摘要：该文介绍塑料薄膜边料回收设备的新型设计，用于塑料薄膜在分切过程中对边料的收集，主要解决目前行业内现有设备对断裂后的边料无法持续卷绕的问题。本研究应用涡流纺的原理，利用气流通过蜗壳箱所形成的涡流场，以及对蜗壳箱上气流调节板的角度进行控制，来解决断裂后的边料不能自动地缠绕到收卷轴上的难题。新型的设备实现了在边料断裂的情况下不停机继续卷绕。

　　笔者于2012年设计了一款新型塑料薄膜边料回收设备(已于2013年1月16日获得了专利，专利号：ZL 2012 2 0310345.3)，主要用于塑料薄膜在分切过程中对边料的收集。当时我们共制造了2台新型塑料薄膜边料回收设备，配置在汕头双丰机械有限公司的塑料薄膜分切机上，至今已使用了1年多时间，效果非常好。

　　与市场上现有的塑料薄膜分切边料的回收设备相比，这款新型的边料回收设备，解决了现有设备对断裂后的边料无法持续卷绕的问题，同时可降低能耗，在安全以及废膜回收再次利用等方面均有不俗的表现。

　　一、课题研究的背景及国内产品的现状

　　工业用卷筒塑料薄膜从制造厂出来后，大都需要经过后道工艺的加工，如涂布、喷铝、复合、剥离、印刷、分切等，最后才能成为包装产品。在其真正成为包装产品之前，一般都要经过“分切去边料”工序，即采用分切机对塑料薄膜的边缘进行裁切加工，以达到包装膜卷筒端面平整或规定的尺寸要求。

　　目前对塑料薄膜的分切边料回收一般采用两种方法：

　　1、采用边料卷绕设备进行回收;

　　2、采用功率比较大的风机通过吹料管将边料吹到生产车间外围的专门回收设施内。

　　这两种方法均有缺陷：若采用第一种方法，单单采用传统意义上的卷绕机，将分切边料卷绕到收卷轴上，则会存在以下问题：

　　(1)这种方法只适合于分切边料较宽、纤维强度较大、不易断裂的材料，应用的包装膜对膜边质量和膜边宽度受到限制，实际生产中为了节约成本，要求分切边料尽可能窄，绝大多数情况下不存在上述理想的状况;

　　(2)在实际生产中塑料薄膜卷筒的外边缘通常或多或少地存在着裂口或分切时薄膜跑偏使得边料变窄，这样很容易在卷绕过程中把边料拉断，以致边料无法继续卷绕而造成停机，需要通过人工将后续边料重新绕在收卷轴上，但是在生产过程中分切机若出现中间停顿会影响产品质量(卷筒包装膜的端面平整度)。

　　鉴于这个原因，目前市场上分切边料的处理方法一般是采用功率比较大的风机通过吹料管将边料吹到生产车间外围的专门回收设施内，以保持生产车间的整洁，但是这样的处理办法不仅能耗高(一般电机功率在3kW以上)，而且占地空间也大，蓬松堆积的塑料薄膜边料还隐藏着安全隐患。

　　二、总体设计构思

　　1、选用力矩电机来控制塑料薄膜边料的张力，根据塑料薄膜边料的宽与窄、厚与薄，设置力矩电机的输出扭矩，实现比较理想的边料张力控制。

　　2、根据分切机的最高速度来选择力矩电机的速度和功率，通过传动比的计算确定塑料薄膜边料收卷轴的速度。

　　以汕头双丰机械有限公司的SL130G塑料薄膜分切机为例：分切最高速度为400m/min，如用3"的气胀轴，3"纸管壁厚为5mm，即薄膜边料收卷轴最初直径为86mm;由于薄膜边料收卷轴的线速度始终要大于分切机最大速度，但也不能太快，如选择4极电机的速度为1440r/min、速比1.2:1，即薄膜边料收卷轴的线速度为1440X1.2X86π=466.8m/min。

　　在正常卷绕时，薄膜边料收卷轴卷径会慢慢增大，那就需要设置PLC的程序,通过变频器控制电机的转速随之减慢，使得薄膜边料收卷轴卷径的线速度始终保持在466.8m/min±(10 m/min)。最大的薄膜边料卷径设计为300mm，即力臂长为0.15m，根据经验，薄膜边料卷绕时力矩电机的最大力矩1m/n即可。由电机的计算公式P=MNη/9549，P为额定功率，M额定力矩，N为额定转速，η为传动机械的效率(一般为0.8)，速比1.2:1(1440/0.84),可得电机的额定功率为:

　　1×1440/0.84×0.8÷9549=0.143kw，即选择力矩电机功率为0.15kw。

　　3、分切边料是由小风机通过吹料管送入到回收设备收卷轴上，在收卷轴的外围设计一蜗壳箱和气流调节板，小风机吹出的气流正对蜗壳箱的箱口。进入蜗壳箱的气流通过蜗壳形箱体的作用形成了涡流场，气流调节板主要控制蜗壳箱出口气流的大小和方向。由于塑料薄膜卷筒的外边缘通常或多或少地存在着裂口,或分切时塑料薄膜跑偏使得边料变窄，很容易在卷绕过程中把边料拉断。当分切边料断裂时，断裂后的分切边料由小风机吹出的气流携带着进入蜗壳箱，进入蜗壳箱的气流和分切边料通过蜗壳形箱体的作用形成了涡流场，气流携带着分切边料绕着收卷轴旋转，因此断裂的分切边料随气流缠绕到收卷轴上，即可恢复正常绕卷，实现了在边料断裂的情况下也能不停机持续卷绕。

