凹印设备创新为节能增效创造更多可能

薛志成

在全球能源紧缺、环境恶化的当下，节能增效已成为各行各业的共识，凹印行业也不例外。近两年，随着国内印刷机械制造整体水平的提升，国产凹印设备也一直在不断地创新，并获得了喜人的成果。下面，笔者就将这些创新技术进行详细介绍，希望能对业内同行起到抛砖引玉的作用。

全自动上下卷技术

为追求更高的工作效率，凹印企业要求设备的运转速度越来越高，但这样做带来的问题就是，上下卷的频率越来越高，操作人员的劳动强度越来越大。为此，全自动上下卷技术应运而生。

全自动上下卷技术通过机械手的逻辑控制，实现料卷从上卷到定位的自动控制，用机械结构替换了原来的人工操作，由原来的双人操作上下卷变为现在的单人操作上下卷，节约了人工成本和印前的准备时间，提高了生产效率。

在生产过程中，全自动上下卷技术通过精确测量检测，将不同卷径、不同料宽的卷筒料自动升至装夹工位，然后升降装置自动将成品卷筒料由设备工位移出，在升降过程中自动检测原料和成品的重量，与生产管理工作相互衔接，替代了人工搬运的方式，不仅解决了设备要发挥正常效率而辅助功能无法满足的瓶颈，而且大大提高了生产效率，降低了劳动成本，减少了操作人员的劳动强度，保证了工作环境的绝对安全，使生产和管理得到了有机的统一。

全自动裁切技术

采用全自动裁切技术后，整个全自动裁切过程只需将料卷放置在放料架上，之后的裁切过程无需人工参与，即可完成整个裁切动作。

全自动裁切的主要过程：①放卷A轴计算卷径小于等于控制系统HMI设定的回转卷径时，回转架转动，裁刀大臂下落到裁切位置，同时放卷B轴预驱动与主机线速度同步；②放卷A轴料卷根据速度和料膜厚度计算出压辊直径；③裁刀压辊压下，完成裁切动作；④放卷裁切完成后，系统自动计长；⑤当料长走过机身料长+3m时，收卷并完成自动裁切。

以厚度为0.018mm的BOPP薄膜为例，全自动裁切可将料卷残料长度控制在10m以内。全自动裁切技术在凹印设备上的应用，减少了设备对操作人员的依赖，提高了工作效率，也提升了设备的自动化和智能化水平。

智能预套印技术

智能预套印技术的应用主要是在初期对版过程中，减少操作人员使用标尺手动对版的步骤，直接利用版辊上的键槽和版面上的马克线（如图1所示）一一对应的关系，通过版辊机械零位的自动确认，实现初期对版过程。

初期对版过程完成之后，系统根据色间料长的计算，版辊的相位自动旋转到可实现自动预套准的位置，自动实现预套准功能。

带有下递墨辊的半封闭墨槽

带有下递墨辊的半封闭墨槽主要由下递墨辊和墨槽构成（如图2所示），与带有电机的传统递墨辊相比，其结构简单，减少了传统递墨辊的驱动电机和传动系统，主要特点如下：

（1）可有效防止在高速运转状态下的甩墨现象。

（2）半封闭墨槽可减少有机溶剂的挥发，保证在高速印刷过程中油墨的稳定性。

（3）油墨的循环使用量由原来的18L左右减少到现在的9.8L左右，减少了油墨的循环使用量，同时也减少了油墨的浪费。

（4）由于下递墨辊和版辊之间始终保证有1～1.5mm的间隙，在下递墨辊和版辊对滚过程中，可有效促进油墨转移到版辊的网穴中，从而更好地实现浅网阶调还原。

智能数据管理系统

智能数据管理系统（如图3所示）是针对凹印设备开发的数据管理平台，主要功能如下：

（1）可通过无线（WIFI）和有线（宽带）两种方式进行访问。

（2）现场智能数据平台可读取选定机台控制系统的运行参数和状态，实现必要的监控和参数备份存储，同时还可读取控制系统HMI内的所有配方参数，然后进行存储。

（3）现场智能数据平台（机台工控机）可接受远端智能数据平台（如办公室电脑）下达的工艺参数和相关订单要求，并实施授权来决定是否将远端智能数据平台下达的工艺参数下达到控制系统HMI。对于现场智能数据平台下达的新的工艺参数，须人工操作建立新的配方，若不建立配方，则只能作为当前配方临时参数使用，系统断电后不做存储。

