论文部分内容阅读
中图分类号：TS734
摘要：复卷作为造纸工艺中最后一道程序，是形成成品纸卷质量优劣的关键，其运行指标和经济指标是复卷机电控系统的重点研究设计内容。本文针对复卷机的工作方式以及控制方式，分析了电气传动过程中的工艺要求，从运行机理的角度，介绍了程序控制机构的要求和方法。
关键词：复卷机；工艺要求；自动程序控制；电力驱动
1 复卷机的工艺要求
复卷机复卷出的优秀成品纸卷应具有以下特点：具有足够的硬度，且硬度径向分布均匀、横向分布内紧外松；纸卷内部不打皱，端面平整，便于分开与再加工；涂布白纸板纸面需和卷取辊接触，且卷取时避免纸面的磨损。复卷机性能很大程度上决定了能否达到这些指标。若机构设备完好，则由复卷机的电控系统决定。
在评价硬度时，可用纸卷的密度来量化，即纸卷重量与体积的商。横向分布内紧是为了防止卷取时因纸卷体积过大而导致的变形，而外松则是为了防止在运输过程中因纸卷太紧且弹性不够而导致的破坏。纸卷要求不能卷得太松或太紧，且内外松紧差别不得太大，且纵向上须径向硬度分布均匀。
切纸刀在切开纸的过程中必然会在切开的卷纸之间形成一个切口端面，理论上可视为平面，但在实际过程中却很难做到。切割不平会导致在分开纸卷时因交错而无法分开，除此之外，切割不平还会因纸的宽度不一样而带来不便。
鉴于复卷机的间歇式工作，在换原纸卷时需要停车，且一般一个原纸卷需要多次操作才能完成复卷过程，其间的多次停车过程不得不将成品纸卷卸辊，再更换新的纸芯，重新开始一次复卷过程。这些操作无法避免，为了保证纸机的连续运转，其车速要比纸机速度快三到四倍。
2 复卷机的控制技能
复卷机的性能在很大程度上决定了成品纸卷形态的优劣。一台成熟的复卷机需具备多种机能：压纸辊压力的自动控制、支承辊转矩的自动控制、张力的自动控制、电力驱动的“挠性”起动以及速度的控制。上述四点是为了符合复卷工艺需求所必需的控制机制，然而除此之外，复卷过程还对电控系统还有更多的需求，包括断纸后的自动紧急刹车，纠偏，气站、液压站的连锁控制，计长，圆刀的控制等，这些方面在系统的具体设计过程中都需要纳入考虑范围之列[1]。
2.1压纸辊压力的自动控制
在卷取的过程中，成品纸卷的质量和直径都在逐渐加大，与两底辊的接触点也在逐渐变化，倘若压纸辊施加的压力不变，两底辊与成品纸卷在接触点的压力也会逐渐改变。因此，为了使纸卷的形态最优化，就需要将压纸辊施加的压力负荷释放以消除上述因素的影响，达到压力恒定的要求。
压纸辊的作用力极大的影响了纸卷紧度。压力自动控制程序是为了保证纸卷与支承辊的压力稳定在1～1.2公斤力/厘米（1～1.2千牛/米），從而防止在初卷时因纸卷轴轻而导致的打滑或者在复卷后期因压力大而导致的卷得过紧。因此，为了便于给纸幅施加附加作用力，压纸辊需要有自动控制的。
从上可知，压纸辊压力不仅保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力，而不至于打滑，还直接影响着纸辊硬度。工艺要求须保持压区压力恒定，因此压纸辊液压系统释放的压力与成品纸卷直径之间的关系为非线性特性。
2.2支承辊转矩的自动控制
为了复卷出优质的纸卷，速度控制和支承辊转矩须满足一定的条件。对于大多数纸种，在起动时须用正速差，让卷芯处略紧，在直径卷大后又需要负速差，让纸卷外层略松，如若无高精度且合适的控制程序无法满足要求。值得一提的是，该速差制指速度给定差，虽然速度给定差影响了承担负荷，但前后承辊的实际速度其实相同，因此该速差控制实质上亦为转矩差控制。若采用速控的方式，则支承辊间的速差幅度需小于0.2%，当纸卷的直径增大时，需减少承辊的速差幅度。
转矩控制程序通常通过前支承辊的转矩控制来支撑，其大小因纸种的不同而不同，并且需要根据现场情况来确定。其趋势大致为通过在起动时通过将大部分转矩施加在前支承辊上而绷紧纸卷。同时，纸卷的直径逐渐增大，同时前支承辊的转矩逐渐减小，直到两支承辊的转矩恰到其处的相匹配。
2.3张力的自动控制
纸幅张力的自动控制是复卷成功与否至关重要的因素之一，展平纸幅是纸幅张力最重要的作用，纸幅张力还会影响纸幅横向位置。影响纸卷硬度的关键因素却不是纸卷张力，更为关键的因素是压纸辊的压力和前后底辊之间的转矩差。因此，在复卷机运行过程中，纸幅张力被调整到足够保证纸幅展平的水平就已足够，为了使纸卷具有较大硬度，可通过增大压纸辊压力和前后底辊之间的转矩差来实现。
