论切纸机的自动控制原理与系统分析学士学位论文.docx

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论切纸机的自动控制原理与系统分析学士学位论文

南京林业大学成人高等教育

专科毕业设计（论文）

题目：

论切纸机的自动控制原理与系统分析

院（站）：

专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

职称：

二〇一五年四月二十日

致谢

值此我论文完成之际，衷心感谢我的导师龚木荣教授几个月来呕心沥血的培养！

导师严谨的科研思路、实事求是的治学态度、渊博的学识、敬业的精神、对科研工作敏锐的洞察能力是我永远学习的楷模。

几个月来，导师不仅在学术上给予精心指导，生活上也得到了导师悉心的帮助。

在此再次谨向导师龚木荣教授致以最诚挚的谢意！

衷心感谢浆纸有限公司腾以辉师傅、贺国培师傅、等在我论文完成过程中提供的许多有益的帮助！

特别感谢浆纸有限公司侯国军主任，庄严工程师！

他们在论文完成过程中给予了我很大的帮助！

最后衷心感谢父母对我学业的支持与鼓励，感谢所有关心我的人和帮助过我的人。

作者：

2015年4月

摘要

我国切纸机的技术水平有了长足的发展进步，但与国外先进技术比还有不小的差距，一是电气系统，在技术性能、质量、可靠性、稳定性、耐用性等方面都差距明显。

二是制造质量、配套件上也存在不少问题，我国整体工业水平也有很大差距。

三是安全保证、操作、使用维护也如国外先进机器可靠稳定和方便。

国外切纸机自动化程度高，现代化造纸机械具有大型化、连续化、复杂化、高速化、造价昂贵等特点，在运行过程一旦无故停机可能造成重大经济损失或人身机械安全环保事故。

因此，对其预知性维护要求十分迫切，了解和掌握其相应的技术有利于提高装备的运行完好率。

ThePrincipleOfAutomaticControlOfCutterAndSystemAnalysis

Thetechnologylevelofourpapercutterhadgreatbigprogress.Butwithforeignadvancedtechnologythanthereisabiggap.Electricalsystem.Technicalperformance.Quality.Reliability.Obviousgapinsuchaspectsas.ThispaperbasedonAsiaSymbol（Shandong）pulpmachineproductionlineofPulp&PaperCo.Ltd.astheresearchobject,discussthemainproductiontechnologyintheproductionline,includingmainlybasedprocessandprocessparameters,focusonthestructureandfeaturesofthemainequipment,themainfaultandthemonitoringprinciplesandcasesofvibrationparameters;finallydiscussestheimprovementofexistingpulpmachineproductionlineequipmentconditionmonitoringandfaultdiagnosisoftheproposal.Themainresultsareasfollows

KeyWords:

