凹印机放卷张力控制系统的改造(上)

2007/8/10 15:04:24

凹印机在印刷过程中，纸张需要保持一定的张紧度。放卷张力（一级张力）在印刷过程中起着重要的作用。纸卷外径不断变化、纸卷不圆、纸卷重心与旋转轴不重合、机器工作速度的改变等，都可能引起幅状纸带上的张力变化，特别是双放卷轴切换时，要求其制动力矩快速地从最小变为最大。一级张力控制不稳定，会对二级张力造成干扰，极易造成印刷过程中走纸不稳、印品出现皱褶和重影，甚至发生纸张断裂或堵塞等严重问题。我公司是一家中外合资企业，主要生产卷烟商标。正在使用的七色凹版印刷机是德国Kochsiek公司于20世纪60年代设计的产品, 经过多年使用，其放卷部分出现较多故障，且精度下降，已不能满足生产的要求。对此，我们利用现有的较成熟的控制技术对该机放卷控制部分进行了改造。一、所使用的凹印机的基本情况印刷速度：100m/min 纸卷半径：550mm/500mm 纸芯半径：90mm/50mm 卡纸：最大宽度为620mm，纸张定量为230g/m2，重量为330kg 铜版纸：最大宽度为650mm，纸张定量为80～90g/m2，重量为550Kg 二、结构设计及电磁制动器选用要求电磁制动器与卷筒纸纸芯轴的传动连接情况如图1所示。在改造过程中，应考虑到齿轮传动副的结构受到放卷装置空间尺寸的限制以及齿轮传动比（i=Z1/Z2）对制动器工作特性的影响。传动比的确定可按开卷装置在卷筒纸处于最大直径和最小直径的两个极限状态及制动器工作范围来考虑，其原则是： (1) 在卷筒纸处于最大直径时，其最低转速为29转/分。在制动器最大负荷状态下，较大的传动比可提供给纸芯轴较大的制动力矩。同时，提高制动器的转速，有利于克服制动器由于动、静摩擦系数差异造成的断续转动及输出扭矩的变化。制动器的最低转速一般建议为40～50转/分。 (2) 在卷筒纸处于最小直径时，其转速为177转/分。由于制动器的最高转速都在500转/分以上，甚至高达3000转/分，因此，最高转速对传动比基本上没有限制，但这时纸芯轴要求的转矩最小。当制动器的输出转矩的工作点低于额定值5%时，其力矩与功率的输入关系为非线性，准确控制较为困难，故要求传动比不能选择过大。选用制动器之前首先要确定额定转矩。在放卷过程中，考虑到印刷过程中有紧急制动的需求，制动器工作转矩（Ms）应为运行转矩（Mr）与制动转矩（Me）之和除以传动比i，即： Ms = (Mr + Me)/i Ft=235N 其中： Mr=Ft·R Me=Iz·β= M·R2/2·V/R/t = M·R·V/2/t 上式中，Ft为纸带幅面总拉力，R为纸卷半径, Iz为卷筒纸的转动惯量，β为角加速度。据经验值，一级张力卡纸纸带幅面拉力为400～800N/m，而铜版纸纸带幅面拉力为150～300N/m，制动器的紧急制动时间t=3.8s，即卡纸幅面最大拉力为500N，铜版纸幅面最小拉力为95N。在正常工作情况下，满卷卡纸需要紧急制动时所要求的力矩就是最大制动力矩，而铜版纸接近纸芯时所要求的力矩就是最小制动力矩。忽略传动链传动效率及惯量等的影响，根据上面提供的数据，可计算出纸芯轴最大制动转矩为Mmax=273N·m，最小制动转矩为Mmin=4.8N·m。由于Mmin/Mmax=1.76%，要求传动比尽可能小，考虑到制动器最低转速的限制及传动齿轮设计上需要，取Z1=82、Z2=58，则制动器芯轴的最低转速为41转/分，相应地，其制动力矩的最大值Msmax=223N·m、最小值Msmin=3.5N·m。其次，还应考虑到制动器对散热能力的要求。制动器将制动的滑差功率全部转化为热能散发出去，其功率P=Mmax·ω=Mmax·V/R=830W。(待续)

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