YJ19卷煙設備風室伺服傳動系統的研究

戚亞東

河南中煙工業有限責任公司駐馬店卷煙廠 河南 駐馬店 463003

1 概述

YJ19系列卷煙設備是目前我國煙草行業主力生產設備，按照工藝流程YJ19可分為11個子系統，其中風室是吸絲成型與重量控制子系統的關鍵部位，但其傳動部分是傳統的齒輪箱、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量要求。且每次煙支規格發生改變時，都需拆卸所有齒輪更換相關零件。費時費力且頻繁的拆卸進一步造成傳動精度的下降。因此行業內有不少針對該部位的改造項目，但大多是通過改進材料，優化傳動，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，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，通過重新設計一種伺服傳動系統替代傳統的齒輪箱傳動的方式解決YJ19卷煙設備風室部位的一系列問題，降低維修成本，保障工藝質量。

2 現狀分析

ZJ19卷煙機組風室是吸絲成形的重要結構，其原理是：在供料系統，煙絲經拋送、風分后吸附在集流管上。集流管為一高速轉動的中空管，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動和定子的閉氣作用，煙絲改變方向并上拋，與二次風分的煙絲匯合，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。

理論上講風室中的煙絲束是均勻的，與機器速度是同步的，但是實際應用中，煙絲束與機器的速度不完全一致，造成煙支空頭，標偏不穩定，這是因為風室采用傳統齒輪、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，影響煙支標偏、吸阻的穩定性。并且風室傳動箱內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。

經查詢相關資料及類似機型風室驅動方式，決定采用現在技術成熟的伺服驅動技術，把風室傳動箱去掉(圖1)(圖2)(圖3)，(圖4)在風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.改造的具體內容

(1)拆掉原機的風室傳動箱，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線。

(4)連接刀頭編碼器信號到運動控制器。

圖1 風室傳動齒輪箱

圖2 風室傳動工作圖

圖3 風室實物圖

圖4 風室傳動與風室連接

2.改造方案

2.1 概述

該伺服運動控制系統采用美國科爾摩根控制器，科爾摩根是全球領先的運動控制系統供應商，采用AKD系列運動控制器，具有許多優點：

(1)運動控制器與伺服驅動器集成一體，體機小，節省安裝空間；

(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，很方便實現風室電機與刀頭的跟隨功能；

(4)具有以太網接口可以與其它設備通訊。

2.2 系統的選型

根據同類機器的風室控制重新計算選型，選用的驅動器與電機型號及參數如下：

圖5 改造后的伺服電機獨立驅動

運動控制器型號：AKD－M01206

電機型號：CK M20B－AKCN2－00

電機參數：功率：2 K W；力矩：9.55 Nm；轉速：2000r/min

2.3 系統控制原理：

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風室電機跟隨刀頭同步運動。

2.4 電子齒輪比計算

由于風室的動力來自風室伺服電機，脫開了從刀頭到風室這一段的減速箱，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＝風室電機速度/刀頭編碼器速度＝

＝???????＝

公式中的數字為傳動箱的齒輪齒數，za為煙支長度齒輪的齒數，

改為伺服獨立驅動后，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。

結束

改造后在5號機試用效果明顯，質量標偏由25毫克下降到23毫克以內，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。每年一臺車節省配件費用2.4萬元。改造前每次更換煙支規格時，都要更換風室齒輪箱內部零件，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即可，省時省力，改造后質量標偏控制精度提高，劈刀傳動部位故障率幾乎為0，基本處于免維護狀態，具有很高的推廣價值。