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瓦线横切机电脑控制系统的优化发展

2021年07月23日 达州机械设备网

瓦线横切机电脑控制系统的优化发展

瓦楞纸横切机电脑控制系统作为运动控制技术在“飞剪”领域的一个应用实例,有其较特殊的复杂性,过去一直依赖整套进口,价格贵,服务不及时。近几年来,随着国内包装行业的蓬勃发展,用户对瓦楞纸板的质量和规格有了更高的要求与需求,因此对横切机电脑控制系统提出了一些更严格的技术指标,如剪切精度、剪切速度、剪切范围、设备可靠性、操作方便性等等。随着现代控制技术特别是电力电子产品技术突飞猛进的发展,使横切机电脑控制系统的解决方案变得“简单易行”,目前国内有能力开发的自动化公司也不少,基本上打破了过去长期整机依赖进口的局面。

正是瓦楞纸横切机负载的特殊性导致其电脑控制系统在控制结构、设备选型、控制算法等方面的复杂性,虽然同属“飞剪”应用领域,但“解决方案”的差异会带来相当大的“性能价格比”的差别。本文根据负载特征简介了目前市场上流行的多种解决方案,并提出了“能耗最小”的优化解决方案。

负载特征——惯性负载

一般说来,用于计算确定驱动电机力矩的负载可分为三部分:有效力矩负载、摩擦负载和惯性负载。实践证明,瓦楞纸横切机负载主要表现为惯性负载,约占90%,因此,横切机控制系统设备选型、控制方案和控制算法的确定等可以仅考虑惯性负载这一基本特性,并以转动惯量(Ja)定量表示。瓦楞纸横切机的惯性负载又可分为刀轴系统、齿轮传动系统、联轴器、电机转子等四部分,分别以J刀、J齿、 J联、J机表示,即:Ja = J刀+ J齿+ J联+ J机可以证明,对单一惯性负载来说,驱动电机的额定转速(ne)与负载惯量(Ja)无关;额定转矩(Me)与负载惯量(Ja)成正比;额定功率(Pe)与负载惯量(Ja)成正比;即:Me = C2 * JaPe= C3 * Ja其中, C2 、C3 为比例常数,与横切机结构及负载速度等相关。显然,当负载速度(即纸板进给速度)确定后,由刀辊系统、齿轮传动系统、联轴器、电机转子等4部分构成的惯量分布成比例地确定了其驱动电机输出力矩或功率使用量分布。

“直联”和“直驱”是发展方向

瓦楞纸电脑横切机是典型的机电一体化设备,如上所述,合理选择刀辊系统、齿轮传动系统、联轴器、电机转子等惯量的分布既可以保证系统的机械结构刚度,又可保证系统功率消耗足够小,可以定义系统“功率有效利用率”指标来定量评价。

系统“功率有效利用率”是指刀辊系统功率利用量占电机总输出功率的比率(设为η),因此,刀辊系统转动惯量占负载总惯量比率愈大,则功率有效利用率愈高,即:

η =P刀/ Pa =J刀 / Ja= J刀/( J刀+ J齿+ J联+ J机)

对于给定的刀辊系统,当车速(即生产速度)一旦确定,则其功率消耗P刀是固定的,故所需电机驱动总功率为:Pa=P刀/η 。当η愈大,则Pa愈小。实践证明,机械设计时将η控制在70%~90%是合理的。一般而言,有如下途径可提高“功率有效利用率”:Ø 尽量采用转动惯量较小的一级齿轮传动,如伞型齿轮,减速比要合理;Ø 取消齿轮

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