2022年复卷机电控系统设计与调试.pdf
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1、复卷机电控系统设计与调试第六章复卷机电控系统设计与调试6、1 复卷机机械电气特性与要求6、1、1 复卷机型式及工作特性简介由卷纸机卷得的纸卷比较松软,内部可能会有破损或断头,两侧边缘不整齐,纸幅宽度等多不能直接使用于纸加工或印刷等机器,大部分纸种 (如新闻纸、凸版印刷纸、包装纸等)必须经过复卷机切边、分切、接头、在纸卷芯上重卷形成一定规格、一定紧度要求的成品纸卷才能出厂。通常复卷机安装在紧接着造纸机的后面,它就是造纸机械中运行车速最快的机器,其车速达15001800 米/分,最高达 2500 米/分以上。复卷机的型式较多,根据需要在复卷机中还可以配备其她装置,成为联合机台。 复卷机基本上可以分
2、为下列五种 : (1)上引纸复卷机(2)下引纸复卷机(3)单辊复卷机(4)专用复卷机(5)薄纸复卷机下面将简单介绍这几种复卷机的结构特点及其性能。1、上引纸复卷机在上引纸复卷机中,纸幅通过纵切机构,绕过压纸辊 ,而后卷在卷纸轴上。纸卷由两个支承辊支承,纸卷的中心随着纸卷直径增大而升高,压纸辊与纵切机构也同时向上移动。这种型式的优点就是易于引纸,结构简单 ,操作方便 ,维修容易。 但也有不足之处。由于压纸辊与纵切机构压到纸卷上,结果造成纸卷与支承辊压区的压力增大,如无压纸辊纵切机构的悬秤装置时,则易于产生硬的纸卷(压区负载越大,纸卷越硬 );其次 ,纸幅在压纸辊后就直接卷到纸卷上,靠调节两个支承
3、辊的传动转矩来控制硬度的可能性很小,甚至不可能 ,因而控制纸卷硬度的能力有限 ,特别就是在卷取软纸卷的情况下更就是如此。再次,因纵切机构随时向上移动,当机件磨损与变形以及安装质量欠佳时,容易造成纵切机构轴向窜动,引起切开的纸边互相搭接而造成分卷困难。此外,由于车速与幅宽增大 ,在高速复卷大直径纸卷时可能变得很庞大,以至结构上不易处理。2、下引纸复卷机下引纸复卷机就是从机台下面送入纸幅使其绕过某一个支承辊再卷上纸卷的,纸从退纸卷上引过下方的几个引纸辊 ,通过固定位置的纵切机构,绕过前支承辊 (按纸行方向数第二辊)或后支承辊 ,然后卷在卷纸轴上。其示意如图 6-1 所示: 在复卷过程中 ,纸幅张力
4、力图把纸卷拉向支承辊,使逐渐增大的纸卷得以稳定,并在高速卷取时能保证纸卷质量。该类型复卷机还可运用变化两个支承辊的传动转矩差,结合压纸辊与纸卷间压区的压力调节,对纸卷质量作很好的控制。这类复卷机的纵切机构安装在固定位置上,避免了轴向窜动,易于分卷 ;并且大部分转动部件靠近地面,重心底,在高速运行中仍然保持稳定,因此它使用得较广泛。且车速可达2500 米/分。幅宽达10 米,能处理从低定量纸直到纸板等品种。它的缺点就是不易接近图 6-1 双支承辊下引纸复卷机示意图机台 ,不便于引纸与调整舒展杆,为此常常在机台下方设一地坑,使得操作工人易于接近,有时还装设自动引纸机构与远离控制的舒展杆,以克服其缺
5、点。本章的设计将主要针对双支承辊下引纸复卷机。下引纸复卷机还有一些其它型式 ,因其易于接近纵切机构与舒展器以及容易分卷,故较多用于窄幅纸卷。本章主要介绍的复卷机电控精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 19 页 - - - - - - - - - - 复卷机电控系统设计与调试系统就就是基于这种结构的。3、单辊复卷机单辊复卷机就是一种专用机台。该机主要用于超级压光纸与涂布机之前的纸幅整饰,切齐纸卷两侧端面,粘接断头 ,去除不合格纸张。它有一个支承辊,纸卷支承于水平的导轨上,结构型式与圆
