王飛，張娟

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

基于變頻器驅(qū)動的步進式掛膠系統(tǒng)研發(fā)

Research of Stepping coat with rubber system based on frequency converter drive

王飛，張娟

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

密煉線上的膠片冷卻裝置采取全線變頻調(diào)速實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，但在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)提升速度與掛膠速度不同步現(xiàn)象，此時掛膠口由于掛膠桿張角小而容易導(dǎo)致卡膠事故。經(jīng)研究后，當掛鏈電機在變頻器驅(qū)動下，運動過程做成步進式運行。即在掛膠時掛鏈停止運行，膠片計長同步進行，當長度到達設(shè)定值時，啟動掛鏈向前移動一掛膠桿后停止。此時繼續(xù)執(zhí)行膠片計長，到達設(shè)定值時，掛鏈再次向前移動一桿，如此反復(fù)循環(huán)，可有效解決卡膠現(xiàn)象。

掛膠裝置；步進式；變頻器；計數(shù)

1 掛膠系統(tǒng)現(xiàn)狀

作為橡膠制品前工序密煉生產(chǎn)線上的重要組成部分——膠片冷卻裝置，其作用是將密煉機煉好的膠料，經(jīng)雙螺桿擠出壓片機或開煉機壓成膠片，然后進入冷卻裝置進行浸泡隔離、冷卻干燥，接著進行切割疊片存放，以供下道工序使用[1～2]。因此膠片冷卻裝置運行的好壞直接影響著整條密煉生產(chǎn)線的效率。經(jīng)作者多年的現(xiàn)場工作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，膠片冷卻裝置最容易發(fā)生的故障是膠片在輸送過程中發(fā)生卡膠。一旦出現(xiàn)卡膠，輕者電機過載報警，重者輥筒軸承拉斷、電機燒毀。然而對于膠片冷卻裝置中重要一環(huán)——掛膠裝置，其與前提升模塊帶結(jié)合處發(fā)生卡膠現(xiàn)象占比較大。由于此處是觀察盲點，一旦出現(xiàn)卡膠，如果處理不及時，往往導(dǎo)致掛鏈拉斷，掛膠桿大量變形，故障處理時間長。本文就結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備配置基礎(chǔ)上設(shè)計一種新的掛鏈電機運動系統(tǒng)，當掛膠時掛鏈由向前連續(xù)移動狀態(tài)改成步進式向前移動，即每動一次只向前移動一根掛膠桿。此法可有效解決掛膠口卡膠現(xiàn)場。

2 目前掛膠鏈的控制方式

為了在競爭日益激烈的輪胎行業(yè)中占有主導(dǎo)地位，作者所在的公司近幾年大力開展以生產(chǎn)設(shè)備為主體的轉(zhuǎn)型升級工作。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大以及自動化水平要求的提高，針對XPG-900型懸掛式膠片冷卻裝置進行了一系列提升改造[3]。特別是電氣系統(tǒng)的升級，系統(tǒng)由PLC控制，每一臺電機（除風(fēng)機電機和水泵電機外）均由一只變頻器控制速度，這樣全線可以單動以及聯(lián)動調(diào)速，能更好的與壓片機聯(lián)機控制，能快速地匹配多段出膠速度。通過調(diào)節(jié)電位器改變變頻器的速度信號，使提升裝置和掛膠裝置處于合適的工作節(jié)拍下，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)掛鏈運行速度即可調(diào)整掛膠長度，大致結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 前提升與掛膠裝置

此方法對電位器的精度要求很高，同時膠片需很規(guī)則。但實際生產(chǎn)過程中往往避免不了不規(guī)則的膠片出現(xiàn)，而且電位器在使用一段時間后分辨率就會下降，這樣就導(dǎo)致需經(jīng)常調(diào)整掛鏈的速度。一旦調(diào)節(jié)不好，提升掛膠口就容易造成堵膠。