Electricalsystem;Technicalperrormance;QualityReliability

目录

第一章切纸机的类型……………………………………6

1.1切纸机的五种类型…………………………………………6

1.1.1机械…………………………………………………6

1.1.2液…………………………………………………6

1.1.3全液………………………………………………6

1.1.4数字显示切纸机………………………………………………………6

1.1.5程序控制切纸机……………………………………………………6

第二章切纸机的结构特点……………………………………7

2.1切纸机的主要运动…………………………………………………………7

2.2机械性切纸机的运动………………………………………………………7

2.3液压切纸机的运动……………………………………………………7

2.4切纸机的主要结构………………………………………………7

2.4.1主体架部………………………………………………………7

2.4.2平部……………………………………………………………7

2.4.3液压箱部………………………………………………………7

2.4.4切纸机的安全装置……………………………………………7

2.4.5电气控制系统………………………………………………8

第三章切纸机国内外的比较…………………………9

第四章切纸机的工作原理……………………………………………12

4.1概括………………………………………………………………12

4.1.1单刀辊式切纸机的结构………………………………………………………………12

4.1.1.2切纸部分………………………………………………………………12

4.1.1.3纵切装置………………………………………………………………12

4.1.1.4送纸装置………………………………………………………………12

4.1.1.5横切装置………………………………………………………………13

4.1.1.6传动及切长调整…………………………………………………………14

4.1.1.7纸边输送及吸尘装置……………………………………………………14

4.1.1.8输纸部分…………………………………………………………………15

4.1.1.9高速带及压纸带……………………………………………………………15

4.1.1.10低速带………………………………………………………………15

4.2.1.恒张力退纸部分………………………………………………………………15

4.2.2切纸部分………………………………………………………………16

4.2.2.1纵切装置………………………………………………………………16

4.2.2.2纸幅转向装置（分选门）……………………………………………………16

4.2.2.4接纸部分………………………………………………………………16

4.3性能特点……………………………………………………………………17

第五章切纸机的自动化………………………………………………18

5.1切纸机的保养应包括以下几个方面……………………………………………………20

第六章一种简单易行的切纸机纸卷张力控制系………………22

6.1纸卷张力控制的几种形式……………………………………………………23

6.1.1手动调节系统…………………………………………………………23

6.1.2单点张力控制系统……………………………………………………23

第七章双刀切纸机控制系统原理……………………24

7.1变频器的应用………………………………………………………………24

7.2变频器主要组成部分………………………………………………………………25

7.3可编程序控制器的应用……………………………………………………25

7.4人机界面技术的应用………………………………………………………………25

7.5减速机的应用……………………………………………………………………26

7.6接近开关的问题…………………………………………………………………………27

7.7现场调试…………………………………………………………………………28

7.7.1增益参数的调节…………………………………………………………………28

7.7.2减速机的问题……………………………………………………………………29

7.7.3制动电阻的问题……………………………………………………………………29

7.7.4出现的问题…………………………………………………………………………29

7.7.5解决方法……………………………………………………………………………29

致谢……………………………………………………………31

1切纸机的类型

1.1如下五种类型：

切纸机类型有机械式、液压式、数显式、程控式，规格有400、420、460、650、760、920、1150、1300、1370、1550、1650、1860、2000、2200等。

1.1.1机械切纸机推纸器、压纸器、刀床等主要部件均为机械传动的切纸机。

推纸器、压纸器、刀床等主要部件均为机械传动的切纸机。

1.1.2液压切纸机

压纸器为液压按照人体工程仿生学原理进行模块化设计，追求高性能、高精度、高效率、高质量和高安全性，实现人性化、智能化、联动化是当今世界研发新品的最高境界，国外先进厂商Polar公司已实现了这一目标，而我国现在正处在实现计算机程序控制切纸机阶段。

1.1.3全液压切纸机

刀床、压纸器为液压传动的切纸机。

1.1.4数字显示切纸机

推纸器位置尺寸通过位置传感器和读数仪以数字方式显示的切纸机同时显示刀前刀后尺寸的称为双数显切纸机。

1.1.5程序控制切纸机

按输入程序循环工作的切纸机。

现在由各厂家自己研发设计的切纸机，技术性能有差异，各自型号编制没有完全符合印机行业的产品命名标准，比较乱，不易理解和记忆，这是行业应该研究解决的问题。

我认为切纸机分类应以结构和控制方式为准。

如按结构分为机械型和液压型，按控制方式分为数显型和程控型。

这样，机械数显切纸机可命名为QZX型、液压数显可命名为QZYX型、机械程控型命名为QZK型、液压程控型名为QZYK型，这样切纸机型号就易于规范和统一了，也容易让客户理解和明了，便于比较.

2切纸机的结构特点

2.1切纸机的主要运动切纸机的主要运动有三个，一是裁切刀的上下剪切复合运动，二是压纸器的上下往复运动，三是推纸器的前后往复运动。

切纸机各型号的结构基本大同小异。

2.2机械型切纸机的运动

机械型切纸机是由吊杆拉着刀床，由电机、皮带轮、涨圈、抱闸及各齿轮、轴、曲轴、套管、拉杆等带动刀床实现上下剪切运动，由齿轮、凸轮及滚子、拉杆、弹簧、三角架等传动压纸器的上下往复运动，推纸器则由平台电机皮带轮带动丝杠、丝母使推纸器在平台上前

后往复运动

2.3液压切纸机的运动

液压切纸机的刀床开有滑槽与安装在机架上的滑块相配合，由电机带动皮带轮经离合器涡轮副、曲柄及联杆等机构带动刀床做上下剪切复合运动，压纸器则由油泵经组合液压阀系统、油缸系统、滚子、三角架及拉杆、复位弹簧带动压纸器上下往复运动，推纸器由电机（伺服电机、高速电机或普通电机）、三角带、同步带及轮传动丝杠丝母使推纸器在平台上做前后运动，丝杠有滚动丝杠和T型丝杠，导轨有滚动导轨和滑动导轨之分。