复卷过程中，张力大小主要取决于纸种，一般在0.3到2公斤力/厘米之间。合适的张力能在一定程度上减小断头、改善纸卷质量，并保证复卷机稳定的工作。所以，自动保持张力稳定是复卷机传动中重要的一环，并且需要根据生产情况自动进行调节，张力的波动范围不应超过一成，张力的最小值约为0.3公斤力/厘米。
直接张力控制和间接张力控制是纸幅张力控制的两种不同的控制方式[2]。其中，前者控制精度高，且需要张力传感器，投资较高，而后者控制精度相对较差，投资也相对低廉，需根据不同使用场合对两种方式进行甄选。无论采用何种控制方式，在升降速的瞬间，纸幅的突发性倾斜可能导致其断头或横向窜动，为了防止这一现象，需要对静止张力进行预设。若复卷机系统要求高生产率或高精度的张力控制，还应将动态补偿的环节还需要纳入考虑之列，以减小纸幅张力在升降速过程中的改变。
2.4电力驱动的“挠性”起动以及速度的控制
复卷机启动的平稳程度越高，施加在纸幅上的冲击张力越小，断头也越少。为了提高复卷机的平稳程度，可以将给定积分器加入调速系统的转速电流双闭环前，且系统启动的平稳程度随着给定积分器时间常数的增大而增强。因此在复卷机传动系统中给定积分器有着举足轻重的地位。为了满足不同生产目的对工艺的不同要求，积分时间常数的调整范围极大。同时，在复卷机升降速时，平稳程度越强越好。S型曲线[3]升降速时速度的二阶导数为常数，该特性正好满足在升降速时速度变化平稳的需求。
3 结语
复卷机工艺极大的影响了成品纸卷的质量，为达到产品优质和生产高效的目的，务必牢牢的抓住生产中的每一个环节，通过科学的方法是电控系统做到自动控制，充分发挥自动化生产的优势，实现整个系统的稳定运行和高效生产。
参考文献
[1]孟彦京，黄建兵，许德玉.复卷机电气传动系统设计与分析[J].西北轻工业学院学报，2000，18（3）：1-3.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，1992.
[3]康家玉.变频器在交流复卷机电控系统中的应用[J].电气应用，2006，25.
摘要：复卷作为造纸工艺中最后一道程序，是形成成品纸卷质量优劣的关键，其运行指标和经济指标是复卷机电控系统的重点研究设计内容。本文针对复卷机的工作方式以及控制方式，分析了电气传动过程中的工艺要求，从运行机理的角度，介绍了程序控制机构的要求和方法。
关键词：复卷机；工艺要求；自动程序控制；电力驱动
1 复卷机的工艺要求
复卷机复卷出的优秀成品纸卷应具有以下特点：具有足够的硬度，且硬度径向分布均匀、横向分布内紧外松；纸卷内部不打皱，端面平整，便于分开与再加工；涂布白纸板纸面需和卷取辊接触，且卷取时避免纸面的磨损。复卷机性能很大程度上决定了能否达到这些指标。若机构设备完好，则由复卷机的电控系统决定。
在评价硬度时，可用纸卷的密度来量化，即纸卷重量与体积的商。横向分布内紧是为了防止卷取时因纸卷体积过大而导致的变形，而外松则是为了防止在运输过程中因纸卷太紧且弹性不够而导致的破坏。纸卷要求不能卷得太松或太紧，且内外松紧差别不得太大，且纵向上须径向硬度分布均匀。
切纸刀在切开纸的过程中必然会在切开的卷纸之间形成一个切口端面，理论上可视为平面，但在实际过程中却很难做到。切割不平会导致在分开纸卷时因交错而无法分开，除此之外，切割不平还会因纸的宽度不一样而带来不便。
鉴于复卷机的间歇式工作，在换原纸卷时需要停车，且一般一个原纸卷需要多次操作才能完成复卷过程，其间的多次停车过程不得不将成品纸卷卸辊，再更换新的纸芯，重新开始一次复卷过程。这些操作无法避免，为了保证纸机的连续运转，其车速要比纸机速度快三到四倍。
2 复卷机的控制技能
复卷机的性能在很大程度上决定了成品纸卷形态的优劣。一台成熟的复卷机需具备多种机能：压纸辊压力的自动控制、支承辊转矩的自动控制、张力的自动控制、电力驱动的“挠性”起动以及速度的控制。上述四点是为了符合复卷工艺需求所必需的控制机制，然而除此之外，复卷过程还对电控系统还有更多的需求，包括断纸后的自动紧急刹车，纠偏，气站、液压站的连锁控制，计长，圆刀的控制等，这些方面在系统的具体设计过程中都需要纳入考虑范围之列[1]。
2.1压纸辊压力的自动控制
