【正文】 合 ，完美 滿足工 業(yè)機(jī)械對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的各種要求 。 堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)的軸承系統(tǒng)，高度的保護(hù)，確保即使在惡劣環(huán)境下也能可靠運(yùn)行。 兩 備選點(diǎn) 都 位于 ZJ17 卷接 機(jī)組后身，工作 溫 度約為 40oC， 承受 張力 為 3N,負(fù)載扭矩為 。 這要求編碼 器的采樣點(diǎn) 轉(zhuǎn)速需要與 第一供紙輥 的轉(zhuǎn)速成固定比例關(guān)系 。 該 電動(dòng)機(jī) 具有 以下 優(yōu)點(diǎn) ： 高質(zhì)量的磁鐵材料，特制形狀的磁極，能極大提高功率密度，減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并提高效率。 伺 服 電動(dòng)機(jī) 選型 伺服 電動(dòng)機(jī) 是 伺服控制 系統(tǒng)的核心，伺服電機(jī)的選擇 既要 滿足給定負(fù)載 需求 ，又要考慮改造設(shè)備結(jié)構(gòu)要求 。 B2 B27 接近開關(guān)采集卷煙紙 張力 變化數(shù)據(jù)，由 PLC 控制器反饋給 伺服控制器編程，當(dāng) 補(bǔ)償輥 停留在 B27 或 B29處超過設(shè)定時(shí) 間 1時(shí)， 伺服 電動(dòng)機(jī) 以設(shè)定值提高或降低速度，實(shí)現(xiàn)卷煙紙 張力 自動(dòng)調(diào)整； 若 B27 或 B29 處超過設(shè)定時(shí)間 2時(shí)， PLC 控制器再次反饋 伺服控制器 ，進(jìn)一步提高補(bǔ)償速度。如果 補(bǔ)償作用 需較長時(shí)間才能 達(dá)到運(yùn)行要求， 即 補(bǔ)償 輥較長時(shí)間 處于 B27 或 B29 工作位置時(shí) ，卷煙紙可能 出現(xiàn)松弛 造成 商標(biāo) 或斷裂 造成 跑條 停機(jī) 。 這種低速微型 電動(dòng)機(jī) 的體積小、重量輕，可以直接輸出較低的轉(zhuǎn)速，無需再使用減速機(jī) ， 同時(shí)可以輸出大轉(zhuǎn)矩。 卷煙紙補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償能力 分析 ZJ17 機(jī)組運(yùn)行 過程中 ，當(dāng)卷煙 紙張力會(huì)出現(xiàn) 變 化 ，由于原機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，卷煙紙補(bǔ)償裝置 在 補(bǔ)償?shù)木_性 、 平穩(wěn)性 、 補(bǔ)償 能力 方面 存在 不足 ： 補(bǔ)償?shù)木_性 卷煙生產(chǎn)工藝要求：為了保證煙支外觀質(zhì)量和圓周的穩(wěn)定，卷煙紙必須 在 供紙 輥引導(dǎo)和 卷煙紙 補(bǔ)償裝置的 控制下 ， 與煙 絲 條速度保持同步 。因此，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，降低操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度，二十一世紀(jì)后取消卷制環(huán)節(jié) 在線印刷，而預(yù)先在接裝紙上印刷商標(biāo)已成為 煙草行業(yè)制造企業(yè)的主流。而這也影響潤滑油產(chǎn)生 油氣 的 排出 ，造成設(shè)備工作一段時(shí)間后，齒輪箱 容易 因骨架油封失效而發(fā)生 泄漏 。 齒輪箱前后各使用一個(gè)骨架 油封密封 ， 將 內(nèi)部 需要潤滑的 零件 與 傳動(dòng) 零件 隔離， 防止 潤滑油 泄 漏。 差動(dòng)齒輪箱故障 分析 供紙印刷系統(tǒng)的 卷 煙紙補(bǔ)償裝置 起作用時(shí)，差動(dòng)齒輪箱的工作過程如下 ： 當(dāng)補(bǔ)償輥位于接 近 開關(guān) B29 前面時(shí)，表示卷煙紙張力減小， 即第一 供紙輥速度高于煙條速度， 則 接近開關(guān) B29 發(fā)出 信號(hào) 給 控制單元 A19， 啟動(dòng) 差動(dòng)直流 電動(dòng)機(jī) 通過直齒 圓柱齒輪 （ Z=37） ，使 與 差動(dòng) 齒輪箱 一體的 差動(dòng)圓柱齒輪（ Z=79）逆時(shí) 針方向旋轉(zhuǎn)，第一供紙輥 轉(zhuǎn)速 降低 3rpm， 讓 第二供紙輥速度 比第一供紙輥轉(zhuǎn)速快 3rpm。 