零速自動接紙機張力控制系統(tǒng)故障分析與改進

鄭強

零速自動接紙機是一種與現代輪轉印刷機相配套的卷筒紙連續(xù)供給設備，它廣泛地應用于報刊和書刊印刷機中。這種接紙機主要具有兩方面的功能：一是在正常的印刷過程中，作為普通輸紙機對印刷主機進行供紙；二是當正在使用的卷筒紙即將用完時，使處于零速（靜止狀態(tài)）的新卷筒紙與使用中的卷筒紙進行對接，并將新卷筒紙加速至正常的印刷速度，讓其接替原卷筒紙對印刷主機進行不間斷供紙。由于零速自動接紙機構實現了卷筒紙的自動交換和連續(xù)供給，因此它確保了印刷生產的高效性和穩(wěn)定性。

零速自動接紙機作為印刷生產中的供紙設備，必定要對卷筒紙的運動張力進行調節(jié)控制，以滿足正常的印刷要求。在接紙機中承擔這個任務的重要裝置就是張力控制系統(tǒng)。在生產過程中，張力控制系統(tǒng)使用頻繁、工作強度大，故其出現故障的頻率也非常高。因此，對于使用零速自動接紙機的印刷企業(yè)來說，維護使用好張力控制系統(tǒng)，才能保證接紙機乃至印刷主機的正常運轉與工作。

本文將結合震立Z4050—35型零速自動接紙機張力控制系統(tǒng)的工作原理和機器運行中維護及故障排除的大量實踐經驗，對該系統(tǒng)出現的主要故障情況進行分析和總結，并介紹解決這類故障的方法及改進方案（其力學和控制過程的具體計算內容未列入本文）。

零速自動接紙機張力控制系統(tǒng)的組成及工作原理

1.張力控制系統(tǒng)的組成部分

張力控制系統(tǒng)主要由張力浮動輥（圖1中14）和電磁制動器（圖1中2和9）兩部分組成。卷筒紙經由圖1所示的穿紙線路進入印刷主機。卷筒紙的紙芯筒固定在氣脹軸上，當氣脹軸與電磁制動器通過花鍵軸聯(lián)接好后，電磁制動器就可對卷筒紙進行張力調節(jié)。張力浮動輥14在紙帶張力發(fā)生變化時可以上下擺動，從而控制張力變化。

電磁制動器的結構見圖2。其主要由制動器磁軛10（電磁線圈）和制動盤11兩部分組成。制動器磁軛固定在接紙機內墻板9上。制動盤固定在花鍵套12上，其由于卷筒紙的拉動而相對于制動器磁軛進行旋轉運動。

張力浮動輥結構見圖3。張力浮動輥2在紙帶張力和張力氣缸5的推力作用下繞張力電位器軸4旋轉。張力電位器軸4的軸端安裝有角位移電位器。

2.張力控制系統(tǒng)的工作原理

印刷主機穿紙完成后剛開始印刷時，主機中的印刷滾筒會給紙帶一個拉力，帶動紙帶運動。調大張力調壓閥的氣壓值，張力氣缸的氣缸桿向下伸出，使處于最低位置的張力浮動輥抬高。張力軸隨之轉動一定角度，其上的角位移電位器將角位移信號傳輸到電控箱。電控箱相應地對電磁制動器施加一個控制電壓，使其產生電磁力矩，從而控制氣脹軸上卷筒紙的運動。因而，紙帶在印刷拉力和電磁力的共同作用下，維持勻速的供紙速度。

當紙帶的張力發(fā)生變化（由印刷主機加速或減速、卷筒紙變形等情況造成），張力浮動輥受到的紙帶壓力會隨之改變。由于張力氣缸的推力恒定（調節(jié)閥的氣壓值不變），張力浮動輥就會上下擺動。此時，張力軸旋轉一定角度；其軸上的角位移電位器將檢測到的角位移信號傳輸到電控箱。電控箱根據角位移信號改變輸出到電磁制動器的電壓值，從而改變電磁制動器的電磁力矩；使紙帶受到的印刷拉力和電磁力達到新的平衡。這樣，紙帶就在這組新平衡力的作用下勻速運行。

當原卷筒紙即將用完，接紙機準備接紙時，印刷主機被降速運轉。電控箱對運行中的原卷筒紙所在的電磁制動器施加一個制動電壓，并按一定頻率增加其制動電壓值；直至電磁制動器完全將運行中的原卷筒紙制動住。此時，張力氣缸的氣缸桿縮回，張力浮動輥落至最低位置。紙帶的張力靠蓄紙架與印刷主機配合控制，主機拉動紙帶運行，蓄紙架受到紙帶的作用力緩慢下降，直至原卷筒紙被裁斷，新的卷筒紙運行。接著，張力浮動輥升起來，電控箱根據角位移電位器傳輸的新信號對新卷筒紙上的電磁制動器輸出控制電壓，進而控制新紙帶的張力。新紙帶就在印刷拉力和電磁力的共同作用下，重新維持勻速的供紙速度。

