現(xiàn)代衛(wèi)生紙機(jī)卷取控制研究

葉鳳英 胡慕伊

摘要：詳細(xì)分析了衛(wèi)生紙機(jī)卷取動(dòng)作過(guò)程，改善原有卷取部的結(jié)構(gòu)，增加了起重臂環(huán)節(jié)，并利用西門子CFC軟件完成對(duì)起重臂動(dòng)作編程的增補(bǔ)。提高了卷取部的穩(wěn)定性，加強(qiáng)了紙機(jī)的智能化，同時(shí)也保證了紙機(jī)卷取效率和安全性。

關(guān)鍵詞：紙機(jī)；卷取部；起重臂；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TS736+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254508X.2018.12.009

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，消費(fèi)者對(duì)生活用紙的需求在不斷的擴(kuò)大[1]；近年來(lái)，我國(guó)造紙行業(yè)迅猛發(fā)展更是推動(dòng)了制漿造紙機(jī)械行業(yè)的進(jìn)步，而造紙機(jī)械制造企業(yè)只有不斷的調(diào)整自身產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，加大技術(shù)的研發(fā)力度，提升機(jī)械自動(dòng)化能力，才能取得更好的效益和發(fā)展前景。

根據(jù)我國(guó)制漿造紙裝備制造業(yè)“十三五”發(fā)展展望，中高速文化紙機(jī)和生活用紙機(jī)需要進(jìn)行優(yōu)化和完善[2]。關(guān)于衛(wèi)生紙機(jī)的改造，余章書[3]提出了將圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)改為長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，在投入生產(chǎn)后產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)都得到了提高；孟彥京等人[4]提出了紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)速度鏈與負(fù)荷分配解決方案，提高了紙機(jī)控制精度。在衛(wèi)生紙機(jī)中，所用到的機(jī)械設(shè)備太多，有流漿箱、成形網(wǎng)、成形輥、毛毯、揚(yáng)克缸、施膠機(jī)、壓光機(jī)、卷取機(jī)等，這些設(shè)備均和最終成紙質(zhì)量的好壞息息相關(guān)。卷取機(jī)，作為造紙環(huán)節(jié)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，卷取效果的好壞會(huì)直接影響到最終成品質(zhì)量的優(yōu)劣；除要求在卷紙的過(guò)程中松緊均勻，還要保證一定的起皺率。如今紙機(jī)的最高運(yùn)行速度已經(jīng)超過(guò)2000 m/min，紙幅寬度11 m以上，隨著紙機(jī)車速和紙幅寬度的不斷增加，對(duì)紙機(jī)卷取的性能要求也越來(lái)越嚴(yán)格[5]。

1衛(wèi)生紙機(jī)

衛(wèi)生紙機(jī)系統(tǒng)主要由流漿箱、網(wǎng)部、壓榨部、干燥部、卷取部構(gòu)成，其流程圖如圖1所示[6]。流漿箱主要作用是沿紙機(jī)橫向噴出均勻穩(wěn)定的漿料，并控制好漿料的絮聚[7]；網(wǎng)部是紙張成形的位置，使纖維分布均勻；壓榨部是借助機(jī)械壓力盡可能多地脫除濕紙幅水分；干燥部則是將濕紙幅進(jìn)行干燥處理；卷取部在衛(wèi)生紙機(jī)末端，把生產(chǎn)的紙幅卷成卷紙以便貯存和進(jìn)一步加工。

作為紙機(jī)的最后一道工序，卷取機(jī)性能的好壞會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的啟、停、升、減速[8]；在紙廠中，工作人員通常要求原材料和過(guò)程參數(shù)變化越少越好，斷紙的概率越低越好，在開(kāi)機(jī)和斷紙后需要盡快地達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量的要求[9]。

本課題詳細(xì)介紹了衛(wèi)生紙機(jī)卷取部動(dòng)作過(guò)程，設(shè)計(jì)并改善了卷取部動(dòng)作，通過(guò)增加起重臂的環(huán)節(jié)，使卷取過(guò)程達(dá)到“閉環(huán)控制”。利用西門子CFC軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該動(dòng)作過(guò)程控制編程的增補(bǔ)。

