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)境惡化的當下，節(jié)能增效已成為各行各業(yè)的共識，凹印行業(yè)也不例外。近兩年，隨著國內(nèi)印刷機械制造整體水平的提升，國產(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)進行詳細介紹，希望能對業(yè)內(nèi)同行起到拋磚引玉的作用。

全自動上下卷技術(shù)

為追求更高的工作效率，凹印企業(yè)要求設(shè)備的運轉(zhuǎn)速度越來越高，但這樣做帶來的問題就是，上下卷的頻率越來越高，操作人員的勞動強度越來越大。為此，全自動上下卷技術(shù)應運而生。

全自動上下卷技術(shù)通過機械手的邏輯控制，實現(xiàn)料卷從上卷到定位的自動控制，用機械結(jié)構(gòu)替換了原來的人工操作，由原來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備時間，提高了生產(chǎn)效率。

在生產(chǎn)過程中，全自動上下卷技術(shù)通過精確測量檢測，將不同卷徑、不同料寬的卷筒料自動升至裝夾工位，然后升降裝置自動將成品卷筒料由設(shè)備工位移出，在升降過程中自動檢測原料和成品的重量，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法滿足的瓶頸，而且大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動成本，減少了操作人員的勞動強度，保證了工作環(huán)境的絕對安全，使生產(chǎn)和管理得到了有機的統(tǒng)一。

全自動裁切技術(shù)

采用全自動裁切技術(shù)后，整個全自動裁切過程只需將料卷放置在放料架上，之后的裁切過程無需人工參與，即可完成整個裁切動作。

全自動裁切的主要過程：①放卷A軸計算卷徑小于等于控制系統(tǒng)HMI設(shè)定的回轉(zhuǎn)卷徑時，回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動，裁刀大臂下落到裁切位置，同時放卷B軸預驅(qū)動與主機線速度同步；②放卷A軸料卷根據(jù)速度和料膜厚度計算出壓輥直徑；③裁刀壓輥壓下，完成裁切動作；④放卷裁切完成后，系統(tǒng)自動計長；⑤當料長走過機身料長+3m時，收卷并完成自動裁切。

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

智能預套印技術(shù)

智能預套印技術(shù)的應用主要是在初期對版過程中，減少操作人員使用標尺手動對版的步驟，直接利用版輥上的鍵槽和版面上的馬克線（如圖1所示）一一對應的關(guān)系，通過版輥機械零位的自動確認，實現(xiàn)初期對版過程。

初期對版過程完成之后，系統(tǒng)根據(jù)色間料長的計算，版輥的相位自動旋轉(zhuǎn)到可實現(xiàn)自動預套準的位置，自動實現(xiàn)預套準功能。

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），與帶有電機的傳統(tǒng)遞墨輥相比，其結(jié)構(gòu)簡單，減少了傳統(tǒng)遞墨輥的驅(qū)動電機和傳動系統(tǒng)，主要特點如下：

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

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

（3）油墨的循環(huán)使用量由原來的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，同時也減少了油墨的浪費。

（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滾過程中，可有效促進油墨轉(zhuǎn)移到版輥的網(wǎng)穴中，從而更好地實現(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）是針對凹印設(shè)備開發(fā)的數(shù)據(jù)管理平臺，主要功能如下：

（1）可通過無線（WIFI）和有線（寬帶）兩種方式進行訪問。

（2）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺可讀取選定機臺控制系統(tǒng)的運行參數(shù)和狀態(tài)，實現(xiàn)必要的監(jiān)控和參數(shù)備份存儲，同時還可讀取控制系統(tǒng)HMI內(nèi)的所有配方參數(shù)，然后進行存儲。

（3）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺（機臺工控機）可接受遠端智能數(shù)據(jù)平臺（如辦公室電腦）下達的工藝參數(shù)和相關(guān)訂單要求，并實施授權(quán)來決定是否將遠端智能數(shù)據(jù)平臺下達的工藝參數(shù)下達到控制系統(tǒng)HMI。對于現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺下達的新的工藝參數(shù)，須人工操作建立新的配方，若不建立配方，則只能作為當前配方臨時參數(shù)使用，系統(tǒng)斷電后不做存儲。

（4）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺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)對其存儲的備份參數(shù)可以表單形式打印。

（6）可實現(xiàn)兩個攝像頭的視頻實時監(jiān)控。

（7）可拓展為多機臺管理系統(tǒng)。

（8）可實現(xiàn)遠程診斷功能。

云服務系統(tǒng)

如今“云”的概念已經(jīng)家喻戶曉，目前陜西北人印刷機械有限責任公司（以下簡稱“陜西北人”）的云服務中心已經(jīng)建成，云服務系統(tǒng)也已在凹印設(shè)備上開始應用。

陜西北人云服務平臺是基于一套智能互動通訊裝備、陜西北人云服務中心和智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)成的。當客戶的設(shè)備出現(xiàn)問題時，使用智能互動通訊裝備與陜西北人云服務中心連接，此時云服務中心就會被授權(quán)顯示客戶設(shè)備的所有性能參數(shù)，然后在線專家根據(jù)信息反饋遠程視頻指導客戶維修或維護設(shè)備。

云服務平臺可為用戶提供使用說明、維修手冊、在線查詢、行業(yè)信息和遠程培訓等服務，還可為用戶現(xiàn)場的設(shè)備進行程序的儲存、遠程視頻的診斷、遠程維修、保養(yǎng)提醒和網(wǎng)絡(luò)機長的服務。

