Przekrawacz rotacyjny w tekturnicy

Transkrypt

1 Przekrwcz rotcyjny w tekturnicy Cz. STANISŁAW MUSIELAK Chrkterystyk techniczn przekrwcz S. Musielk, BHS Corrugted Mschinen- und Anlgenbu GmbH, Pul-Engel-Str., 979 Weiherhmmer, Niemcy, e-mil:smusielk@bhs-corrugted.de Rys.. Prędkość przekrwczy w zleżności od ich typu i zinstlownej mocy zleżnej od formtu cięci Szerokość robocz przekrwcz wiąże się ściśle z szerokością roboczą tekturnicy i dltego długości włów nożowych przekrwcz odpowidją stndryzownym wrtościom: 800, 500, 800 i 3300 mm. T njwiększ wrtość długości włów mszyny stwi wiele nowych wyzwń, nie tylko pod względem mechniki czy systemów regulcji npędów, le również ze względów technologicznych. N świecie istnieje obecnie 7 mszyn o tkiej szerokości. Wszystkie zostły wyprodukowne przez firmę BHS i zinstlowne są w znnej firmie Prowell (). Wły przekrwczy wykonywne są zzwyczj ze stli, jednk w przypdku wysokich prędkości produkcyjnych mszyny, okzło się celowe zstosownie specjlnego mteriłu krbonu. Zletą tkiego rozwiązni jest prwie -krotn redukcj msy włów i tym smym redukcj momentu bezwłdności. Umożliwi to znczne zwiększenie prędkości przekrwcz bez instlowni dodtkowych silników npędowych. Rozwiąznie to chronione jest ptentem firmy BHS. Prędkość robocz przekrwcz wynik głównie z wymgń i technologicznej, czyli przeznczeni, orz prmetrów technicznych tekturnicy. Jko typowe prędkości robocze tekturnic przyjmuje się 50, 300, 350 orz 400 m/min. Prędkość robocz bądź konstrukcyjn przekrwcz zleży w kżdym przypdku od mteriłu włów nożowych (stl lub krbon) orz od zinstlownej mocy silników npędowych. N rysunku przedstwiono mksymlną prędkość cięci tektury w zleżności od długości ciętych formtów (). Teoretycznie nie m ogrniczeni formlnego dl stosowni mksymlnej prędkości przekrwcz powyżej 400 m/min.bdni wykzują, że przekroczenie briery 600 m/min jest tylko kwestią czsu. Według opinii utor, przekrwcz nie będzie tzw. wąskim grdłem, limitującym zdolność produkcyjną tekturnicy. Pojwi się jednk wiele problemów technologicznych, które ogrniczą możliwości uzyskiwni wysokiej jkości tektury przy tk wysokich prędkościch. W przypdku przekrwcz typu HQM 300 uwidczniją się pewne ogrniczeni, np. przy długości formtów 500 mm wynikją one z długości obwodu włu nożowego orz odpowiednio koniecznych mksymlnych jego obrotów, tkże zwiększonej mocy silnik npędowego. Dl formtów mm uwidczni się tk zwn dolin termiczn spowodown prcą silników w zkresie mksymlnego obciążeni. Przekrwcz w tym zkresie prcy przyspiesz i hmuje bez cyklów tzw. oczekiwni. Ogrniczenie to było szczególnie istotne w przypdku npędów z silnikmi prądu stłego. Przy stosowniu przekrwcz z dwom silnikmi serii AC 60 KW i włmi nożowymi z krbonu problem tki nie istnieje (przykłdem jest dl HQM-400 rys. ). Rodzje produkownych tektur orz ich grubości (3) są również istotnymi czynnikmi wpływjącymi n prcę przekrwczy. Grubości te mieszczą się w szerokim zkresie -4 mm, w przypdku fli typu qurto wrtość mksymln jest jeszcze większ. Wpływ grubości tektury n przebieg fzy cięci tektur grubych (3 lbo 5 wrstw), z porównniem fzy dl fli typu E (poz. ), pokzno n rysunku. Ze względu n cosinusoidlny przebieg prędkości noż, prędkość i grzbietów fl różni się od prędkości noż w fzie cięci. Przy brdzo wysokich grmturch orz tekturch wielowrstwowych może dochodzić nwet do stnu ztrzymni noż przy przechodzeniu przez fzę cięci, szczególnie przy brdzo młych prędkościch tekturnicy. Przebieg fzy cięci jest procesem skomplikownym i różni się w zleżności od rodzju ciętego mteriłu. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 0 8