（4）现场智能数据平台保存配方的方式是唯一的，即从控制系统HMI读取再保存。

（5）智能数据管理系统对其存储的备份参数可以表单形式打印。

（6）可实现两个摄像头的视频实时监控。

（7）可拓展为多机台管理系统。

（8）可实现远程诊断功能。

云服务系统

如今“云”的概念已经家喻户晓，目前陕西北人印刷机械有限责任公司（以下简称“陕西北人”）的云服务中心已经建成，云服务系统也已在凹印设备上开始应用。

陕西北人云服务平台是基于一套智能互动通讯装备、陕西北人云服务中心和智能数据管理系统构成的。当客户的设备出现问题时，使用智能互动通讯装备与陕西北人云服务中心连接，此时云服务中心就会被授权显示客户设备的所有性能参数，然后在线专家根据信息反馈远程视频指导客户维修或维护设备。

云服务平台可为用户提供使用说明、维修手册、在线查询、行业信息和远程培训等服务，还可为用户现场的设备进行程序的储存、远程视频的诊断、远程维修、保养提醒和网络机长的服务。

此外，云服务中心还汇聚了凹印行业的各种专家，包括机械专家、电气专家、色彩专家、油墨专家、涂布专家等，这些专家既可为用户解决设备运转过程中出现的各种问题，还可为用户解决生产过程中遇到的工艺问题。

数字化张力endprint

目前，在国产凹印设备中，设备张力的设定大多是通过手动阀设定气压来实现的，只有熟练的设备操作人员才能对设备张力进行设定，而且设定得也不是十分准确。

数字化张力是将手动阀设定气压更新为人机界面直接设定所需张力值，设备每段的张力值在人机界面中通过数字形象、准确地表达出来，不仅减少了设备在生产过程中对操作人员的依赖，而且提高了设备的智能化操作。

热风节能技术

目前，凹印机、复合机、涂布机采用的干燥方式均为具有热流密度的空气在基材待干燥层强制热交换，带走挥发的溶剂。

干燥过程中，干燥核心三要素为热流密度、风速以及气体溶剂浓度梯度。要满足产品完全干燥和残留溶剂不超标的要求，我们目前经常采用的办法是：①升高温度、增加热流密度干燥；②提高风压与流量、提高风嘴风速干燥；③建立进风量和排风量的相对平衡环境，烘箱的进风量与排风量接近1∶1.3的平衡，形成良好的气体溶剂浓度梯度。

但是，升高温度、增加热流密度干燥，可能会导致材料拉伸、表面结皮等缺陷，而且温度越高，耗能越大；提高风压与流量、提高风嘴风速干燥，会导致风机增大，从而带来功率的增大；建立进风量和排风量的相对平衡环境，烘箱的进风量与排风量接近1∶1.3的平衡，大量的排废会带来后续气体的处理难题和排风机能耗的增加。以上3种方案都会带来能耗增加的问题。然而，低碳环保、节能减排却是当前凹印行业十分关注的话题，因此热风节能技术在凹印设备上的应用就显得格外重要。

目前，在凹印设备上应用的热风节能技术主要有热泵供热技术、热管技术和带有LEL控制的全自动热风循环系统3种。

1.热泵供热技术

近年来，一种新兴的热风节能技术开始应用于凹印行业，即热泵供热技术。凹印干燥专用热泵机组主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀4部分组成。