2衛(wèi)生紙機(jī)卷取部

2.1卷取過(guò)程

圖2為衛(wèi)生紙機(jī)卷取結(jié)構(gòu)示意圖。從圖2可以看出，紙張從烘干部出來(lái)，經(jīng)過(guò)卷筒區(qū)域，卷繞到空卷筒上，并連續(xù)卷繞；在主臂區(qū)域，完成卷筒初卷紙過(guò)程并傳送到二次臂區(qū)域；在紙卷筒完成卷取后，由二次臂踢到剎車裝置，使紙卷筒速度完全停止；然后紙卷筒被踢到稱量位置完成稱量；接著利用拔軸器將卷芯軸取出并套上紙芯，利用起重臂將新的空卷筒運(yùn)送到卷筒存放架上，并由卷筒存放架上的汽缸將空卷筒運(yùn)送到抓取位置；最終通過(guò)裝卸臂將空卷筒轉(zhuǎn)移到主臂區(qū)域，完成一整套的卷取動(dòng)作。

卷筒支承在卷筒區(qū)域中，卷筒將最初的引紙帶壓在卷筒區(qū)域上，并確保必要的輥硬度，卷筒區(qū)域如圖3所示。刮刀用來(lái)清理卷筒，防止卷筒在尾部纏繞，圖4為刮刀示意圖。刮刀位于卷筒下面并支撐在基座中。固定在刮刀座上，刮刀座上有兩個(gè)氣動(dòng)軟管，軟管根據(jù)氣動(dòng)原理帶動(dòng)刮刀，實(shí)際的操作壓力會(huì)根據(jù)相應(yīng)的要求進(jìn)行調(diào)整。

圖5為紙機(jī)卷取結(jié)構(gòu)主臂區(qū)域。從圖5可以看出，前側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)各有一個(gè)主臂，兩個(gè)主臂通過(guò)導(dǎo)桿、臂和橫軸相互連接，因此這兩個(gè)臂具有同步性；主臂安裝在主臂軸承組件上并固定在主基座上，主臂區(qū)域的上臂會(huì)抱緊主臂上的空卷筒，主臂由液壓缸驅(qū)動(dòng)，卷筒在松脫過(guò)程中會(huì)補(bǔ)償卷筒在主臂區(qū)域卷繞時(shí)不斷增加的紙質(zhì)量所帶來(lái)的影響。旋轉(zhuǎn)汽缸使主臂旋轉(zhuǎn)，主臂與卷筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)到可以進(jìn)行轉(zhuǎn)移動(dòng)作的位置；在該動(dòng)作過(guò)程中，會(huì)通過(guò)角度編碼器來(lái)檢測(cè)每個(gè)動(dòng)作的位置。

主臂會(huì)從卷筒存放架上通過(guò)裝卸臂接到空卷筒，并將卷筒轉(zhuǎn)接到二次臂區(qū)域；液壓缸帶動(dòng)整個(gè)主臂從裝載位置動(dòng)作到改變位置，最后旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)移位置，其動(dòng)作狀態(tài)，如圖6所示，整個(gè)過(guò)程都是通過(guò)角度編碼器來(lái)檢測(cè)主臂的位置。

裝卸臂的作用是將空卷筒從卷筒存放架上抓取位置取出并轉(zhuǎn)移給主臂，裝卸臂通過(guò)液壓缸進(jìn)行動(dòng)作，裝卸臂取空卷筒的過(guò)程如圖7所示，裝卸臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。

開(kāi)始卷取紙的卷筒轉(zhuǎn)移到二次臂區(qū)域，卷取動(dòng)作一直進(jìn)行，直到紙卷的卷幅達(dá)到額定的直徑；二次臂從主臂上接過(guò)紙卷筒，并在動(dòng)作過(guò)程中產(chǎn)生所需的線性負(fù)載；二次臂上的運(yùn)輸裝置由液壓缸移動(dòng)，利用集成在液壓缸中的位置傳感器測(cè)量前臂和驅(qū)動(dòng)側(cè)副臂的位置，二次壁結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。

