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卫生纸生产设备之复卷机升级改造分析

2021-7-21 9:45:46 次浏览

摘 要: 文章主要阐述了台湾泰舜公司 3400/800 复卷机结构升级改造。此复卷机为 2008 年维达纸业(浙江)有限公司从台湾泰舜公司引进的设备,随着时代的变迁,原设计已经无法满足现在的生产需求。原结构设计简单,车速较慢,原本设计 800m/min,但是实际运行车速只有 600m/min。原设备设计采用总轴传动和机械凸轮结构进行速度调节,不能够精确控制产品厚度,使得产品产生损失。为了提高产品的厚度以及提升复卷机车速,故将复卷机的总轴传动改为分部传动结构,并且改善弧形辊装置,优化张力控制系统。经测算,改造后车速提升 38%,产品厚度提升 3.9%。关键词: 卫生纸复卷机、张力控制、分部传动


  卫生纸复卷机在生活用纸行业比较重要,主要是把造纸机做出的原纸从幅宽为 3 ~ 6m 分切成各种不同幅宽尺寸的盘纸,然后进入下道工序,做成成品,如软抽、盒抽纸等。软抽、盒抽纸是以抽数为计量单位,同样抽数的抽纸,如果厚度高,那么产品饱满度就更好,故提升原纸的厚度至关重要,厚度控制主要依靠纸张张力的控制,要减少盘纸厚度损失必须降低原纸张力,但是降低了原纸张力在机器运转过程中原纸容易打折,张力过大原纸又容易拉断,故原纸张力控制非常重要。台湾泰舜公司 3400/800 复卷机为 60 年代技术,传动部分采用总轴传动,传动方式过于粗犷;对每层纸张力采用机械凸轮方式调节,调节精度低,难以达到产品品质要求,无法根据原纸的张力、伸长率的变化进行多层单独调节复合,所以升级改造老旧张力调整装置至关重要。


  1 改造前复卷机系统结构介绍


  如图 1 ~图 2 所示,整个复卷机只有一个传动源为底轮传动(②),其他的三组原纸传动是通过皮带和联轴器链接方式进行一体式传动。其中,复卷机分为七大部分:第一部分为翻转台部分(①),作用是将生产出来的盘纸运送到打包区域;第二部分为传动底轮(②),作用是分切好的三层盘纸旋转动力;第三部分为切刀装置(④),作用是将三层叠加一起的原纸切割成所需要的不同幅宽的盘纸;第四部分为存纸架部分(⑤),作用是分别存放半成品原纸;第五部分为转动皮带装置(⑦),作用是 3 组半成品原纸转动动力源;第六部分为机械凸轮张力调整装置(⑧),作用是调整三组半成品原纸张力;第七部分为减速机(⑨),作用是降低转速及转变传动方向。


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  复卷机工作流程:第一步,将切刀装置上的若干分条上刀与分条底刀间距调整为所需成品盘纸宽度规格;第二步,将三组原纸平稳地放落在复卷机的存纸架上,并穿过引纸轴引至机头并固定到卷纸轴上;第三步,启动主马达,将车速调到 50m/min 以下,以爬行车速调整,并采用凸轮调整装置(见图 2- ④)将三组原纸张力调整均匀;第四步,确认产品质量正常、设备运转良好后,以每次 50m 逐步提速,提速到 600m/min 车速;第五步,待盘纸复卷成所需要直径的半成品,通过翻转台送入打包区,并进行打包和入仓库。所有步骤中,第三步骤最为重要,直接关系到盘纸的质量。机械凸轮张力调整装置(见图 3)的工作原理:手动调整电机减速机( ⑬),驱动调整螺杆( ⑮)旋转,带动调整限位左右移动,调节调整皮带在凸轮上面移动,达到调整每座原纸旋转速度目的,实现调整原纸张力作用。


  2 改造目标需求部分介绍


  改造前不足之处:

  (1)复卷机传动采用一个电机(75kw)串联起来的总轴传动,与其他三座传动采用齿轮箱、联轴器的方式进行连接,随着主轴电机同步运转。其机械结构复杂、传动效率低下、速度调整精度差、维修保养工作量大;


