成網(wǎng)機的網(wǎng)帶驅(qū)動系統(tǒng)

司徒元舜+胡曉航

摘要：驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動成網(wǎng)機網(wǎng)帶正常運行的動力裝置，主要由驅(qū)動電機、減速裝置、張緊裝置、糾偏裝置及各種輥筒組成。

關鍵詞：網(wǎng)帶；驅(qū)動；電動機；恒轉(zhuǎn)矩；主動輥；張緊裝置；糾偏裝置

中圖分類號：TS173.3 文獻標志碼：B

Web-driving System for Web Former

Abstract： Driving system is the power unit that ensures smooth running of the web on web-forming machine. It is mainly composed of driving motor， decelerator， tensioner， deviation rectifying device and various rollers.

Key words： web； driving； motor； constant torque； driving roller； tensioner； deviation rectifying device

網(wǎng)帶的驅(qū)動裝置主要由驅(qū)動電機、減速裝置，傳動、導向輥筒等組成。成網(wǎng)機的負載特性屬“恒轉(zhuǎn)矩”型，即在成網(wǎng)工藝條件不變的情形下，負載的轉(zhuǎn)矩也基本保持不變，所需要的驅(qū)動功率與運行速度成線性關系。

驅(qū)動電動機的調(diào)速特性應與成網(wǎng)機的負載特性匹配，匹配不當?shù)碾妱訖C容易出現(xiàn)超負荷現(xiàn)象或轉(zhuǎn)矩不足現(xiàn)象，影響成網(wǎng)機正常運行。在使用直流電動機驅(qū)動時，由電樞額定電壓向下調(diào)節(jié)速度；在使用交流電動機時，在額定頻率以下的范圍進行調(diào)速時，電動機都屬恒轉(zhuǎn)矩特性。

成網(wǎng)機有單電機驅(qū)動及多電機驅(qū)動兩種形式，前者僅用一臺電動機，后者會用到多臺電動機。其中功率最大的為主傳動電機，用于驅(qū)動網(wǎng)帶運動，其余功率較小的電機則用于驅(qū)動各紡絲系統(tǒng)的支承輥、壓輥，或支承輥及壓輥。

1 驅(qū)動電動機

1.1 電動機的類型和轉(zhuǎn)速

目前，成網(wǎng)機使用的電動機有直流電動機及交流電動機兩種，早期的成網(wǎng)機大都是用直流電動機驅(qū)動，隨著交流傳動技術的進步和成熟，直流電動機已逐漸被交流電動機取代，并得到廣泛應用。

根椐工藝要求，成網(wǎng)機網(wǎng)帶的線速度是進行產(chǎn)品定量計算的基礎數(shù)據(jù)，也是生產(chǎn)線中其他設備（如熱軋機、卷繞機）的速度基準。因此對調(diào)速精度的要求最高。應能在運行過程平穩(wěn)調(diào)整速度，并有較高的調(diào)速精度，一般要求調(diào)速精度要達到±（0.1% ～ 0.2%）。

目前，成網(wǎng)機普遍使用帶編碼器的交流變頻調(diào)速異步電動機驅(qū)動，并利用變頻技術連續(xù)、平滑地調(diào)整速度。由于國產(chǎn)齒輪減速機輸入軸的最高轉(zhuǎn)速一般都限制在1 500 r/min，因此，一般應選擇同步轉(zhuǎn)速≤1 500 r/min驅(qū)動電動機，這種配置可使減速機有較高的傳動效率。如轉(zhuǎn)速太高，減速機的溫升增大，故障率升高，會影響安全運行。

1.2 單電機驅(qū)動時的電動機功率

驅(qū)動電動機的功率與生產(chǎn)線的紡絲工藝（紡粘法、熔噴法）、產(chǎn)品幅寬、運行速度、紡絲系統(tǒng)的數(shù)量等因素有關；幅寬越大、運行速度越高、紡絲系統(tǒng)的數(shù)量越多，則所需要的功率也越大。

