高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的研制

陈培明 蒋绍榕 高斯图文印刷系统（中国）有限公司 （200062）

0 引 言

卷筒纸胶印机是以纸带的形式连续供纸，连续不断地高速完成印刷、折页、收帖等过程的印刷机，它是现代新闻出版、报业、书刊杂志、商业印刷最重要的高效印刷设备。

在国内市场，随着经济建设的不断推进，社会对各类印刷业务的需求量日益增大，因此，用户对印刷设备的要求也越来越高，对机器印刷速度也提出了更高的要求。但当前，我国印刷装备制造业的产品结构仍不尽合理，高、精、尖印刷技术自主创新能力不强，部分高档印刷机技术水平低，与国际同类产品相比，存在较大差距，以高档胶印机为代表的部分印刷装备仍主要依靠进口。

《中国印刷装备制造业“十二五”发展规划》提出，“十二五”期间，印刷装备制造业发展的主要任务和目标是，深入研究国内外印刷市场、技术发展趋势，重点发展数字印刷及印刷数字化技术装备、高档印刷机械、高端印后设备和绿色环保设备器材，增强自主创新能力，扩大生产能力，尽快改变高端设备主要依靠进口的局面。积极开拓并扩大国际市场，力争2015年印刷设备出口额达到当年进口额的80%以上。所以，研制具有国内自主知识产权的高速智能型、节能型卷筒纸胶印机更是刻不容缓。

上海高斯印刷设备有限公司是一家中美合资公司，2010年6月上海电气全资收购高斯国际公司，公司更名为高斯图文印刷系统（中国）有限公司。高斯（中国）公司主要生产卷筒纸胶印机和单张纸胶印机两大类产品，是目前国内印刷机制造行业中较大的一家中外合资企业。高斯（中国）公司研制的Magnum系列和SSC系列卷筒纸胶印机多次获得上海市科技进步奖、中国工业科学技术奖、上海市专利新产品等等殊荣。这些技术与资源优势为研发高速智能型、节能型卷筒纸胶印机提供了充分的条件与保障。

1 高速智能型、节能型卷筒纸胶印机简介

Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机研制项目是高斯图文印刷系统（中国）有限公司（以下简称：高斯（中国）公司）针对高性能卷筒纸胶印机进行的自主研发项目。Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的最高印刷速度可达45 000张/h，裁切规格为546 mm×890 mm，是一款属于机电一体化技术领域的高新技术产品。该款机型采用网络技术、无轴传动、CIP3墨色控制、全自动套准等一系列国际先进技术，具有印刷速度高、套印准确、自动化程度高、高效节能等特点，能充分满足用户对多种版面形式和交货期的要求。与国内同类机型比较，其功能多样化、性能优越性方面都处于领先地位，其中部分技术更是达到国际领先水平。整机外型如图1所示。

图1 Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机

1.1 产品技术路线

Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机是在高斯图文印刷系统（中国）有限公司最新研发的一款产品，为使此款产品具有结构紧凑、组合性强、稳定可靠，可以满足用户各种色彩和多种版面的需求等特点，使其成为一款强生命力的产品，高斯（中国）公司在保持原来机器优点的基础上进行不断地创新，在设计方面采用先进的结构、先进的无轴传动技术、墨量预设置系统、全自动套准系统、网络通讯和数字控制技术等；在工艺方面，对墨斗与墨斗托架的加工工艺进行了改进，采用五面体加工中心进行加工，确保零件的几何形状和加工尺寸的一致、对卷轴式滚筒的深孔采用线切割工艺来保证加工精度；在气动控制系统、电气控制系统、传动方式和主要轴承等方面都进行高标准的设计研发。

1.2 产品技术水平

据中国科学院上海科技查询咨询中心出具的查新报告显示，由高斯图文印刷系统（中国）有限公司自主研制的Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机具有新颖性，并具有重要的实际应用和市场开发价值。经分析，该项目综合技术达到国际先进水平，掌握的部分技术已达到国际领先水平。与国内同类机型比较，Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机在功能多样化、性能优越性方面处于领先地位，并且具有较高的印刷速度以及稳定的印刷质量。主要性能比较见表1。

表1 Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机与国外同类机型比较

1.3 产品主要参数

最高印刷速度：45000份/h

传动方式：无轴传动

裁切尺寸：546 mm

卷筒纸宽度：586～889 mm

卷筒纸直径：Ø1270 mm

折页开本：8开、16开、32开

印版径向调整：±2 mm

印版轴向调整：±3 mm

2 产品技术成果

2.1 主要技术突破

Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机使之成为高印刷速度、高稳定可靠性、高印刷质量、高自动化程度以及美观外形、人性化操作的产品。

高斯（中国）公司在研制Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的过程中，攻克重重国际技术壁垒，自主创新突破了多项先进技术，如表2所示。

表2 Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机取得主要技术突破

2.2 技术创新点

2.2.1 无轴传动技术

印刷机无轴传动系统是一种伺服系统，在印刷机机组甚至是每个滚筒或辊子的动力都是相互独立的，它分别采用单独的伺服电机，按照运动控制器发出的程序指令进行驱动，使被驱动物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值或给定值的变化而变化的自动控制系统，从而保证个驱动单元同步运转的传动方式，又称为电子轴驱动。电子轴是抽象的轴，又称为虚拟主轴。

