烤機(jī)輔助傳動研發(fā)應(yīng)用

張照德 李銳洪 王榮康 蘇吉傳

（紅塔集團(tuán)大理卷煙廠復(fù)烤車間，云南 大理 671000）

烤機(jī)輔助傳動研發(fā)應(yīng)用

張照德 李銳洪 王榮康 蘇吉傳

（紅塔集團(tuán)大理卷煙廠復(fù)烤車間，云南 大理 671000）

針對葉片復(fù)烤機(jī)運(yùn)行中輸送鏈條在煙葉傳送過程中出現(xiàn)間歇停滯或蠕動問題，導(dǎo)致與之聯(lián)接的輸送網(wǎng)板出現(xiàn)間歇停滯或蠕動，造成鏈條磨損和損壞，輸送網(wǎng)板和護(hù)板變形損壞的問題。文章設(shè)計(jì)了一套從傳動輔助驅(qū)動系統(tǒng)，在復(fù)烤機(jī)機(jī)尾網(wǎng)板鏈條從動軸上研發(fā)增加一套從動軸輔助驅(qū)動裝置，并結(jié)合實(shí)際情況選擇超越離合器傳遞驅(qū)動力矩，能有效降低鏈條的磨損。

復(fù)烤設(shè)備；輔助傳動；煙草生產(chǎn)；煙葉傳送；鏈條磨損

烤片機(jī)是煙葉復(fù)烤加工的主要設(shè)備，主要由輸送部分、干燥區(qū)、冷卻區(qū)、取樣間、回潮區(qū)、管路系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。煙葉通過烤片機(jī)內(nèi)部輸送網(wǎng)板實(shí)現(xiàn)水分、溫度的控制。在其長期運(yùn)行的情況下，網(wǎng)板鏈條磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致網(wǎng)板損壞，該問題一直是打葉復(fù)烤生產(chǎn)線烤片機(jī)維護(hù)維修的最難點(diǎn)，同時也是該設(shè)備維修耗時最長、產(chǎn)生維修費(fèi)用最高的一項(xiàng)內(nèi)容。一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障，將會嚴(yán)重影響生產(chǎn)。由于會經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致烤片機(jī)的維修量很大，增加了維修人員的勞動強(qiáng)度。

1 方法

1.1 原因分析

烤片機(jī)在使用過程中，由于烤片機(jī)網(wǎng)板輸送鏈條較長，長達(dá)100多米，從動軸張緊方式都采用隨動的彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輸送鏈條在傳動輸送過程中經(jīng)常出現(xiàn)間歇停頓或蠕動現(xiàn)象，導(dǎo)致與之聯(lián)接的輸送網(wǎng)板同樣出現(xiàn)間歇停頓或蠕動現(xiàn)象，造成鏈條磨損和損壞，輸送網(wǎng)板和護(hù)板變形損壞等嚴(yán)重問題，導(dǎo)致輸送鏈條、網(wǎng)板及護(hù)板故障頻繁，嚴(yán)重影響復(fù)烤生產(chǎn)正常進(jìn)行。另外，由于輸送網(wǎng)板的間歇停頓或蠕動現(xiàn)象，在停頓或蠕動過程中通過煙片的熱空氣、蒸汽及加濕水量比輸送網(wǎng)板正常運(yùn)轉(zhuǎn)時要多，無法保證煙葉在通過整個烤片機(jī)復(fù)烤后的水分均勻性、烤透率及回透率的一致性，嚴(yán)重影響復(fù)烤生產(chǎn)水平和工藝質(zhì)量。為了改善這種情況，需要對烤片機(jī)的網(wǎng)板鏈條從動軸增加輔助驅(qū)動，減少整個傳動系統(tǒng)的磨損，減少設(shè)備維修量，提高設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)效率。

1.2 方案設(shè)計(jì)

研發(fā)一套從傳動輔助驅(qū)動系統(tǒng)，在烤片機(jī)機(jī)尾網(wǎng)板鏈條從動軸上，增加從動軸輔助驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機(jī)與網(wǎng)板鏈條從動軸之間，使用超越離合器傳遞驅(qū)動力矩。這樣可以最大限度地達(dá)到同步驅(qū)動的目的，并且將可能出現(xiàn)的故障對生產(chǎn)的影響降低到最小。由于烤片機(jī)機(jī)尾網(wǎng)板鏈條從動軸會隨鏈條的松緊度隨動移位，增加的驅(qū)動裝置安裝為可以隨動的機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到該設(shè)計(jì)之目的，驅(qū)動電機(jī)及超越離合器等的選型，要根據(jù)烤片機(jī)機(jī)尾網(wǎng)板鏈條從動軸的驅(qū)動需要進(jìn)行精確的選配，并進(jìn)行巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。具體方案如下：