以上的运动可由不同的电气系统控制。

2.4切纸机的主要结构

2.4.1主体机架部

主体机架部，由机架分部、刀床分部、压纸器分部及主传动分部构成。

2.4.2平台部

平台部，平台装是安推纸器推送裁切物的母体，由推纸器分部、传动部和平台部组成。

2.4.3液压箱部

液压箱部，是液压切纸机所独有结构，由油泵、组合液压阀系统、油缸系统、油路及其他辅助液压件组成，用于传动压纸器运动。

2.4.4切纸机的安全装置

切纸机的安全装置。

切纸机属于4级安全等级，是易发生人身事故的机器之一。

早期切纸机只有一项安全保护装置，即双手同时操作下刀装置，因而时有切手事故发生。

现代切纸机有多项安全保护，这在国家安全标准和欧洲CE标准中都有明确要求，如双手连动保护

按钮，经外光电保护器，内置电子锁防滑刀装置，防重刀、防滑刀、刀单次循环工作防护置、过载防护、各运动器件的防护罩装置等，形成了机械、电气、光控、液压等多方面的防护，从而确保不发生伤害人体的事故。

2.4.5电气控制系统

电气控制系统。

切纸机各机构都用不同的电气控制系统来完成不同的技术功能，而切纸机技术水平高低在很大程度取决于电气控制系统的技术水平。

目前控制系统已发展到应用计算机控制的先进水平，其发展方向是数字化、智能化、人性化、联动化、网络化，并能够接JDF（活件定义格式）工作流程，以提高生产效率，减轻工人劳动强度和提高产品质量。

3切纸机国内外的比较

国内切纸机与国外先进切纸机技术水平的差距我国切纸机的技术水平有了长足的发展进步，但与国外先进技术比还有不小的差距，一是电气系统，在技术性能、质量、可靠性、稳定性、耐用性等方面都差距明显。

二是制造质量、配套件上也存在不少问题，我国整体工业水平也有很大差距。

三是安全保证、操作、使用维护也不如国外先进机器可靠稳定和方便。

数字印刷的管理要以“5S”现场管理方法为核心，推行精细化生产管理模式，建立网络化、信息化、数据化的管理体系，提高全体员工的综合素质。

国内还有德阳利通、浙江华岳、国望、国威、戴氏等企业也都生产计算机程控切纸机和升降机、闯纸机、气垫工作台等辅助设备，都达到了先进技术水平，就单机来看，国内切纸机与国际知名品牌切纸机的技术水平接近，但在精度、可靠性、稳定性和成套性上还有差距，尤其在切

机裁切线自动化、智能化、人性化、联动化、网络化上差得更多，至少落后国际先进技术水平10～15年，相当于20世纪90年代末的世界先进水平。

国内切纸机技术发展的思路我们看到国内切纸机技术水平日益提高的同时，也应看到与国际先进技术水平的差距，我们要根据我国的实际国情，确定符合实际的发展思路。

一是我国还是发展中国家，我们印机行业在国内还是小行业，年产值才160亿元，技术基础薄弱，我们切纸机制造企业的厂房、生产环境、设备、生产工艺、员工素质都适应不了发展要求，特别是技术研发力量严重不足。

国内零配件加工质量和配套水平低也制约着切纸机的快速发展，很难一下子就达到Polar切纸机的水平。

这就需要国家、行业协会领导在政策、人才、资金等方面给予倾斜和支持。

二是要看到国内外切纸机市场是有一定发展潜力的，国内印刷包装行业和国际先进水平相比落后很多，有很大发展空间，这将带动切纸机行业的发展。

机遇与压力同在，我们需要不断在切纸机技术、质量上下功夫，切实提高加工、装配、配套元件的技术质量水平，使我国中小企业众多，国外需求也不少，所以我觉得在目前我们也没有必要刻意地淘汰低档，经济型机械式切纸机。

我们的切纸机成为安全、高精度、高质量的产品。

三是国内外经济发展的不平衡不是短期能消除的，不同地域有着不同需求，高、中、低档切纸机可满足不同用户的需求。

我国中小企业众多，国外需求也不少，所以我觉得在目前我们也没有必要刻意地淘汰低档。

经济型机械式切纸机在近期内仍然会保持生产和销售市场的一定占有率。

四是紧盯切纸机技术发展前沿，有条件的切纸机制造商应不断创新，向高效率、高性能、高精度、高质量、高安全性和人性化、智能化、联动化的国际切纸机先进水平冲击。

综合利用现代科技创新成果，掌握自主知识产权和核心技术，研发切纸机裁切生产线系统，以推动整个行业的技术进步。

4切纸机的工作原理

4.1概括

切纸机按其工作原理可分为闸刀式和回转式（刀辊式）2类。

闸刀式切纸机用于将大尺寸平张纸切成较小的尺寸纸页,回转式切纸机用于将卷筒纸切成平张纸。

由于回转式切纸机的送纸和切纸装置仅作连续运动,其结构较简单、生产能力高,且能同时裁切3种不同的长宽规格,因此回转式切纸机得到了广泛的应用。

回转式切纸机按横切机构的不同又分为单刀辊式切纸机和双刀辊式切纸机。

单刀辊式切纸机的横切装置有1把转动辊刀和1个固定底刀来剪切纸幅,双刀辊式切纸机的横切装置则有2把同步旋转的辊刀剪切纸幅。

本文着重介绍高速单刀辊式切纸机的结构及特点辊式）2类。

4.1.1单刀辊式切纸机的结构

新型单刀切纸机的典型圈路见图1,一般由4部分

组成:

