紙面石膏板同步高速自動(dòng)接紙機(jī)系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

張軍

摘 要：采用了高速同步粘接的先進(jìn)接紙方案，自動(dòng)化程度高，操作簡便，具有穩(wěn)定性、可靠性高的特點(diǎn)。本文介紹了石膏板生產(chǎn)中一種高速同步自動(dòng)粘接護(hù)面紙的設(shè)計(jì)方案和相關(guān)設(shè)備。

關(guān)鍵詞：石膏板生產(chǎn)；高速；自動(dòng)；接紙機(jī)；新技術(shù)

中圖分類號(hào)： TQ177 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1立項(xiàng)背景

在為石膏板生產(chǎn)供給護(hù)面紙的供紙機(jī)上，一紙卷用完后更換紙卷是一項(xiàng)必須完成的工作。人們希望供紙機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中完成更換紙卷，即進(jìn)行自動(dòng)接紙。自動(dòng)接紙主要有兩種基本形式：即零速接紙和高速接紙。零速接紙是指紙卷在接紙的瞬間紙帶的速度為零，也就是在接紙的時(shí)刻，用于接紙的紙帶和被接的紙帶速度均為零，而主線可以不降速繼續(xù)生產(chǎn)。為保證接紙過程中主線不降速停機(jī)，故零速自動(dòng)接紙系統(tǒng)設(shè)有儲(chǔ)紙機(jī)構(gòu)。

高速自動(dòng)接紙就是整個(gè)接紙過程都是在紙帶高速運(yùn)動(dòng)的情況下自動(dòng)完成的。要求正在使用的紙卷用到規(guī)定的直徑時(shí)（通常稱舊紙卷用完時(shí)），自動(dòng)準(zhǔn)確無誤地將新舊紙卷的紙帶粘貼在一起，并及時(shí)將舊紙卷紙帶切斷，新紙卷的紙帶及時(shí)供給生產(chǎn)使用。因高速自動(dòng)接紙過程中紙帶并不停止運(yùn)動(dòng)，可以繼續(xù)對(duì)生產(chǎn)線供紙，所以不需要設(shè)置儲(chǔ)紙機(jī)構(gòu)。

針對(duì)北新建材石膏板生產(chǎn)線原有接紙機(jī)占地面積大、儲(chǔ)紙輥多、調(diào)整跑偏困難、人工接紙勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了新型自動(dòng)接紙機(jī)及其控制系統(tǒng)。

2項(xiàng)目的研究工作

自動(dòng)接紙機(jī)主要由上紙裝置，接紙裝置，張力控制裝置，輔助裝置四部分組成，根據(jù)總體控制方案和模塊化的設(shè)計(jì)思想，其控制系統(tǒng)主要分為高速接紙控制和放卷控制兩大部分，其中高速接紙控制由上紙接紙控制、速度同步控制和氣路控制組成，放卷控制由氣路控制和張力控制組成。

2.1上紙裝置

該設(shè)備為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，主要包括上紙回轉(zhuǎn)臂、紙卷脹緊機(jī)構(gòu)、紙卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、紙卷制動(dòng)機(jī)構(gòu)，還包括一臺(tái)上紙用電葫蘆。兩組對(duì)稱的回轉(zhuǎn)臂有兩個(gè)工位，可放兩卷紙卷。每組回轉(zhuǎn)臂上安裝一個(gè)可拆卸的氣脹軸，紙卷就安裝在氣脹軸上，由氣動(dòng)制動(dòng)器產(chǎn)生制動(dòng)力矩來控制紙卷的松緊。上紙時(shí)，先將氣脹軸穿入新紙卷中，調(diào)整好距離使紙卷位于氣脹軸中央，給氣脹軸充氣使紙卷固定在氣脹軸上，然后用電葫蘆吊裝到安裝在回轉(zhuǎn)臂上的安全夾頭內(nèi)。自動(dòng)接紙前，在新紙卷上貼上雙面膠帶，回轉(zhuǎn)臂在電機(jī)帶動(dòng)下向前轉(zhuǎn)動(dòng)，將新紙卷由上紙位置移動(dòng)至接紙位置，同時(shí)舊紙卷所在回轉(zhuǎn)臂向后轉(zhuǎn)動(dòng)至上紙位置，舊紙卷在改向輥導(dǎo)引下繼續(xù)出紙，待接紙完成后，卸下氣脹軸，拆下舊紙卷紙芯，重新裝上新紙卷，等待下一次接紙。因?yàn)樵撗b置兼具接紙前新卷的上紙功能和接紙后舊卷的退紙功能，所以既是上紙裝置，又是退紙裝置。

2.2接紙裝置

機(jī)架整體安裝在導(dǎo)軌上，機(jī)架可前后移動(dòng)的。該部分主要包括部件如下：接頭器、壓緊機(jī)構(gòu)、張力檢測機(jī)構(gòu)、切刀機(jī)構(gòu)、加速皮帶機(jī)構(gòu)和機(jī)架行走機(jī)構(gòu)。

