成網機的網帶驅動系統

司徒元舜+胡曉航

摘要：驅動系統是驅動成網機網帶正常運行的動力裝置，主要由驅動電機、減速裝置、張緊裝置、糾偏裝置及各種輥筒組成。

關鍵詞：網帶；驅動；電動機；恒轉矩；主動輥；張緊裝置；糾偏裝置

中圖分類號：TS173.3 文獻標志碼：B

Web-driving System for Web Former

Abstract： Driving system is the power unit that ensures smooth running of the web on web-forming machine. It is mainly composed of driving motor， decelerator， tensioner， deviation rectifying device and various rollers.

Key words： web； driving； motor； constant torque； driving roller； tensioner； deviation rectifying device

網帶的驅動裝置主要由驅動電機、減速裝置，傳動、導向輥筒等組成。成網機的負載特性屬“恒轉矩”型，即在成網工藝條件不變的情形下，負載的轉矩也基本保持不變，所需要的驅動功率與運行速度成線性關系。

驅動電動機的調速特性應與成網機的負載特性匹配，匹配不當的電動機容易出現超負荷現象或轉矩不足現象，影響成網機正常運行。在使用直流電動機驅動時，由電樞額定電壓向下調節速度；在使用交流電動機時，在額定頻率以下的范圍進行調速時，電動機都屬恒轉矩特性。

成網機有單電機驅動及多電機驅動兩種形式，前者僅用一臺電動機，后者會用到多臺電動機。其中功率最大的為主傳動電機，用于驅動網帶運動，其余功率較小的電機則用于驅動各紡絲系統的支承輥、壓輥，或支承輥及壓輥。

1 驅動電動機

1.1 電動機的類型和轉速

目前，成網機使用的電動機有直流電動機及交流電動機兩種，早期的成網機大都是用直流電動機驅動，隨著交流傳動技術的進步和成熟，直流電動機已逐漸被交流電動機取代，并得到廣泛應用。

根椐工藝要求，成網機網帶的線速度是進行產品定量計算的基礎數據，也是生產線中其他設備（如熱軋機、卷繞機）的速度基準。因此對調速精度的要求最高。應能在運行過程平穩調整速度，并有較高的調速精度，一般要求調速精度要達到±（0.1% ～ 0.2%）。

目前，成網機普遍使用帶編碼器的交流變頻調速異步電動機驅動，并利用變頻技術連續、平滑地調整速度。由于國產齒輪減速機輸入軸的最高轉速一般都限制在1 500 r/min，因此，一般應選擇同步轉速≤1 500 r/min驅動電動機，這種配置可使減速機有較高的傳動效率。如轉速太高，減速機的溫升增大，故障率升高，會影響安全運行。

1.2 單電機驅動時的電動機功率

驅動電動機的功率與生產線的紡絲工藝（紡粘法、熔噴法）、產品幅寬、運行速度、紡絲系統的數量等因素有關；幅寬越大、運行速度越高、紡絲系統的數量越多，則所需要的功率也越大。

雖然在實際運行過程中驅動功率還與抽吸風機的轉速相關，轉速越高，所需要的功率也越大。但對同一定量的產品，負載基本上仍呈恒轉矩特性。

以3.2 m幅寬的國產紡粘生產線為例，在400 m/min速度范圍內，單個紡粘系統（S型）的成網機，其速度一般低于200 m/min，驅動的功率為 8 ～ 10 kW；兩個紡粘系統（SS型）的成網機，其速度一般低于300 m/min，驅動的功率為18～ 22 kW；有 3 個紡粘系統（SSS）型成網機，其速度一般可達450 m/min（相當于電動機轉速為1 500 r/min），負載轉矩在110 ～ 130 N？m之間，在最高速度運行時所需的最大驅動功率為20 kW，考慮其他因素后，實配電動機的功率在30 kW已足夠。