6、筒卷纸机相似。纸卷硬度靠气缸操纵的杆臂朝支承辊方向对纸卷加负载来控制。4、专用复卷机复卷特殊纸种如低定量印刷纸、压感纸、聚乙烯涂布纸、硅酮涂布纸、双面超压的美术纸与玻璃纸等时,要求较高。 在双辊复卷机上,纸卷与支承辊间的压力随纸卷直径的增大而增加,造成过大的纸卷硬度与其它纸卷疵病。虽然这些问题可能借助压力悬秤机构将纸卷减重而在一定程度上有所克服,但还不能令人满意。因此,其中一些纸种只能在双辊复卷机上复卷较小的纸卷,而另一些纸种甚至不能在双辊复卷机上复卷。为了适应这些对硬度控制非常敏感的纸种,发展了各种类型的专用复卷机,如单辊双面复卷机、 双辊双面复卷机,其共同点就是纸卷的质量不支承在支承辊上。
7、5、薄纸复卷机薄纸复卷机用于复卷薄绉纹纸,最多可同时卷取四层薄纸。近年来,实现了在复卷部进行纸幅压光,所以复卷机演变成为包括退卷、压光与复卷的联合机组。这种复卷机靠速差来复卷具有既定的起绉比率的绉纹纸,并且在复卷周期中保持恒定。因此,它比普通的复卷机所需的传动精度要求更高。薄纸复卷机按所用纵切机构的型式有两种不同的纸幅线路。直到最近,薄纸复卷机都配用压切式纵切机构。它便于调节分切宽度,其压溃作用对几层薄纸产生切边封口的效应。随着车速与幅宽的增大,这种机构易发生下刀辊 (砧辊 )发颤的情况 ,因此 ,高速时 ,压切式纵切机构被剪切式纵切机构所取代,后者就是不受车速影响的。薄纸复卷机最好就是采用大
8、直径的卷纸轴以实现纸卷减重。为了控制纸卷的紧密度并获得大直径纸卷,可以采用气缸控制的悬秤机构,以保证压区线压力恒定。6、1、2 纸卷的质量指标及控制要求描述1、质量指标不同类型的纸应选用相应类型的复卷机来进行复卷,复卷出的成品纸卷的质量指标不同,它们对复卷机自动控制系统的要求也就是不同的,这一章将主要介绍的双支承辊下引纸复卷机的自动控制系统主要应用于复卷书写纸、静电复印纸、板纸等的复卷,对于这类纸种的成品纸卷的质量指标如下: 具有足够的硬度,而且内紧外松、径向硬度分布均匀,以保证纸卷在运输、储存过程中不变形、不崩裂,在印刷设备或其它加工设备上能平稳运行。2、控制要求复卷出的成品纸卷形态的优劣在
9、很大程度上取决于复卷机性能。一台完善的复卷机必需具备下列几种机能: (1)压纸辊压力的自动程序控制; (2)支承辊转矩自动程序控制; (3)自动张力控制 ; (4)电力驱动的“挠性”起动与适当的速度程序控制。下面将分别从运行机理上分析这几种程序控制机构。(1)压纸辊压力的调整机构卷取过程中成品纸卷的直径在逐渐增大,成品纸卷的重量在逐渐增加,成品纸卷与两底辊的接触点也在改变,这就就是说如果压纸辊施加的压力恒定的话,成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力也在变化。为此如果期望最佳的纸卷形态的话,就必须借释放压纸辊施加的压力负荷来补偿上述两项因素的影响,才能获得成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力恒定的要
10、求。压纸辊的作用力对纸卷紧度有较大的影响。压力调整机构的作用就是保持纸卷与支承辊压区的压力稳定,约为 11、2 公斤力 /厘米 (约为 11、2 千牛 /米),这就防止在初卷时因纸卷轴太轻而打滑以及在复卷后期因压力太大而卷得太紧。对某些纸卷来说,压纸辊应就是有自动控制的,以便对纸幅施加附加作用力。从上面的分析可知,压纸辊压力一就是保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力, 而不至于打滑; 二就是压纸辊压力将直接影响着纸辊硬度。工艺要求必须保持压区压力恒定, 但从后面对复卷机压区压力的分析将可以瞧出,为保证压区压力恒定,压纸辊液压系统释放的压力与成品纸卷直径之间的关系就是非线性特性。在没有调整压纸辊压力
