YJ19卷烟设备风室伺服传动系统的研究

戚亚东

河南中烟工业有限责任公司驻马店卷烟厂 河南 驻马店 463003

1 概述

YJ19系列卷烟设备是目前我国烟草行业主力生产设备，按照工艺流程YJ19可分为11个子系统，其中风室是吸丝成型与重量控制子系统的关键部位，但其传动部分是传统的齿轮箱、同步带传动，传动链长，误差大，传动精度低，重量波动大不能满足日益提高的工艺质量要求。且每次烟支规格发生改变时，都需拆卸所有齿轮更换相关零件。费时费力且频繁的拆卸进一步造成传动精度的下降。因此行业内有不少针对该部位的改造项目，但大多是通过改进材料，优化传动，改善润滑等方式，虽起到了一定的效果，但始终存在供丝不稳，波动过大的问题，不能完全解决改部位存在的一系列问题。为此，通过重新设计一种伺服传动系统替代传统的齿轮箱传动的方式解决YJ19卷烟设备风室部位的一系列问题，降低维修成本，保障工艺质量。

2 现状分析

ZJ19卷烟机组风室是吸丝成形的重要结构，其原理是：在供料系统，烟丝经抛送、风分后吸附在集流管上。集流管为一高速转动的中空管，其上密布整齐排列的小孔。来自空气扩散器小孔的上升气流，在集流管上方负压作用下，自下而上贯穿集流管。烟丝在此气流作用下吸附在集流管外表面，由于集流管的高速转动和定子的闭气作用，烟丝改变方向并上抛，与二次风分的烟丝汇合，在负压的作用下沿吸丝道向上运动，并吸附在吸丝带下方。吸丝带在带轮带动下携带烟丝自由向左运动。由于烟丝不断上升和吸附。

理论上讲风室中的烟丝束是均匀的，与机器速度是同步的，但是实际应用中，烟丝束与机器的速度不完全一致，造成烟支空头，标偏不稳定，这是因为风室采用传统齿轮、同步带传动，由于传动链较长，机械旷量大，影响了传动精度，造成烟丝束运行中错移，影响烟支标偏、吸阻的稳定性。并且风室传动箱内有一个单向轴承容易损坏，更换轴承时还需要更换一对齿轮，维修费用高，维修工时长。

经查询相关资料及类似机型风室驱动方式，决定采用现在技术成熟的伺服驱动技术，把风室传动箱去掉(图1)(图2)(图3)，(图4)在风室背面安装一个伺服电机。伺服器控制 取主机同步信号(图5)。

1.改造的具体内容

(1)拆掉原机的风室传动箱，装上伺服电机支座及电机，连上同步带。

(2)在控制电箱里安装科尔摩根伺服控制器。

(3)连接科尔摩根控制器与主机网线。

(4)连接刀头编码器信号到运动控制器。

图1 风室传动齿轮箱

图2 风室传动工作图

图3 风室实物图

图4 风室传动与风室连接

2.改造方案

2.1 概述

该伺服运动控制系统采用美国科尔摩根控制器，科尔摩根是全球领先的运动控制系统供应商，采用AKD系列运动控制器，具有许多优点：

(1)运动控制器与伺服驱动器集成一体，体机小，节省安装空间；

(2)功能强大，控制精度高，编程方便；

(3)AKD控制器可以外接编码器信号，很方便实现风室电机与刀头的跟随功能；

(4)具有以太网接口可以与其它设备通讯。

2.2 系统的选型

根据同类机器的风室控制重新计算选型，选用的驱动器与电机型号及参数如下：

图5 改造后的伺服电机独立驱动

运动控制器型号：AKD－M01206

电机型号：CK M20B－AKCN2－00

电机参数：功率：2 K W；力矩：9.55 Nm；转速：2000r/min

2.3 系统控制原理：

将刀头的速度信号，即编码器信号引入到科尔摩根运动控制器，通过编程，用电子齿轮指令实现风室电机跟随刀头同步运动。

2.4 电子齿轮比计算

由于风室的动力来自风室伺服电机，脱开了从刀头到风室这一段的减速箱，采用伺服控制后，电子齿轮传动比就等于脱开这一段的机械传动比。

电子齿轮比＝风室电机速度/刀头编码器速度＝

＝∗∗∗∗∗∗∗＝

公式中的数字为传动箱的齿轮齿数，za为烟支长度齿轮的齿数，

改为伺服独立驱动后，za就是触摸屏上要输入的烟支长度。从上面公式也可以看出，电子齿轮比只与烟支长度有关。

结束

改造后在5号机试用效果明显，质量标偏由25毫克下降到23毫克以内，由于减少了机械部件，维修量和维修成本大幅下降，改造前齿轮箱内部有一个单向离合器组件每台车每年要更换三套，一套8千余元，改造后无需更换任何易损件。每年一台车节省配件费用2.4万元。改造前每次更换烟支规格时，都要更换风室齿轮箱内部零件，耗时1个小时，改造后无需更换任何零件，仅需要在触摸屏上修改烟支长度参数即可，省时省力，改造后质量标偏控制精度提高，劈刀传动部位故障率几乎为0，基本处于免维护状态，具有很高的推广价值。