2 Rys. 5. Różne rozwiązni systemów npędowych Rys.. Wpływ grubości tektury n fzę cięci Rys. 3. Ukłd silników npędowych w przekrwczu typu duplex. Silniki synchroniczne (00 kw) mocowne są bezpośrednio do rmy głównej Rys. 4. Moce npędowe przekrwczy dl różnych systemów npędowych Systemy npędowe W nowoczesnych przekrwczch stosowne są dynmiczne npędy typu AC z silnikmi synchronicznymi lub synchronicznymi. W prktyce ndl spotyk się jeszcze setki mszyn strszych, wyposżonych w silniki prądu stłego, które funkcjonują z powodzeniem od wielu lt. Npęd z silnikmi prądu stłego doskonle wypełnił i wypełni zdni regulcyjne, mimo podstwowej wdy, którą stnowi sm silnik. W przypdku npędu bezpośredniego zespoły włów nożowych przekrwcz są npędzne przez dw silniki zmocowne bezpośrednio do mszyny (rys. 3). Elementmi pośredniczącymi są w tkim ukłdzie sprzęgł typu KTR. Tkie rozwiąznie zpewni niskie drgni orz odpowiedni rozdził momentu obrotowego. Moc zinstlownych silników w przekrwczch zleży od rodzjów i systemów npędowych, co przedstwiono n rysunku 4. Mksymlne wrtości mocy dl przekrwczy simplex mieszczą się w przedzile kw. Inni producenci przekrwczy, np. Mrquip, Aqnti, stosują systemy wielosilnikowe ( do 4 silników w jednym przekrwczu rys. 5).W firmie BHS skonstruowno już w ltch 90. ubiegłego stuleci pierwszy przekrwcz z npędem wielosilnikowym (8 x,7 kw). Ukłdy elektroniczne i regulcyjne przekrwcz Głównym zdniem przekrwcz jest cięcie poprzeczne wstęgi tektury z odpowiednią dokłdnością. Do relizcji tego zdni niezbędne jest funkcjonownie odpowiednich systemów (rys. 6): - npędowego (prądu stłego lub zmiennego), - regulcyjnego (npęd orz blok generowni profili trjektorii), - generowni profili cięci n bzie PC lub Motion Conrtoler, bądź wyspecjlizownego bloku elektronicznego, - bloku sterownik progrmowlnego PLC, - oprzyrządowni pomirowego systemy sensoryczne, - ukłdu wizulizcji i komunikcji z systemem ndrzędnym, tzw. hostem, orz z innymi zespołmi tekturnicy. 8 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 0

3 Typow struktur systemu npędowego z silnikiem prądu stłego Ukłdy npędowe przekrwczy z silnikmi prądu stłego muszą spełnić wysokie wymgni dotyczące: dynmiki npędu, brdzo precyzyjnej regulcji prędkości i momentu obrotowego w cłym zkresie prędkości roboczej. Powszechnie znny ukłd przeksztłtnik tyrystorowego odgrywł w tkich przypdkch dominującą rolę. Przeksztłtnik jest zespołem brdzo dynmicznym doskonłym przykłdem jest np. rozwiąznie firmy Relince Mxitron (4). Jednk n rynku pojwiły się wektorowe przemienniki częstotliwości, mlejąc ich cen spowodowł, że stły się one konkurencyjne w stosunku do trdycyjnych rozwiązń npędów prądu stłego. N rysunku 7 przedstwiono podstwową strukturę npędu przekrwcz z silnikmi prądu stłego. Struktur systemu npędowego typu AC z silnikmi synchronicznymi Typowy ukłd, którego schemt przedstwiono n rysunku 8, skłd się z trzech zespołów: bloku prostownik, pośredniczącego obwodu prądu stłego (bteri kondenstorów) orz flownik npięci. Energi pobiern jest z sieci