魯駿

ENKEL紙架是一款經(jīng)典的印刷機配套設(shè)備，我公司在1993年購入日本URBANITE II印刷機時就配備了該紙架。20年來，其表現(xiàn)出了高可靠性和高穩(wěn)定性，當(dāng)然也會出現(xiàn)問題。其中，最頭痛的是該紙架長時間使用后，接紙部分的關(guān)鍵部件——加速離合器出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，常常導(dǎo)致接不上紙。該加速離合器的材料特殊、價格昂貴，而且ENKEL公司已被收購，市場上已經(jīng)購買不到這種加速離合器。因此，我們就對ENKEL紙架進行了創(chuàng)新性改造，不但節(jié)約了成本，而且讓這款經(jīng)典的高速紙架穩(wěn)定地投入生產(chǎn)中，繼續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造利潤。

加速離合器問題的提出

在輪轉(zhuǎn)印刷機中，當(dāng)舊紙卷快要用完時，新紙卷會與加速皮帶靜態(tài)壓合，加速電機以380V的電壓全壓運行，帶動加速器將速度為0的新紙卷加速到與舊紙卷相同的速度，然后進行接紙。圖1為改造前ENKEL紙架加速離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)D點通入電壓（紙架給出的控制加速離合器的電壓信號，該信號是PWM波形）后，電磁線圈B內(nèi)部會通有電流，并且產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場力超過彈簧E的彈力后，電磁線圈B就會把帶有摩擦片F(xiàn)的A部分吸引過來，和加速電機連接的旋轉(zhuǎn)盤G耦合在一起，這樣C就會產(chǎn)生速度。D點通入的電壓越大，電磁線圈B內(nèi)部的電流就會越大，磁場也就越強，A部分就會和旋轉(zhuǎn)盤G耦合得越緊，C的速度也就越大。因此，調(diào)節(jié)通入D點的電壓大小，便可以實現(xiàn)C的速度調(diào)節(jié)。而C是和新紙卷的加速皮帶連接在一起的，因此在調(diào)節(jié)通入D點電壓大小的同時，也實現(xiàn)了新紙卷速度的調(diào)節(jié)。

當(dāng)使用一段時間后，加速離合器會產(chǎn)生磨損，圖1中A部分的摩擦片F(xiàn)會越來越薄，和旋轉(zhuǎn)盤G接觸后會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，當(dāng)D點通入電壓后，加速電機無法將C加速到需要的速度，導(dǎo)致接紙失敗。通常的做法是更換加速離合器，但是加速離合器價格高，使用壽命也不長，成本投入較大。因此，我們決定自主創(chuàng)新，對加速離合器進行改造，以增加其使用壽命。

加速離合器的創(chuàng)新改造

圖2為改造后ENKEL紙架加速離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。首先在加速離合器上鉆一個通孔，用一根長螺絲I穿入，并用螺絲帽完全鎖緊，去除圖1中的彈簧E。這樣加速離合器便和加速電機相連的旋轉(zhuǎn)盤G完全硬性連接了，加速電機的轉(zhuǎn)速即是C點及加速皮帶的轉(zhuǎn)速。這樣，只要控制加速電機的速度，就能控制新紙卷的速度。加速電機建議采用控制器和變頻器進行控制。變頻器是常用的電機調(diào)速設(shè)備，在保證其功率和加速電機功率匹配的情況下可以自由選型，我們采用的是力士樂康沃變頻器GVF-G3/P3。控制器采用單片機自制，當(dāng)然也可以用PLC或其他控制器，不過費用較高。

D點是紙架給出的控制加速離合器的電壓信號，該信號是PWM波形，由控制器PI口捕獲，經(jīng)過控制器內(nèi)寫入的程序運算出0～5V的電壓輸出至變頻器，變頻器根據(jù)該電壓，調(diào)節(jié)加速電機的轉(zhuǎn)速。由于紙架上裝有測量新紙卷和舊紙卷速度的編碼器，因此紙架給出的D點信號，是經(jīng)過反饋調(diào)節(jié)后的輸出信號。當(dāng)加速電機轉(zhuǎn)速過快時，新紙卷的編碼器脈沖高于舊紙卷的編碼器脈沖，紙架會將D點的PWM波形的脈寬變窄，控制器捕獲后，將Vout降低，變頻器便相應(yīng)會降低加速電機的轉(zhuǎn)速，反之同理?？梢姡珼點的PWM占空比（脈寬與周期的比值）是控制變頻器及加速電機速度的關(guān)鍵因素。因此，我們手動調(diào)節(jié)紙架離合器電壓，對D點的PWM波形進行捕獲分析，然后整合成數(shù)據(jù)如表1所示。從中可以看出，PWM波形的周期是固定的，只需測量PWM脈沖的上升沿和下降沿的時間差，便可以計算出脈寬，而脈寬與周期的比值便是占空比。變頻器的輸入電壓范圍是0～5V，當(dāng)我們計算出PWM占空比的時候，以5V乘以該占空比，就可以得到變頻器的輸入電壓了。例如，當(dāng)計算出某刻D點給出的PWM占空比為30%時，便可以根據(jù)程序調(diào)整Vout至1.5V，這樣就可以控制加速電機的轉(zhuǎn)速為所需的轉(zhuǎn)速。

現(xiàn)場調(diào)試的注意事項

由于改造后的控制器的控制信號是將原來控制加速離合器線圈的PWM信號轉(zhuǎn)換成控制變頻器的0～5V的電壓信號，所以必須對PWM波形進行詳細(xì)測量。用示波器觀測發(fā)現(xiàn)，在加速初期，PWM波形并未產(chǎn)生，而是電壓為24V的直流信號。當(dāng)新紙卷速度大于舊紙卷速度時，PWM波形才突然出現(xiàn)，并且是以很窄的脈寬形式產(chǎn)生，此時才有0～5V的電壓信號給變頻器。因此，在設(shè)計程序時需要注意，檢測到直流信號后，應(yīng)該輸出最大5V的電壓給變頻器，而且計算變頻器的給定電壓Vout時，可以將5V乘以占空比值后，再乘以一個固定系數(shù)K（本次改造取值1.6），以起到一定的微調(diào)作用，這個固定系數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場情況更改。

改造后的紙架已經(jīng)在我公司穩(wěn)定運行了近5年，由加速離合器造成的接紙故障幾乎為零，大大提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。同時，設(shè)備維修人員再也不用為更換加速離合器而煩惱了，不僅節(jié)約了成本，也節(jié)約了維修時間。這次的改造雖然是針對紙架加速離合器進行的，但該方法可以推廣到很多類似的場合?？傊?，多思考、多研究，總會有新的發(fā)現(xiàn)。