凹印設(shè)備創(chuàng)新為節(jié)能增效創(chuàng)造更多可能

薛志成

在全球能源緊缺、環(huán)境惡化的當(dāng)下，節(jié)能增效已成為各行各業(yè)的共識(shí)，凹印行業(yè)也不例外。近兩年，隨著國(guó)內(nèi)印刷機(jī)械制造整體水平的提升，國(guó)產(chǎn)凹印設(shè)備也一直在不斷地創(chuàng)新，并獲得了喜人的成果。下面，筆者就將這些創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，希望能對(duì)業(yè)內(nèi)同行起到拋磚引玉的作用。

全自動(dòng)上下卷技術(shù)

為追求更高的工作效率，凹印企業(yè)要求設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越來(lái)越高，但這樣做帶來(lái)的問(wèn)題就是，上下卷的頻率越來(lái)越高，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越大。為此，全自動(dòng)上下卷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

全自動(dòng)上下卷技術(shù)通過(guò)機(jī)械手的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)料卷從上卷到定位的自動(dòng)控制，用機(jī)械結(jié)構(gòu)替換了原來(lái)的人工操作，由原來(lái)的雙人操作上下卷變?yōu)楝F(xiàn)在的單人操作上下卷，節(jié)約了人工成本和印前的準(zhǔn)備時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

在生產(chǎn)過(guò)程中，全自動(dòng)上下卷技術(shù)通過(guò)精確測(cè)量檢測(cè)，將不同卷徑、不同料寬的卷筒料自動(dòng)升至裝夾工位，然后升降裝置自動(dòng)將成品卷筒料由設(shè)備工位移出，在升降過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)原料和成品的重量，與生產(chǎn)管理工作相互銜接，替代了人工搬運(yùn)的方式，不僅解決了設(shè)備要發(fā)揮正常效率而輔助功能無(wú)法滿(mǎn)足的瓶頸，而且大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了工作環(huán)境的絕對(duì)安全，使生產(chǎn)和管理得到了有機(jī)的統(tǒng)一。

全自動(dòng)裁切技術(shù)

采用全自動(dòng)裁切技術(shù)后，整個(gè)全自動(dòng)裁切過(guò)程只需將料卷放置在放料架上，之后的裁切過(guò)程無(wú)需人工參與，即可完成整個(gè)裁切動(dòng)作。

全自動(dòng)裁切的主要過(guò)程：①放卷A軸計(jì)算卷徑小于等于控制系統(tǒng)HMI設(shè)定的回轉(zhuǎn)卷徑時(shí)，回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)，裁刀大臂下落到裁切位置，同時(shí)放卷B軸預(yù)驅(qū)動(dòng)與主機(jī)線速度同步；②放卷A軸料卷根據(jù)速度和料膜厚度計(jì)算出壓輥直徑；③裁刀壓輥壓下，完成裁切動(dòng)作；④放卷裁切完成后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)長(zhǎng)；⑤當(dāng)料長(zhǎng)走過(guò)機(jī)身料長(zhǎng)+3m時(shí)，收卷并完成自動(dòng)裁切。

以厚度為0.018mm的BOPP薄膜為例，全自動(dòng)裁切可將料卷殘料長(zhǎng)度控制在10m以?xún)?nèi)。全自動(dòng)裁切技術(shù)在凹印設(shè)備上的應(yīng)用，減少了設(shè)備對(duì)操作人員的依賴(lài)，提高了工作效率，也提升了設(shè)備的自動(dòng)化和智能化水平。

智能預(yù)套印技術(shù)

智能預(yù)套印技術(shù)的應(yīng)用主要是在初期對(duì)版過(guò)程中，減少操作人員使用標(biāo)尺手動(dòng)對(duì)版的步驟，直接利用版輥上的鍵槽和版面上的馬克線（如圖1所示）一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過(guò)版輥機(jī)械零位的自動(dòng)確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)初期對(duì)版過(guò)程。

初期對(duì)版過(guò)程完成之后，系統(tǒng)根據(jù)色間料長(zhǎng)的計(jì)算，版輥的相位自動(dòng)旋轉(zhuǎn)到可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)套準(zhǔn)的位置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)套準(zhǔn)功能。

帶有下遞墨輥的半封閉墨槽

帶有下遞墨輥的半封閉墨槽主要由下遞墨輥和墨槽構(gòu)成（如圖2所示），與帶有電機(jī)的傳統(tǒng)遞墨輥相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了傳統(tǒng)遞墨輥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)，主要特點(diǎn)如下：