雖然在實際運行過程中驅(qū)動功率還與抽吸風機的轉(zhuǎn)速相關，轉(zhuǎn)速越高，所需要的功率也越大。但對同一定量的產(chǎn)品，負載基本上仍呈恒轉(zhuǎn)矩特性。

以3.2 m幅寬的國產(chǎn)紡粘生產(chǎn)線為例，在400 m/min速度范圍內(nèi)，單個紡粘系統(tǒng)（S型）的成網(wǎng)機，其速度一般低于200 m/min，驅(qū)動的功率為 8 ～ 10 kW；兩個紡粘系統(tǒng)（SS型）的成網(wǎng)機，其速度一般低于300 m/min，驅(qū)動的功率為18～ 22 kW；有 3 個紡粘系統(tǒng)（SSS）型成網(wǎng)機，其速度一般可達450 m/min（相當于電動機轉(zhuǎn)速為1 500 r/min），負載轉(zhuǎn)矩在110 ～ 130 N？m之間，在最高速度運行時所需的最大驅(qū)動功率為20 kW，考慮其他因素后，實配電動機的功率在30 kW已足夠。

實際配置的電動機功率與電動機的類型有關，除了要按現(xiàn)有電動機的功率系列選用外，要選用工作制為S1（長期連續(xù)運行），絕緣等級為B或F級的電動機。

由于交流電動機在低速（低頻）運行時的輸出轉(zhuǎn)矩不如直流電動機，為了保持在低速時仍有足夠的轉(zhuǎn)矩，使用交流電動機的功率會比直流電動機大一至兩個檔次。

雖然熔噴系統(tǒng)抽吸風機的負壓很高，網(wǎng)帶與支承裝置間的摩擦阻力較大，但由于受熔噴布的斷裂強力和伸長率較小的限制，加上靜電的影響，獨立熔噴系統(tǒng)很難生產(chǎn)薄型產(chǎn)品，也就無需高速運行，因此運行速度都較低（<100 m/min），單個獨立熔噴系統(tǒng)成網(wǎng)機驅(qū)動功率約5.5 ～ 7.5 kW。

在多紡絲系統(tǒng)的SMS型復合生產(chǎn)線，由于有紡粘纖網(wǎng)的加強、防護，熔噴系統(tǒng)也可以用較高的速度運行，運行速度一般都較快（目前國產(chǎn)設備約在200 ～ 400 m/min）；含有熔噴層的多層纖網(wǎng)復合后的透氣性能變差，在抽吸風機的負壓作用下，形成的運動阻力很大，并疊加在其下游的其他紡絲系統(tǒng)。因此，每增加一個熔噴系統(tǒng)投入運行，驅(qū)動裝置所增加的功率（約15 kW左右）要比紡粘系統(tǒng)多。

SMS型生產(chǎn)線，隨著熔噴系統(tǒng)的數(shù)量增多，成網(wǎng)機驅(qū)動功率隨之增大，如國產(chǎn)3.2 m幅寬、在400 m/min速度范圍內(nèi)，只有一個熔噴系統(tǒng)的SMS生產(chǎn)線，成網(wǎng)機的驅(qū)動功率一般在45 ～ 55 kW；兩個熔噴系統(tǒng)的SMMS生產(chǎn)線，驅(qū)動功率在55 ～ 75 kW；3 個熔噴系統(tǒng)的SMMMS成網(wǎng)機，驅(qū)動功率在75 ～ 90 kW。

由于引進的多紡絲系統(tǒng)生產(chǎn)線運行速度比國產(chǎn)設備更快，成網(wǎng)機的負載更大，驅(qū)動電動機的功率也比同類型國產(chǎn)設備更大，如幅寬為4.2 m、運行速度600 m/min的SMMS生產(chǎn)線，其成網(wǎng)機的驅(qū)動電機功率可達130 kW。設計速度為1 200 m/min，運行速度可達1 000 m/min的機型已在國內(nèi)出現(xiàn)，驅(qū)動電動機的功率會更大。