張力控制系統(tǒng)的故障分析與解決方法

在印刷生產中，張力控制系統(tǒng)通常會出現如下三種故障情況：①印刷過程中，張力浮動輥上下頻繁擺動，并且幅度較大，導致紙帶張力不穩(wěn)，影響套印；②印刷過程中，紙帶張力太小，卷筒紙用紙或轉速不穩(wěn)，使紙帶進入主機后無法正常印刷；③接紙過程中，電磁制動器無法對運行中的卷筒紙進行可靠的制動控制，導致接紙瞬間兩個卷筒紙沒有都處于零速狀態(tài)，造成接紙失敗。

1.對印刷中張力控制系統(tǒng)故障的分析與解決方法

在印刷過程中，張力控制系統(tǒng)出現的故障現象為：張力浮動輥上下頻繁擺動，并且幅度較大；張力控制系統(tǒng)對紙帶的張力監(jiān)測和調控無法正常進行。

通常出現這類故障有三方面的原因：一是張力氣缸的氣壓不穩(wěn)定；二是張力角位移電位器和電控箱對紙帶張力監(jiān)測不準和控制不正常；三是電磁制動器出現機械性故障。

張力氣缸的氣路故障通過供氣壓強的監(jiān)測和采取穩(wěn)壓措施排除。電磁制動器的機械性故障需要針對現象分別處理，本節(jié)主要從張力角位移電位器和電控箱的張力控制調整方面著手解決這類故障。

張力角位移電位器負責對紙帶張力進行采樣。若其與張力軸的相對位置沒有精確定位，傳輸到電控箱的信號參數就會發(fā)生改變，導致電控箱不能對電磁制動器輸出正確的控制電壓。這樣，就會使電磁制動器工作不正常，無法控制紙帶的張力。

當張力浮動輥出現上述異常情況時，就需要進行張力控制調整。具體的調整步驟如下。

（1）調節(jié)接紙機操作面板上的張力調壓閥，使張力氣缸的氣壓值達到正常值0.15～0.3Mpa。此時張力浮動輥抬起，處于中間高度位置。

（2）松開張力角位移電位器與張力軸的聯(lián)軸器上的鎖緊螺釘；慢慢旋轉電位器軸（軸上有轉動螺釘），觀察電控箱中的調試電壓表。當表上指針大致指向0V時，旋緊鎖緊螺釘。

（3）松開電位器上的三個壓板螺釘，慢慢轉動電位器，使調試電壓表的指針精確地指在0V處，鎖緊全部壓板螺釘。

（4）關閉張力調壓閥，使張力浮動輥下落到底；再旋轉張力調壓閥，使張力浮動輥抬起至最高位置。在此過程中，同步調節(jié)電控箱中張力控制盒上的W1電位器；使張力浮動輥處于最高點與最低點時，調試電壓表上的電壓值分別顯示為+0.5V、-0.5V。同時要觀察電壓表上電壓值是否線性變化。如果電壓值與規(guī)定數值不符，需從第一步重新調試至第三步，直至數值正確。

（5）調節(jié)張力調壓閥，使張力浮動輥抬至最高位置。轉動張力控制盒上的W2電位器，使輸出電壓表的指針指向10V。

張力控制電壓調整好后，張力角位移電位器就能夠準確采樣，使電控箱能夠正常地對電磁制動器輸出控制電壓（最高不超過10V，即制動電壓），保證印刷過程中張力的穩(wěn)定。

印刷過程中，當紙帶張力太小的情況發(fā)生時，首先應判斷張力角位移電位器采樣是否正確、電控箱對電磁制動器控制電壓的輸出是否正常。如上述部件工作不正常，可進行張力控制調試。如其工作正常，則可判斷為電磁制動器故障，需對電磁制動器部分進行檢修。

2.對接紙中張力控制系統(tǒng)故障的分析與解決方法

接紙機接紙時，按3.8m/s速度運行中的卷筒紙要在很短的時間（約3秒內）完全靜止下來，達到零速狀態(tài)。這樣，舊的卷筒紙才能與處于靜止狀態(tài)的待接卷筒紙準確完成接紙動作。電控箱對電磁制動器施加的制動電壓，是在一個起步電壓上，按一定上升速率疊加的。因此卷筒紙的制動是一個逐漸減速的過程，它不僅要制動有力，而且要過渡平穩(wěn)。制動時間過長，卷筒紙無法在短時間內完全靜止；制動時間過短，卷筒紙可能被扯斷。因此，卷筒紙接紙制動出現故障時，需要仔細檢查電磁制動器，并對制動電壓進行檢測或調試。

制動電壓的調試分為兩部分：一是起步電壓的調整；二是電壓上升速率的調節(jié)。

電磁制動器開始制動時，先會被施加一個起步電壓。一般接紙機生產廠家會預先設定起步電壓值，在設定中通常都會考慮到紙張能夠承受的初次張力，數值較小。作為使用單位，不要輕易改變此數值，只能在電磁制動器由于較大磨損導致制動力矩有明顯下降趨勢時才調大起步電壓值，一般控制在2～5V之間。