（1）可有效防止在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的甩墨現(xiàn)象。

（2）半封閉墨槽可減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)，保證在高速印刷過(guò)程中油墨的穩(wěn)定性。

（3）油墨的循環(huán)使用量由原來(lái)的18L左右減少到現(xiàn)在的9.8L左右，減少了油墨的循環(huán)使用量，同時(shí)也減少了油墨的浪費(fèi)。

（4）由于下遞墨輥和版輥之間始終保證有1～1.5mm的間隙，在下遞墨輥和版輥對(duì)滾過(guò)程中，可有效促進(jìn)油墨轉(zhuǎn)移到版輥的網(wǎng)穴中，從而更好地實(shí)現(xiàn)淺網(wǎng)階調(diào)還原。

智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（如圖3所示）是針對(duì)凹印設(shè)備開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，主要功能如下：

（1）可通過(guò)無(wú)線（WIFI）和有線（寬帶）兩種方式進(jìn)行訪問(wèn)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)據(jù)平臺(tái)可讀取選定機(jī)臺(tái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)必要的監(jiān)控和參數(shù)備份存儲(chǔ)，同時(shí)還可讀取控制系統(tǒng)HMI內(nèi)的所有配方參數(shù)，然后進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)據(jù)平臺(tái)（機(jī)臺(tái)工控機(jī)）可接受遠(yuǎn)端智能數(shù)據(jù)平臺(tái)（如辦公室電腦）下達(dá)的工藝參數(shù)和相關(guān)訂單要求，并實(shí)施授權(quán)來(lái)決定是否將遠(yuǎn)端智能數(shù)據(jù)平臺(tái)下達(dá)的工藝參數(shù)下達(dá)到控制系統(tǒng)HMI。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)據(jù)平臺(tái)下達(dá)的新的工藝參數(shù)，須人工操作建立新的配方，若不建立配方，則只能作為當(dāng)前配方臨時(shí)參數(shù)使用，系統(tǒng)斷電后不做存儲(chǔ)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)據(jù)平臺(tái)保存配方的方式是唯一的，即從控制系統(tǒng)HMI讀取再保存。

（5）智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)其存儲(chǔ)的備份參數(shù)可以表單形式打印。

（6）可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)攝像頭的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（7）可拓展為多機(jī)臺(tái)管理系統(tǒng)。

（8）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。

云服務(wù)系統(tǒng)

如今“云”的概念已經(jīng)家喻戶(hù)曉，目前陜西北人印刷機(jī)械有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“陜西北人”）的云服務(wù)中心已經(jīng)建成，云服務(wù)系統(tǒng)也已在凹印設(shè)備上開(kāi)始應(yīng)用。

陜西北人云服務(wù)平臺(tái)是基于一套智能互動(dòng)通訊裝備、陜西北人云服務(wù)中心和智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)成的。當(dāng)客戶(hù)的設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，使用智能互動(dòng)通訊裝備與陜西北人云服務(wù)中心連接，此時(shí)云服務(wù)中心就會(huì)被授權(quán)顯示客戶(hù)設(shè)備的所有性能參數(shù)，然后在線專(zhuān)家根據(jù)信息反饋遠(yuǎn)程視頻指導(dǎo)客戶(hù)維修或維護(hù)設(shè)備。

云服務(wù)平臺(tái)可為用戶(hù)提供使用說(shuō)明、維修手冊(cè)、在線查詢(xún)、行業(yè)信息和遠(yuǎn)程培訓(xùn)等服務(wù)，還可為用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行程序的儲(chǔ)存、遠(yuǎn)程視頻的診斷、遠(yuǎn)程維修、保養(yǎng)提醒和網(wǎng)絡(luò)機(jī)長(zhǎng)的服務(wù)。

此外，云服務(wù)中心還匯聚了凹印行業(yè)的各種專(zhuān)家，包括機(jī)械專(zhuān)家、電氣專(zhuān)家、色彩專(zhuān)家、油墨專(zhuān)家、涂布專(zhuān)家等，這些專(zhuān)家既可為用戶(hù)解決設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，還可為用戶(hù)解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的工藝問(wèn)題。

