烤機輔助傳動研發應用

張照德+李銳洪+王榮康+蘇吉傳

摘要：針對葉片復烤機運行中輸送鏈條在煙葉傳送過程中出現間歇停滯或蠕動問題，導致與之聯接的輸送網板出現間歇停滯或蠕動，造成鏈條磨損和損壞，輸送網板和護板變形損壞的問題。文章設計了一套從傳動輔助驅動系統，在復烤機機尾網板鏈條從動軸上研發增加一套從動軸輔助驅動裝置，并結合實際情況選擇超越離合器傳遞驅動力矩，能有效降低鏈條的磨損。

關鍵詞：復烤設備；輔助傳動；煙草生產；煙葉傳送；鏈條磨損 文獻標識碼：A

中圖分類號：TS441 文章編號：1009-2374（2017）07-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.037

烤片機是煙葉復烤加工的主要設備，主要由輸送部分、干燥區、冷卻區、取樣間、回潮區、管路系統和電控系統組成。煙葉通過烤片機內部輸送網板實現水分、溫度的控制。在其長期運行的情況下，網板鏈條磨損嚴重，從而導致網板損壞，該問題一直是打葉復烤生產線烤片機維護維修的最難點，同時也是該設備維修耗時最長、產生維修費用最高的一項內容。一旦生產過程中出現故障，將會嚴重影響生產。由于會經常出現故障，導致烤片機的維修量很大，增加了維修人員的勞動強度。

1 方法

1.1 原因分析

烤片機在使用過程中，由于烤片機網板輸送鏈條較長，長達100多米，從動軸張緊方式都采用隨動的彈簧結構設計，輸送鏈條在傳動輸送過程中經常出現間歇停頓或蠕動現象，導致與之聯接的輸送網板同樣出現間歇停頓或蠕動現象，造成鏈條磨損和損壞，輸送網板和護板變形損壞等嚴重問題，導致輸送鏈條、網板及護板故障頻繁，嚴重影響復烤生產正常進行。另外，由于輸送網板的間歇停頓或蠕動現象，在停頓或蠕動過程中通過煙片的熱空氣、蒸汽及加濕水量比輸送網板正常運轉時要多，無法保證煙葉在通過整個烤片機復烤后的水分均勻性、烤透率及回透率的一致性，嚴重影響復烤生產水平和工藝質量。為了改善這種情況，需要對烤片機的網板鏈條從動軸增加輔助驅動，減少整個傳動系統的磨損，減少設備維修量，提高設備的可靠性和生產效率。

1.2 方案設計

研發一套從傳動輔助驅動系統，在烤片機機尾網板鏈條從動軸上，增加從動軸輔助驅動裝置，驅動電機與網板鏈條從動軸之間，使用超越離合器傳遞驅動力矩。這樣可以最大限度地達到同步驅動的目的，并且將可能出現的故障對生產的影響降低到最小。由于烤片機機尾網板鏈條從動軸會隨鏈條的松緊度隨動移位，增加的驅動裝置安裝為可以隨動的機構。為了達到該設計之目的，驅動電機及超越離合器等的選型，要根據烤片機機尾網板鏈條從動軸的驅動需要進行精確的選配，并進行巧妙的結構設計，才能保證整個系統的穩定可靠。具體方案如下：

1.2.1 驅動模式選擇。目前國內外復烤機驅動輸送網板方式兩種方式：一種是主傳動軸由一套驅動裝置單邊驅動；另一種是主傳動軸由兩套驅動裝置兩邊同時驅動，但這兩種驅動方式都局限于只對主傳動軸進行驅動，中心距為52000mm的從傳動軸被主傳動被動帶動。通過現場對主傳動和張緊裝置多次調試和驗證表明，無論主傳動如何精確、可靠，但由于主從傳動中心距離長達52000mm實際情況的存在，無法保證主從傳動軸旋轉時時保持同步，傳動誤差積累到一定值時，就會出現一次竄動現象，如此循環，當輸送鏈條使用時間越長，竄動次數越頻繁，輸送鏈條與網板被拉斷和損壞現象更突出，嚴重影響復烤生產和葉片烘烤質量。

本方案設計在從傳動軸上研發一套輔助驅動裝置來徹底解決問題。驅動裝置與傳動軸采用離合器方式聯接，當主從傳動轉速一致時，驅動裝置與從傳動軸脫離，當主從傳動轉速誤差積累到一定值，導致主從傳動轉速不一致時，驅動裝置與從傳動軸嚙合，與主傳動同步驅動從傳動軸，實現兩者同步旋轉。

1.2.2 離合器選擇。從傳動軸與驅動裝置聯接選用離合器方式，離合器動作需滿足當驅動的傳動軸轉速低于或高于主傳動轉速時需準確、可靠分離，同時滿足當扭矩超限時也需及時分離，避免輸送網板和鏈條被拉斷，也即超越離合器。本方案設計采用VM20系列干式多片電磁離合器，該離合器的輸出軸直徑可在45～48mm之間選擇，以便于配合烤片機的從動軸直徑。