第一供紙輥 的 轉(zhuǎn)速 方程式 為 ： 123 4 3 8 3 4 3 4 3 5 2 0 5 5 4 26 8 7 6 3 4 5 0 1 7 3 5 2 8 3 3LeLDZnn? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?主 2222202418215533421313 ????? LZ （ 22） 式中 ZL—— 與煙支中煙體長度相關(guān)的變換齒輪齒數(shù)。 1— 差動(dòng)圓柱齒輪（ Z=79）； 2— 同步帶輪； 3— 直齒圓柱齒輪（ Z=79）； 4— 差動(dòng) 電動(dòng)機(jī)； 5—斜齒圓柱齒輪（ Z=20）； 6— 斜齒圓柱齒輪（ Z=22）； 7— 第一供紙輥軸； 8— 斜齒圓柱齒輪（ Z=22）； 9— 斜齒圓柱齒輪（ Z=24）； 10— 箱體； 11— 第一供紙輥 ； 12— 軸承座。 第二供紙輥的作用除了對(duì)卷煙紙進(jìn)行牽引外，還用來調(diào)整印刷后 的商標(biāo)相對(duì)于煙支切口的位置，以補(bǔ)償在機(jī)器起動(dòng)及停止的過渡過程中造成的商標(biāo)相對(duì)于切口位置的飄移。軸 54 再將運(yùn)動(dòng)分兩路傳出：一路通過同步帶輪（ Z=34）經(jīng)同步帶帶動(dòng)同步帶輪（ Z=17） ， 將運(yùn)動(dòng)傳至軸 56 進(jìn)入副傳動(dòng)箱 3；另一路通過一對(duì)斜齒圓柱齒輪（ Z7=29/ Z8=41）將運(yùn)動(dòng)傳至軸 55，帶動(dòng)布帶盤 8。 機(jī)械 部分的 固有頻率 對(duì) 伺服 控制 系統(tǒng) 的 性能 有一定影響：如果伺服 控制系統(tǒng)的 精度 要求不高 ，因?yàn)?系統(tǒng)的頻帶寬度 相對(duì)較低，所以 只 需把機(jī)械 傳動(dòng) 部分 的剛度設(shè)計(jì) 得比 較大，機(jī)械 部分的 固有頻率 引起的 結(jié)構(gòu)諧振問題 影響就比較小；對(duì)于 精度 、 動(dòng)態(tài)響應(yīng) 要求 較 高的控制系統(tǒng) ，因?yàn)樾枰?提高系統(tǒng)的頻帶寬度， 所福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 12 以會(huì)使 機(jī)械 部分的 固有頻率接近 乃至達(dá)到 系統(tǒng)的帶寬， 導(dǎo)致 產(chǎn)生自激振蕩而無法工作 。閉環(huán)內(nèi)反饋數(shù)據(jù)通道中傳動(dòng)裝置 G3的間隙，既影響伺服穩(wěn)定性，又影響伺服精度。 提高耐磨性應(yīng)從設(shè)計(jì)、工藝、材料、熱處理、使用等各方面綜合考慮。 機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng) 對(duì)伺服系統(tǒng)性能的 影響主要是摩擦磨損、傳動(dòng)間隙。特別是位置的分辨率及一個(gè) 信號(hào)周期內(nèi)的位置誤差對(duì)編碼器性能影響非常明顯。 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 10 編碼器 編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置，前者常被稱為碼盤，后者被稱碼尺。 而伺服 電動(dòng)機(jī) 工作在 低速 時(shí) ， 由于 定子繞組上的控制信號(hào) 很小 ， 輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)所產(chǎn)生的 擾動(dòng)信號(hào)大小 可能接近或 超過控制信號(hào)， 這時(shí) 伺服系統(tǒng)輸出將 會(huì) 產(chǎn)生波動(dòng)，破壞 伺服系統(tǒng) 運(yùn)行的平穩(wěn)性。 伺服系統(tǒng)性能的影響因素 對(duì) 伺服控制系統(tǒng)的主要部件的影響因素進(jìn)行全面的分析，才能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采取措施予以克服。 