上升速率的數值調節(jié)，不能一次改變太大，需要根據接紙情況逐步調試確定。因為此參數的設定大小與接紙過程中蓄紙架的用紙量有很大關系。上升速率設定太大，電磁制動器制動力矩相應增大，在接紙過程中紙帶易被扯斷；上升速率設定太小，卷筒紙制動時間將延長，導致蓄紙架中的紙很快用盡，造成接紙失敗。因此，對于大卷筒紙或高速印刷接紙，上升速率可設定較大；反之，則宜減小上升速率數值。根據我們多次的使用經驗總結，上升速率數值調節(jié)較佳時，接紙完成后，蓄紙架將下落至總高程的1/3處。

電磁制動器的應用改進

零速自動接紙機張力控制系統(tǒng)中對卷筒紙進行張力控制和制動的主要部件就是電磁制動器，由于它制動力矩大、工作頻繁，因此特別容易磨損，出現故障。當張力控制系統(tǒng)出現工作不正常的情況時，通常采用前述排除方法解決。如果多次調試后，張力控制系統(tǒng)還是無法正常工作，我們就應對電磁制動器各個部件仔細檢查，分析是否出現了機械性故障。

電磁制動器的機械性故障主要表現為：制動器磁軛和制動盤表面嚴重磨損、制動盤支承座上的軸承（圖2中7）損壞、磁隙異常。由于制動器磁軛和制動盤在零速自動接紙機生產廠家的設計中是直接摩擦接觸。因此，在經過一段時間的使用后，制動器磁軛表面和制動盤表面都會因相互摩擦而磨損、磨傷。當兩平面因磨損、磨傷而使電磁制動器的磁效應減弱時，電磁制動器就無法對卷筒紙進行正常的張力控制和制動了。經過長期跟蹤觀察，我們發(fā)現，制動盤支承軸承損壞時，會使電磁制動器的制動盤發(fā)生傾斜，導致制動盤與制動器磁軛發(fā)生偏磨，同時會導致電磁制動器的張力控制和制動功能失效。

支承軸承損壞后，如果及時發(fā)現、更換，還能夠使電磁制動器繼續(xù)使用。當制動盤與制動器磁軛嚴重磨損后，一般會報廢而更換新件。為了發(fā)掘原有部件的使用潛力，節(jié)約費用，鍛煉技術隊伍，我們會對更換下來的電磁制動器自行設計圖紙進行修復性改造。改造后的電磁制動器經多年使用，各項主要性能指標仍完全正常。

電磁制動器的修復措施

1.制動器磁軛的損壞表面修復處理

檢查制動器磁軛的磨損、磨傷表面，測定已有磨痕的最大值，確定修復余量及要求（如圖4）。按照需修復切除量將全部磨痕車削掉；再進行磨削加工，使表面平整、光滑、達到圖紙要求。

2.制動盤的損壞表面修復處理

檢查制動盤的磨損、磨傷表面，測定已有磨痕的最大值，確定修復余量及要求（如圖5）。按照需修復切除量將全部磨痕車削掉；再進行磨削加工，使表面平整、光滑、達到圖紙要求。

根據制動器磁軛表面的切除量、制動盤表面的切除量以及制動器磁軛與制動盤的間隙量（制動器磁軛與制動盤最好不直接接觸，以減少相互摩擦，增加張力調節(jié)的靈敏性和準確性。根據試驗，其間隙值通常為0.1～0.3mm）確定B平面的切除量。最后，根據此切除量對B平面進行精密車削。

3.裝配加工處理后的電磁制動器

（1）按圖2將制動器磁軛安裝到位。

（2）將制動盤安裝到花鍵套上。

（3）檢查制動器磁軛與制動盤之間的間隙是否適當。如果間隙過小，需在花鍵套與制動盤之間加上一至數片厚度為0.1mm的銅片，直至間隙值在0.1～0.3mm之內。

（4）輕輕轉動制動盤，觀察其是否與制動器磁軛有擦刮現象。如果有，需重新裝配調試制動盤。

（5）接通電源，按“接紙制動”開關；檢測電磁制動器的制動力矩是否足夠大。調節(jié)張力調壓閥的氣壓值至工作數值，檢測卷筒紙的張力是否合適。當制動力矩和張力測試都正常，修復后的電磁制動器就可以使用了。

在對零速自動接紙機張力控制系統(tǒng)的應用、維護及改進的過程中，我們對其在生產中出現的各種主要故障進行了仔細的分析和研究，并及時加以調試和改進，使張力控制系統(tǒng)達到了最佳的工作狀態(tài)，滿足了生產使用要求。特別是我們對電磁制動器的維修處理方法，不僅節(jié)約了生產成本，而且減少了電磁制動器的磨損，延長了使用壽命，還提高了接紙機對紙帶張力變化的監(jiān)測、反饋與調控。另外，通過改變花鍵套與制動盤之間的銅片（可改為進行了磨削加工的鋼片）數量，我們可以改變電磁制動器的電磁力矩，使其在不同的生產條件下，都能為印刷主機提供正常平穩(wěn)的紙帶輸送控制。