烤机辅助传动研发应用

2017-07-06张照德李锐洪王荣康苏吉传

中国高新技术企业 2017年7期

关键词：动轴网板主从

张照德李锐洪王荣康苏吉传

（红塔集团大理卷烟厂复烤车间，云南大理 671000）

烤机辅助传动研发应用

张照德李锐洪王荣康苏吉传

（红塔集团大理卷烟厂复烤车间，云南大理 671000）

针对叶片复烤机运行中输送链条在烟叶传送过程中出现间歇停滞或蠕动问题，导致与之联接的输送网板出现间歇停滞或蠕动，造成链条磨损和损坏，输送网板和护板变形损坏的问题。文章设计了一套从传动辅助驱动系统，在复烤机机尾网板链条从动轴上研发增加一套从动轴辅助驱动装置，并结合实际情况选择超越离合器传递驱动力矩，能有效降低链条的磨损。

复烤设备；辅助传动；烟草生产；烟叶传送；链条磨损

烤片机是烟叶复烤加工的主要设备，主要由输送部分、干燥区、冷却区、取样间、回潮区、管路系统和电控系统组成。烟叶通过烤片机内部输送网板实现水分、温度的控制。在其长期运行的情况下，网板链条磨损严重，从而导致网板损坏，该问题一直是打叶复烤生产线烤片机维护维修的最难点，同时也是该设备维修耗时最长、产生维修费用最高的一项内容。一旦生产过程中出现故障，将会严重影响生产。由于会经常出现故障，导致烤片机的维修量很大，增加了维修人员的劳动强度。

1 方法

1.1 原因分析

烤片机在使用过程中，由于烤片机网板输送链条较长，长达100多米，从动轴张紧方式都采用随动的弹簧结构设计，输送链条在传动输送过程中经常出现间歇停顿或蠕动现象，导致与之联接的输送网板同样出现间歇停顿或蠕动现象，造成链条磨损和损坏，输送网板和护板变形损坏等严重问题，导致输送链条、网板及护板故障频繁，严重影响复烤生产正常进行。另外，由于输送网板的间歇停顿或蠕动现象，在停顿或蠕动过程中通过烟片的热空气、蒸汽及加湿水量比输送网板正常运转时要多，无法保证烟叶在通过整个烤片机复烤后的水分均匀性、烤透率及回透率的一致性，严重影响复烤生产水平和工艺质量。为了改善这种情况，需要对烤片机的网板链条从动轴增加辅助驱动，减少整个传动系统的磨损，减少设备维修量，提高设备的可靠性和生产效率。

1.2 方案设计

研发一套从传动辅助驱动系统，在烤片机机尾网板链条从动轴上，增加从动轴辅助驱动装置，驱动电机与网板链条从动轴之间，使用超越离合器传递驱动力矩。这样可以最大限度地达到同步驱动的目的，并且将可能出现的故障对生产的影响降低到最小。由于烤片机机尾网板链条从动轴会随链条的松紧度随动移位，增加的驱动装置安装为可以随动的机构。为了达到该设计之目的，驱动电机及超越离合器等的选型，要根据烤片机机尾网板链条从动轴的驱动需要进行精确的选配，并进行巧妙的结构设计，才能保证整个系统的稳定可靠。具体方案如下：

1.2.1 驱动模式选择。目前国内外复烤机驱动输送网板方式两种方式：一种是主传动轴由一套驱动装置单边驱动；另一种是主传动轴由两套驱动装置两边同时驱动，但这两种驱动方式都局限于只对主传动轴进行驱动，中心距为52000mm的从传动轴被主传动被动带动。通过现场对主传动和张紧装置多次调试和验证表明，无论主传动如何精确、可靠，但由于主从传动中心距离长达52000mm实际情况的存在，无法保证主从传动轴旋转时时保持同步，传动误差积累到一定值时，就会出现一次窜动现象，如此循环，当输送链条使用时间越长，窜动次数越频繁，输送链条与网板被拉断和损坏现象更突出，严重影响复烤生产和叶片烘烤质量。

本方案设计在从传动轴上研发一套辅助驱动装置来彻底解决问题。驱动装置与传动轴采用离合器方式联接，当主从传动转速一致时，驱动装置与从传动轴脱离，当主从传动转速误差积累到一定值，导致主从传动转速不一致时，驱动装置与从传动轴啮合，与主传动同步驱动从传动轴，实现两者同步旋转。

1.2.2 离合器选择。从传动轴与驱动装置联接选用离合器方式，离合器动作需满足当驱动的传动轴转速低于或高于主传动转速时需准确、可靠分离，同时满足当扭矩超限时也需及时分离，避免输送网板和链条被拉断，也即超越离合器。本方案设计采用VM20系列干式多片电磁离合器，该离合器的输出轴直径可在45～48mm之间选择，以便于配合烤片机的从动轴直径。