11、的悬秤机构时,纸卷与支承辊之间的线压力的增加速度稍慢于纸卷重量的增加速度,但它总就是随着纸卷直径的增大而增加的。在旧式复卷机上,压力悬秤机构就是采用机械的悬秤装置。为了增加悬垂力,而将重物悬在固定于横轴上的凸轮或偏心轮上,在该轴上装有链轮,用链条与压纸辊或纸卷轴连接,纸卷直径增大时,横轴就转动,使重物固定端的凸轮臂增长,这就能使悬秤力增加。在新式的复卷机上,调整压力就是自动程序控制的, 它们采用气压式或液压式悬秤机构。它包括有电气程序控制单元、电磁减压阀与悬称油缸等, 改变悬称油缸内油压就可得到不同的悬秤力。业已了解到 , 对许多种纸来说, 仅仅有压纸辊压区压力的程序控制,还不能生产出质量良好
12、的纸卷。同样,精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 19 页 - - - - - - - - - - 复卷机电控系统设计与调试适当的支承辊转矩的程序控制,也不能单独地完全达到目标。只有压纸辊压区压力程序控制与支承辊转矩程序控制的适当配合, 才能卷成从纸卷芯到外层硬度甚为均匀的纸卷。(2) 支承辊转矩程序控制为了获得优质纸卷,支承辊转矩或速度控制必须满足适当的条件。如使用速度控制,支承辊间速差幅度应小于 0、2%,且当纸卷直径增大时,两支承辊的速度必须接近(1:1)很多速差系统并未按此
13、方案设计,故收效有限。对许多纸种来说,在起动时要用正速差,使得卷芯处卷得紧,而在直径卷大以后又希望有负速差,使纸卷外层卷得松些。 如无精度高而配制适当的速差程序控制,就是不能达到这种要求的。在这里先要说明一句,这里说的速差控制就是指的速度给定差控制,前后两支承辊的实际的速度其实就是一样的,只不过因速度给定差的存在使得它们所承担的负荷不一样,因此 ,这里所说的速差控制实质上也就是转矩差控制。转矩的程序控制通常就是控制前支承辊的转矩,其大小随着纸的品种而异,并需要在现场做实验来选定。大概趋势就是在起动时差不多全部转矩施加于前支承辊上,使纸卷绷紧 ,随着纸卷直径增大,前支承辊的转矩逐渐变小 ,后支承
14、辊的转矩大于前支承辊,直到两支承辊的转矩相匹配为止。然而,应当强调 ,转矩的程序控制最重要的还就是起动时的转矩。(3)张力调整机构纸幅张力控制就是保证纸卷形态的至关重要的因素之一,纸幅张力最重要的作用就是展平纸幅,同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移。纸幅张力的大小对纸卷硬度的影响并不就是关键因素,因为压纸辊的压力以及前后底辊之间的转矩差对纸卷硬度有着更大程度的影响。所以复卷机运行中通常就是将纸幅张力调节到能保证使纸幅展平,至于期望纸卷具有较大硬度的话,可以采取增大压纸辊压力与增大前后底辊之间的转矩差来实现。纸幅在复卷过程中,纸的张力大小主要由纸种来决定,通常为0、32 公斤力 /厘米 (约
15、为 0、 32 千牛 /米 )。正确地选用纸的张力能在一定程度上改善纸卷的质量,减小断头 ,保持复卷机工作稳定。因此,复卷机的传动应自动地保持张力稳定,并能根据生产需要进行调节。调节范围通常为1:4,张力最大的波动值不应超过10%,最小张力为 0、3 公斤力 /厘米左右 (约为 0、3 千牛 /米)。纸幅纸力控制分为直接张力控制与间接张力控制两种,一般来说 ,直接张力控制精度高,需要安装张力传感器,投资较高 ;间接张力控制方式不如直接张力控制精度高,投资较底。两种不同的控制方式根据不同使用场合选用。不管采用直接张力控制方式还就是采用间接张力控制方式,为了防止升、 降速时的瞬间机械设备通过纸幅突