prądu przemiennego o stłych prmetrch: npięci (U) orz częstotliwości (f). Wżnym podzespołem jest prostownik w obwodzie pośredniczącym npięci stłego DC, w którym npięcie może osiągć wrtości W obwodzie pośredniczącym znjduje się również bteri kondenstorów o pojemnościch 0,-0,4 F, co wynik ze stosownego ukłdu przekrwcz (simplex, duplex lbo triplex). Kolejnym podzespołem jest ukłd przeksztłtnik z modulcją typu PWM (5), n potrzeby wytwrzni npięci zmiennego prądu zsiljącego silnik, przy odpowiedniej mplitudzie orz częstotliwości.w czsie prcy przekrwcz dochodzi do chrkterystycznej prcy cyklicznej (przyspiesznie orz hmownie). Podczs przyspieszni pobiern jest dodtkowo energi z bloku kondenstorów, uzupełnin z sieci zsiljącej. W czsie hmowni energi kumulown jest w bterii kondenstorów. Podstwową zletą zespołu AC jest zstosownie silnik kltkowego, który jest o wiele tńszy od silników prądu stłego i nie wymg częstych nprw i konserwcji. Inną zletą tego rozwiązni jest stosunkowo młe oddziływnie n sieć zsiljącą, mniejsz jest zwrtość hrmonicznych w sieci w porównniu z systemem npędowym prądu stłego. Proces cięci. System regulcyjny. Generownie profili Przebieg profili trjektorii prędkości noż znjdującego się n wle przekrwcz możn njprościej przedstwić w trzech przypdkch.. Długość formtu cięci jest równ obwodowi włu z nożem. Ozncz to, że prędkości włu orz tektury są równe (rys. 9). Rys. 6. Ukłdy elektroniczne przekrwcz rotcyjnego Rys. 7. Uproszczony system npędowy przekrwcz w ukłdzie prądu stłego Rys. 8. Blok npędowy silnik synchronicznego W tkim przypdku obowiązuje zleżność: U synchro = Formt gdzie: U synchro obwód włów, tzw. długość synchroniczn. Przykłd: jeżeli obwód włów nożowych wynosi 060 mm, cięcie tektury wykonywne jest n formt o długości 060 mm, to nóż przekrwcz posid prędkość prwie równą prędkości tektury. Nóż ni nie przyspiesz, ni nie hmuje.. W przypdku cięci tektury n formt, którego długość jest większ od obwodu włu nożowego blok elektroniki przekrwcz generuje trjektorie pokzne n rysunku 9b. Ozncz to również, że drog do pozycji cięci jest dosttecznie dług, w związku z czym wł noż znjduje się cyklicznie w stnie oczekiwni, nstępnie przyspiesz i zwlni, wrcjąc ponownie do pozycji oczekiwni. 3. Przypdek trzeci jest dość krytyczny, poniewż długości ciętych formtów są krótsze od obwodu włów nożowych. W związku z powyższym wł musi obrcć się szybciej niż trnsportown tektur (rys. 9c). Przypdek ten komplikuje się jeszcze brdziej ze względu n prcę z tk zwną procedurą overspeed. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 0 83

4 b c Rys. 9. Trzy przypdki generownych profili (trjektorie prędkości) Rys. 0. Przykłd przebiegów czsowych cykli cięci tektury n formt o długości 500 mm Prędkości noż kolor niebieski, fzy cięci kolor zielony Mtemtyczny opis przebiegów czsowych w fzie cięci System przekrwcz jest ukłdem regulcyjnym czsowo optymlnym, skojrzonym z przemieszczjącym się punktem celu (7). W celu zrozumieni istoty funkcjonowni tego systemu nleży prześledzić przebieg cięci tektury dl formtu powyżej 500 mm. N rysunku przedstwiono uproszczony przykłd przebiegów czsowych w formie wykresów ruch obrotowy zostł przetrnsformowny n trnsltcyjny. Czs orz miejsce spotkni noż są dokłdnie zdefiniowne w fzie cięci. Dl uproszczeni złożono, że prędkość tektury po