3 機械部分改造

3.1 掛膠桿、拉鏈等更換

由于設(shè)備本身的條件所限制，膠片在掛上掛膠桿的過程中拉鏈一直在前進，假如掛鏈的節(jié)距過小，也會造成卡膠。作者需試驗的機臺節(jié)距只有50.8 mm，在掛膠時兩根掛膠桿最大的張開距離只有232 mm，此結(jié)構(gòu)經(jīng)常導(dǎo)致卡膠。為了實現(xiàn)在掛膠過程中兩掛桿間的張角達到最大化，對原掛鏈、鏈輪及掛膠桿進行更換。新掛鏈的節(jié)距達到了150 mm，那么掛桿的最大張開距離可以達到317 mm，確保膠片能順利進入到掛膠桿上。

3.2 減速電機的選擇

本方案中提到，掛膠鏈在掛片的時候是停止的，當膠片掛好后再運行，行程相當于一根掛膠桿的距離。那么電動機的啟動到停止時間在2秒內(nèi)，原電動機及減速機已不適用，需要選擇啟動扭矩更大的電機及減速機。原電機及減速機使用參數(shù)，如表1所示。

表1 原掛鏈電機運行參數(shù)

通過上述參數(shù)，可粗略計算出原額定扭矩，根據(jù)如下公式（1）計算：

式中：

T ——減速機扭矩， N·m；

P ——電動機功率， kW；

n1——電動機功率輸入轉(zhuǎn)速， r/min；

i——減速機速比；

u——減速機使用系數(shù)。

當減速機使用系數(shù)u≈1時，原減速機最大輸出扭矩約為8 605 N·m。但實際工作中電動機未處于額定輸出狀態(tài)，扭矩約為4 775 N·m。查閱相關(guān)技術(shù)手冊，同時考慮經(jīng)濟效率，選定功率5.5 kW，轉(zhuǎn)速1 445 r/ min的變頻電動機。減速機配置速比為 174.40，那么輸出扭矩為6 410 N·m，完全符合原工作扭矩要求。

4 電氣系統(tǒng)配置

掛鏈電機步進式運動系統(tǒng)主要由電機驅(qū)動系統(tǒng)、膠片計長計數(shù)裝置、掛膠桿位置檢測裝置三部分組成。

4.1 電動機驅(qū)動系統(tǒng)

該方案中掛鏈向前運動一個動作周期行程短，對電動機的控制要求嚴格，啟動電流不能過大，啟動扭矩又不能太小，方案采用三菱變頻器驅(qū)動電動機，具體型號為FR-E740-5.5K。由于掛膠鏈在動作過程中不涉及調(diào)速，所以利用變頻器自帶的三段速度功能即可。又由于電動機啟動到停止過程時間極短，為了使電動機能瞬間停止，在電機配置抱閘系統(tǒng)的同時，還要在停車時使能變頻器上的停止輸出功能。上述變頻器控制信號，只需通過中間繼電器，配以相應(yīng)邏輯程序即可實現(xiàn)。

圖2 膠片計長計數(shù)裝置

4.2 膠片計長計數(shù)裝置

為了使膠片在掛膠桿上得到充分冷卻與干燥，對膠片的長度有一定要求。膠片過短時容易造成隔離劑液在膠片上殘留過多，影響質(zhì)量。過長時容易觸地，不僅污染膠料，而且增加掛鏈電機負荷。原控制方法是調(diào)整掛膠桿運行速度即可調(diào)節(jié)掛膠長度，但在實際運用中膠片長度未達到最佳效果，膠片冷卻效果不佳。參考相關(guān)先進技術(shù)[5～6]，本方案提出在掛膠入口處增設(shè)一套掛膠計長計數(shù)裝置。如圖2所示。同時在前提升模塊帶上增加一只探膠輥，用于檢測膠料到位信號。當膠片通過探膠輥后，開始采集裝在前提升主動輥上“脈沖發(fā)生器”發(fā)出的脈沖信號，當膠片進入掛膠口后開始計長。可做到前3根掛桿上為短膠，以方便操作工或機械手抓膠，后續(xù)為正常設(shè)定長度。當膠片長度到達設(shè)定值后驅(qū)動掛膠鏈電機。膠片長度可以通過觸摸屏在極限范圍內(nèi)隨意設(shè)置。

