成网机的网带驱动系统

司徒元舜+胡晓航

摘要：驱动系统是驱动成网机网带正常运行的动力装置，主要由驱动电机、减速装置、张紧装置、纠偏装置及各种辊筒组成。

关键词：网带；驱动；电动机；恒转矩；主动辊；张紧装置；纠偏装置

中图分类号：TS173.3 文献标志码：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

网带的驱动装置主要由驱动电机、减速装置，传动、导向辊筒等组成。成网机的负载特性属“恒转矩”型，即在成网工艺条件不变的情形下，负载的转矩也基本保持不变，所需要的驱动功率与运行速度成线性关系。

驱动电动机的调速特性应与成网机的负载特性匹配，匹配不当的电动机容易出现超负荷现象或转矩不足现象，影响成网机正常运行。在使用直流电动机驱动时，由电枢额定电压向下调节速度；在使用交流电动机时，在额定频率以下的范围进行调速时，电动机都属恒转矩特性。

成网机有单电机驱动及多电机驱动两种形式，前者仅用一台电动机，后者会用到多台电动机。其中功率最大的为主传动电机，用于驱动网带运动，其余功率较小的电机则用于驱动各纺丝系统的支承辊、压辊，或支承辊及压辊。

1 驱动电动机

1.1 电动机的类型和转速

目前，成网机使用的电动机有直流电动机及交流电动机两种，早期的成网机大都是用直流电动机驱动，随着交流传动技术的进步和成熟，直流电动机已逐渐被交流电动机取代，并得到广泛应用。

根椐工艺要求，成网机网带的线速度是进行产品定量计算的基础数据，也是生产线中其他设备（如热轧机、卷绕机）的速度基准。因此对调速精度的要求最高。应能在运行过程平稳调整速度，并有较高的调速精度，一般要求调速精度要达到±（0.1% ～ 0.2%）。

目前，成网机普遍使用带编码器的交流变频调速异步电动机驱动，并利用变频技术连续、平滑地调整速度。由于国产齿轮减速机输入轴的最高转速一般都限制在1 500 r/min，因此，一般应选择同步转速≤1 500 r/min驱动电动机，这种配置可使减速机有较高的传动效率。如转速太高，减速机的温升增大，故障率升高，会影响安全运行。

1.2 单电机驱动时的电动机功率

驱动电动机的功率与生产线的纺丝工艺（纺粘法、熔喷法）、产品幅宽、运行速度、纺丝系统的数量等因素有关；幅宽越大、运行速度越高、纺丝系统的数量越多，则所需要的功率也越大。

虽然在实际运行过程中驱动功率还与抽吸风机的转速相关，转速越高，所需要的功率也越大。但对同一定量的产品，负载基本上仍呈恒转矩特性。

以3.2 m幅宽的国产纺粘生产线为例，在400 m/min速度范围内，单个纺粘系统（S型）的成网机，其速度一般低于200 m/min，驱动的功率为 8 ～ 10 kW；两个纺粘系统（SS型）的成网机，其速度一般低于300 m/min，驱动的功率为18～ 22 kW；有 3 个纺粘系统（SSS）型成网机，其速度一般可达450 m/min（相当于电动机转速为1 500 r/min），负载转矩在110 ～ 130 N？m之间，在最高速度运行时所需的最大驱动功率为20 kW，考虑其他因素后，实配电动机的功率在30 kW已足够。

实际配置的电动机功率与电动机的类型有关，除了要按现有电动机的功率系列选用外，要选用工作制为S1（长期连续运行），绝缘等级为B或F级的电动机。

由于交流电动机在低速（低频）运行时的输出转矩不如直流电动机，为了保持在低速时仍有足够的转矩，使用交流电动机的功率会比直流电动机大一至两个档次。

虽然熔喷系统抽吸风机的负压很高，网带与支承装置间的摩擦阻力较大，但由于受熔喷布的断裂强力和伸长率较小的限制，加上静电的影响，独立熔喷系统很难生产薄型产品，也就无需高速运行，因此运行速度都较低（<100 m/min），单个独立熔喷系统成网机驱动功率约5.5 ～ 7.5 kW。

在多纺丝系统的SMS型复合生产线，由于有纺粘纤网的加强、防护，熔喷系统也可以用较高的速度运行，运行速度一般都较快（目前国产设备约在200 ～ 400 m/min）；含有熔喷层的多层纤网复合后的透气性能变差，在抽吸风机的负压作用下，形成的运动阻力很大，并叠加在其下游的其他纺丝系统。因此，每增加一个熔喷系统投入运行，驱动装置所增加的功率（约15 kW左右）要比纺粘系统多。

SMS型生产线，随着熔喷系统的数量增多，成网机驱动功率随之增大，如国产3.2 m幅宽、在400 m/min速度范围内，只有一个熔喷系统的SMS生产线，成网机的驱动功率一般在45 ～ 55 kW；两个熔喷系统的SMMS生产线，驱动功率在55 ～ 75 kW；3 个熔喷系统的SMMMS成网机，驱动功率在75 ～ 90 kW。

