【正文】 ................. 10 機械傳動 ................................................. 10 負載 ..................................................... 11 供紙印刷系統(tǒng)傳動 ............................................. 12 主傳動輸出軸傳動計算 ..................................... 13 第一供紙輥傳動計算 ....................................... 14 第二供紙輥傳動計算 ....................................... 14 ............................... 15 差動齒輪箱故障分析 ....................................... 15 印刷裝置運行分析 ......................................... 16 卷煙紙補償 裝置的補償能力分析 ............................. 16 供紙印刷 系統(tǒng)技術改造總體設計 ................................. 17 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng) 的改進設計 ......................... 18 供紙印刷系統(tǒng)傳動鏈的改進設計 ............................. 18 本章小結 ..................................................... 19 第三章 卷煙紙補償?shù)?伺服控制系統(tǒng)硬件 設計 ............. 20 IV 伺服電動機選型 ............................................... 20 電動機轉矩計算 ........................................... 20 電動機功率計算 ........................................... 21 選型 ..................................................... 21 軸編碼器選型 ................................................. 22 伺服控制器選型 ............................................... 23 上位控制器（ PLC）選型 ........................................ 24 本章小結 ..................................................... 24 第四章 伺服控制系統(tǒng)主要零件的設計 ................. 25 與電動機連接傳動軸的設計 ..................................... 25 軸的材料選擇 ............................................. 25 軸的結構設計 ............................................. 26 軸的強度校核 ............................................. 27 平鍵連接的強度校核 ....................................... 29 軸的剛度校核 ............................................. 29 編碼器傳動 設計 ............................................... 30 同步帶的選擇 ............................................. 31 同步帶輪的設計 ........................................... 31 支架的設計 ............................................... 32 本章小結 ..................................................... 33 第五章 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng)的調試與優(yōu)化 ........... 34 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng)的調試 ................................. 34 控制程序流程圖設計 ....................................... 34 系統(tǒng)電氣接線 ............................................. 35 PLC 程序灌裝 ............................................. 36 控制器程序灌裝 ...................................... 36 控制器參數(shù)設定 ...................................... 37 伺服系統(tǒng)的優(yōu)化 ............................................... 38 伺服系統(tǒng)優(yōu)化的關鍵 ....................................... 38 V 電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的優(yōu)化 ............................. 38 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)化 ................................. 39 編碼器速度跟蹤點的選擇 ................................... 39 控制器參數(shù)優(yōu)化 ........................................... 40 本章小結 ..................................................... 41 結論與展望 ........................................... 42 參考文獻 ............................................. 44 致 謝 .............................................. 