1.2.1 驅(qū)動模式選擇。目前國內(nèi)外復(fù)烤機(jī)驅(qū)動輸送網(wǎng)板方式兩種方式：一種是主傳動軸由一套驅(qū)動裝置單邊驅(qū)動；另一種是主傳動軸由兩套驅(qū)動裝置兩邊同時驅(qū)動，但這兩種驅(qū)動方式都局限于只對主傳動軸進(jìn)行驅(qū)動，中心距為52000mm的從傳動軸被主傳動被動帶動。通過現(xiàn)場對主傳動和張緊裝置多次調(diào)試和驗(yàn)證表明，無論主傳動如何精確、可靠，但由于主從傳動中心距離長達(dá)52000mm實(shí)際情況的存在，無法保證主從傳動軸旋轉(zhuǎn)時時保持同步，傳動誤差積累到一定值時，就會出現(xiàn)一次竄動現(xiàn)象，如此循環(huán)，當(dāng)輸送鏈條使用時間越長，竄動次數(shù)越頻繁，輸送鏈條與網(wǎng)板被拉斷和損壞現(xiàn)象更突出，嚴(yán)重影響復(fù)烤生產(chǎn)和葉片烘烤質(zhì)量。

本方案設(shè)計(jì)在從傳動軸上研發(fā)一套輔助驅(qū)動裝置來徹底解決問題。驅(qū)動裝置與傳動軸采用離合器方式聯(lián)接，當(dāng)主從傳動轉(zhuǎn)速一致時，驅(qū)動裝置與從傳動軸脫離，當(dāng)主從傳動轉(zhuǎn)速誤差積累到一定值，導(dǎo)致主從傳動轉(zhuǎn)速不一致時，驅(qū)動裝置與從傳動軸嚙合，與主傳動同步驅(qū)動從傳動軸，實(shí)現(xiàn)兩者同步旋轉(zhuǎn)。

1.2.2 離合器選擇。從傳動軸與驅(qū)動裝置聯(lián)接選用離合器方式，離合器動作需滿足當(dāng)驅(qū)動的傳動軸轉(zhuǎn)速低于或高于主傳動轉(zhuǎn)速時需準(zhǔn)確、可靠分離，同時滿足當(dāng)扭矩超限時也需及時分離，避免輸送網(wǎng)板和鏈條被拉斷，也即超越離合器。本方案設(shè)計(jì)采用VM20系列干式多片電磁離合器，該離合器的輸出軸直徑可在45～48mm之間選擇，以便于配合烤片機(jī)的從動軸直徑。

1.2.3 減速電機(jī)選擇。減速電機(jī)選用SEW的SA系列，扭矩取烤片機(jī)主驅(qū)動電機(jī)扭矩值的30%～40%，功率3kW，速比為110.40，輸出扭矩為1720Nm。

1.2.4 控制系統(tǒng)選擇。控制系統(tǒng)采用西門子PLC可編程控制器和丹弗斯變頻控制器，反饋控制器件選用歐姆龍編碼器。控制原理框圖如圖1所示：

圖1 從動軸輔助驅(qū)動控制系統(tǒng)原理框圖

如此，整套輔助驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、圖3、圖4所示：

圖2 輔助驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（側(cè)視）

圖3 輔助驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（前視）

圖4 超越離合器示意圖

1.3 工作原理

烤片機(jī)輸送網(wǎng)板輔助驅(qū)動系，是在傳動軸與減速器之間采用超越離合器來連接，通過超越離合器離合來實(shí)現(xiàn)主從傳動同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)從傳動轉(zhuǎn)速與主傳動轉(zhuǎn)速不一致時，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測到的數(shù)據(jù)與主傳動驅(qū)動變頻控制器反饋參數(shù)比對、計(jì)算，從而輸出控制指令自動調(diào)節(jié)驅(qū)動從傳動減速器轉(zhuǎn)速，使主從傳動轉(zhuǎn)速一致。當(dāng)從傳動軸轉(zhuǎn)速超過超越離合器設(shè)定值時，超越離合器脫開，傳動軸與減速器的驅(qū)動分離，減速器空轉(zhuǎn)無負(fù)載，傳動軸隨主動軸同步轉(zhuǎn)動；當(dāng)從傳動軸轉(zhuǎn)速低于主傳動軸轉(zhuǎn)速時，超越離合器嚙合，減速器驅(qū)動傳動軸，減速器通過超越離合器驅(qū)動使傳動軸與主傳動同轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)動，滿足輸送鏈條勻速傳動。