接頭器：該機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)。不接紙時(shí)接頭器處于收回位置，接紙時(shí)該機(jī)構(gòu)與壓緊機(jī)構(gòu)一起伸出，到達(dá)工作位。使加壓輥彈起后能與紙卷緊密接觸（相切），為接紙做準(zhǔn)備。

壓緊機(jī)構(gòu)：主要由膠輥和加壓氣缸構(gòu)成，安裝在接頭器上。接紙時(shí)電磁閥導(dǎo)通，膠輥在加壓氣缸的帶動(dòng)下快速彈起，與待接紙卷緊密接觸，將舊紙與貼了雙面膠的新紙緊緊地壓在一起，使新紙與舊紙牢固粘接。

切刀機(jī)構(gòu)：在膠輥彈出，新紙與舊紙粘接上后，切刀快速彈出切斷舊紙，然后自動(dòng)收回，完成一次接紙過程。

加速皮帶機(jī)構(gòu)：主要由加速皮帶擺臂、皮帶機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。本項(xiàng)目開發(fā)的接紙機(jī)是高速接紙機(jī)，接紙時(shí)紙帶一直處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在粘接前必須將新紙卷加速到與舊紙卷線速度同步的速度，具體動(dòng)作為：加速皮帶擺臂驅(qū)動(dòng)氣缸伸出，放下加速皮帶擺臂，使皮帶與新紙卷外徑相切，啟動(dòng)加速皮帶，對(duì)該紙卷進(jìn)行預(yù)加速，加壓輥彈起，使加壓輥表面與紙卷表面相切，進(jìn)一步將新紙卷加速至與主線同步的速度。其中，加速皮帶電機(jī)由變頻器控制，通過DCS主線通信，其速度與主線速度一致；接紙時(shí)，舊紙卷所在回轉(zhuǎn)臂已經(jīng)轉(zhuǎn)到后面，紙帶通過改向輥后搭在加壓輥上，加壓輥線速度也與主線速度即舊紙卷線速度一致，這樣可以保證在粘接前將新紙卷加速至與主線同步的速度。

2.3張力控制裝置

由張力檢測、張力控制器、精確比例閥、張力檢測機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)制動(dòng)器（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）和連接各氣動(dòng)元件的氣路組成。張力檢測機(jī)構(gòu)：由三根自由輥、張力傳感器及支架構(gòu)成，用于檢測通過其上的紙帶的實(shí)際張力，反饋給張力控制器形成閉環(huán)系統(tǒng)。張力控制器將張力傳感器采集到的實(shí)際張力信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID控制器計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大變成0-10V的電壓信號(hào)，通過精確比例閥轉(zhuǎn)換為氣壓大小，控制氣動(dòng)制動(dòng)器產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力矩，從而達(dá)到調(diào)節(jié)張力的目的，并使實(shí)際張力穩(wěn)定在設(shè)定值附近，以滿足生產(chǎn)需要。

2.4輔助裝置

主要包括微型儲(chǔ)紙機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)和機(jī)架行走機(jī)構(gòu)。本自動(dòng)接紙機(jī)設(shè)置了一個(gè)微型儲(chǔ)紙機(jī)構(gòu)，由浮動(dòng)輥、配重、固定輥及支架構(gòu)成，能儲(chǔ)紙2米，主要用于防止由外部干擾引起的瞬間張力過大導(dǎo)致斷紙。平時(shí)張力正常時(shí)，浮動(dòng)輥落下，儲(chǔ)紙2米，當(dāng)張力突然瞬間過大，浮動(dòng)輥在瞬間大張力和配重的共同作用下迅速抬起，釋放儲(chǔ)存的紙，使紙不被拉斷，張力恢復(fù)正常后浮動(dòng)輥又重新落下。張緊機(jī)構(gòu)由若干自由輥及輥架構(gòu)成，主要作用是讓紙帶在傳送過程中保持適度張緊。機(jī)架行走機(jī)構(gòu)：接紙裝置所有機(jī)構(gòu)都安裝在機(jī)架上，通過兩個(gè)大氣缸帶動(dòng)機(jī)架前后行走，主要用途是在不接紙時(shí)將機(jī)架向前移動(dòng)，讓出空間以便紙卷能往后轉(zhuǎn)動(dòng)。

3項(xiàng)目的應(yīng)用分析

本項(xiàng)目采用了高速同步粘接的先進(jìn)接紙方案，通過基于速度同步控制、上紙接紙控制、先進(jìn)氣路控制的高速接紙控制系統(tǒng)和基于先進(jìn)氣路控制、張力控制的放卷控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高速同步自動(dòng)接紙，具有自動(dòng)化程度高，操作簡便，穩(wěn)定性和可靠性高的特點(diǎn)，對(duì)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率有很大幫助。

本項(xiàng)目開發(fā)的自動(dòng)接紙機(jī)目前已經(jīng)用于新鄉(xiāng)北新建材年產(chǎn)3000萬平米石膏板生產(chǎn)線及淮南北新建材年產(chǎn)5000萬平米生產(chǎn)線上，整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、張力控制穩(wěn)定精確、接紙效果好，具有非常好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 向才旺.建筑石膏及其制品[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1998：368-370.endprint