現(xiàn)代衛(wèi)生紙機卷取控制研究

葉鳳英 胡慕伊

摘要：詳細分析了衛(wèi)生紙機卷取動作過程，改善原有卷取部的結(jié)構(gòu)，增加了起重臂環(huán)節(jié)，并利用西門子CFC軟件完成對起重臂動作編程的增補。提高了卷取部的穩(wěn)定性，加強了紙機的智能化，同時也保證了紙機卷取效率和安全性。

關(guān)鍵詞：紙機；卷取部；起重臂；自動化

中圖分類號：TS736+.2

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254508X.2018.12.009

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，消費者對生活用紙的需求在不斷的擴大[1]；近年來，我國造紙行業(yè)迅猛發(fā)展更是推動了制漿造紙機械行業(yè)的進步，而造紙機械制造企業(yè)只有不斷的調(diào)整自身產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，加大技術(shù)的研發(fā)力度，提升機械自動化能力，才能取得更好的效益和發(fā)展前景。

根據(jù)我國制漿造紙裝備制造業(yè)“十三五”發(fā)展展望，中高速文化紙機和生活用紙機需要進行優(yōu)化和完善[2]。關(guān)于衛(wèi)生紙機的改造，余章書[3]提出了將圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機改為長網(wǎng)紙機，在投入生產(chǎn)后產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)都得到了提高；孟彥京等人[4]提出了紙機傳動控制系統(tǒng)速度鏈與負荷分配解決方案，提高了紙機控制精度。在衛(wèi)生紙機中，所用到的機械設備太多，有流漿箱、成形網(wǎng)、成形輥、毛毯、揚克缸、施膠機、壓光機、卷取機等，這些設備均和最終成紙質(zhì)量的好壞息息相關(guān)。卷取機，作為造紙環(huán)節(jié)中的最后一個環(huán)節(jié)，卷取效果的好壞會直接影響到最終成品質(zhì)量的優(yōu)劣；除要求在卷紙的過程中松緊均勻，還要保證一定的起皺率。如今紙機的最高運行速度已經(jīng)超過2000 m/min，紙幅寬度11 m以上，隨著紙機車速和紙幅寬度的不斷增加，對紙機卷取的性能要求也越來越嚴格[5]。

1衛(wèi)生紙機

衛(wèi)生紙機系統(tǒng)主要由流漿箱、網(wǎng)部、壓榨部、干燥部、卷取部構(gòu)成，其流程圖如圖1所示[6]。流漿箱主要作用是沿紙機橫向噴出均勻穩(wěn)定的漿料，并控制好漿料的絮聚[7]；網(wǎng)部是紙張成形的位置，使纖維分布均勻；壓榨部是借助機械壓力盡可能多地脫除濕紙幅水分；干燥部則是將濕紙幅進行干燥處理；卷取部在衛(wèi)生紙機末端，把生產(chǎn)的紙幅卷成卷紙以便貯存和進一步加工。

作為紙機的最后一道工序，卷取機性能的好壞會影響到整個生產(chǎn)過程中的啟、停、升、減速[8]；在紙廠中，工作人員通常要求原材料和過程參數(shù)變化越少越好，斷紙的概率越低越好，在開機和斷紙后需要盡快地達到目標質(zhì)量的要求[9]。

本課題詳細介紹了衛(wèi)生紙機卷取部動作過程，設計并改善了卷取部動作，通過增加起重臂的環(huán)節(jié)，使卷取過程達到“閉環(huán)控制”。利用西門子CFC軟件，來實現(xiàn)對該動作過程控制編程的增補。

2衛(wèi)生紙機卷取部

2.1卷取過程

圖2為衛(wèi)生紙機卷取結(jié)構(gòu)示意圖。從圖2可以看出，紙張從烘干部出來，經(jīng)過卷筒區(qū)域，卷繞到空卷筒上，并連續(xù)卷繞；在主臂區(qū)域，完成卷筒初卷紙過程并傳送到二次臂區(qū)域；在紙卷筒完成卷取后，由二次臂踢到剎車裝置，使紙卷筒速度完全停止；然后紙卷筒被踢到稱量位置完成稱量；接著利用拔軸器將卷芯軸取出并套上紙芯，利用起重臂將新的空卷筒運送到卷筒存放架上，并由卷筒存放架上的汽缸將空卷筒運送到抓取位置；最終通過裝卸臂將空卷筒轉(zhuǎn)移到主臂區(qū)域，完成一整套的卷取動作。

卷筒支承在卷筒區(qū)域中，卷筒將最初的引紙帶壓在卷筒區(qū)域上，并確保必要的輥硬度，卷筒區(qū)域如圖3所示。刮刀用來清理卷筒，防止卷筒在尾部纏繞，圖4為刮刀示意圖。刮刀位于卷筒下面并支撐在基座中。固定在刮刀座上，刮刀座上有兩個氣動軟管，軟管根據(jù)氣動原理帶動刮刀，實際的操作壓力會根據(jù)相應的要求進行調(diào)整。

圖5為紙機卷取結(jié)構(gòu)主臂區(qū)域。從圖5可以看出，前側(cè)和驅(qū)動側(cè)各有一個主臂，兩個主臂通過導桿、臂和橫軸相互連接，因此這兩個臂具有同步性；主臂安裝在主臂軸承組件上并固定在主基座上，主臂區(qū)域的上臂會抱緊主臂上的空卷筒，主臂由液壓缸驅(qū)動，卷筒在松脫過程中會補償卷筒在主臂區(qū)域卷繞時不斷增加的紙質(zhì)量所帶來的影響。旋轉(zhuǎn)汽缸使主臂旋轉(zhuǎn)，主臂與卷筒一起轉(zhuǎn)動到可以進行轉(zhuǎn)移動作的位置；在該動作過程中，會通過角度編碼器來檢測每個動作的位置。