1.2.3 减速电机选择。减速电机选用SEW的SA系列，扭矩取烤片机主驱动电机扭矩值的30%～40%，功率3kW，速比为110.40，输出扭矩为1720Nm。

1.2.4 控制系统选择。控制系统采用西门子PLC可编程控制器和丹弗斯变频控制器，反馈控制器件选用欧姆龙编码器。控制原理框图如图1所示：

图1 从动轴辅助驱动控制系统原理框图

如此，整套辅助驱动系统结构示意图如图2、图3、图4所示：

图2 辅助驱动系统结构示意图（侧视）

图3 辅助驱动系统结构示意图（前视）

图4 超越离合器示意图

1.3 工作原理

烤片机输送网板辅助驱动系，是在传动轴与减速器之间采用超越离合器来连接，通过超越离合器离合来实现主从传动同步转动。当从传动转速与主传动转速不一致时，通过旋转编码器检测到的数据与主传动驱动变频控制器反馈参数比对、计算，从而输出控制指令自动调节驱动从传动减速器转速，使主从传动转速一致。当从传动轴转速超过超越离合器设定值时，超越离合器脱开，传动轴与减速器的驱动分离，减速器空转无负载，传动轴随主动轴同步转动；当从传动轴转速低于主传动轴转速时，超越离合器啮合，减速器驱动传动轴，减速器通过超越离合器驱动使传动轴与主传动同转速同步转动，满足输送链条匀速传动。

2 实施

设计完成后现场进行实施：（1）根据复烤机输送网板驱动的实际情况，对设备的传动机构仔细测量、分析、计算，并经过多个设计方案的试验验证，开发一套输送网板辅助驱动系统，实现主从传动轴转速不一致时，辅助驱动系统动作，驱动从传动轴，保证主从传动轴转速同步；（2）由于烤片机的从动轴采用张紧随动的结构设计，辅助驱动系统通过自动链条张紧装置随从动轴的移动自动张紧，解决驱动机构固定不动而从传动轴随张紧弹簧张紧移动的技术难点；（3）实现控制主从传动轴转速一致性：通过主传动转速来调速，从传动轴通过旋转编码器测速，经过测试和逻辑运算，推算出变频器频率变化值与旋转编码器测算转速之间逻辑控制关系，当改变主传动轴变频器频率时系统会自动调节从传动轴的转速，实现主从传动轴转速同步；（4）为确保从动轴转速比主传动轴快时驱动装置停止动作，系统通过设置超限电流和转速超过设定值来启停减速电机实现；（5）整个系统设计规范、合理，布局美观，系统稳定可靠。根据实际需要，可以调整辅助驱动的驱动扭矩，满足不同运行状态的扭矩需求；（6）转矩跟踪控制：将两台矢量控制变频器的其中1台（即原来的主驱动电机）作为主动装置，另1台（即从动轴处增加的驱动电机）作为从动装置，主从两装置的变频驱动装置之间用串行方式连接成主从控制方式；（7）根据设备中两台电机同步拖动同一负载的实际情况及烤片机的生产工艺要求，采用两台矢量控制变频器分别驱动两台电机的转矩跟踪控制方案，控制准确、运行可靠。此功能的实现需用两台电机同步运行并自动保持负载转矩平衡分配拖动同一条输送链。

3 效果分析

网板辅助驱动系统的研发并成功应用，杜绝了叶片复烤机因输送机构传动不同步容易造成设备损坏，造成输送物料时不间断地发生瞬间停滞现象带来的复烤烟片质量不稳定，烟片复烤后水分一致性和均匀性差等质量缺陷。同时杜绝输送链条和输送网板由于输送链条有跳齿或瞬间停滞等造成的设备故障和备件消耗。自投入使用至今为大理卷烟厂节约了备件费用约86万元，能源节约费用约为21.6万元，总计经济效益为107.6万元，同时为企业的管理和技术创新能力提升做出重大贡献。

烤片机网板辅助驱动系统的研发并成功应用，效果突出，成果显著，为企业取得了较好的经济和社会效益。通过本项目的研制并成功应用，为复烤设备加工能力和保障复烤生产质量能力的提升做出了重大贡献。项目的成功研发与应用，填补了国内外复烤行业一直无法解决叶片复烤机主从传动不同步的技术领域空白，系统运行稳定、可靠，效果突出，成果显著，具体较高的社会效益。通过生产实际运行情况和工艺验证表明：该项目保证了烤片机运行稳定、可靠、实现零故障，工艺质量指标得到有效提高，效果明显：冷却区水分合格率、机尾水分合格率、叶片烤透率、干燥五区总温度合格率分别提高了5.75%、1.14%、4.2%、3.2%。