通常動(dòng)態(tài)響應(yīng)是通過系統(tǒng)最高響應(yīng)頻率來衡量的，其測(cè)量方法為：輸入一定頻率的正弦速度指令，若系統(tǒng)輸出速度波形的相位滯后小于 90O或者幅值 大于 基于伺服控制技術(shù)的 ZJ17 卷接機(jī)組供紙印刷系統(tǒng)技術(shù)改造 9 50%，則正弦速度指令能達(dá)到最大頻率即為最高響應(yīng)頻率。交流 伺服 系統(tǒng) 的調(diào)速范圍從高到低分為三個(gè)檔次：低檔范圍 1： 1000～ 1： 5000，中檔 1： 5000～ 1： 10000，高檔 1： 10000 以上。 定位精度 是 判斷 伺服系統(tǒng)定位準(zhǔn)確度的關(guān)鍵指標(biāo) ， 是指交流伺服 系統(tǒng) 的 最終定位點(diǎn) 和 指令目標(biāo)值的靜態(tài)誤差 ，現(xiàn)在主流交流伺服 系統(tǒng) 的 定位精度都能達(dá)到177。 快速響應(yīng)性有兩方面含義，一是指動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中，輸出量隨輸入指令信號(hào)變化的迅速程度，二是指動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度 。 伺服控制系統(tǒng)的性能要求 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求有 高 穩(wěn) 定性、 可控性好 和快速響應(yīng)性 、 高 精度 。 八十年代以后，交流伺服技術(shù)開始成規(guī)模進(jìn)入我國的民用工業(yè)領(lǐng)域。 二十世紀(jì) 80 年代初， 隨著 電動(dòng)機(jī) 技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)等支撐技術(shù)的 發(fā)展，交流 伺服技術(shù)的發(fā)展極為迅速，先前困擾 交流 伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)過于復(fù)雜、調(diào)速性能差等問題得以解決 ， 以 交流伺服電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件的交流伺服控制系統(tǒng)逐漸取代直流伺服電動(dòng)機(jī)。 例如在 數(shù)控機(jī)床 中 ，伺服 控 制 系統(tǒng) 可以按照編程產(chǎn)生的 位移、速度指令，經(jīng) 處理后 由 伺服 電動(dòng)機(jī) 和 機(jī)械 傳動(dòng) 系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)機(jī)床 的 主軸，帶動(dòng) 執(zhí)行部件 ——刀具 做出 各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，加工出 使用者 所要求的工件。 基于伺服控制技術(shù)的 ZJ17 卷接機(jī)組供紙印刷系統(tǒng)技術(shù)改造 7 第二章 卷煙紙補(bǔ)償伺服控制系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 在對(duì) ZJ17 卷接機(jī)組供紙印刷系統(tǒng)進(jìn)行伺服控制技術(shù)改造設(shè)計(jì)之前， 需要 分析伺服控制系統(tǒng)組 成部件的影響因素和供紙印刷系統(tǒng)存在的問題， 充分分析改造的可行性和必要性， 才能有效 達(dá)到 改造 目標(biāo) 。 本課題 將 闡述 所采用 伺服控制 系統(tǒng)各硬件 的 選型 和機(jī)械 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 過程， 分析了系統(tǒng)的 工作原理 ， 總結(jié) 伺服控制系統(tǒng)在使用過程中的問題 并進(jìn)行優(yōu)化， 比較改進(jìn)前后技術(shù)路線及其性能優(yōu)點(diǎn) 。 川渝 中煙 工業(yè)有限責(zé)任 公司 黔江 煙廠 采用基于 PLC 控制的伺服 電動(dòng)機(jī) 柔性控制技術(shù) ， 對(duì)供料系統(tǒng)高速軸傳動(dòng)進(jìn)行改進(jìn) ， 提高了供絲均勻性 [37]。 