16、然发生倾斜 ,造成纸幅横向窜动或断头,必须能够预设静止张力。对于要求高精度张力控制及高生产率的复卷机系统还应该考虑动态补偿环节,用以减小升降速过程中纸幅张力的变化。张力调整机构有多种型式。原始的张力机构就是用手操纵制动器来获得张力的,因其操作复杂且张力大小不一致 ,仅适用于老式的低速复卷机上。较完善的张力调整机构,在整个工作速度范围内,能自动检测并控制张力使之保持恒定,也就就是前面所说的直接张力控制。它基本上也可以分为两种:一种就是在退纸卷后面配置检查张力用的浮动辊,把纸的张力大小引起的辊筒的移动变为气压信号或电信号,由制动器进行控制;另一种就是在退纸辊的后面安装张力计,把张力大小转变成反馈信
17、号与给定信号相比较,经过适当的调节器进行调节后,直接控制制动发电机的制动力矩进行自动张力控制。本章将要介绍的复卷机电控系统,就就是采用带有制动发电机的电气控制来控制退卷张力的。在退纸辊运行时,退纸辊电动机实际上处于发电回馈制动状态。为适应高速与大的卷径变化范围,也就是为了克服张力大滞后给复卷机直接张力控制系统带来的不便,在采用直接张力控制时可增设采用前馈控制,这种方法可使复卷机获得良好的性能。(4) 电力驱动的“挠性” 起动及适当的速度程序控制为了使纸幅不承受冲击张力, 减少不必要的断头, 复卷机的起动总就是希望越平稳越好。给调速系统的转速电流双闭环前加入给定积分器, 有利于复卷机的平稳起动,
18、 给定积分器的时间常数越大, 系统起动越平稳。 所以给定积分器在复卷机传动系统中有着十分重要的作用, 其积分时间常数可在较大范围内调整, 以适应不同加工工艺的要求。同样 , 复卷机在升速、降速时也总就是希望速度变化越平稳越好,S 型曲线升降速控制具有加速度的加速度为常数的特性, 这正好符合复卷机在升速、降速时希望速度变化平稳的要求。以上四点就是为了满足复卷工艺, 电控系统所必须具备的调节机能。除此之外, 复卷机对电控系统还有其它的要求 , 包括纠偏 , 自动检测到断纸后能紧急刹车, 对液压站、气站的连锁控制, 对圆刀的控制, 计长等 , 这些方面在具体设计系统时都要考虑到。前面的讨论都就是围绕
19、着要获得良好的纸卷形态而应有的控制要求及一般的控制方法, 实际上厂家在选购复卷机时 , 复卷机的生产能力也就是一个关键因素。分析复卷机的生产能力时, 要考虑到复卷机生产中的两个特点:(1) 复卷机的生产能力应与造纸机的生产能力相适应 , 否则将影响造纸车间生产的连续性。(2) 复卷机就是一种间歇性生产机器, 影响复卷机生产能力的主要因素就是复卷机的纸宽、车速、辅助工序所需的时间与卷取纸卷的直径。复卷机的幅宽就是与造纸机相适应的, 没有选择的余地。复卷机的车速与辅助工序所需的时间( 决定于复卷机的机械化程度) 对其生产能力的影响, 在不同的条件精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -
20、- - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 19 页 - - - - - - - - - - 复卷机电控系统设计与调试下就是不同的。 对低速的复卷机提高车速能明显的增加其生产能力。但对于高速复卷机, 仅仅进一步提高其车速时, 对其生产能力的提高没有明显的影响。卷取纸卷的大小能够影响到复卷机中辅助工序所需时间的比例, 因而也能影响到复卷机的生产能力。现代化的复卷机车速已经很高, 达 2500 米/ 分以上 , 但真正在最高车速下运转的时间就是很短的。相反,用在辅助工序上的时间所占的比重越来越大。所以使辅助工序机械化, 减小辅助工序所需的时间,
