YJ19卷煙設(shè)備風(fēng)室伺服傳動系統(tǒng)的研究

戚亞東

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司駐馬店卷煙廠 河南 駐馬店 463003

1 概述

YJ19系列卷煙設(shè)備是目前我國煙草行業(yè)主力生產(chǎn)設(shè)備，按照工藝流程YJ19可分為11個子系統(tǒng)，其中風(fēng)室是吸絲成型與重量控制子系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，但其傳動部分是傳統(tǒng)的齒輪箱、同步帶傳動，傳動鏈長，誤差大，傳動精度低，重量波動大不能滿足日益提高的工藝質(zhì)量要求。且每次煙支規(guī)格發(fā)生改變時，都需拆卸所有齒輪更換相關(guān)零件。費時費力且頻繁的拆卸進一步造成傳動精度的下降。因此行業(yè)內(nèi)有不少針對該部位的改造項目，但大多是通過改進材料，優(yōu)化傳動，改善潤滑等方式，雖起到了一定的效果，但始終存在供絲不穩(wěn)，波動過大的問題，不能完全解決改部位存在的一系列問題。為此，通過重新設(shè)計一種伺服傳動系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的齒輪箱傳動的方式解決YJ19卷煙設(shè)備風(fēng)室部位的一系列問題，降低維修成本，保障工藝質(zhì)量。

2 現(xiàn)狀分析

ZJ19卷煙機組風(fēng)室是吸絲成形的重要結(jié)構(gòu)，其原理是：在供料系統(tǒng)，煙絲經(jīng)拋送、風(fēng)分后吸附在集流管上。集流管為一高速轉(zhuǎn)動的中空管，其上密布整齊排列的小孔。來自空氣擴散器小孔的上升氣流，在集流管上方負壓作用下，自下而上貫穿集流管。煙絲在此氣流作用下吸附在集流管外表面，由于集流管的高速轉(zhuǎn)動和定子的閉氣作用，煙絲改變方向并上拋，與二次風(fēng)分的煙絲匯合，在負壓的作用下沿吸絲道向上運動，并吸附在吸絲帶下方。吸絲帶在帶輪帶動下攜帶煙絲自由向左運動。由于煙絲不斷上升和吸附。

理論上講風(fēng)室中的煙絲束是均勻的，與機器速度是同步的，但是實際應(yīng)用中，煙絲束與機器的速度不完全一致，造成煙支空頭，標(biāo)偏不穩(wěn)定，這是因為風(fēng)室采用傳統(tǒng)齒輪、同步帶傳動，由于傳動鏈較長，機械曠量大，影響了傳動精度，造成煙絲束運行中錯移，影響煙支標(biāo)偏、吸阻的穩(wěn)定性。并且風(fēng)室傳動箱內(nèi)有一個單向軸承容易損壞，更換軸承時還需要更換一對齒輪，維修費用高，維修工時長。

經(jīng)查詢相關(guān)資料及類似機型風(fēng)室驅(qū)動方式，決定采用現(xiàn)在技術(shù)成熟的伺服驅(qū)動技術(shù)，把風(fēng)室傳動箱去掉(圖1)(圖2)(圖3)，(圖4)在風(fēng)室背面安裝一個伺服電機。伺服器控制 取主機同步信號(圖5)。

1.改造的具體內(nèi)容

(1)拆掉原機的風(fēng)室傳動箱，裝上伺服電機支座及電機，連上同步帶。

(2)在控制電箱里安裝科爾摩根伺服控制器。

(3)連接科爾摩根控制器與主機網(wǎng)線。

(4)連接刀頭編碼器信號到運動控制器。

圖1 風(fēng)室傳動齒輪箱

圖2 風(fēng)室傳動工作圖

圖3 風(fēng)室實物圖

圖4 風(fēng)室傳動與風(fēng)室連接

2.改造方案

2.1 概述

該伺服運動控制系統(tǒng)采用美國科爾摩根控制器，科爾摩根是全球領(lǐng)先的運動控制系統(tǒng)供應(yīng)商，采用AKD系列運動控制器，具有許多優(yōu)點：

(1)運動控制器與伺服驅(qū)動器集成一體，體機小，節(jié)省安裝空間；

(2)功能強大，控制精度高，編程方便；

(3)AKD控制器可以外接編碼器信號，很方便實現(xiàn)風(fēng)室電機與刀頭的跟隨功能；

(4)具有以太網(wǎng)接口可以與其它設(shè)備通訊。

2.2 系統(tǒng)的選型

根據(jù)同類機器的風(fēng)室控制重新計算選型，選用的驅(qū)動器與電機型號及參數(shù)如下：

圖5 改造后的伺服電機獨立驅(qū)動

運動控制器型號：AKD－M01206

電機型號：CK M20B－AKCN2－00

電機參數(shù)：功率：2 K W；力矩：9.55 Nm；轉(zhuǎn)速：2000r/min

2.3 系統(tǒng)控制原理：

將刀頭的速度信號，即編碼器信號引入到科爾摩根運動控制器，通過編程，用電子齒輪指令實現(xiàn)風(fēng)室電機跟隨刀頭同步運動。

2.4 電子齒輪比計算

由于風(fēng)室的動力來自風(fēng)室伺服電機，脫開了從刀頭到風(fēng)室這一段的減速箱，采用伺服控制后，電子齒輪傳動比就等于脫開這一段的機械傳動比。

電子齒輪比＝風(fēng)室電機速度/刀頭編碼器速度＝

＝???????＝

公式中的數(shù)字為傳動箱的齒輪齒數(shù)，za為煙支長度齒輪的齒數(shù)，

改為伺服獨立驅(qū)動后，za就是觸摸屏上要輸入的煙支長度。從上面公式也可以看出，電子齒輪比只與煙支長度有關(guān)。

結(jié)束

改造后在5號機試用效果明顯，質(zhì)量標(biāo)偏由25毫克下降到23毫克以內(nèi)，由于減少了機械部件，維修量和維修成本大幅下降，改造前齒輪箱內(nèi)部有一個單向離合器組件每臺車每年要更換三套，一套8千余元，改造后無需更換任何易損件。每年一臺車節(jié)省配件費用2.4萬元。改造前每次更換煙支規(guī)格時，都要更換風(fēng)室齒輪箱內(nèi)部零件，耗時1個小時，改造后無需更換任何零件，僅需要在觸摸屏上修改煙支長度參數(shù)即可，省時省力，改造后質(zhì)量標(biāo)偏控制精度提高，劈刀傳動部位故障率幾乎為0，基本處于免維護狀態(tài)，具有很高的推廣價值。