圖10為起重臂結(jié)構(gòu)示意圖。從圖10中可以看出，起重臂通過(guò)液壓缸旋轉(zhuǎn)，起重臂轉(zhuǎn)動(dòng)并將空卷筒抬升到最前沿的旋轉(zhuǎn)棘爪位置；當(dāng)起重臂向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)棘爪可旋轉(zhuǎn)；在不斷下移過(guò)程中，當(dāng)棘爪碰到空卷筒時(shí)，由于自身可以旋轉(zhuǎn)活動(dòng)，前沿會(huì)向內(nèi)折疊，整個(gè)起重臂繼續(xù)向下，當(dāng)下降到一定位置時(shí)，棘爪依靠自身重力的作用重新打開(kāi)，并勾住空卷筒，將空卷筒成功地運(yùn)送到卷筒存放架上。和原有卷取部的設(shè)計(jì)相比，起重臂前沿的旋轉(zhuǎn)棘爪取消了原有的利用氣缸控制，全新的起重臂設(shè)計(jì)采用純機(jī)械式連接，在起重臂下降過(guò)程中棘爪在碰到空輥?zhàn)訒r(shí)由擠壓作用力進(jìn)行折疊，在折疊過(guò)程中逐漸下移，當(dāng)棘爪不在接觸輥?zhàn)訒r(shí)，棘爪能夠完全依賴重力作用而回到原位勾住輥?zhàn)?，在完成?dòng)作的情況下減少氣缸的數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本。

卷筒存放架的作用，是將空輥?zhàn)右平坏街鞅蹍^(qū)域上方裝卸臂前面的抓取位置?？站硗不嗇斔脱b置由兩個(gè)無(wú)桿氣缸組成；氣缸將空輥?zhàn)犹叩阶ト∥恢?，整個(gè)過(guò)程中依靠接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)輥?zhàn)拥奈恢谩?/p>

空輥?zhàn)釉谧ト∥恢脮r(shí)，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)輥?zhàn)邮欠竦轿?，主臂同時(shí)在裝載位置等待；此時(shí)，裝卸臂先抬起，再提取空輥?zhàn)?，并通過(guò)自身前沿位置的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)是否完全提取成功；當(dāng)檢測(cè)成功提取后，裝卸臂開(kāi)始下移，將輥?zhàn)勇涞街鞅凵?，并開(kāi)始進(jìn)行卷取；和原有卷取部（見(jiàn)圖11）相比較而言，稱量結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化，使輥?zhàn)臃Q量過(guò)程更加穩(wěn)定，降低輥?zhàn)釉诜Q量時(shí)發(fā)生掉落事故，稱量動(dòng)作結(jié)束以后，利用拔軸器將鐵芯抽出，并裝上紙芯筒；起重臂此時(shí)落下，提取空卷筒到卷筒存放架；空卷筒從卷筒存放架上被踢到抓取位置，等待下一次卷取動(dòng)作[10]。

與之前的卷取部相比，現(xiàn)代衛(wèi)生紙機(jī)增加了起重臂的環(huán)節(jié)，空卷筒能夠自動(dòng)回到卷筒存放架上，而無(wú)需使用人力和行車來(lái)吊取空卷筒。除了增加起重臂環(huán)節(jié)以外，拔軸器的增加與原有卷取部也不同。拔軸器在稱量過(guò)程完成后開(kāi)始動(dòng)作，它的功能是將紙卷筒與空輥?zhàn)用撾x，被取出的空輥?zhàn)幽軌蛲度氲较乱淮尉砣∵^(guò)程中循環(huán)使用。該裝置和起重臂配合使用，共同完成空輥?zhàn)幼詣?dòng)提取的任務(wù)。

2.2起重臂自動(dòng)化相關(guān)設(shè)計(jì)

表1為起重臂接近開(kāi)關(guān)數(shù)量及型號(hào)。在起重臂上，運(yùn)用接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)每個(gè)動(dòng)作點(diǎn)位置。接近開(kāi)關(guān)是一種無(wú)需與運(yùn)動(dòng)部件直接進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)直流電器或給計(jì)算機(jī)可編程邏輯控制器（PLC）裝置提供控制指令；起重臂具有動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、頻率響應(yīng)快等特點(diǎn)，被大量的運(yùn)用在制漿造紙機(jī)械中。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)于原有的卷取部，在當(dāng)前的卷取動(dòng)作完成后，紙卷筒被取走，之后，需要用車間內(nèi)的行車以及由卷取崗位的工作人員來(lái)將空輥?zhàn)拥醯骄硗泊娣偶苌?，以保證有足夠的空輥?zhàn)涌梢岳^續(xù)使用；通過(guò)增加起重臂環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)提取卷筒的功能，整體上提高了紙機(jī)卷取的自動(dòng)化水平，提高了紙機(jī)卷取的效率，加強(qiáng)了卷取的平穩(wěn)性，更降低了人力的消耗，同時(shí)也保障了人員的安全。

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（責(zé)任編輯：黃舉）