20xx 年 中國 電子科技集團(tuán)介紹了 PASSIM卷接機(jī)組 卷煙 紙拼接控制系統(tǒng)的電氣改造 ， 采用獨(dú)立的交流伺服系統(tǒng)替代磁粉離合器裝置 [33]。 20xx年 川渝 中煙 工業(yè) 有限責(zé)任 公司 涪陵卷煙廠 對(duì) PASSIM卷接機(jī)組 換紙驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造， 采用交流 伺服 系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng) 卷煙紙 ， 與主機(jī)同步速度快 ，以保持 卷煙 紙產(chǎn)生的 張力 均勻 ， 實(shí) 現(xiàn) 在高速運(yùn)行時(shí) 自動(dòng) 拼接 [29]。 20xx 年 常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 引入色標(biāo)負(fù)反饋環(huán)節(jié)對(duì)鋼印的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè) ， 以構(gòu)成鋼印閉環(huán) 伺服 控制 ， 防止 煙支鋼印跑偏 [25]。 同年， 許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 在卷煙機(jī)中采用交流伺服驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳動(dòng)方式 ， 采用速度環(huán)和位置環(huán)嵌套的閉環(huán)控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤 ， 以減小傳動(dòng)誤差、減小噪音 ，增強(qiáng)機(jī)組的控制精度與穩(wěn)定性 ， 簡化機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)與修理 [21]。 20xx 年 湖北 中煙 工業(yè)有限責(zé)任 公司 武漢卷煙廠針對(duì) PROTOS70 卷煙機(jī)的工作特點(diǎn) ， 采用交流伺服系統(tǒng)替代原直流調(diào)速主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ， 同時(shí)改用電氣制動(dòng)取代原機(jī)組的氣囊剎車系統(tǒng) [17]。 國內(nèi) 煙機(jī) 伺服 改 進(jìn)研究與應(yīng)用 方面，主要有： 20xx 年 許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 利用交流伺服系統(tǒng)對(duì) ZJ15 卷接機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn) ， 改進(jìn)后原設(shè)備傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大大簡化 [12]。 二十 一世紀(jì)，以德國開發(fā)的 PROTOSM系列為代表的新型卷接機(jī)組， 采用高性能的變頻通訊控制，用大量伺服控制系統(tǒng)取代機(jī)械傳動(dòng)，采用變頻器，通過PROFIBUSDP 與 S7400 PLC 通信，更加精確的控制 電動(dòng)機(jī) 的啟停和速度的改變，大大提高機(jī)組性能， 而且 維護(hù)和操作更加方便 [11]。 而 德國ＨＡＵＮＩ公司 二十世紀(jì)八十年代 生產(chǎn)的 PROTOS70 卷接機(jī)組以其簡潔緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品質(zhì)量 ， 迅速在國際 卷 接機(jī)組市場上占據(jù)福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 4 最大份額 。 20xx 年 土耳其 伊斯坦布爾大學(xué) 設(shè)計(jì)了一種可用于 無人機(jī) 上 的視覺伺服控制方法 [9]。 近年來， 各 國在伺服系統(tǒng)應(yīng)用方面取得不少成果，如： 20xx 年加拿大 瑞爾森大學(xué)提出了一個(gè)視覺伺服控制方法 ，可實(shí)現(xiàn) 六自由度控制 微 型 機(jī)器人 [5]。