ENKEL紙架加速離合器的創(chuàng)新改造

魯駿

ENKEL紙架是一款經(jīng)典的印刷機(jī)配套設(shè)備，我公司在1993年購(gòu)入日本URBANITE II印刷機(jī)時(shí)就配備了該紙架。20年來(lái)，其表現(xiàn)出了高可靠性和高穩(wěn)定性，當(dāng)然也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。其中，最頭痛的是該紙架長(zhǎng)時(shí)間使用后，接紙部分的關(guān)鍵部件——加速離合器出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，常常導(dǎo)致接不上紙。該加速離合器的材料特殊、價(jià)格昂貴，而且ENKEL公司已被收購(gòu)，市場(chǎng)上已經(jīng)購(gòu)買不到這種加速離合器。因此，我們就對(duì)ENKEL紙架進(jìn)行了創(chuàng)新性改造，不但節(jié)約了成本，而且讓這款經(jīng)典的高速紙架穩(wěn)定地投入生產(chǎn)中，繼續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造利潤(rùn)。

加速離合器問(wèn)題的提出

在輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)中，當(dāng)舊紙卷快要用完時(shí)，新紙卷會(huì)與加速皮帶靜態(tài)壓合，加速電機(jī)以380V的電壓全壓運(yùn)行，帶動(dòng)加速器將速度為0的新紙卷加速到與舊紙卷相同的速度，然后進(jìn)行接紙。圖1為改造前ENKEL紙架加速離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)D點(diǎn)通入電壓（紙架給出的控制加速離合器的電壓信號(hào)，該信號(hào)是PWM波形）后，電磁線圈B內(nèi)部會(huì)通有電流，并且產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)力超過(guò)彈簧E的彈力后，電磁線圈B就會(huì)把帶有摩擦片F(xiàn)的A部分吸引過(guò)來(lái)，和加速電機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)盤(pán)G耦合在一起，這樣C就會(huì)產(chǎn)生速度。D點(diǎn)通入的電壓越大，電磁線圈B內(nèi)部的電流就會(huì)越大，磁場(chǎng)也就越強(qiáng)，A部分就會(huì)和旋轉(zhuǎn)盤(pán)G耦合得越緊，C的速度也就越大。因此，調(diào)節(jié)通入D點(diǎn)的電壓大小，便可以實(shí)現(xiàn)C的速度調(diào)節(jié)。而C是和新紙卷的加速皮帶連接在一起的，因此在調(diào)節(jié)通入D點(diǎn)電壓大小的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了新紙卷速度的調(diào)節(jié)。

當(dāng)使用一段時(shí)間后，加速離合器會(huì)產(chǎn)生磨損，圖1中A部分的摩擦片F(xiàn)會(huì)越來(lái)越薄，和旋轉(zhuǎn)盤(pán)G接觸后會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，當(dāng)D點(diǎn)通入電壓后，加速電機(jī)無(wú)法將C加速到需要的速度，導(dǎo)致接紙失敗。通常的做法是更換加速離合器，但是加速離合器價(jià)格高，使用壽命也不長(zhǎng)，成本投入較大。因此，我們決定自主創(chuàng)新，對(duì)加速離合器進(jìn)行改造，以增加其使用壽命。

加速離合器的創(chuàng)新改造

圖2為改造后ENKEL紙架加速離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。首先在加速離合器上鉆一個(gè)通孔，用一根長(zhǎng)螺絲I穿入，并用螺絲帽完全鎖緊，去除圖1中的彈簧E。這樣加速離合器便和加速電機(jī)相連的旋轉(zhuǎn)盤(pán)G完全硬性連接了，加速電機(jī)的轉(zhuǎn)速即是C點(diǎn)及加速皮帶的轉(zhuǎn)速。這樣，只要控制加速電機(jī)的速度，就能控制新紙卷的速度。加速電機(jī)建議采用控制器和變頻器進(jìn)行控制。變頻器是常用的電機(jī)調(diào)速設(shè)備，在保證其功率和加速電機(jī)功率匹配的情況下可以自由選型，我們采用的是力士樂(lè)康沃變頻器GVF-G3/P3?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)自制，當(dāng)然也可以用PLC或其他控制器，不過(guò)費(fèi)用較高。

D點(diǎn)是紙架給出的控制加速離合器的電壓信號(hào)，該信號(hào)是PWM波形，由控制器PI口捕獲，經(jīng)過(guò)控制器內(nèi)寫(xiě)入的程序運(yùn)算出0～5V的電壓輸出至變頻器，變頻器根據(jù)該電壓，調(diào)節(jié)加速電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于紙架上裝有測(cè)量新紙卷和舊紙卷速度的編碼器，因此紙架給出的D點(diǎn)信號(hào)，是經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)。當(dāng)加速電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，新紙卷的編碼器脈沖高于舊紙卷的編碼器脈沖，紙架會(huì)將D點(diǎn)的PWM波形的脈寬變窄，控制器捕獲后，將Vout降低，變頻器便相應(yīng)會(huì)降低加速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之同理?？梢?jiàn)，D點(diǎn)的PWM占空比（脈寬與周期的比值）是控制變頻器及加速電機(jī)速度的關(guān)鍵因素。因此，我們手動(dòng)調(diào)節(jié)紙架離合器電壓，對(duì)D點(diǎn)的PWM波形進(jìn)行捕獲分析，然后整合成數(shù)據(jù)如表1所示。從中可以看出，PWM波形的周期是固定的，只需測(cè)量PWM脈沖的上升沿和下降沿的時(shí)間差，便可以計(jì)算出脈寬，而脈寬與周期的比值便是占空比。變頻器的輸入電壓范圍是0～5V，當(dāng)我們計(jì)算出PWM占空比的時(shí)候，以5V乘以該占空比，就可以得到變頻器的輸入電壓了。例如，當(dāng)計(jì)算出某刻D點(diǎn)給出的PWM占空比為30%時(shí)，便可以根據(jù)程序調(diào)整Vout至1.5V，這樣就可以控制加速電機(jī)的轉(zhuǎn)速為所需的轉(zhuǎn)速。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的注意事項(xiàng)

由于改造后的控制器的控制信號(hào)是將原來(lái)控制加速離合器線圈的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制變頻器的0～5V的電壓信號(hào)，所以必須對(duì)PWM波形進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量。用示波器觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在加速初期，PWM波形并未產(chǎn)生，而是電壓為24V的直流信號(hào)。當(dāng)新紙卷速度大于舊紙卷速度時(shí)，PWM波形才突然出現(xiàn)，并且是以很窄的脈寬形式產(chǎn)生，此時(shí)才有0～5V的電壓信號(hào)給變頻器。因此，在設(shè)計(jì)程序時(shí)需要注意，檢測(cè)到直流信號(hào)后，應(yīng)該輸出最大5V的電壓給變頻器，而且計(jì)算變頻器的給定電壓Vout時(shí)，可以將5V乘以占空比值后，再乘以一個(gè)固定系數(shù)K（本次改造取值1.6），以起到一定的微調(diào)作用，這個(gè)固定系數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況更改。

改造后的紙架已經(jīng)在我公司穩(wěn)定運(yùn)行了近5年，由加速離合器造成的接紙故障幾乎為零，大大提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。同時(shí)，設(shè)備維修人員再也不用為更換加速離合器而煩惱了，不僅節(jié)約了成本，也節(jié)約了維修時(shí)間。這次的改造雖然是針對(duì)紙架加速離合器進(jìn)行的，但該方法可以推廣到很多類似的場(chǎng)合。總之，多思考、多研究，總會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)。