热泵供热技术的工作原理是：接通电源后，风扇开始运转，排风系统排出的带有余热的热风通过蒸发器进行交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时蒸发器内部的工质吸热汽化后被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温高压气体送入冷凝器，同时新鲜空气通过冷凝器，冷凝器对新鲜风进行预热，而此时工质也由气体变成液体，通过节流阀降温后再次流入蒸发器，流入蒸发器以后，重复循环以上过程。

热泵分为空气能、水源、地源和复合热泵，均是按逆卡诺循环原理工作的。其中，空气能热泵能将输入的电能按约1∶2.5的转换比转换为热能，其他热泵则能将输入的电能按约1∶4的转换比转换为热能。因此，热泵能效远高于电加热，目前凹印设备上使用的热泵一般为空气能热泵，实际测试可节能60%～70%。

2.热管技术

热管（heat pipe）技术以往被广泛应用于宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业以来，使得人们改变了传统散热器的设计思路。近年来，热管技术在凹印设备上也得到了广泛应用。

热管由管壳、吸液芯和端盖3部分组成，热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下6个相互关联的过程。

（1）热量通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-气分界面。

（2）液体在蒸发端内的液-气分界面上蒸发。

（3）蒸气腔内的蒸气从蒸发端流到冷凝端。

（4）蒸气在冷凝端内的气-液分界面上凝结。

（5）热量从气-液分界面通过吸液芯、工作液体和热管管壁传给冷源。

（6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发端。

采用热管技术的热风系统在运行时，热风进入烘箱，经出风口排出，出风口处配置二次回风装置，一部分出风参与二次热能循环直接利用，另一部分出风作为安全排风排出系统。作为安全排风的这部分热风，采用热管换热器对其余热进行高效回收利用。

热管换热器的工作原理是：排风经过热管换热器的蒸发端，受热后吸液芯中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向冷凝端，新鲜空气通过冷凝端时，热管中的介质蒸气遇冷释放出热量，重新凝结成液体，液体则沿热管内部多孔材料靠毛细力的作用流回到蒸发端，如此循环不止，热量由热管的一端传至另一端，传热效率最高可达到60%以上。

3.带有LEL控制的全自动热风循环系统

LEL是Lower Explosive Limit最低爆炸极限的缩写，在这里特指溶剂挥发形成的气体与空气混合后形成的混合气体所能发生爆炸的最低混合比例。

带有LEL控制的全自动热风循环系统的工作原理是：新鲜空气通过风机从平衡风门吸入，经加热器加热之后，吹入烘箱，对料膜进行干燥，然后从烘箱的排风口排出，一部分进入回风管道进行二次利用，另一部分从排风管道排出。

在进风口安装有平衡风门，在排风口和二次回风口都安装有电动风门，LEL检测头安装在出烘箱口的排风管道上，对排风中的残留溶剂进行检测。如果排风中的溶剂浓度超过最低爆炸极限的40%，则排风风门打开，同时二次回风的风门减小。此时，由于排风量增大，进风口的平衡风门打开，吸入的新鲜空气量增大（排风量和进风口的风量相等才能保证整个系统的平衡）。吸入的新鲜空气量增大后，溶剂浓度降低，二次回风的风门增大，排风的风门减小，同时平衡风门也减小，直至溶剂浓度再次达到LEL最低爆炸极限的40%时，循环以上过程。

采用带有LEL控制的全自动热风循环系统，可以达到以下效果：

（1）由于二次回风量的增大，在满足LEL最低爆炸极限和残留溶剂不超标的前提下，最大限度地对二次回风进行利用，可节能45%左右，尾气减排30%～50%，同时避免了干燥系统爆炸、燃烧的风险。

（2）由于二次回风量的增大，排风量相应减小，对于今后的禁排，可以大幅缩减30%～40%尾气处理（回收及燃烧设备）投资。

（3）由于二次回风量的增大，排风中的溶剂浓度在满足LEL最低爆炸极限和残留溶剂不超标的前提下，较直接排出系统的溶剂浓度要高，接近或达到RTO（蓄热式热力焚化炉）的自运行点。endprint