　　4、为了增加回收设备边料的容积，采用往复绕线的方法进行卷绕。设计一摆动机构，吹料管固定在往复杆上，往复杆与摆臂链接，摆臂上有一滚轮紧靠桃子凸轮的外周面，电机带动桃子凸轮旋转，摆臂随着桃子凸轮的轨迹作往复摆动;当收卷轴卷绕时，吹料管吹出的边料沿着收卷轴作轴向往复移动，实现分切边料在收卷轴上形成线图状。

　　三、 设备结构

　　应用了涡流纺原理，利用气流通过蜗壳箱形成涡流场以及对蜗壳箱上气流调节板进行角度控制，实现了在边料断裂的情况下不需要停机可以连续卷绕的新型设备。主要结构有：机箱;力矩电机;带轮传动机构;收卷轴;卷绕箱;气流调节板;摆动机构。

　　图1为边料处理回收设备的结构示意图;图2为图1中的A-A向视图;图3为图1中的B-B向视图;图4为图1中的I部放大图;图5为图4的仰视图。

        

　　1、吹料管;2、吹料口;3、箱口;4、出风口;5、分切边料;5’、断裂边料;6、卷绕;7、气流调节板;8、边料卷;9、铰链;10、固定壁;11、机箱;12、电机;13、力矩电机;14、传动机构;15、收卷轴;16、筒芯;17、往复杆;18、摆臂;19、桃子凸轮;20、滚轮底座;21、滚轮;22、调节臂;23、调节螺杆

　　1、机箱11。机箱内主要安装电机、摆臂机构、电器控制元件，电机箱的侧面墙板安装传动机构、收卷轴、往复杆，顶面安装按钮开关。

　　2、力矩电机13。力矩电机主要是通过带轮传动机构带动收卷轴旋转，收卷轴为气胀式，收卷轴上需套一筒芯，气胀轴充气后把筒芯固定在气胀轴上，然后把分切边料缠绕到收卷轴的筒芯上进行卷绕。力矩电机的扭矩可以根据边料的变化而设置，力矩电机所带动收卷轴的线速度始终比分切机的线速度要大，两者的速度差靠力矩电机的扭矩滑差实现。

　　3、卷绕箱6。卷绕箱由固定壁和气流调节板用铰链连接所成。设在卷绕轴的外围，卷绕箱的箱口正对着吹料管的吹料口。将卷绕箱设计成蜗壳状，由于吹料口吹出的气流正对卷绕箱的箱口，进入卷绕箱的气流由于蜗壳形箱体的作用形成了涡流场，气流绕着收卷轴旋转，从吹料口吹出的边料随气流缠绕到收卷轴上。

　　4、气流调节板7。气流调节板主要控制卷绕箱出口气流的大小和方向，气流的大小和方向根据分切边料的材料和宽窄来决定。气流调节板上装有光滑的流线型滚轮底座、滚轮、调节臂、调节螺杆，滚轮底座采用光滑的流线型是为了减少对气流的影响和对边料的阻碍;在工作时滚轮利用重力始终搁在边料卷上;卷绕箱的出风口的方向和大小的变化可由调节螺杆控制调节臂的位置来实现(调节臂向上调，卷绕箱的出风口变小，调节臂向下调，卷绕箱的出风口变大，同时出风口的气流方向也随之变化)。

　　5、摆动机构。摆动机构由电机、桃子凸轮、摆臂、往复杆、吹料管组成。由于分切边料较窄，采用往复绕线的方法进行卷绕，可增加卷绕轴收集的体积。电机带动桃子凸轮旋转;摆臂上有一滚轮紧靠着桃子凸轮的外周面，随着桃子凸轮的轨迹往复摆动;往复杆安装在机箱侧面墙板的滑槽内，和摆臂链接，随摆臂作往复直线运动;吹料管固定在往复杆上，往复杆平行于收卷轴，当收卷轴卷绕时，吹料管吹出的边料沿着收卷轴作轴向往复移动，实现往复卷绕。

　　四、工作原理

　　分切边料处理回收设备的工作原理如下：当卷绕机正常卷绕分切边料时，分切边料靠力矩电机拖动，卷绕在收绕轴上，形成边料卷。气流调节板上的滚轮随着边料卷直径的变化始终搁在边料卷外周面上，卷绕箱的出风口的方向和大小可通过调节螺杆控制调节臂的位置来实现。当分切边料断裂时，断裂的分切边料由吹料管吹出的气流携带进入卷绕箱，进入卷绕箱的气流和分切边料通过蜗壳形箱体的作用形成了涡流场，气流和分切边料绕着收卷轴旋转，因此断裂的分切边料随气流缠绕到收卷轴上，即可恢复正常绕卷，实现了在边料断裂的情况下也能不停机进行卷绕。

　　五、结语

　　这款新型的塑料薄膜边料回收设备，应用涡流纺的原理，利用气流通过蜗壳箱所形成的涡流场，以及对蜗壳箱上气流调节板的角度进行控制，实现了在边料断裂的情况下不停机连续卷绕。具有以下优点：

　　1、解决了现有设备在边料断裂后不能自动地缠绕到收卷轴上的难题。

　　2、能耗低，能耗约占现有回收设备的1/3~1/5。

　　3、实现安全生产。比原来采用功率比较大的风机通过吹料管将边料吹到生产车间外围的专门回收设施内的方法安全。原来蓬松堆积的边料，形如小山丘，若遇明火极易燃烧，隐藏着安全隐患。

　　4、边料回收再次利用，线团状的边料出售给绳索厂用来加工绳索，增加公司收益。