由于引进的多纺丝系统生产线运行速度比国产设备更快，成网机的负载更大，驱动电动机的功率也比同类型国产设备更大，如幅宽为4.2 m、运行速度600 m/min的SMMS生产线，其成网机的驱动电机功率可达130 kW。设计速度为1 200 m/min，运行速度可达1 000 m/min的机型已在国内出现，驱动电动机的功率会更大。

通常一台成网机只有一台主驱动电动机，对传动功率较大的成网机，已出现用两台功率较小的电动机代替一台大功率电动机，在驱动辊的两端各自同步驱动的传动方式。除了可以降低轴端的转矩外，这种方式还可以减少电动机的转动惯量（对四极电动机可减少约30%），有利于改善调速性能，提高制动的可靠性。

电动机的功率太大，除了会增加系统的购置成本和增加设备的装机容量外，还会降低电动机的功率因素和效率。而在故障状态，还会产生足以撕毁网带的过载力矩，这是大功率成网机常见的运行风险。

1.3 多电机驱动时的电动机功率

除了与上述多种因素有关外，成网机驱动电机的功率还与纺粘系统的支承辊、压辊的运行方式有关，上述所指的电动机功率是在支承辊、压辊均处于被网带拖动的负荷状态所需的功率，如果支承辊、压辊均由独立电机驱动的主动状态运行，则成网机的驱动功率可较小。

在引进的主流设备及部分国产设备中，目前仅是让支承辊处于主动状态运行，而压辊仍然由网带拖动、以被动方式运行。在个别引进机型及部分国产机型中，也有支承辊和压辊均使用独立电机驱动，以主动方式运行。

这种驱动方式可避免在压辊处于升起状态时，由于没有足够的摩擦力使网带带动支承辊正常转动，导致支承辊的圆柱面被磨成多边形，以致正常运行时发生剧烈跳动。

在3 200 mm幅宽的的成网机，支承辊或压辊的驱动电机功率一般在4.0 ～ 7.5 kW之间，以5.5 kW较常用。由于支承辊与网带间几乎是处于“线接触”状态，包角很小，是无法传递更大功率的，功率再大，就相当于一台单个纺丝系统成网机的主驱动电动机了。因此，没必要配置更大功率的驱动电机。

控制系统必须保证这些电机是处于“电动机”状态运行，以减轻主驱动电机的负荷和减少各段网带的张力差异，从而消除网带由于张力差异所产生的透气量变化。当传动电机的功率很大时，还能避免靠近驱动辊的网带承受过大的张力，保证网带的安全。

2 减速装置

2.1 常用的减速装置

由于电动机输出的转矩不足以直接驱动成网机正常运行，因此要利用减速装置降低速度，增大转矩。随着成网机所需的驱动功率和运行速度等方面的差异，会用到各种形式的减速机，如：涡轮/蜗杆减速机，齿轮减速机、摆线针轮减速机，行星轮减速机等。目前较多使用K系列的减速机。

为了使成网机在低速状态下也能安全运行，驱动电动机要使用带有独立冷却风机的变频调速专用电动机。当调速范围较宽时，为了保证在低频状态下电动机还能输出稳定的转矩，在设计时可以适当加大电动机功率。

2.2 电动机与减速机之间的连接方式

成网机驱动电动机与减速机的输入轴（高速轴）之间，一般有联轴器连接与电动机直联（电动机输出轴直接插入减速机内）两种连接方式。

使用联轴器连接时，电动机的基本安装方式为带底座的IMB3型，电动机和减速机都安装在公共机座上，最常用的联轴器有：弹性销联轴器、膜片联轴器、梅花联轴器、蛇形弹簧联轴器等。电动机与减速机间采用直联方式时，电动机的基本安装形式为机座无底座，端盖有凸缘的IMB5型，有时会用到IMV型。这种连接方式轴线对中准确，结构紧凑，无易损件，无需另设安全防护，运行过程可免维护。

2.3 减速机与主驱动辊之间的连接方式

驱动电动机常通过减速机减速后，再带动成网机的主动辊旋转，由于传递的转矩比输入轴、输出轴的直径及联轴器的尺寸也较大。

网带驱动装置与成网机主动辊之间常用以下两种方式连接：一种是减速机的输出轴利用挠性传动件（同步带或链条）将动力传递给主动辊，这种连接方式对中心距没有严格要求，布置较为灵活，适用于一些小型、低速、小功率成网机。另一种方式是减速机的输出轴利用联轴器，如齿轮联轴器、弹簧联轴器、弹性销联轴器、轮胎联轴器等，直接将动力传递给主动辊，这种连接方式能传递大扭矩，是高速、大功率成网机常用的传动方式。由于是同轴传动，对安装精度要求较高，对减速机的安装位置也有限制。