因此，借鑒新一代卷接機(jī)組的技術(shù)對(duì) ZJ17 機(jī)組的 供紙印刷系統(tǒng)進(jìn) 行改進(jìn)， 是挖掘老設(shè)備潛力 的 一個(gè)途徑 。 補(bǔ)償裝置 設(shè)計(jì) 的 加減速率 是 固定，張 力到達(dá)設(shè)計(jì)的極限位置 B2 B29 時(shí) 差動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 將啟動(dòng)，使 第一供紙輥 在原速度上加 、 減 3rpm[2]。 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 2 如圖 12 所示 ， 卷煙紙補(bǔ)償裝 置 主要由 差動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 差動(dòng) 齒輪 箱 4 組成 ，其調(diào)節(jié)原理是 ： 卷煙紙 傳送過程中， 卷煙紙 張力 （ F=3N） 帶動(dòng) 無動(dòng)力的 補(bǔ)償輥 ， 左側(cè)的 三個(gè) 接近開關(guān) B2 B2 B29 通過 感應(yīng) 補(bǔ)償輥 位置來判斷 卷煙紙 張力大小 ，反饋信號(hào) 輸出 到 差動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 控制 單元，再由其判斷是否啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 。 如圖 11 所示， ZJ17 機(jī)組的 供紙印刷系統(tǒng) 主要由 卷煙紙補(bǔ)償裝置 印刷 裝置 2 和 第二供紙輥 4 等組成 ， 完成 卷 煙 紙 供 給 和 商標(biāo) 印刷任務(wù) 。 ZJ17 機(jī)組雖然具有比較穩(wěn)定的性能 、單箱消耗低、煙支空頭少、對(duì)煙絲適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但隨著國內(nèi)外煙草設(shè)備制造業(yè)的飛速發(fā)展，超高速卷接機(jī)組的推廣應(yīng)用，煙草生產(chǎn)企業(yè)對(duì)現(xiàn)有卷接設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性方面有了更高的要求。 論文還對(duì) 卷煙紙補(bǔ)償 伺服系統(tǒng) 系統(tǒng) 的 調(diào)試過程 進(jìn)行總結(jié) ， 對(duì)碰到的問題進(jìn)行優(yōu)化、 解答。 本 論文 通過 分析 ZJ17 機(jī)組 供紙印刷系統(tǒng) 存在的問題 ， 借鑒德國虹霓公司新推出 的 新一代 PROTOSM 系列采用 伺服控制 系統(tǒng)直接 驅(qū)動(dòng) 第一 供紙輥 的技術(shù) ，提出了 對(duì) ZJ17 機(jī)組的 供紙印刷系統(tǒng) 的 卷煙紙補(bǔ)償 傳動(dòng) 進(jìn)行 伺服控制 和對(duì)供紙印刷系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈進(jìn)行改進(jìn) 。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定） 本學(xué)位論文屬于（必須在以下相應(yīng)方框內(nèi)打 “√”，否則一律按 “非保密論文 ”處理）： 保密論文： □本學(xué)位論文屬于保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得福州大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 二 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所提交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 三 關(guān)于論文 使用授權(quán)的說明 本人完全了解福州大學(xué)有關(guān)保留使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 ZJ17 機(jī)組雖然具有比較穩(wěn)定的性能、單箱消耗低、煙支空頭少、對(duì)煙絲適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 但 其 供紙印刷系統(tǒng)