46 基于伺服控制技術的 ZJ17 卷接機組供紙印刷系統(tǒng)技術改造 1 第一章 緒 論 選題的背景和意義 ZJ17 機組 是引進德國虹霓（ HAUNI）公司設計制造的世界著名卷接機組PROTOS70 技術后，由 常德 煙 草機械有限責任公司生產(chǎn) 的濾嘴卷煙自動生產(chǎn)線，是國內卷煙廠 煙支卷制 的主要生產(chǎn)設備，具有 20 世紀 90 年代初期國際先進水平[1]。 ZJ17 機組雖然具有比較穩(wěn)定的性能、單箱消耗低、煙支空頭少、對煙絲適應能力強等特點， 但 其 供紙印刷系統(tǒng) 的 差動齒輪箱故障周期短 ， 卷煙紙補 償裝置的 補償精確性、穩(wěn)定性、能力方面存在不足， 系統(tǒng)的 故障 維修時間和維修費用偏高 。 二 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所提交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。（保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定） 本學位論文屬于（必須在以下相應方框內打 “√”，否則一律按 “非保密論文 ”處理）： 保密論文： □本學位論文屬于保密，在 年解密后適用本授權書。 論文還對 卷煙紙補償 伺服系統(tǒng) 系統(tǒng) 的 調試過程 進行總結 ， 對碰到的問題進行優(yōu)化、 解答。 如圖 11 所示， ZJ17 機組的 供紙印刷系統(tǒng) 主要由 卷煙紙補償裝置 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 印刷任務 。 補償裝置 設計 的 加減速率 是 固定，張 力到達設計的極限位置 B2 B29 時 差動 電動機 將啟動，使 第一供紙輥 在原速度上加 、 減 3rpm[2]。 近年來， 各 國在伺服系統(tǒng)應用方面取得不少成果，如： 20xx 年加拿大 瑞爾森大學提出了一個視覺伺服控制方法 ，可實現(xiàn) 六自由度控制 微 型 機器人 [5]。 而 德國ＨＡＵＮＩ公司 二十世紀八十年代 生產(chǎn)的 PROTOS70 卷接機組以其簡潔緊湊的機械結構、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品質量 ， 迅速在國際 卷 接機組市場上占據(jù)福州大學工程碩士學位論文 4 最大份額 。 國內 煙機 伺服 改 進研究與應用 方面，主要有： 20xx 年 許昌煙草機械有限責任公司 利用交流伺服系統(tǒng)對 ZJ15 卷接機組進行了技術改進 ， 改進后原設備傳動結構大大簡化 [12]。 同年， 許昌煙草機械有限責任公司 在卷煙機中采用交流伺服驅動代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳動方式 ， 采用速度環(huán)和位置環(huán)嵌套的閉環(huán)控制技術進行實時跟蹤 ， 以減小傳動誤差、減小噪音 ，增強機組的控制精度與穩(wěn)定性 ， 簡化機電系統(tǒng)的維護與修理 [21]。 20xx年 川渝 中煙 工業(yè) 有限責任 公司 涪陵卷煙廠 對 PASSIM卷接機組 換紙驅動進行改造， 采用交流 伺服 系統(tǒng) 驅動 卷煙紙 ， 與主機同步速度快 ，以保持 卷煙 紙產(chǎn)生的 張力 均勻 ， 實 現(xiàn) 在高速運行時 自動 拼接 [29]。 川渝 中煙 工業(yè)有限責任 公司 黔江 煙廠 采用基于 PLC 控制的伺服 電動機 柔性控制技術 ， 對供料系統(tǒng)高速軸傳動進行改進 ， 提高了供絲均勻性 [37]。 基于伺服控制技術的 ZJ17 卷接機組供紙印刷系統(tǒng)技術改造 7 第二章 卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng) 的 設計 在對 ZJ17 卷接機組供紙印刷系統(tǒng)進行伺服控制技術改造設計之前， 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 達到 改造 目標 。 二十世紀 80 年代初， 隨著 電動機 技術、電力電子技術、控制技術等支撐技術的 發(fā)展，交流 伺服技術的發(fā)展極為迅速，先前困擾 交流 伺服系統(tǒng)的控制技術過于復雜、調速性能差等問題得以解決 ， 以 交流伺服電動機為執(zhí)行元件的交流伺服控制系統(tǒng)逐漸取代直流伺服電動機。 伺服控制系統(tǒng)的性能要求 對伺服系統(tǒng)的基本要求有 高 穩(wěn) 定性、 可控性好 和快速響應性 、 高 精度 。 定位精度 是 判斷 伺服系統(tǒng)定位準確度的關鍵指標 ， 是指交流伺服 系統(tǒng) 的 最終定位點 和 指令目標值的靜態(tài)誤差 ，現(xiàn)在主流交流伺服 系統(tǒng) 的 定位精度都能達到177。 通常動態(tài)響應是通過系統(tǒng)最高響應頻率來衡量的，其測量方法為：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 基于伺服控制技術的 ZJ17 卷接機組供紙印刷系統(tǒng)技術改造 9 50%，則正弦速度指令能達到最大頻率即為最高響應頻率。 而伺服 電動機 工作在 低速 時 ， 由于 定子繞組上的控制信號 很小 ， 輸出轉矩波動所產(chǎn)生的 擾動信號大小 可能接近或 超過控制信號， 這時 伺服系統(tǒng)輸出將 會 產(chǎn)生波動，破壞 伺服系統(tǒng) 運行的平穩(wěn)性。特別是位置的分辨率及一個 信號周期內的位置誤差對編碼器性能影響非常明顯。 提高耐磨性應從設計、工藝、材料、熱處理、使用等各方面綜合考慮。 機械 部分的 固有頻率 對 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 ，因為 系統(tǒng)的頻帶寬度 相對較低，所以 只 需把機械 傳動 部分 的剛度設計 得比 較大，機械 部分的 固有頻率 引起的 結構諧振問題 影響就比較??；對于 精度 、 動態(tài)響應 要求 較 高的控制系統(tǒng) ，因為需要 提高系統(tǒng)的頻帶寬度， 所福州大學工程碩士學位論文 12 以會使 機械 部分的 固有頻率接近 乃至達到 系統(tǒng)的帶寬， 導致 產(chǎn)生自激振蕩而無法工作 。 第二供紙輥的作用除了對卷煙紙進行牽引外，還用來調整印刷后 的商標相對于煙支切口的位置，以補償在機器起動及停止的過渡過程中造成的商標相對于切口位置的飄移。 第一供紙輥 的 轉速 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的變換齒輪齒數(shù)。 齒輪箱前后各使用一個骨架 油封密封 ， 將 內部 需要潤滑的 零件 與 傳動 零件 隔離， 防止 潤滑油 泄 漏。因此，為了提高產(chǎn)品質量水平，降低操作工人勞動強度，二十一世紀后取消卷制環(huán)節(jié) 在線印刷，而預先在接裝紙上印刷商標已成為 煙草行業(yè)制造企業(yè)的主流。 這種低速微型 電動機 的體積小、重量輕，可以直接輸出較低的轉速，無需再使用減速機 ， 同時