數(shù)字化張力endprint

目前，在國(guó)產(chǎn)凹印設(shè)備中，設(shè)備張力的設(shè)定大多是通過(guò)手動(dòng)閥設(shè)定氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只有熟練的設(shè)備操作人員才能對(duì)設(shè)備張力進(jìn)行設(shè)定，而且設(shè)定得也不是十分準(zhǔn)確。

數(shù)字化張力是將手動(dòng)閥設(shè)定氣壓更新為人機(jī)界面直接設(shè)定所需張力值，設(shè)備每段的張力值在人機(jī)界面中通過(guò)數(shù)字形象、準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，不僅減少了設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)操作人員的依賴(lài)，而且提高了設(shè)備的智能化操作。

熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)

目前，凹印機(jī)、復(fù)合機(jī)、涂布機(jī)采用的干燥方式均為具有熱流密度的空氣在基材待干燥層強(qiáng)制熱交換，帶走揮發(fā)的溶劑。

干燥過(guò)程中，干燥核心三要素為熱流密度、風(fēng)速以及氣體溶劑濃度梯度。要滿(mǎn)足產(chǎn)品完全干燥和殘留溶劑不超標(biāo)的要求，我們目前經(jīng)常采用的辦法是：①升高溫度、增加熱流密度干燥；②提高風(fēng)壓與流量、提高風(fēng)嘴風(fēng)速干燥；③建立進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量的相對(duì)平衡環(huán)境，烘箱的進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量接近1∶1.3的平衡，形成良好的氣體溶劑濃度梯度。

但是，升高溫度、增加熱流密度干燥，可能會(huì)導(dǎo)致材料拉伸、表面結(jié)皮等缺陷，而且溫度越高，耗能越大；提高風(fēng)壓與流量、提高風(fēng)嘴風(fēng)速干燥，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)增大，從而帶來(lái)功率的增大；建立進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量的相對(duì)平衡環(huán)境，烘箱的進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量接近1∶1.3的平衡，大量的排廢會(huì)帶來(lái)后續(xù)氣體的處理難題和排風(fēng)機(jī)能耗的增加。以上3種方案都會(huì)帶來(lái)能耗增加的問(wèn)題。然而，低碳環(huán)保、節(jié)能減排卻是當(dāng)前凹印行業(yè)十分關(guān)注的話題，因此熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)在凹印設(shè)備上的應(yīng)用就顯得格外重要。

目前，在凹印設(shè)備上應(yīng)用的熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)主要有熱泵供熱技術(shù)、熱管技術(shù)和帶有LEL控制的全自動(dòng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)3種。

1.熱泵供熱技術(shù)

近年來(lái)，一種新興的熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于凹印行業(yè)，即熱泵供熱技術(shù)。凹印干燥專(zhuān)用熱泵機(jī)組主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥4部分組成。

熱泵供熱技術(shù)的工作原理是：接通電源后，風(fēng)扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，排風(fēng)系統(tǒng)排出的帶有余熱的熱風(fēng)通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行交換，溫度降低后的空氣被風(fēng)扇排出系統(tǒng)，同時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)部的工質(zhì)吸熱汽化后被吸入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將這種低壓工質(zhì)氣體壓縮成高溫高壓氣體送入冷凝器，同時(shí)新鮮空氣通過(guò)冷凝器，冷凝器對(duì)新鮮風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，而此時(shí)工質(zhì)也由氣體變成液體，通過(guò)節(jié)流閥降溫后再次流入蒸發(fā)器，流入蒸發(fā)器以后，重復(fù)循環(huán)以上過(guò)程。

熱泵分為空氣能、水源、地源和復(fù)合熱泵，均是按逆卡諾循環(huán)原理工作的。其中，空氣能熱泵能將輸入的電能按約1∶2.5的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)換為熱能，其他熱泵則能將輸入的電能按約1∶4的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)換為熱能。因此，熱泵能效遠(yuǎn)高于電加熱，目前凹印設(shè)備上使用的熱泵一般為空氣能熱泵，實(shí)際測(cè)試可節(jié)能60%～70%。

2.熱管技術(shù)

熱管（heat pipe）技術(shù)以往被廣泛應(yīng)用于宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)以來(lái)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路。近年來(lái)，熱管技術(shù)在凹印設(shè)備上也得到了廣泛應(yīng)用。

熱管由管殼、吸液芯和端蓋3部分組成，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實(shí)現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，包含了以下6個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程。