膠片計長原理：當裝在前提升主動輥上的碼盤轉(zhuǎn)動時，接近開關(guān)就感應(yīng)出類似脈沖信號發(fā)送給PLC。PLC接收信號經(jīng)過計算，發(fā)出掛鏈電機啟動信號。例如感應(yīng)碼盤半徑為100 mm，轉(zhuǎn)一圈長度628 mm,一周內(nèi)接近開關(guān)感應(yīng)5次，那么間隔感應(yīng)長度為125.5 mm。假如設(shè)定掛膠長度1 200 mm,那么脈沖信號個數(shù)為1 200 mm/126 mm≈10個。又由于掛膠桿為前后兩側(cè)均有膠片，故脈沖信號個數(shù)為計算值的2倍，最終值20個。當PLC接收到接近開關(guān)發(fā)送20個脈沖數(shù)時，膠片計長結(jié)束，掛膠鏈動作。

4.3 掛膠桿位置檢測裝置

當掛鏈啟動后，為了保證行程剛好是一個掛膠桿，需要在掛鏈末端驅(qū)動鏈輪上增設(shè)掛膠桿位置檢測裝置，具體由長短齒碼盤以及兩只接近開關(guān)組成，如圖3。工作原理為在掛鏈前進過程中，減速位接近開關(guān)感應(yīng)碼盤短齒時，變頻器切換到低速檔。當停止位接近開關(guān)感應(yīng)碼盤長齒時，變頻器停止輸出，掛鏈電機抱閘鎖死，此時應(yīng)當正好行走一個掛膠桿，同時掛膠口兩掛膠桿之間的張角也處于最大狀態(tài)。電機從啟動到停止所需時間不超過2 s，經(jīng)過變頻器優(yōu)化控制后，電機最高電流不超過8 A。

5 結(jié)束語

通過對膠片冷卻裝置中掛膠系統(tǒng)的改造，取消了原掛鏈在掛膠過程中一直處于向前移動的控制方法，改成步進式前進運動方式。這樣在掛膠時始終能保證掛桿張角最大，使膠片順利進入掛膠桿上，同時減少了掛鏈調(diào)速的麻煩。此方案運用后有效解決了掛膠口卡膠現(xiàn)象，使用后數(shù)據(jù)顯示卡膠故障下降80%。

圖3 掛膠桿位置檢測裝置

[1] 陳洪生. 新型XPG-900膠片冷卻及的設(shè)計[J].橡塑技術(shù)與裝備，2004,30(12)：38～41.

[2] 曹涌 .自動化生產(chǎn)線中速度的同步控制原理及[J].制造業(yè)自動化，2004,(3):44～47.

[3] 周政.PLC在膠片冷卻機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2003,(4)：48～49.

[4] 齊福江.機械工程手冊[M].機械工業(yè)出版社.1997.

[5] 朱甦.膠片冷卻機控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].蘇州大學(xué),2007.

[6] 孫燕燕.膠片冷卻機掛膠裝置PID控制系統(tǒng)的研究[D].中國海洋大學(xué),2007.

中石化開發(fā)出氣液法流化床生產(chǎn)聚乙烯成套技術(shù)

2015年12月，中石化工程建設(shè)有限公司與天津石化、浙江大學(xué)、燕山石化、上?；ぱ芯吭郝?lián)合攻關(guān)的中國石化“十條龍”科技攻關(guān)項目——“氣液法流化床聚乙烯工藝成套技術(shù)開發(fā)”通過鑒定。該項目采用中國石化自主研發(fā)的新型鈦系高活性聚乙烯催化劑和雙活性中心鈦釩復(fù)合催化劑，開發(fā)了多溫區(qū)流化床反應(yīng)器、旋流型氣液分離器和冷凝液注入噴嘴等專有設(shè)備，形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的氣液法流化床聚乙烯工藝成套技術(shù)。該成套技術(shù)不僅可應(yīng)用于現(xiàn)有眾多氣相法聚乙烯裝置的技術(shù)改造和提升，而且具有流程合理、工藝先進等優(yōu)點，采用單一流化床聚合反應(yīng)器就能生產(chǎn)多種聚乙烯新產(chǎn)品，在POF膜、拉伸套罩膜、拉伸纏繞膜等領(lǐng)域填補了國內(nèi)空白。

燕豐供稿

TQ330.493

1009-797X(2016)03-0048-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.03.011

王飛（1986-），男，助理工程師，主要從事密煉生產(chǎn)設(shè)備電氣維護及改造工作。

2015-06-10