strcie noż jest stł. W przedzile czsu t t npęd przekrwcz przyspiesz ze stłą wrtością przyspieszeni, oznczoną przez mx. Wobec tego możn npisć zleżności: t = t t [] t t = [] mx Po czsie t nóż osiąg prędkość mteriłu. Punkt docelowy x (t) porusz się owo, le funkcj położeni noż x (t) w przedzile czsu t < t< t m formę prboliczną. W czsie t do t przesuw się punkt celu n drodze określonej równniem: Rys.. Zminy przyspieszeni, prędkości tektury, noż orz położeni noż w czsie przemieszczni się tektury W tym miejscu nie będzie on jednk omwiny (6). Wżnym zgdnieniem jest to, by w przypdku zbliżeni się noż do strefy cięci, prędkości tektury orz noż były równe. Przypdek ten m wiele postci i spotykne są różne lgorytmy dotyczące tej włśnie strefy np. przy cięciu blch, bądź lmintów. N rysunku 0 przedstwiono czsowy przebieg rzeczywisty relnego przekrwcz w tekturnicy, przy długości formtu 500 mm. x (t ) x (t ) t = = [3] mx Prędkość noż rośnie owo wg zleżności: t t m (t) = (t t ) mx = t t Przemieszczenie pozycji noż opisuje równnie: ( ) [4] = [5] mx x (t ) x (t ) Przedził korektury fzy cięci odbyw sie z prędkością stłą, czyli: x (t ) = x (t ) = t [6] 84 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 0

5 Rys.. Elektroniczny ukłd regulcji przekrwcz Rys. 3. Schemt konfigurcji sensorów w przekrwczu W systemch rzeczywistych generownie profili cięci jest o wiele brdzo skomplikowne i opier się n wielu różniących się między sobą lgorytmch. Ukłd elektronicznej regulcji N rysunku przedstwiono model ukłdu regulcyjnego przekrwcz. Ukłd ten skłd się z trzech podstwowych regultorów, tj. położeni, prędkości i momentu. Wysokie wymgni dotyczące przetwrzni określonych sygnłów zznczono symbolmi HS (high speed), zdefiniownymi jko szybkość przetwrzni. Przykłd HS ozncz, że generownie nowej trjektorii odbyw się cyklicznie co 00µs. Systemy sensoryczne przekrwcz Rys. 4. Rozmieszczenie podstwowych sensorów orz encoderów w systemie pomirowym przekrwcz rotcyjnego Pełnią niezwykle wżną funkcję w procesie cięci, sygnły pomirowe decydują o jkości procesu i niezwodności prcy cłej mszyny. Do podstwowych podzespołów systemu sensorycznego przekrwcz (rys. 3) nleżą: - przetworniki do pomiru prędkości orz położeni tektury encodery, - przetworniki do pomiru prędkości orz położeni noż encodery, - sensory detekcji wykrywni tektury (ppieru). Sensory detekcji ppieru są wżnymi elementmi systemu pomirowego. Muszą się cechowć niezwodnością i szybkością przetwrzni dnych. Sensor detekcji sygnlizuje pojwienie się tektury i generuje sygnł dl bloku elektronicznego w celu obliczeni punktu strtu dl pierwszego cyklu cięci. Wżnym elementem ukłdu jest również sensor detekcji znczników ndruków n tekturze lub ppierze. Typowe rozmieszczenie sensorów i encoderów przedstwiono n rysunku 4. N rysunku 5 pokzno przykłdy mocowni encoderów (rolek pomirowych) wg Agnti () orz Mitsubishi (b). ) b) Rys. 5. Encodery w ukłdzie pomirowym przekrwczy LITERATURA mm Musielk S.: Cutoff Power digrm clcultion, mteriły włsne Internet 005 evolution. 4. Mterily firmy Relince Mxitron. 5. Mterily firmy Siemens DC/ Antrieb. 6. Rolf Lehmn: AC-Servo Antriebstechnik, Frnzis-erlg Musielk S.: Interne - mteriły bdwcze firmy BHS - Overspeed Leonrd W.: Regelung elektrischer Antriebe 000. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 0 85