此外，云服務中心還匯聚了凹印行業(yè)的各種專家，包括機械專家、電氣專家、色彩專家、油墨專家、涂布專家等，這些專家既可為用戶解決設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，還可為用戶解決生產(chǎn)過程中遇到的工藝問題。endprint

數(shù)字化張力

目前，在國產(chǎn)凹印設(shè)備中，設(shè)備張力的設(shè)定大多是通過手動閥設(shè)定氣壓來實現(xiàn)的，只有熟練的設(shè)備操作人員才能對設(shè)備張力進行設(shè)定，而且設(shè)定得也不是十分準確。

數(shù)字化張力是將手動閥設(shè)定氣壓更新為人機界面直接設(shè)定所需張力值，設(shè)備每段的張力值在人機界面中通過數(shù)字形象、準確地表達出來，不僅減少了設(shè)備在生產(chǎn)過程中對操作人員的依賴，而且提高了設(shè)備的智能化操作水平。

熱風節(jié)能技術(shù)

目前，凹印機、復合機、涂布機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制熱交換，帶走揮發(fā)的溶劑。

干燥過程中，干燥核心三要素為熱流密度、風速以及氣體溶劑濃度梯度。要滿足產(chǎn)品完全干燥和殘留溶劑不超標的要求，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提高風壓與流量、提高風嘴風速干燥；③建立進風量和排風量的相對平衡環(huán)境，烘箱的進風量與排風量接近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，可能會導致材料拉伸、表面結(jié)皮等缺陷，而且溫度越高，耗能越大；提高風壓與流量、提高風嘴風速干燥，會導致風機增大，從而帶來功率的增大；建立進風量和排風量的相對平衡環(huán)境，烘箱的進風量與排風量接近1∶1.3的平衡，大量的排廢會帶來后續(xù)氣體的處理難題和排風機能耗的增加。以上3種方案都會帶來能耗增加的問題。然而，低碳環(huán)保、節(jié)能減排卻是當前凹印行業(yè)十分關(guān)注的話題，因此熱風節(jié)能技術(shù)在凹印設(shè)備上的應用就顯得格外重要。

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

1.熱泵供熱技術(shù)

近年來，一種新興的熱風節(jié)能技術(shù)開始應用于凹印行業(yè)，即熱泵供熱技術(shù)。凹印干燥專用熱泵機組主要由蒸發(fā)器、壓縮機、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，風扇開始運轉(zhuǎn)，排風系統(tǒng)排出的帶有余熱的熱風通過蒸發(fā)器進行交換，溫度降低后的空氣被風扇排出系統(tǒng)，同時蒸發(fā)器內(nèi)部的工質(zhì)吸熱汽化后被吸入壓縮機，壓縮機將這種低壓工質(zhì)氣體壓縮成高溫高壓氣體送入冷凝器，同時新鮮空氣通過冷凝器，冷凝器對新鮮風進行預熱，而此時工質(zhì)也由氣體變成液體，通過節(jié)流閥降溫后再次流入蒸發(fā)器，流入蒸發(fā)器以后，重復循環(huán)以上過程。

熱泵分為空氣能、水源、地源和復合熱泵，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，實際測試可節(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，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路。近年來，熱管技術(shù)在凹印設(shè)備上也得到了廣泛應用。

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。熱管在實現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下6個相互關(guān)聯(lián)的過程。

（1）熱量通過熱管管壁和充滿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)的熱風系統(tǒng)在運行時，熱風進入烘箱，經(jīng)出風口排出，出風口處配置二次回風裝置，一部分出風參與二次熱能循環(huán)直接利用，另一部分出風作為安全排風排出系統(tǒng)。作為安全排風的這部分熱風，采用熱管換熱器對其余熱進行高效回收利用。

熱管換熱器的工作原理是：排風經(jīng)過熱管換熱器的蒸發(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，新鮮空氣通過冷凝端時，熱管中的介質(zhì)蒸氣遇冷釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體則沿熱管內(nèi)部多孔材料靠毛細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，傳熱效率最高可達到60%以上。

3.帶有LEL控制的全自動熱風循環(huán)系統(tǒng)

LEL是Lower Explosive Limit最低爆炸極限的縮寫，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控制的全自動熱風循環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：新鮮空氣通過風機從平衡風門吸入，經(jīng)加熱器加熱之后，吹入烘箱，對料膜進行干燥，然后從烘箱的排風口排出，一部分進入回風管道進行二次利用，另一部分從排風管道排出。

在進風口安裝有平衡風門，在排風口和二次回風口都安裝有電動風門，LEL檢測頭安裝在出烘箱口的排風管道上，對排風中的殘留溶劑進行檢測。如果排風中的溶劑濃度超過最低爆炸極限的40%，則排風風門打開，同時二次回風的風門減小。此時，由于排風量增大，進風口的平衡風門打開，吸入的新鮮空氣量增大（排風量和進風口的風量相等才能保證整個系統(tǒng)的平衡）。吸入的新鮮空氣量增大后，溶劑濃度降低，二次回風的風門增大，排風的風門減小，同時平衡風門也減小，直至溶劑濃度再次達到LEL最低爆炸極限的40%時，循環(huán)以上過程。

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

（1）由于二次回風量的增大，在滿足LEL最低爆炸極限和殘留溶劑不超標的前提下，最大限度地對二次回風進行利用，可節(jié)能45%左右，尾氣減排30%～50%，同時避免了干燥系統(tǒng)爆炸、燃燒的風險。

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

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