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  (2)每座原纸传动速度调整采用机械凸轮结构(见图 3)进行,并且采用皮带方式连接,皮带打滑会导致速度调整精度降低,致使原纸张力控制困难,引起产品质量波动。


  改善目标:

  (1)提高传动效率,把车速 600m/min 提高到 800m/min;

  (2)改变传动结构,总轴传动改为分部传动方式,减少机械部分,降低维护保养工作难度;

  (3)取消机械凸轮张力调整装置,采用分部变频控制速度,提高速度


  控制精度,并且采用新型弧形辊装置辅助调整张力,提高原纸张力控制灵敏度,减少产品质量波动。


  3 改造后的复卷机系统结构介绍


  3.1 传动部分改造


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  由于机械凸轮张力调整装置的缺陷,现取消此装置。在复卷机上每一组原纸传动采用 11kw 变频电机带动减速箱方式,减速箱与原转向器通过膜片联轴器连接,作为单独传动,原主传动 75kw 普通电机更改为 45kw 变频电机为底辊传动部分,改造后布局结构见图 4。传动电机及联轴器选型计算如下:电机功率选型计算:自 动 化 控 制 部 分: 该 系 统 控 制 单 元 采 用 西 门 子 的cpu314c-2dp 系列的 plc 作为控制器,变频传动单元采用 abb的 acs550 系列的变频器,变频器与 plc 之间的数据交换通过acs550 内部自带的 modbus 通信协议来实现。该系统控制思路是,由操作员在操作台上对各个传动点发出操作指令,指令经按钮信号进入 plc,plc 内部完成各个传动点车速的计算以及操作指令的处理,并在计算中串入速度链,

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计算完毕后由 plc通过 modbus 总线发送给变频器,从而实现对各个传动点的操作,并满足系统有速度链的要求。每个传动点都有一个速度调节闭环系统(见图 5),通过速度 pi 调节器及电流 pi 调节器调整之后,转化为触发脉冲控制可控硅导通时间,从而实现闭环速度调整。每一卷原纸传送都可以实现单独速度调节;实现根据原纸实际的质量变化和原纸卷之间的参数差距进行高精度复卷分切速度调节,实现智能化操作,减少分切产品因人为操作失误或经验不足造成的质量波动。


  3.2 弧形辊部分改造


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  弧形辊部分作用:当纸张出现打折情况,采用弧形辊对纸面进行张力调整,让纸张横幅展开,消除纸面打折现象。改造之前采用 d型杆,无法根据纸张的打折情况进行调整,导致经常出现产品质量问题。现改为可调节弧形辊(见图 6),可根据纸张打折轻重情况进行调节,并且可以根据不同的纸种记录不同的压力(见图 7),使操作量化,从而方便操作,并且达到提升产品质量目的。


  4 改善收益


  改造近两年时间,复卷机运行车速从 600m/min 提升到最高 850m/min,设备系统稳定,响应时间更快。总轴传动改为分部传动后速度调整更加方便,精度更高,加上可调节弧形辊装置,更好地完成原纸张力控制,成品厚度得到提升,从而提升成品质量。具体参数见表 1。


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  由表 1 可知,改造前,车速为 586m/min,成品厚度为1.150mm,改造后车速提升 38.23%,至 810m/min,产品平均厚度提升 3.91%,至 1.195mm。效率及产品品质得到很好的提升,达到了改造升级的目的。


  5 结束语


  目前国内市场还有很多类似的老旧复卷机设备,随着时代的发展,提升效率、提高品质、降低制造成本是每个生产数据参数 成品平均厚度(mm/12 层)底刀及底轮速度 原纸座转速 速比


  改造前 1.150mm 586m/min 570m/min 97.12%

  改造后 1.195mm 810m/min 803m/min 99.13%


  提升率 3.91% 38.23% 40.87% 1.80%


  表 1 改造前后数据对比


  厂家追求的永恒主题。购买新高速复卷机需要花费大笔资金,而改造升级旧设备可以节约不少费用,所以老旧设备升级改造具有较大的经济及社会效益。


参考文献:


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[3] 成大先 . 机械设计手册 [m].5 版 . 北京 : 化学工业出版社 ,2007.

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