对进口三辊压光机传动系统的改造

贾宝媛 夏春茂 卿燕平

（1.天津市渤海职业技术学院，天津，300220 2.天津市鑫海造纸机械有限公司，天津，300350)

天津造纸厂有限公司于2011年购买了一台特种纸实验纸机，用以生产滤纸、工业技术用纸等多种特种纸。应客户要求在生产某种特种纸时，平滑度不能满足要求。因此，决定把从上个世纪90年代从美国进口的多功能涂布实验机中的三辊压光机用到该纸机卷取部以提高平滑度。

对该压光机的恢复使用公司提出了要求，一是要保留原来的机械传动部分，使其原貌的完整性得以保留，以便能原样用回到原设备中去；二是工作车速范围为12～75 m/min，以适应机内、机外两种使用情况。在机内运行时为12m/min，在机外运行最高为75m/min。

通过查阅相关资料，我们发现两部设备在传动配置及运行条件中存在几个不同点，见表1。

表1 设备配置对照表

这样对恢复该压光机的使用就会有一定难度，首先是运行条件相差较大，工作车速相差十几倍；其次是压光机的机械传动部分比较复杂，它是中间辊和下辊分别带有传动，且它们通过各自的减速箱用一条双面齿型皮带通过一台15KW直流电机拖动，而下辊的减速箱还带有微调旋钮来调节两辊速度上的偏差以保持同步，如图1所示。另外压光机的直流电机控制无法与纸机的交流电机变频器控制系统连接，而且其控制系统因年久失修已难于恢复了。

图1 机械传动系统原理图

造纸机的传动特性为恒扭矩负载，变频器采用V/F控制方式，电机运行频率范围通常在20～50Hz。对于此次压光机传动系统的改造，由于速度范围过大，通过变频器控制使得频率超出了正常使用范围，对电机的正常运行很不利。如果将车速75m/min对应设置为50Hz，则车速12m/min时的频率在7.5Hz。长期运行在此频率下，对普通的交流电机会产生发热等不利因素。如果让最低车速运行在10Hz以上，则最高运行频率将超过50Hz。然而，当电机频率在50Hz以上运行就变为恒功率控制，而且随着频率的升高，输出扭矩会有较大的下降。在异步电机调速过程中,为了得到宽的调速范围,可将恒转矩调速和恒功率调速结合应用。在高于额定频率以上调速时,保持电压不变，随转速的升高,磁通减少,转矩减少,从而得到近似恒功率调速[1]。

通过对设备系统的整体分析及用户的要求，综合考虑将频率范围设定最低在10Hz以上，最高在60Hz左右。也就是使压光机在机内运行时频率在10Hz以上，而在机外运行时使电机运行在60Hz左右，同时电机使用4级交流变频电机，以保证在低频下运行的可靠性。对于功率的选择，按照纸机恒转矩特性，压光机从250m/min降到80m/min以下运行，消耗功率会有较大的下降，但考虑到在50Hz以上运行时输出扭矩的降低，又需将电机的额定功率适当放大，防止电机超负荷运行，最终将电机的额定功率由15KW降到11KW，通过三垦VM05系列变频器控制。

按照以上方案确定传动速比，以中间辊为计算依据。原皮带传动比为减速箱传动比为iⅡ=4.22，辊的直径为0.46米，用行星摆线减速电机替代原直流电机。根据减速机厂家配11KW电机的最小速比为9进行计算，当频率为10 Hz时若保持两级皮带传动速比不变，则中间辊的车速为：×π×0.46=4.77m/min

而按设计应在15m/min，相差近3倍，因此，将一级皮带轮传动比由原来的32/64调整为42/32，即把主动轮（32齿)装在被动轮处，再配制一个42齿的主动轮（图1中的括号内数字)，这样，车速变成×π×0.46=12.2m/min

因此，通过以上对传动系统的改造，满足了设备运行范围的要求。那么，在以上两个速度运转时电机运行是否可靠？我们进行了测试，见表2：

表2 变频器电压、电流输入输出数据表

通过对压光机传动及控制系统的改造后，经过多次长时间的连续运行，电机未出现超负荷、发热等现象，设备调速便利，运行平稳，纸张的平滑度得到大幅提高，满足了客户对纸张的要求。此次传动控制系统的选择改造是成功的。

[1]孙振宇.变频调速三相异步电动机恒转矩及恒功率特性的控制[J].防爆电机,2002,(3):19~20