在卷取的过程中，成品纸卷的质量和直径都在逐渐加大，与两底辊的接触点也在逐渐变化，倘若压纸辊施加的压力不变，两底辊与成品纸卷在接触点的压力也会逐渐改变。因此，为了使纸卷的形态最优化，就需要将压纸辊施加的压力负荷释放以消除上述因素的影响，达到压力恒定的要求。
压纸辊的作用力极大的影响了纸卷紧度。压力自动控制程序是为了保证纸卷与支承辊的压力稳定在1～1.2公斤力/厘米（1～1.2千牛/米），從而防止在初卷时因纸卷轴轻而导致的打滑或者在复卷后期因压力大而导致的卷得过紧。因此，为了便于给纸幅施加附加作用力，压纸辊需要有自动控制的。
从上可知，压纸辊压力不仅保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力，而不至于打滑，还直接影响着纸辊硬度。工艺要求须保持压区压力恒定，因此压纸辊液压系统释放的压力与成品纸卷直径之间的关系为非线性特性。
2.2支承辊转矩的自动控制
为了复卷出优质的纸卷，速度控制和支承辊转矩须满足一定的条件。对于大多数纸种，在起动时须用正速差，让卷芯处略紧，在直径卷大后又需要负速差，让纸卷外层略松，如若无高精度且合适的控制程序无法满足要求。值得一提的是，该速差制指速度给定差，虽然速度给定差影响了承担负荷，但前后承辊的实际速度其实相同，因此该速差控制实质上亦为转矩差控制。若采用速控的方式，则支承辊间的速差幅度需小于0.2%，当纸卷的直径增大时，需减少承辊的速差幅度。
转矩控制程序通常通过前支承辊的转矩控制来支撑，其大小因纸种的不同而不同，并且需要根据现场情况来确定。其趋势大致为通过在起动时通过将大部分转矩施加在前支承辊上而绷紧纸卷。同时，纸卷的直径逐渐增大，同时前支承辊的转矩逐渐减小，直到两支承辊的转矩恰到其处的相匹配。
2.3张力的自动控制
纸幅张力的自动控制是复卷成功与否至关重要的因素之一，展平纸幅是纸幅张力最重要的作用，纸幅张力还会影响纸幅横向位置。影响纸卷硬度的关键因素却不是纸卷张力，更为关键的因素是压纸辊的压力和前后底辊之间的转矩差。因此，在复卷机运行过程中，纸幅张力被调整到足够保证纸幅展平的水平就已足够，为了使纸卷具有较大硬度，可通过增大压纸辊压力和前后底辊之间的转矩差来实现。
复卷过程中，张力大小主要取决于纸种，一般在0.3到2公斤力/厘米之间。合适的张力能在一定程度上减小断头、改善纸卷质量，并保证复卷机稳定的工作。所以，自动保持张力稳定是复卷机传动中重要的一环，并且需要根据生产情况自动进行调节，张力的波动范围不应超过一成，张力的最小值约为0.3公斤力/厘米。
直接张力控制和间接张力控制是纸幅张力控制的两种不同的控制方式[2]。其中，前者控制精度高，且需要张力传感器，投资较高，而后者控制精度相对较差，投资也相对低廉，需根据不同使用场合对两种方式进行甄选。无论采用何种控制方式，在升降速的瞬间，纸幅的突发性倾斜可能导致其断头或横向窜动，为了防止这一现象，需要对静止张力进行预设。若复卷机系统要求高生产率或高精度的张力控制，还应将动态补偿的环节还需要纳入考虑之列，以减小纸幅张力在升降速过程中的改变。
2.4电力驱动的“挠性”起动以及速度的控制
复卷机启动的平稳程度越高，施加在纸幅上的冲击张力越小，断头也越少。为了提高复卷机的平稳程度，可以将给定积分器加入调速系统的转速电流双闭环前，且系统启动的平稳程度随着给定积分器时间常数的增大而增强。因此在复卷机传动系统中给定积分器有着举足轻重的地位。为了满足不同生产目的对工艺的不同要求，积分时间常数的调整范围极大。同时，在复卷机升降速时，平稳程度越强越好。S型曲线[3]升降速时速度的二阶导数为常数，该特性正好满足在升降速时速度变化平稳的需求。
3 结语
复卷机工艺极大的影响了成品纸卷的质量，为达到产品优质和生产高效的目的，务必牢牢的抓住生产中的每一个环节，通过科学的方法是电控系统做到自动控制，充分发挥自动化生产的优势，实现整个系统的稳定运行和高效生产。
参考文献
[1]孟彦京，黄建兵，许德玉.复卷机电气传动系统设计与分析[J].西北轻工业学院学报，2000，18（3）：1-3.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，1992.
[3]康家玉.变频器在交流复卷机电控系统中的应用[J].电气应用，2006，25.