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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(guó)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(gè)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(dòng)部分是傳統(tǒng)的齒輪箱、同步帶傳動(dòng)，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，誤差大，傳動(dòng)精度低，重量波動(dòng)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(shí)，都需拆卸所有齒輪更換相關(guān)零件。費(fèi)時(shí)費(fèi)力且頻繁的拆卸進(jìn)一步造成傳動(dòng)精度的下降。因此行業(yè)內(nèi)有不少針對(duì)該部位的改造項(xiàng)目，但大多是通過(guò)改進(jìn)材料，優(yōu)化傳動(dòng)，改善潤(rùn)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(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，不能完全解決改部位存在的一系列問(wèn)題。為此，通過(guò)重新設(shè)計(jì)一種伺服傳動(dòng)系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的齒輪箱傳動(dòng)的方式解決YJ19卷煙設(shè)備風(fēng)室部位的一系列問(wèn)題，降低維修成本，保障工藝質(zhì)量。

2 現(xiàn)狀分析

ZJ19卷煙機(jī)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(dòng)的中空管，其上密布整齊排列的小孔。來(lái)自空氣擴(kuò)散器小孔的上升氣流，在集流管上方負(fù)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(dòng)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(fù)壓的作用下沿吸絲道向上運(yùn)動(dòng)，并吸附在吸絲帶下方。吸絲帶在帶輪帶動(dòng)下攜帶煙絲自由向左運(yùn)動(dòng)。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(jī)器速度是同步的，但是實(shí)際應(yīng)用中，煙絲束與機(jī)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?yàn)轱L(fēng)室采用傳統(tǒng)齒輪、同步帶傳動(dòng)，由于傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)，機(jī)械曠量大，影響了傳動(dòng)精度，造成煙絲束運(yùn)行中錯(cuò)移，影響煙支標(biāo)偏、吸阻的穩(wěn)定性。并且風(fēng)室傳動(dòng)箱內(nèi)有一個(gè)單向軸承容易損壞，更換軸承時(shí)還需要更換一對(duì)齒輪，維修費(fèi)用高，維修工時(shí)長(zhǎng)。

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

1.改造的具體內(nèi)容

(1)拆掉原機(jī)的風(fēng)室傳動(dòng)箱，裝上伺服電機(jī)支座及電機(jī)，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(jī)網(wǎng)線。

(4)連接刀頭編碼器信號(hào)到運(yùn)動(dòng)控制器。

圖1 風(fēng)室傳動(dòng)齒輪箱

圖2 風(fēng)室傳動(dòng)工作圖

圖3 風(fēng)室實(shí)物圖

圖4 風(fēng)室傳動(dòng)與風(fēng)室連接

2.改造方案

2.1 概述

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

(1)運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器集成一體，體機(jī)小，節(jié)省安裝空間；

(2)功能強(qiáng)大，控制精度高，編程方便；

(3)AKD控制器可以外接編碼器信號(hào)，很方便實(shí)現(xiàn)風(fēng)室電機(jī)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(jī)器的風(fēng)室控制重新計(jì)算選型，選用的驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)型號(hào)及參數(shù)如下：

圖5 改造后的伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)控制器型號(hào)：AKD－M01206

電機(jī)型號(hào)：CK M20B－AKCN2－00

電機(jī)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(hào)，即編碼器信號(hào)引入到科爾摩根運(yùn)動(dòng)控制器，通過(guò)編程，用電子齒輪指令實(shí)現(xiàn)風(fēng)室電機(jī)跟隨刀頭同步運(yùn)動(dòng)。

2.4 電子齒輪比計(jì)算

由于風(fēng)室的動(dòng)力來(lái)自風(fēng)室伺服電機(jī)，脫開(kāi)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(dòng)比就等于脫開(kāi)這一段的機(jī)械傳動(dòng)比。

電子齒輪比＝風(fēng)室電機(jī)速度/刀頭編碼器速度＝

＝???????＝

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

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

結(jié)束

改造后在5號(hào)機(jī)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(jī)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(gè)單向離合器組件每臺(tái)車每年要更換三套，一套8千余元，改造后無(wú)需更換任何易損件。每年一臺(tái)車節(jié)省配件費(fèi)用2.4萬(wàn)元。改造前每次更換煙支規(guī)格時(shí)，都要更換風(fēng)室齒輪箱內(nèi)部零件，耗時(shí)1個(gè)小時(shí)，改造后無(wú)需更換任何零件，僅需要在觸摸屏上修改煙支長(zhǎng)度參數(shù)即可，省時(shí)省力，改造后質(zhì)量標(biāo)偏控制精度提高，劈刀傳動(dòng)部位故障率幾乎為0，基本處于免維護(hù)狀態(tài)，具有很高的推廣價(jià)值。