實際配置的電動機功率與電動機的類型有關，除了要按現有電動機的功率系列選用外，要選用工作制為S1（長期連續運行），絕緣等級為B或F級的電動機。

由于交流電動機在低速（低頻）運行時的輸出轉矩不如直流電動機，為了保持在低速時仍有足夠的轉矩，使用交流電動機的功率會比直流電動機大一至兩個檔次。

雖然熔噴系統抽吸風機的負壓很高，網帶與支承裝置間的摩擦阻力較大，但由于受熔噴布的斷裂強力和伸長率較小的限制，加上靜電的影響，獨立熔噴系統很難生產薄型產品，也就無需高速運行，因此運行速度都較低（<100 m/min），單個獨立熔噴系統成網機驅動功率約5.5 ～ 7.5 kW。

在多紡絲系統的SMS型復合生產線，由于有紡粘纖網的加強、防護，熔噴系統也可以用較高的速度運行，運行速度一般都較快（目前國產設備約在200 ～ 400 m/min）；含有熔噴層的多層纖網復合后的透氣性能變差，在抽吸風機的負壓作用下，形成的運動阻力很大，并疊加在其下游的其他紡絲系統。因此，每增加一個熔噴系統投入運行，驅動裝置所增加的功率（約15 kW左右）要比紡粘系統多。

SMS型生產線，隨著熔噴系統的數量增多，成網機驅動功率隨之增大，如國產3.2 m幅寬、在400 m/min速度范圍內，只有一個熔噴系統的SMS生產線，成網機的驅動功率一般在45 ～ 55 kW；兩個熔噴系統的SMMS生產線，驅動功率在55 ～ 75 kW；3 個熔噴系統的SMMMS成網機，驅動功率在75 ～ 90 kW。

由于引進的多紡絲系統生產線運行速度比國產設備更快，成網機的負載更大，驅動電動機的功率也比同類型國產設備更大，如幅寬為4.2 m、運行速度600 m/min的SMMS生產線，其成網機的驅動電機功率可達130 kW。設計速度為1 200 m/min，運行速度可達1 000 m/min的機型已在國內出現，驅動電動機的功率會更大。

通常一臺成網機只有一臺主驅動電動機，對傳動功率較大的成網機，已出現用兩臺功率較小的電動機代替一臺大功率電動機，在驅動輥的兩端各自同步驅動的傳動方式。除了可以降低軸端的轉矩外，這種方式還可以減少電動機的轉動慣量（對四極電動機可減少約30%），有利于改善調速性能，提高制動的可靠性。

電動機的功率太大，除了會增加系統的購置成本和增加設備的裝機容量外，還會降低電動機的功率因素和效率。而在故障狀態，還會產生足以撕毀網帶的過載力矩，這是大功率成網機常見的運行風險。

1.3 多電機驅動時的電動機功率

除了與上述多種因素有關外，成網機驅動電機的功率還與紡粘系統的支承輥、壓輥的運行方式有關，上述所指的電動機功率是在支承輥、壓輥均處于被網帶拖動的負荷狀態所需的功率，如果支承輥、壓輥均由獨立電機驅動的主動狀態運行，則成網機的驅動功率可較小。

在引進的主流設備及部分國產設備中，目前僅是讓支承輥處于主動狀態運行，而壓輥仍然由網帶拖動、以被動方式運行。在個別引進機型及部分國產機型中，也有支承輥和壓輥均使用獨立電機驅動，以主動方式運行。

這種驅動方式可避免在壓輥處于升起狀態時，由于沒有足夠的摩擦力使網帶帶動支承輥正常轉動，導致支承輥的圓柱面被磨成多邊形，以致正常運行時發生劇烈跳動。

在3 200 mm幅寬的的成網機，支承輥或壓輥的驅動電機功率一般在4.0 ～ 7.5 kW之間，以5.5 kW較常用。由于支承輥與網帶間幾乎是處于“線接觸”狀態，包角很小，是無法傳遞更大功率的，功率再大，就相當于一臺單個紡絲系統成網機的主驅動電動機了。因此，沒必要配置更大功率的驅動電機。