主臂會從卷筒存放架上通過裝卸臂接到空卷筒，并將卷筒轉(zhuǎn)接到二次臂區(qū)域；液壓缸帶動整個主臂從裝載位置動作到改變位置，最后旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)移位置，其動作狀態(tài)，如圖6所示，整個過程都是通過角度編碼器來檢測主臂的位置。

裝卸臂的作用是將空卷筒從卷筒存放架上抓取位置取出并轉(zhuǎn)移給主臂，裝卸臂通過液壓缸進行動作，裝卸臂取空卷筒的過程如圖7所示，裝卸臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。

開始卷取紙的卷筒轉(zhuǎn)移到二次臂區(qū)域，卷取動作一直進行，直到紙卷的卷幅達到額定的直徑；二次臂從主臂上接過紙卷筒，并在動作過程中產(chǎn)生所需的線性負載；二次臂上的運輸裝置由液壓缸移動，利用集成在液壓缸中的位置傳感器測量前臂和驅(qū)動側(cè)副臂的位置，二次壁結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。

圖10為起重臂結(jié)構(gòu)示意圖。從圖10中可以看出，起重臂通過液壓缸旋轉(zhuǎn)，起重臂轉(zhuǎn)動并將空卷筒抬升到最前沿的旋轉(zhuǎn)棘爪位置；當起重臂向下運動時，旋轉(zhuǎn)棘爪可旋轉(zhuǎn)；在不斷下移過程中，當棘爪碰到空卷筒時，由于自身可以旋轉(zhuǎn)活動，前沿會向內(nèi)折疊，整個起重臂繼續(xù)向下，當下降到一定位置時，棘爪依靠自身重力的作用重新打開，并勾住空卷筒，將空卷筒成功地運送到卷筒存放架上。和原有卷取部的設計相比，起重臂前沿的旋轉(zhuǎn)棘爪取消了原有的利用氣缸控制，全新的起重臂設計采用純機械式連接，在起重臂下降過程中棘爪在碰到空輥子時由擠壓作用力進行折疊，在折疊過程中逐漸下移，當棘爪不在接觸輥子時，棘爪能夠完全依賴重力作用而回到原位勾住輥子，在完成動作的情況下減少氣缸的數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本。

卷筒存放架的作用，是將空輥子移交到主臂區(qū)域上方裝卸臂前面的抓取位置。空卷筒滑輪輸送裝置由兩個無桿氣缸組成；氣缸將空輥子踢到抓取位置，整個過程中依靠接近開關(guān)來檢測輥子的位置。

空輥子在抓取位置時，通過接近開關(guān)來檢測輥子是否到位，主臂同時在裝載位置等待；此時，裝卸臂先抬起，再提取空輥子，并通過自身前沿位置的接近開關(guān)檢測是否完全提取成功；當檢測成功提取后，裝卸臂開始下移，將輥子落到主臂上，并開始進行卷取；和原有卷取部（見圖11）相比較而言，稱量結(jié)構(gòu)也進行了優(yōu)化，使輥子稱量過程更加穩(wěn)定，降低輥子在稱量時發(fā)生掉落事故，稱量動作結(jié)束以后，利用拔軸器將鐵芯抽出，并裝上紙芯筒；起重臂此時落下，提取空卷筒到卷筒存放架；空卷筒從卷筒存放架上被踢到抓取位置，等待下一次卷取動作[10]。

與之前的卷取部相比，現(xiàn)代衛(wèi)生紙機增加了起重臂的環(huán)節(jié)，空卷筒能夠自動回到卷筒存放架上，而無需使用人力和行車來吊取空卷筒。除了增加起重臂環(huán)節(jié)以外，拔軸器的增加與原有卷取部也不同。拔軸器在稱量過程完成后開始動作，它的功能是將紙卷筒與空輥子脫離，被取出的空輥子能夠投入到下一次卷取過程中循環(huán)使用。該裝置和起重臂配合使用，共同完成空輥子自動提取的任務。

2.2起重臂自動化相關(guān)設計

表1為起重臂接近開關(guān)數(shù)量及型號。在起重臂上，運用接近開關(guān)來檢測每個動作點位置。接近開關(guān)是一種無需與運動部件直接進行機械接觸而可以操作的位置開關(guān)，當物體接近開關(guān)的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動直流電器或給計算機可編程邏輯控制器（PLC）裝置提供控制指令；起重臂具有動作可靠、性能穩(wěn)定、頻率響應快等特點，被大量的運用在制漿造紙機械中。

3結(jié)語

對于原有的卷取部，在當前的卷取動作完成后，紙卷筒被取走，之后，需要用車間內(nèi)的行車以及由卷取崗位的工作人員來將空輥子吊到卷筒存放架上，以保證有足夠的空輥子可以繼續(xù)使用；通過增加起重臂環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了自動提取卷筒的功能，整體上提高了紙機卷取的自動化水平，提高了紙機卷取的效率，加強了卷取的平穩(wěn)性，更降低了人力的消耗，同時也保障了人員的安全。

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（責任編輯：黃舉）