此次在研制Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的过程中，高斯（中国）公司克服国外竞争对手设置的技术壁垒，成功掌握国际领先技术——无轴传动技术，并通过其替代有轴传动技术，加强伺服电机的同步性。在有效提高印刷效率的同时，可使电机节约8%左右电力，真正做到高效节能。另外，采用无轴传动技术可使各个印刷单元同时装版卸版，从而缩短辅助时间，提高印刷效率。并通过减少机械传动副，减小摩擦，提高传动效率。随着整机印刷速度的提高，缩短同一批次印件的印刷时间，在一定程度上也降低了能耗，如图2所示。

图2 无轴传动系统示意

2.2.2 CIP3墨量预设置系统

CIP3（Computer Integrate of Prepress, press,postpress）协议提供的数字打样与墨色预设置和检测反馈控制之间的连接，使胶印机对印样的色彩控制更加方便，更加规范化和数据化网印，大大缩短了辅助和开印准备时间，减少了纸张的浪费和操作人员对印品色彩评价的影响。

如图3所示，此系统基于以太网的现场网络化控制技术，对整个印刷过程进行模拟，通过信号端口自动交换墨量数据，并与印前的制版系统和原稿自动进行分析计算，比人工控制墨量更精准、更及时，节省大量油墨与时间，同时系统具有自我修正功能，这是国内首次应用带自我修正功能的数字化供墨系统，实现了墨量全数字化控制，减少了用墨量，减少油墨对环境的污染。

图3 数字化供墨系统原理

2.2.3 纸张张力控制系统

该机采用的张力控制系统包括纸架张力控制系统、infeed张力控制系统、outfeed张力控制系统、切纸辊张力控制、第一拉纸辊张力控制等。在纸带各纸路上，分别装有断纸检测器和断纸器，印刷部分出纸处设有对纸辊、光电断纸检测器及断纸压纸轮以防止断纸缠绕，保证纸张在高速运转的安全性，如图4所示。

关键技术“印刷机纸带张力控制装置”，通过对纸带张力进行实时检测和控制，保证纸带张力稳定，提高套印精度，从而提高印品质量。该技术已获得实用新型专利授权，专利号ZL 200920209461.4。

关键技术“二次张力异速待机或启动装置”，通过设置异速开关电路，使启动工作与待机退出均有设定点，使印刷主机能获得稳定的纸带二次张力控制。该技术已获得实用新型专利授权，专利号ZL 200820208523.5。

图4 张力控制系统

2.2.4 折页部分减速设计

Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的折页部分最高折页速度可达45 000份/h，采用的是1:2滚裁式折页机。其中，特别优化了传动部分刚度性能，提高整体运转速度。主传动为无轴形式，切纸辊由单独电机带动，可自由调节速度。

关键技术“16开折页机减速毛刷”，通过调整调节手轮对减速毛刷与台板的贴合程度进行微调，使减速毛刷与纸张之间有一定的阻力，使纸张减速，从而提高16开折页的精度。该技术已获得发明专利授权，专利号ZL 200810205162.3。

2.2.5 上水方式

以喷雾上水方式替代以前的毛刷上水，并加入回水处理，利用循环水进行杀菌、软水等工序。在大幅提高用水率的同时，降低润版液的消耗，既减少成本又实现绿色环保。

2.2.6 电气控制系统

电气控制系统包括主控子系统PCS、辅控子系统RCSCCS、生产线配置子系统PAS、电源监控子系统PMS。采用了REXROTH—INDRADRIVE基本驱动控制系统，具有机器相位、用户相位双重补偿设置的功能，实现了相位的数字化设置和控制；多达每塔4个电子对报辊，任意、便利的对报操作以及无限的多机组合能力、同时具备网络管理及远程诊断能力；套准及墨量控制系统采用以计算机为中心、液晶屏显示操控、以CANBUS现场通讯总线与单片计算机智能驱动系统相结合的集散网络控制系统，具有单机4个塔的驱动能力，同时具备与ETHERNET局域网联接，多系统、多终端控制能力，实现了远程监控和管理的能力，如图5所示。完善的电气系统提高了印刷效率，并且，这种具备多种功能混合的电气系统在国内机型上应用较为少数。

关键技术 “智能化光电断纸探测方法和装置”，通过将主机印刷速度脉冲信号和光电反射脉冲信号输入微处理机进行运算以及处理。简单可行，无探测盲区，探测装置采用反射式光电探测，安装及对焦容易，具有智能化、可靠性高的特点。该技术已获得发明专利授权，专利号ZL 200610024761.6。

关键技术“报版卷筒纸胶印机16路模块化相邻互控组态断纸检测控制方法”，第一，通过PC键盘或屏幕对16个探测头及16个裁纸刀驱动输出任意组态；第二，多个基本模块通过以太网相连通讯，每个模块均将自属的本地16路断纸探测头输入信号同时送至左、右邻模块，同时接收来自左、右邻模块的各16路断纸探测头输入信号；第三，每个模块所属的16路断纸刀输出能通过微型计算机键盘或屏幕随意组态成被来自左邻、自身和右邻的共48路探测头信号任意驱动。该技术已获得发明专利授权，专利号ZL 200910247767.3。