图 1 是一套电动机与减速机输入轴间、减速机输出轴与成网机驱动辊间均使用联轴器直联的驱动装置。电动机的一般选IMB3、IMB5，当功率较大时选IMB35等安装方式，减速机利用一个两端带法兰的长套筒固定在成网机的墙板上。

对于一些传动功率较小的成网机，如熔喷生产线的成网机，有时会直接将主驱动辊的轴伸端插入减速机的空心输出轴套内，不需要其他联轴器，结构很简单。

2.4 驱动装置的布置方式

驱动装置的布置方式与连接方式相关，既可以布置在成网机机架的内侧（内置式），也可以布置在机架的外侧（外置式）；可以直接安装在成网机的机架或墙板上，与成网机连成一体，也可以将驱动装置作为一个独立的单元，与成网机分开安装。

将传动装置内置是早期引进的德国生产线成网机的布置方式，由于驱动装置的输出轴与成网机驱动辊是同向平行，两者间一般要使用挠性件传动。这种安装方式的驱动装置直接紧固在墙板上，精度较高、外形简洁，不占用外部空间，但检查、维修困难，并容易污染网带，现在已很少使用这种方式。

为了满足大功率、高速传动的强度要求，一些采用墙板式结构的成网机机架，随着运行速度的升高，墙板的厚度已从早期的40、80 mm发展到目前的100 mm；而一些采用框架结构的成网机，其使用的方形管构件截面尺寸也达到了200 mm×200 mm。

这些厚实、稳重的机架不仅为驱动设备、各种辊筒轴承座提供了牢靠的安装基础，也提高了机架的自振频率，避免了在高速运行时成网机可能出现的共振现象。

驱动装置一般布置在成网机的下游端，即靠近生产线的热轧机一端。这种布置方式可以使网带的“紧边”长度最短，而“松边”的网带最长，各种辊筒及轴承所承受的负荷也最轻，从而降低了驱动电机的负荷和网带的张力，有利于提高设备的可靠性。

为了适配传动比及设备中心高，避免驱动装置的震动影响成网机正常工作，驱动装置的输出轴与主动辊之间也可利用如滚子链条、齿形同步带等能准确保证传动比的挠性传动件传递动力。

3 传动辊筒

在纺粘法非织造布生产线的成网机中，传动辊筒按其功能可分为：主驱动辊、张紧辊、鼻端辊、导向辊、纠偏辊、预压辊、支承辊、托辊等，其结构均大同小异。

主驱动辊的功能是将减速机输出的转矩变为网带的运动，因此带有安装联轴器的轴伸。主动辊的工作面常被覆了一层厚度约10 ～ 20 mm、邵氏硬度约50 ～ 55 HA的耐磨橡胶，以增加摩擦力、避免打滑（图 2）。

为了降低网带单位面积的负荷，提高传动的可靠性，当需要传动的功率较大时，要增加网带与主动辊的接触面积。最常用的措施是增加网带在主动辊面上的包角和增加主动辊的直径，从而提高传动的功率。

如果辊筒的曲率半径很小，网带会出现太大的弯曲应力，影响结构稳定。对于包角较大的主动辊及张紧辊，网带制造商建议的直径要大于网带厚度的100倍，常用网带的厚度约在 2 mm左右，也就是主动辊或张紧辊的直径不得小于200 mm，但这仅是从网带安全使用角度提出的基本要求。

网带在主动辊面的包角可达180°，视传动功率和运行速度，主动辊的直径可大于500 mm。主驱动辊是接收成网设备中受力最大的辊筒。为了使网带能得到均匀的张紧，要求各种辊筒要有足够的强度和刚性，避免在运行中出现明显的挠曲变形。

成网机中的其他辊筒（包括底部的“松边”托辊）也应与主动辊一样，要有好的表面状态，并要经过严格的动平衡校验，这样既能保护网带，又能避免在高速运转时产生剧烈的震动，影响系统正常运行。

运行经验证明，随着运行速度越来越快，为了消除震动现象，除了采用增大辊筒直径以降低角速度外，筒体内腔进行镗削加工也是提高辊筒平衡精度的重要工艺措施。

处于“松边”的托辊由于受力较小，可选用较小的直径，一般在200 mm左右，但直径太小会容易缠上废丝，影响运行并难于清理。由于托辊表面直接与网带的工作面接触，为了减少对网带工作面的磨损，外缘也可包覆橡胶层。

为了避免在运行过程中发生轴头断裂事故，成网机中一些负载较重的辊筒，如主驱动辊、张紧辊，热压辊等，可以使用锻钢轴头。由于辊筒的连接法兰与轴伸为一个整体锻件，法兰与轴伸间没有因焊接而产生的应力集中现象，提高了耐疲劳性能，杜绝了断轴事故。