21、 对提高复卷机的生产能力就是很有意义的。由于电子技术的飞跃发展, 高度自动化、智能化的复卷机已在国外问世, 如分兰 VALWET 公司可提供车速2500 米/ 分, 除接头需要人工处理外, 整个卷取过程能自动完成的复卷机, 甚至改变分切规格都可自动完成, 用在辅助工序上的时间非常短而且操作工人非常轻松。显示出复卷机电气传动今后的发展方向。6、1、3 系统配置与控制方案从以上对复卷机控制要求的分析可知,复卷机对主传动的控制精度要求很高,以前的复卷机电控系统由于当时水平的限制,大部分采用单台直流电动机带动前、后底辊,而退纸辊采用磁粉制动来产生退卷张力,压纸辊的压力要靠手动来调节,这样就不能实现对前
22、后底辊自动转矩控制,对退纸辊制动力矩的控制、对压纸辊的压力控制都就是不平滑的与不精确的。当前复卷机电控系统的配制各式各样,可灵活的实现各种特殊要求。为了能实现精确灵活的控制,双支承辊下引纸复卷机的前底辊、后底辊、退纸辊一般均采用有传动控制。本章将主要介绍在各纸厂广范应用的双支承辊下引纸复卷机电控系统的配置及相应的控制方案。从前面的分析已知,复卷时把原纸卷吊放在退纸架上,纸芯放在前后两底辊上,顶紧 ,系统在低速爬行状态下把纸从退纸辊上引过来经导辊引至纸芯上,粘贴好以后再让系统工作在车速较高的运行状态,所以系统有引纸与运行两种工作状态。对应于复卷机的引纸与运行两种工作状态:引纸时 ,两底辊与退纸辊
23、都应工作在引纸低速电动状态 ,三个单元的线速度应基本一致,以保持一定的引纸张力;运行时 ,要复卷出符与要求的纸卷,电控系统必须满足一定的要求: (1)作为主传动单元的后底辊的转速决定着复卷机的总车速,前底辊的车速跟随后底辊,它们之间的控制还需考虑成品纸卷内紧外松的要求对前、后底辊的负荷分配控制。(2)退纸辊的控制,在退卷过程中,退纸卷直径越来越小,要保持退卷张力恒定,退纸辊的制动力矩应随卷径的变化而变化 ,其外在表现就是退纸辊车速随卷径的变化而变化。(3)压纸辊压力的自动程序控制。(4)为了使纸幅在加减速及起动过程中不受冲击张力,复卷机应有S 型升降速控制。从以上分析可知,复卷机自动控制系统的
24、核心就是对主传动的自动调速系统,所以从调速方式方面,一般可将复卷机自动控制系统分为两种配置:一种就是主传动为直流电机的直流调速电控系统;一种就是主传动为交流电机的交流调速电控系统。无论采用哪种配置,对于主传动来说最终都要达同样目的,即: (1)前、后底辊的传动中,底辊的转速决定着复卷机车速,需有以下几个功能: 最低引纸速度。S 型升降速特性。前、后底辊之间的力矩差控制。(2)退纸辊的传动主要就是在复卷机运行中产生制动力用于保持纸幅张力,引纸过程产生电动力获得引纸速度。且需有 : 正向点动 ,反向点动。静止张力给定。间接或直接张力控制。成品纸卷长度显示。如选用的调速装置能实现智能控制,则可以利用
25、这些调速装置直接组成较简单的复卷机电控系统。如纸种对电控系统的控制性能及精度要求较高,或用户对复卷机的自动化程度要求较高,则系统还需配置可编程控制器与触摸屏。 由于直流调速装置与交流调速装置的控制方法不同,调速性能也不同,因此在实现以上特定要求的时候 ,电控系统的控制方案也大相径庭。接下来的几节中,将分别对它们进行详细介绍。6、2 应用于复卷机主传动控制的直流传动装置简介直流电机具有良好的起制动性能,宜于在广泛范围内调速,而且人们对直流调速技术的认识比交流调速早,在理论上与实践上都比较成熟,因此 ,在国内的大部分复卷机主传动都就是采用直流电机。以前的复卷机大都采用分立元件组成的直流调速装置,用
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