（1）由退纸架和张力检测装置等组成的恒张力退

纸部分;

（2）由导辊、纵切、送纸、横切、传动等组成的切纸

部分;

（3）由高速带、低速带、压纸带及其附件等组成使

纸张形成搭接状态的输纸部分;

（4）由拍纸装置、液压控制的升降台等组成的接纸

部分。

4.1.1.1恒张力退纸部分

恒张力退纸部分由退纸架和张力检测装置等组成。

退纸架为框架式结构,卷筒纸支承在退纸座上,操作侧可沿横向及纵向移动,传动侧仅可沿纵向移动,以调节纸幅状态。

传动侧还设有气动制动器,与退纸后的张力检测装置及张力控制器组成一套完整的张力控制系统,对纸幅张力进行有效控制,使其保持在0.5～1N/cm范围内。

每台切纸机一般设有4～6对退纸架,当退纸纸卷直径达到1500～2000m时,退纸架就要1层放置或分2层,呈L型或棋盘型排列。

4.1.1.2切纸部分

切纸部分主要由导辊、纵切、送纸、横切、传动等组成。

4.1.1.3纵切装置

纵切装置通常采用剪切式结构,它主要由3～8对直径为180～200mm的上下圆刀组成。

装有可拆卸碗形圆刀的下刀轴借送纸辊的下辊,通过同步齿形带来

带动旋转;装在杆臂上的碟形上圆刀由下圆刀带动旋转,上圆刀采用气动加压和抬刀,上下刀之间的作用力靠气压大小来调节,且可通过齿轮-齿条付沿横向移动,以适应不同切宽的要求;下圆刀的周速一般比纸幅速度快10%～15%以取得光滑整齐的切口。

考虑到每4～6个月要磨刀1次,下刀轴操作侧设有快速连接机构,以便下刀的拆换和安装。

装设纵切刀的对数取决于纸幅的宽度,纵切刀付的安装位置则要按照切纸的宽度规格确定。

的“夹紧”下,使纸张降速并顺利完成搭接,低速带的线速度一般控制在比高速带线速度慢20%～40%的范围内,搭接尺寸要按纸张最易堆垛的要求来选择,大多数都采取相当于40%～60%切纸长度的搭接尺寸,即相当于2至3层搭叠。

在低速带主动轴之后还设有托架和通过多楔带传动的抛送辊,并在其上装有压轮犁式导板,使纸张能顺利地落到接纸台上,完成堆垛。

4.1.1.4送纸装置

送纸时用送纸辊带动纸幅,克服纸卷制动器的摩擦力,牵引纸幅通过引纸辊、纵切装置后,送入横切装置。

送纸辊装置由送纸下辊、包胶上辊和加压机构组成。

根据切纸机的宽度下辊直径为Á300～Á500mm,上辊直径为Á150～Á400mm。

采大直径送纸下辊会减小辊筒的挠度和由此引起的纸幅皱褶及切长误差。

送纸下辊采用无缝钢管配上两端闷头和钢轴制成。

上辊表面包覆橡胶,橡胶硬度为93A°。

上辊相对下辊沿纸幅前进方向偏移15°～20°。

为加大上辊与纸幅之间的摩擦系数,并使上下辊之间的线压分布均匀,上辊辊面车有左右螺纹型沟槽（对于无碳复写纸用切纸机则为光辊）,具有适当的中高。

辊间线压控制在30～50N/cm范围内,采用气动加压,且每侧能单独调节压力。

4.1.1.5横切装置

横切装置由装在横梁上的固定底刀及装在刀辊上的转刀组成。

转刀在刀辊上的安装方式有径向装刀和切向装刀2种。

径向装刀结构的转刀装在刀辊的半径方向上,而切向装刀的结构则在大致与刀辊外圆成切线的方向上装设转刀。

底刀和转刀刀片用间距75～100mm的螺钉分别固定在底刀梁和刀辊上。

底刀和转刀随着刀片的磨损可进行位置调节,以满足最佳切纸状态。

底刀与转刀间的间隙应小于切纸厚度以保证切口光洁平滑,它可用间距75～100mm的顶压螺钉来调节。

在切向装刀结构中,转刀通过沿刀辊切向方向的移动来改变刀隙的,其刀隙变动值比转刀的移动量小1～2倍,同时还可沿径向调节刀片,比刀隙变动值和转刀移动量相等的径向装刀结构更容易进行刀隙的精确调节;且切向装刀时,切纸的切削力在刀片平面的方向上,在刀片中产生压应力;而径向装刀时,切削力与刀片的方向垂直,在刀片中产生弯曲应力,易造成刀片的变形和损坏。