2 實(shí)施

設(shè)計(jì)完成后現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)施：（1）根據(jù)復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)板驅(qū)動的實(shí)際情況，對設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)仔細(xì)測量、分析、計(jì)算，并經(jīng)過多個設(shè)計(jì)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證，開發(fā)一套輸送網(wǎng)板輔助驅(qū)動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主從傳動軸轉(zhuǎn)速不一致時，輔助驅(qū)動系統(tǒng)動作，驅(qū)動從傳動軸，保證主從傳動軸轉(zhuǎn)速同步；（2）由于烤片機(jī)的從動軸采用張緊隨動的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輔助驅(qū)動系統(tǒng)通過自動鏈條張緊裝置隨從動軸的移動自動張緊，解決驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定不動而從傳動軸隨張緊彈簧張緊移動的技術(shù)難點(diǎn)；（3）實(shí)現(xiàn)控制主從傳動軸轉(zhuǎn)速一致性：通過主傳動轉(zhuǎn)速來調(diào)速，從傳動軸通過旋轉(zhuǎn)編碼器測速，經(jīng)過測試和邏輯運(yùn)算，推算出變頻器頻率變化值與旋轉(zhuǎn)編碼器測算轉(zhuǎn)速之間邏輯控制關(guān)系，當(dāng)改變主傳動軸變頻器頻率時系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)從傳動軸的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)主從傳動軸轉(zhuǎn)速同步；（4）為確保從動軸轉(zhuǎn)速比主傳動軸快時驅(qū)動裝置停止動作，系統(tǒng)通過設(shè)置超限電流和轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值來啟停減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)；（5）整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、合理，布局美觀，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。根據(jù)實(shí)際需要，可以調(diào)整輔助驅(qū)動的驅(qū)動扭矩，滿足不同運(yùn)行狀態(tài)的扭矩需求；（6）轉(zhuǎn)矩跟蹤控制：將兩臺矢量控制變頻器的其中1臺（即原來的主驅(qū)動電機(jī)）作為主動裝置，另1臺（即從動軸處增加的驅(qū)動電機(jī)）作為從動裝置，主從兩裝置的變頻驅(qū)動裝置之間用串行方式連接成主從控制方式；（7）根據(jù)設(shè)備中兩臺電機(jī)同步拖動同一負(fù)載的實(shí)際情況及烤片機(jī)的生產(chǎn)工藝要求，采用兩臺矢量控制變頻器分別驅(qū)動兩臺電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟蹤控制方案，控制準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠。此功能的實(shí)現(xiàn)需用兩臺電機(jī)同步運(yùn)行并自動保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡分配拖動同一條輸送鏈。

3 效果分析

網(wǎng)板輔助驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)并成功應(yīng)用，杜絕了葉片復(fù)烤機(jī)因輸送機(jī)構(gòu)傳動不同步容易造成設(shè)備損壞，造成輸送物料時不間斷地發(fā)生瞬間停滯現(xiàn)象帶來的復(fù)烤煙片質(zhì)量不穩(wěn)定，煙片復(fù)烤后水分一致性和均勻性差等質(zhì)量缺陷。同時杜絕輸送鏈條和輸送網(wǎng)板由于輸送鏈條有跳齒或瞬間停滯等造成的設(shè)備故障和備件消耗。自投入使用至今為大理卷煙廠節(jié)約了備件費(fèi)用約86萬元，能源節(jié)約費(fèi)用約為21.6萬元，總計(jì)經(jīng)濟(jì)效益為107.6萬元，同時為企業(yè)的管理和技術(shù)創(chuàng)新能力提升做出重大貢獻(xiàn)。

烤片機(jī)網(wǎng)板輔助驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)并成功應(yīng)用，效果突出，成果顯著，為企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。通過本項(xiàng)目的研制并成功應(yīng)用，為復(fù)烤設(shè)備加工能力和保障復(fù)烤生產(chǎn)質(zhì)量能力的提升做出了重大貢獻(xiàn)。項(xiàng)目的成功研發(fā)與應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)外復(fù)烤行業(yè)一直無法解決葉片復(fù)烤機(jī)主從傳動不同步的技術(shù)領(lǐng)域空白，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，效果突出，成果顯著，具體較高的社會效益。通過生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況和工藝驗(yàn)證表明：該項(xiàng)目保證了烤片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、實(shí)現(xiàn)零故障，工藝質(zhì)量指標(biāo)得到有效提高，效果明顯：冷卻區(qū)水分合格率、機(jī)尾水分合格率、葉片烤透率、干燥五區(qū)總溫度合格率分別提高了5.75%、1.14%、4.2%、3.2%。

4 結(jié)語

本文給出了通過增加網(wǎng)板鏈條從動軸驅(qū)動的方式，在烤片機(jī)機(jī)尾網(wǎng)板鏈條從動軸上增加從動軸輔助驅(qū)動裝置，降低鏈條的磨損，從而更好地保護(hù)烤片機(jī)網(wǎng)板的運(yùn)行，提高烤片機(jī)的工作效率，減少設(shè)備的故障率，降低維修人員的勞動強(qiáng)度，同時降低設(shè)備的維修費(fèi)用。

[1]楊占凱，李英，張春曉．輔助傳動的設(shè)計(jì)與探討[J]．有色礦冶，2014，（2）.

[2]唐捷．電力機(jī)車輔助傳動系統(tǒng)帶速重投控制策略研究[D]．中南大學(xué)，2013.

（責(zé)任編輯：蔣建華）

TS441

1009-2374（2017）07-0079-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.037

紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目《成品裝箱水分一致性和穩(wěn)定性的改進(jìn)研究》（S-6016008）。

張照德（1969-），男（白族），云南大理人，紅塔集團(tuán)大理卷煙廠復(fù)烤車間工程師，研究方向：機(jī)械自動化。

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