图5 电气系统示意

2.2.7 全自动套准系统

与人工调节套准相比，在开机及换纸阶段自动套准系统可节省时间达20s左右，开机废报最多可节约300～2 000对开张；在印刷过程中则可节约废报约400～2 000份，全自动套准系统在国内尚属首批应用。

2.2.8 墙板支撑环

在印刷部中的胶皮滚筒除了设有辊枕外，同时在版滚筒的墙板内侧增加支撑环，从而提高版滚筒的刚度，减少胶皮辊之间的冲击，以提高印刷质量（图6）。

图6 版滚筒墙板内侧支撑环示意

2.2.9 卷轴式锁紧装置（图7）

胶皮滚筒上橡皮布方式采用卷轴式，增加印刷面积，从而将印刷最高速度由35 000份/h提高到45 000份/h。

图7 卷轴式锁紧示意

2.2.10 带冷却功能的串墨辊结构（图8）

在发动面的润滑系统中增加冷却装置，以满足机器高速运转时保持恒定油温；带冷却功能的串墨辊结构一方面防止油墨乳化，提高印刷质量，防止飞墨，减少对环境的污染，另一方面也可进行高速商业印品的印刷，扩展了本机的使用功能。

图8 带冷却功能的串墨辊结构

2.2.11 CE安全罩壳（图9）

整机的踏脚板（图10）和防护罩壳等均按国际安全标准进行设计，外形设计更加符合国际潮流。

图9 安全罩壳

图10 踏脚板

2.3 知识产权成果

针对Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机，高斯（中国）公司共申请了9项中国国家专利：其中6项发明专利，3项已授权；3项实用新型专利均已授权，可以说是具有较高的自主知识产权的产品。该产品采用国家标准《印刷机械 卷筒纸平版印刷机》（标准号GB/T 25677-2010），高斯（中国）公司则作为第一起草人制订了该项标准。

3 应用情况及前景

Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机一经推出便得到了广大用户的认可，并占领同类产品国内市场份额60%以上，提高了国内印机市场的活力与竞争力。目前，该产品形成产业化后已累计实现销售产值18 603万元，累计实现销售利润4 661万元。该产品市场需求量大，应用范围广，预计2012～2014年均销售产值可保持在1.5亿元左右。

Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机目前主要承担着《人民日报》、《南方日报》、《甘肃日报》等多家中、大型报社的印刷任务，总印量超过5 000万印张，一直处于良好的运转状态。

根据甘肃日报社印务中心、汕头经济特区报社等用户反映，Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机印刷速度快、印刷质量好、印刷稳定性高，大大提高了印刷厂的彩色印刷能力，具体有如下几点：

(1)该机能灵活地满足4+2或4+4等印刷要求，有效提高了其实用性。

(2)该机套印准确，印刷网点还原性好，文字压印清晰，图像层次丰富。

(3)该机设计合理，自动化程度较高，有优化的无轴控制系统，在高速运转状态下的稳定性高。

Magnum4Ⅱ高速智能型、节能型卷筒纸胶印机的推广，进一步拓展了用户的印刷业务，为用户带来了良好的经济效益。在印机市场竞争激烈中，通过研发该款机型不仅巩固了国内市场领跑地位，加快拓展海外市场，进一步促进我国印刷行业的技术进步。同时，该产品的研制成功和推广使用也替代进口设备引领国内市场，拉动了用户购买国内产品，为国内各大报社和印刷厂降低成本并节约了大量外汇，繁荣了国内印机市场，又能为社会提供大量的就业机会。

4 结 语

随着国内经济建设进程的不断推进，社会对出版物印刷、包装印刷、商业印刷等业务的需求急剧增加。近年来，国内许多地方，尤其是东南部发达地区以及中西部部分地区，都组建了大型报业集团。为了提高报纸时效性、增大印刷量，这类大型报业集团对高速印刷设备的需求量越来越大。Magnum4II高速智能型、节能型卷筒纸胶印机凭借国际先进的综合优势，以其操作方便、印刷质量好、自动化程度高、印刷速度快的特点，能满足用户对多种版面形式和交货期的要求，成为本公司经济发展的新增长点；同时，通过此次研发，优化了本公司的人才队伍建设，为进一步自主创新计划以及提高产品能级作好技术储备，进而帮助公司继续保持在行业中的国内领先位置。同时，也带动国内卷筒纸胶印机行业水平的提升，增强国内产品与同类型国外产品的竞争能力，继续提高产品稳定性、可靠性及性能和质量，规模化生产。提高国内市场占有率，尽快改变进口机一统天下的现状，2015年国内市场占有率达到25%左右，扩大出口量。为国内印机业推向新的高度做贡献。

[1]齐福斌.卷筒纸胶印机 [M].北京：印刷工业出版社，2006.

[2]周永仁.无轴传动在印刷机的应用[J].包装工程，2006（10）：295.