通常一臺成網(wǎng)機只有一臺主驅(qū)動電動機，對傳動功率較大的成網(wǎng)機，已出現(xiàn)用兩臺功率較小的電動機代替一臺大功率電動機，在驅(qū)動輥的兩端各自同步驅(qū)動的傳動方式。除了可以降低軸端的轉(zhuǎn)矩外，這種方式還可以減少電動機的轉(zhuǎn)動慣量（對四極電動機可減少約30%），有利于改善調(diào)速性能，提高制動的可靠性。

電動機的功率太大，除了會增加系統(tǒng)的購置成本和增加設備的裝機容量外，還會降低電動機的功率因素和效率。而在故障狀態(tài)，還會產(chǎn)生足以撕毀網(wǎng)帶的過載力矩，這是大功率成網(wǎng)機常見的運行風險。

1.3 多電機驅(qū)動時的電動機功率

除了與上述多種因素有關外，成網(wǎng)機驅(qū)動電機的功率還與紡粘系統(tǒng)的支承輥、壓輥的運行方式有關，上述所指的電動機功率是在支承輥、壓輥均處于被網(wǎng)帶拖動的負荷狀態(tài)所需的功率，如果支承輥、壓輥均由獨立電機驅(qū)動的主動狀態(tài)運行，則成網(wǎng)機的驅(qū)動功率可較小。

在引進的主流設備及部分國產(chǎn)設備中，目前僅是讓支承輥處于主動狀態(tài)運行，而壓輥仍然由網(wǎng)帶拖動、以被動方式運行。在個別引進機型及部分國產(chǎn)機型中，也有支承輥和壓輥均使用獨立電機驅(qū)動，以主動方式運行。

這種驅(qū)動方式可避免在壓輥處于升起狀態(tài)時，由于沒有足夠的摩擦力使網(wǎng)帶帶動支承輥正常轉(zhuǎn)動，導致支承輥的圓柱面被磨成多邊形，以致正常運行時發(fā)生劇烈跳動。

在3 200 mm幅寬的的成網(wǎng)機，支承輥或壓輥的驅(qū)動電機功率一般在4.0 ～ 7.5 kW之間，以5.5 kW較常用。由于支承輥與網(wǎng)帶間幾乎是處于“線接觸”狀態(tài)，包角很小，是無法傳遞更大功率的，功率再大，就相當于一臺單個紡絲系統(tǒng)成網(wǎng)機的主驅(qū)動電動機了。因此，沒必要配置更大功率的驅(qū)動電機。

控制系統(tǒng)必須保證這些電機是處于“電動機”狀態(tài)運行，以減輕主驅(qū)動電機的負荷和減少各段網(wǎng)帶的張力差異，從而消除網(wǎng)帶由于張力差異所產(chǎn)生的透氣量變化。當傳動電機的功率很大時，還能避免靠近驅(qū)動輥的網(wǎng)帶承受過大的張力，保證網(wǎng)帶的安全。

2 減速裝置

2.1 常用的減速裝置

由于電動機輸出的轉(zhuǎn)矩不足以直接驅(qū)動成網(wǎng)機正常運行，因此要利用減速裝置降低速度，增大轉(zhuǎn)矩。隨著成網(wǎng)機所需的驅(qū)動功率和運行速度等方面的差異，會用到各種形式的減速機，如：渦輪/蝸桿減速機，齒輪減速機、擺線針輪減速機，行星輪減速機等。目前較多使用K系列的減速機。

為了使成網(wǎng)機在低速狀態(tài)下也能安全運行，驅(qū)動電動機要使用帶有獨立冷卻風機的變頻調(diào)速專用電動機。當調(diào)速范圍較寬時，為了保證在低頻狀態(tài)下電動機還能輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩，在設計時可以適當加大電動機功率。

2.2 電動機與減速機之間的連接方式

成網(wǎng)機驅(qū)動電動機與減速機的輸入軸（高速軸）之間，一般有聯(lián)軸器連接與電動機直聯(lián)（電動機輸出軸直接插入減速機內(nèi)）兩種連接方式。