控制系統必須保證這些電機是處于“電動機”狀態運行，以減輕主驅動電機的負荷和減少各段網帶的張力差異，從而消除網帶由于張力差異所產生的透氣量變化。當傳動電機的功率很大時，還能避免靠近驅動輥的網帶承受過大的張力，保證網帶的安全。

2 減速裝置

2.1 常用的減速裝置

由于電動機輸出的轉矩不足以直接驅動成網機正常運行，因此要利用減速裝置降低速度，增大轉矩。隨著成網機所需的驅動功率和運行速度等方面的差異，會用到各種形式的減速機，如：渦輪/蝸桿減速機，齒輪減速機、擺線針輪減速機，行星輪減速機等。目前較多使用K系列的減速機。

為了使成網機在低速狀態下也能安全運行，驅動電動機要使用帶有獨立冷卻風機的變頻調速專用電動機。當調速范圍較寬時，為了保證在低頻狀態下電動機還能輸出穩定的轉矩，在設計時可以適當加大電動機功率。

2.2 電動機與減速機之間的連接方式

成網機驅動電動機與減速機的輸入軸（高速軸）之間，一般有聯軸器連接與電動機直聯（電動機輸出軸直接插入減速機內）兩種連接方式。

使用聯軸器連接時，電動機的基本安裝方式為帶底座的IMB3型，電動機和減速機都安裝在公共機座上，最常用的聯軸器有：彈性銷聯軸器、膜片聯軸器、梅花聯軸器、蛇形彈簧聯軸器等。電動機與減速機間采用直聯方式時，電動機的基本安裝形式為機座無底座，端蓋有凸緣的IMB5型，有時會用到IMV型。這種連接方式軸線對中準確，結構緊湊，無易損件，無需另設安全防護，運行過程可免維護。

2.3 減速機與主驅動輥之間的連接方式

驅動電動機常通過減速機減速后，再帶動成網機的主動輥旋轉，由于傳遞的轉矩比輸入軸、輸出軸的直徑及聯軸器的尺寸也較大。

網帶驅動裝置與成網機主動輥之間常用以下兩種方式連接：一種是減速機的輸出軸利用撓性傳動件（同步帶或鏈條）將動力傳遞給主動輥，這種連接方式對中心距沒有嚴格要求，布置較為靈活，適用于一些小型、低速、小功率成網機。另一種方式是減速機的輸出軸利用聯軸器，如齒輪聯軸器、彈簧聯軸器、彈性銷聯軸器、輪胎聯軸器等，直接將動力傳遞給主動輥，這種連接方式能傳遞大扭矩，是高速、大功率成網機常用的傳動方式。由于是同軸傳動，對安裝精度要求較高，對減速機的安裝位置也有限制。

圖 1 是一套電動機與減速機輸入軸間、減速機輸出軸與成網機驅動輥間均使用聯軸器直聯的驅動裝置。電動機的一般選IMB3、IMB5，當功率較大時選IMB35等安裝方式，減速機利用一個兩端帶法蘭的長套筒固定在成網機的墻板上。

對于一些傳動功率較小的成網機，如熔噴生產線的成網機，有時會直接將主驅動輥的軸伸端插入減速機的空心輸出軸套內，不需要其他聯軸器，結構很簡單。

2.4 驅動裝置的布置方式

驅動裝置的布置方式與連接方式相關，既可以布置在成網機機架的內側（內置式），也可以布置在機架的外側（外置式）；可以直接安裝在成網機的機架或墻板上，與成網機連成一體，也可以將驅動裝置作為一個獨立的單元，與成網機分開安裝。

將傳動裝置內置是早期引進的德國生產線成網機的布置方式，由于驅動裝置的輸出軸與成網機驅動輥是同向平行，兩者間一般要使用撓性件傳動。這種安裝方式的驅動裝置直接緊固在墻板上，精度較高、外形簡潔，不占用外部空間，但檢查、維修困難，并容易污染網帶，現在已很少使用這種方式。