（1）熱量通過(guò)熱管管壁和充滿(mǎn)工作液體的吸液芯傳遞到液-氣分界面。

（2）液體在蒸發(fā)端內(nèi)的液-氣分界面上蒸發(fā)。

（3）蒸氣腔內(nèi)的蒸氣從蒸發(fā)端流到冷凝端。

（4）蒸氣在冷凝端內(nèi)的氣-液分界面上凝結(jié)。

（5）熱量從氣-液分界面通過(guò)吸液芯、工作液體和熱管管壁傳給冷源。

（6）在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)端。

采用熱管技術(shù)的熱風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，熱風(fēng)進(jìn)入烘箱，經(jīng)出風(fēng)口排出，出風(fēng)口處配置二次回風(fēng)裝置，一部分出風(fēng)參與二次熱能循環(huán)直接利用，另一部分出風(fēng)作為安全排風(fēng)排出系統(tǒng)。作為安全排風(fēng)的這部分熱風(fēng)，采用熱管換熱器對(duì)其余熱進(jìn)行高效回收利用。

熱管換熱器的工作原理是：排風(fēng)經(jīng)過(guò)熱管換熱器的蒸發(fā)端，受熱后吸液芯中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向冷凝端，新鮮空氣通過(guò)冷凝端時(shí)，熱管中的介質(zhì)蒸氣遇冷釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體則沿?zé)峁軆?nèi)部多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回到蒸發(fā)端，如此循環(huán)不止，熱量由熱管的一端傳至另一端，傳熱效率最高可達(dá)到60%以上。

3.帶有LEL控制的全自動(dòng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)

LEL是Lower Explosive Limit最低爆炸極限的縮寫(xiě)，在這里特指溶劑揮發(fā)形成的氣體與空氣混合后形成的混合氣體所能發(fā)生爆炸的最低混合比例。

帶有LEL控制的全自動(dòng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：新鮮空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)從平衡風(fēng)門(mén)吸入，經(jīng)加熱器加熱之后，吹入烘箱，對(duì)料膜進(jìn)行干燥，然后從烘箱的排風(fēng)口排出，一部分進(jìn)入回風(fēng)管道進(jìn)行二次利用，另一部分從排風(fēng)管道排出。

在進(jìn)風(fēng)口安裝有平衡風(fēng)門(mén)，在排風(fēng)口和二次回風(fēng)口都安裝有電動(dòng)風(fēng)門(mén)，LEL檢測(cè)頭安裝在出烘箱口的排風(fēng)管道上，對(duì)排風(fēng)中的殘留溶劑進(jìn)行檢測(cè)。如果排風(fēng)中的溶劑濃度超過(guò)最低爆炸極限的40%，則排風(fēng)風(fēng)門(mén)打開(kāi)，同時(shí)二次回風(fēng)的風(fēng)門(mén)減小。此時(shí)，由于排風(fēng)量增大，進(jìn)風(fēng)口的平衡風(fēng)門(mén)打開(kāi)，吸入的新鮮空氣量增大（排風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)量相等才能保證整個(gè)系統(tǒng)的平衡）。吸入的新鮮空氣量增大后，溶劑濃度降低，二次回風(fēng)的風(fēng)門(mén)增大，排風(fēng)的風(fēng)門(mén)減小，同時(shí)平衡風(fēng)門(mén)也減小，直至溶劑濃度再次達(dá)到LEL最低爆炸極限的40%時(shí)，循環(huán)以上過(guò)程。

采用帶有LEL控制的全自動(dòng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，可以達(dá)到以下效果：

（1）由于二次回風(fēng)量的增大，在滿(mǎn)足LEL最低爆炸極限和殘留溶劑不超標(biāo)的前提下，最大限度地對(duì)二次回風(fēng)進(jìn)行利用，可節(jié)能45%左右，尾氣減排30%～50%，同時(shí)避免了干燥系統(tǒng)爆炸、燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）由于二次回風(fēng)量的增大，排風(fēng)量相應(yīng)減小，對(duì)于今后的禁排，可以大幅縮減30%～40%尾氣處理（回收及燃燒設(shè)備）投資。

（3）由于二次回風(fēng)量的增大，排風(fēng)中的溶劑濃度在滿(mǎn)足LEL最低爆炸極限和殘留溶劑不超標(biāo)的前提下，較直接排出系統(tǒng)的溶劑濃度要高，接近或達(dá)到RTO（蓄熱式熱力焚化爐）的自運(yùn)行點(diǎn)。endprint