1.2.3 減速電機選擇。減速電機選用SEW的SA系列，扭矩取烤片機主驅動電機扭矩值的30%～40%，功率3kW，速比為110.40，輸出扭矩為1720Nm。

1.2.4 控制系統選擇。控制系統采用西門子PLC可編程控制器和丹弗斯變頻控制器，反饋控制器件選用歐姆龍編碼器。控制原理框圖如圖1所示：

如此，整套輔助驅動系統結構示意圖如圖2、圖3、圖4所示：

1.3 工作原理

烤片機輸送網板輔助驅動系，是在傳動軸與減速器之間采用超越離合器來連接，通過超越離合器離合來實現主從傳動同步轉動。當從傳動轉速與主傳動轉速不一致時，通過旋轉編碼器檢測到的數據與主傳動驅動變頻控制器反饋參數比對、計算，從而輸出控制指令自動調節驅動從傳動減速器轉速，使主從傳動轉速一致。當從傳動軸轉速超過超越離合器設定值時，超越離合器脫開，傳動軸與減速器的驅動分離，減速器空轉無負載，傳動軸隨主動軸同步轉動；當從傳動軸轉速低于主傳動軸轉速時，超越離合器嚙合，減速器驅動傳動軸，減速器通過超越離合器驅動使傳動軸與主傳動同轉速同步轉動，滿足輸送鏈條勻速傳動。

2 實施

設計完成后現場進行實施：（1）根據復烤機輸送網板驅動的實際情況，對設備的傳動機構仔細測量、分析、計算，并經過多個設計方案的試驗驗證，開發一套輸送網板輔助驅動系統，實現主從傳動軸轉速不一致時，輔助驅動系統動作，驅動從傳動軸，保證主從傳動軸轉速同步；（2）由于烤片機的從動軸采用張緊隨動的結構設計，輔助驅動系統通過自動鏈條張緊裝置隨從動軸的移動自動張緊，解決驅動機構固定不動而從傳動軸隨張緊彈簧張緊移動的技術難點；（3）實現控制主從傳動軸轉速一致性：通過主傳動轉速來調速，從傳動軸通過旋轉編碼器測速，經過測試和邏輯運算，推算出變頻器頻率變化值與旋轉編碼器測算轉速之間邏輯控制關系，當改變主傳動軸變頻器頻率時系統會自動調節從傳動軸的轉速，實現主從傳動軸轉速同步；（4）為確保從動軸轉速比主傳動軸快時驅動裝置停止動作，系統通過設置超限電流和轉速超過設定值來啟停減速電機實現；（5）整個系統設計規范、合理，布局美觀，系統穩定可靠。根據實際需要，可以調整輔助驅動的驅動扭矩，滿足不同運行狀態的扭矩需求；（6）轉矩跟蹤控制：將兩臺矢量控制變頻器的其中1臺（即原來的主驅動電機）作為主動裝置，另1臺（即從動軸處增加的驅動電機）作為從動裝置，主從兩裝置的變頻驅動裝置之間用串行方式連接成主從控制方式；（7）根據設備中兩臺電機同步拖動同一負載的實際情況及烤片機的生產工藝要求，采用兩臺矢量控制變頻器分別驅動兩臺電機的轉矩跟蹤控制方案，控制準確、運行可靠。此功能的實現需用兩臺電機同步運行并自動保持負載轉矩平衡分配拖動同一條輸送鏈。

3 效果分析

網板輔助驅動系統的研發并成功應用，杜絕了葉片復烤機因輸送機構傳動不同步容易造成設備損壞，造成輸送物料時不間斷地發生瞬間停滯現象帶來的復烤煙片質量不穩定，煙片復烤后水分一致性和均勻性差等質量缺陷。同時杜絕輸送鏈條和輸送網板由于輸送鏈條有跳齒或瞬間停滯等造成的設備故障和備件消耗。自投入使用至今為大理卷煙廠節約了備件費用約86萬元，能源節約費用約為21.6萬元，總計經濟效益為107.6萬元，同時為企業的管理和技術創新能力提升做出重大貢獻。

烤片機網板輔助驅動系統的研發并成功應用，效果突出，成果顯著，為企業取得了較好的經濟和社會效益。通過本項目的研制并成功應用，為復烤設備加工能力和保障復烤生產質量能力的提升做出了重大貢獻。項目的成功研發與應用，填補了國內外復烤行業一直無法解決葉片復烤機主從傳動不同步的技術領域空白，系統運行穩定、可靠，效果突出，成果顯著，具體較高的社會效益。通過生產實際運行情況和工藝驗證表明：該項目保證了烤片機運行穩定、可靠、實現零故障，工藝質量指標得到有效提高，效果明顯：冷卻區水分合格率、機尾水分合格率、葉片烤透率、干燥五區總溫度合格率分別提高了5.75%、1.14%、4.2%、3.2%。

4 結語

本文給出了通過增加網板鏈條從動軸驅動的方式，在烤片機機尾網板鏈條從動軸上增加從動軸輔助驅動裝置，降低鏈條的磨損，從而更好地保護烤片機網板的運行，提高烤片機的工作效率，減少設備的故障率，降低維修人員的勞動強度，同時降低設備的維修費用。

參考文獻

[1] 楊占凱，李英，張春曉.輔助傳動的設計與探討[J].有色礦冶，2014，（2）.

[2] 唐捷.電力機車輔助傳動系統帶速重投控制策略研究[D].中南大學，2013.

基金項目：紅塔煙草（集團）有限責任公司科技項目《成品裝箱水分一致性和穩定性的改進研究》（S-6016008）。

作者簡介：張照德（1969-），男（白族），云南大理人，紅塔集團大理卷煙廠復烤車間工程師，研究方向：機械自動化。

（責任編輯：蔣建華）