為了滿足大功率、高速傳動的強度要求，一些采用墻板式結構的成網機機架，隨著運行速度的升高，墻板的厚度已從早期的40、80 mm發展到目前的100 mm；而一些采用框架結構的成網機，其使用的方形管構件截面尺寸也達到了200 mm×200 mm。

這些厚實、穩重的機架不僅為驅動設備、各種輥筒軸承座提供了牢靠的安裝基礎，也提高了機架的自振頻率，避免了在高速運行時成網機可能出現的共振現象。

驅動裝置一般布置在成網機的下游端，即靠近生產線的熱軋機一端。這種布置方式可以使網帶的“緊邊”長度最短，而“松邊”的網帶最長，各種輥筒及軸承所承受的負荷也最輕，從而降低了驅動電機的負荷和網帶的張力，有利于提高設備的可靠性。

為了適配傳動比及設備中心高，避免驅動裝置的震動影響成網機正常工作，驅動裝置的輸出軸與主動輥之間也可利用如滾子鏈條、齒形同步帶等能準確保證傳動比的撓性傳動件傳遞動力。

3 傳動輥筒

在紡粘法非織造布生產線的成網機中，傳動輥筒按其功能可分為：主驅動輥、張緊輥、鼻端輥、導向輥、糾偏輥、預壓輥、支承輥、托輥等，其結構均大同小異。

主驅動輥的功能是將減速機輸出的轉矩變為網帶的運動，因此帶有安裝聯軸器的軸伸。主動輥的工作面常被覆了一層厚度約10 ～ 20 mm、邵氏硬度約50 ～ 55 HA的耐磨橡膠，以增加摩擦力、避免打滑（圖 2）。

為了降低網帶單位面積的負荷，提高傳動的可靠性，當需要傳動的功率較大時，要增加網帶與主動輥的接觸面積。最常用的措施是增加網帶在主動輥面上的包角和增加主動輥的直徑，從而提高傳動的功率。

如果輥筒的曲率半徑很小，網帶會出現太大的彎曲應力，影響結構穩定。對于包角較大的主動輥及張緊輥，網帶制造商建議的直徑要大于網帶厚度的100倍，常用網帶的厚度約在 2 mm左右，也就是主動輥或張緊輥的直徑不得小于200 mm，但這僅是從網帶安全使用角度提出的基本要求。

網帶在主動輥面的包角可達180°，視傳動功率和運行速度，主動輥的直徑可大于500 mm。主驅動輥是接收成網設備中受力最大的輥筒。為了使網帶能得到均勻的張緊，要求各種輥筒要有足夠的強度和剛性，避免在運行中出現明顯的撓曲變形。

成網機中的其他輥筒（包括底部的“松邊”托輥）也應與主動輥一樣，要有好的表面狀態，并要經過嚴格的動平衡校驗，這樣既能保護網帶，又能避免在高速運轉時產生劇烈的震動，影響系統正常運行。

運行經驗證明，隨著運行速度越來越快，為了消除震動現象，除了采用增大輥筒直徑以降低角速度外，筒體內腔進行鏜削加工也是提高輥筒平衡精度的重要工藝措施。

處于“松邊”的托輥由于受力較小，可選用較小的直徑，一般在200 mm左右，但直徑太小會容易纏上廢絲，影響運行并難于清理。由于托輥表面直接與網帶的工作面接觸，為了減少對網帶工作面的磨損，外緣也可包覆橡膠層。

為了避免在運行過程中發生軸頭斷裂事故，成網機中一些負載較重的輥筒，如主驅動輥、張緊輥，熱壓輥等，可以使用鍛鋼軸頭。由于輥筒的連接法蘭與軸伸為一個整體鍛件，法蘭與軸伸間沒有因焊接而產生的應力集中現象，提高了耐疲勞性能，杜絕了斷軸事故。