使用聯(lián)軸器連接時，電動機的基本安裝方式為帶底座的IMB3型，電動機和減速機都安裝在公共機座上，最常用的聯(lián)軸器有：彈性銷聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器、梅花聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。電動機與減速機間采用直聯(lián)方式時，電動機的基本安裝形式為機座無底座，端蓋有凸緣的IMB5型，有時會用到IMV型。這種連接方式軸線對中準確，結(jié)構(gòu)緊湊，無易損件，無需另設安全防護，運行過程可免維護。

2.3 減速機與主驅(qū)動輥之間的連接方式

驅(qū)動電動機常通過減速機減速后，再帶動成網(wǎng)機的主動輥旋轉(zhuǎn)，由于傳遞的轉(zhuǎn)矩比輸入軸、輸出軸的直徑及聯(lián)軸器的尺寸也較大。

網(wǎng)帶驅(qū)動裝置與成網(wǎng)機主動輥之間常用以下兩種方式連接：一種是減速機的輸出軸利用撓性傳動件（同步帶或鏈條）將動力傳遞給主動輥，這種連接方式對中心距沒有嚴格要求，布置較為靈活，適用于一些小型、低速、小功率成網(wǎng)機。另一種方式是減速機的輸出軸利用聯(lián)軸器，如齒輪聯(lián)軸器、彈簧聯(lián)軸器、彈性銷聯(lián)軸器、輪胎聯(lián)軸器等，直接將動力傳遞給主動輥，這種連接方式能傳遞大扭矩，是高速、大功率成網(wǎng)機常用的傳動方式。由于是同軸傳動，對安裝精度要求較高，對減速機的安裝位置也有限制。

圖 1 是一套電動機與減速機輸入軸間、減速機輸出軸與成網(wǎng)機驅(qū)動輥間均使用聯(lián)軸器直聯(lián)的驅(qū)動裝置。電動機的一般選IMB3、IMB5，當功率較大時選IMB35等安裝方式，減速機利用一個兩端帶法蘭的長套筒固定在成網(wǎng)機的墻板上。

對于一些傳動功率較小的成網(wǎng)機，如熔噴生產(chǎn)線的成網(wǎng)機，有時會直接將主驅(qū)動輥的軸伸端插入減速機的空心輸出軸套內(nèi)，不需要其他聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)很簡單。

2.4 驅(qū)動裝置的布置方式

驅(qū)動裝置的布置方式與連接方式相關，既可以布置在成網(wǎng)機機架的內(nèi)側(cè)（內(nèi)置式），也可以布置在機架的外側(cè)（外置式）；可以直接安裝在成網(wǎng)機的機架或墻板上，與成網(wǎng)機連成一體，也可以將驅(qū)動裝置作為一個獨立的單元，與成網(wǎng)機分開安裝。

將傳動裝置內(nèi)置是早期引進的德國生產(chǎn)線成網(wǎng)機的布置方式，由于驅(qū)動裝置的輸出軸與成網(wǎng)機驅(qū)動輥是同向平行，兩者間一般要使用撓性件傳動。這種安裝方式的驅(qū)動裝置直接緊固在墻板上，精度較高、外形簡潔，不占用外部空間，但檢查、維修困難，并容易污染網(wǎng)帶，現(xiàn)在已很少使用這種方式。

為了滿足大功率、高速傳動的強度要求，一些采用墻板式結(jié)構(gòu)的成網(wǎng)機機架，隨著運行速度的升高，墻板的厚度已從早期的40、80 mm發(fā)展到目前的100 mm；而一些采用框架結(jié)構(gòu)的成網(wǎng)機，其使用的方形管構(gòu)件截面尺寸也達到了200 mm×200 mm。

這些厚實、穩(wěn)重的機架不僅為驅(qū)動設備、各種輥筒軸承座提供了牢靠的安裝基礎，也提高了機架的自振頻率，避免了在高速運行時成網(wǎng)機可能出現(xiàn)的共振現(xiàn)象。