横切刀片由厚14～20mm、宽70～120mm、长度比纸幅宽度长100～150mm的钢板制成,目前均采用复合结构,刀体为普通碳素钢,而刀刃用耐磨性好且高硬度（58～62HRC）的优质工具钢制造。

这种刀片的优点是刀刃耐磨而刀体韧性好,能承受冲击负荷。

横切刀辊的轴承座一般固定在底刀座上,其操作侧用螺杆传动实现往复移动,以便在切纸长度变化时,改变横切装置的偏移值,（切纸长度大时增大偏移值,切纸长度小时,减小偏移值）。

实现切纸方正度的调节。

为方便控制,在操作侧还设有方正度调节指示器,显示偏移值。

4.1.1.6传动及切长调整

大多数低速切纸机采用单个电机通过齿轮或链条、变速机构进行传动,而在新型切纸机上则采用主电机通过无级变速器和同步齿形带传动导辊、纵切、送纸和横切装置,由另一电机来传动低速带和接纸辊。

切纸机的传动要求如下:

（1）纵切下刀的线速比纸幅速度快5%～15%;

（2）高速带的线速比送纸下辊的线速快10%～30%;（3）横切刀辊的线速可在1∶4.5或1∶6的范围内单独调节,以保证得到规定的切长;（4）低速带的线速应按可实现搭接的要求作相应的调节。

切纸长度的偏差是与下送纸辊的线速度和横切刀辊线速之间的协调程度有关,通常切纸机的总车速用改变电动机转速来调整,横切装置中刀辊的转速由调速部件来调整。

4.1.1.7纸边输送及吸尘装置

纸幅经纵切后会切下2条纸边,并在纵切和横切的切口处产生纸毛,为此,切纸部分还设置了纸边粉碎吹送风机和吸尘风机。

4.1.1.8输纸部分

车速高于80m/min的切纸机输纸部分一般由伸到横切底刀座下的高速带、低速带、压纸带、可移动的减慢轮、后送纸轴及其它辅件组成。

4.1.1.9高速带及压纸带

高速带及压纸带由适当数量的防静电平皮带组成,高速带宽度为80～300mm,纸带宽度为18mm;在其各自回路中均套有鼓形主动辊、从动辊和张紧装置等。

在压纸带靠近横切装置一端的主动轴可通过调节两端轴承偏心套的偏心量,来控制压纸带与高速带之间的压紧程度。

在高速带的从动轴上方装有压轮装置和犁式导板,使纸张能顺利地送到低速带上。

高速带的线速度一般比送纸下辊速度快20%左右;底刀与高速带和压纸带入口的距离应小于最小切纸长度,这样就能保证纸张在高速带和压纸带夹紧状态下被剪切断,使切口更光洁、尺寸更准确。

高速带和压纸带由送纸辊借助同步齿形带进行传动,有些情况下也有采用无级变速器对带速进行适当调整的,其目的是为了改变纸张与纸张之间的间隔长度,以保证纸张顺利进入低速带。

4.1.1.10低速带

为了降低纸张在接纸台前的速度,使纸张顺利地堆垛,在高速带后设有低速带,在低速带上设有可移动的减慢轮,使从高速带来的纸张被“撞停”,并在压纸带

4.2.1.恒张力退纸部分

恒张力退纸部分由退纸架和张力检测装置等组成。

退纸架为框架式结构,卷筒纸支承在退纸座上,操作侧可沿横向及纵向移动,传动侧仅可沿纵向移动,以调节纸幅状态。

传动侧还设有气动制动器,与退纸后的张力检测装置及张力控制器组成一套完整的张力控制系统,对纸幅张力进行有效控制,使其保持在0.5～1N/cm范围内。

每台切纸机一般设有4～6对退纸架,当退纸纸卷直径达到1500～2000mm时,退纸架就要1层放置或分2层,呈L型或棋盘型排列。

4.2.2切纸部分

切纸部分主要由导辊、纵切、送纸、横切、传动等组成。

4.2.2.1纵切装置

纵切装置通常采用剪切式结构,它主要由3～8对直径为180～200mm的上下圆刀组成。

装有可拆卸碗形圆刀的下刀