驅(qū)動裝置一般布置在成網(wǎng)機的下游端，即靠近生產(chǎn)線的熱軋機一端。這種布置方式可以使網(wǎng)帶的“緊邊”長度最短，而“松邊”的網(wǎng)帶最長，各種輥筒及軸承所承受的負荷也最輕，從而降低了驅(qū)動電機的負荷和網(wǎng)帶的張力，有利于提高設備的可靠性。

為了適配傳動比及設備中心高，避免驅(qū)動裝置的震動影響成網(wǎng)機正常工作，驅(qū)動裝置的輸出軸與主動輥之間也可利用如滾子鏈條、齒形同步帶等能準確保證傳動比的撓性傳動件傳遞動力。

3 傳動輥筒

在紡粘法非織造布生產(chǎn)線的成網(wǎng)機中，傳動輥筒按其功能可分為：主驅(qū)動輥、張緊輥、鼻端輥、導向輥、糾偏輥、預壓輥、支承輥、托輥等，其結(jié)構(gòu)均大同小異。

主驅(qū)動輥的功能是將減速機輸出的轉(zhuǎn)矩變?yōu)榫W(wǎng)帶的運動，因此帶有安裝聯(lián)軸器的軸伸。主動輥的工作面常被覆了一層厚度約10 ～ 20 mm、邵氏硬度約50 ～ 55 HA的耐磨橡膠，以增加摩擦力、避免打滑（圖 2）。

為了降低網(wǎng)帶單位面積的負荷，提高傳動的可靠性，當需要傳動的功率較大時，要增加網(wǎng)帶與主動輥的接觸面積。最常用的措施是增加網(wǎng)帶在主動輥面上的包角和增加主動輥的直徑，從而提高傳動的功率。

如果輥筒的曲率半徑很小，網(wǎng)帶會出現(xiàn)太大的彎曲應力，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對于包角較大的主動輥及張緊輥，網(wǎng)帶制造商建議的直徑要大于網(wǎng)帶厚度的100倍，常用網(wǎng)帶的厚度約在 2 mm左右，也就是主動輥或張緊輥的直徑不得小于200 mm，但這僅是從網(wǎng)帶安全使用角度提出的基本要求。

網(wǎng)帶在主動輥面的包角可達180°，視傳動功率和運行速度，主動輥的直徑可大于500 mm。主驅(qū)動輥是接收成網(wǎng)設備中受力最大的輥筒。為了使網(wǎng)帶能得到均勻的張緊，要求各種輥筒要有足夠的強度和剛性，避免在運行中出現(xiàn)明顯的撓曲變形。

成網(wǎng)機中的其他輥筒（包括底部的“松邊”托輥）也應與主動輥一樣，要有好的表面狀態(tài)，并要經(jīng)過嚴格的動平衡校驗，這樣既能保護網(wǎng)帶，又能避免在高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生劇烈的震動，影響系統(tǒng)正常運行。

運行經(jīng)驗證明，隨著運行速度越來越快，為了消除震動現(xiàn)象，除了采用增大輥筒直徑以降低角速度外，筒體內(nèi)腔進行鏜削加工也是提高輥筒平衡精度的重要工藝措施。

處于“松邊”的托輥由于受力較小，可選用較小的直徑，一般在200 mm左右，但直徑太小會容易纏上廢絲，影響運行并難于清理。由于托輥表面直接與網(wǎng)帶的工作面接觸，為了減少對網(wǎng)帶工作面的磨損，外緣也可包覆橡膠層。

為了避免在運行過程中發(fā)生軸頭斷裂事故，成網(wǎng)機中一些負載較重的輥筒，如主驅(qū)動輥、張緊輥，熱壓輥等，可以使用鍛鋼軸頭。由于輥筒的連接法蘭與軸伸為一個整體鍛件，法蘭與軸伸間沒有因焊接而產(chǎn)生的應力集中現(xiàn)象，提高了耐疲勞性能，杜絕了斷軸事故。