【正文】 求。為了不使軸因剛度不夠而失效，設計必須限制其變形量，即擾度　y≤[y] ，剛度要求較嚴的軸[y]= 。在ANSYS中對傳動軸的變形進行分析(如圖47所示)：傳動軸位移矢量最大值發(fā)生在傳動軸輸出端，103mm。變形量微小，不影響傳動軸的運轉(zhuǎn)，滿足剛度要求。圖47傳動軸總位移矢量云圖如圖33所示，伺服系統(tǒng)所采用的編碼器為實軸類，安裝時要求： 軸和驅(qū)動軸采取彈性軟連接，以免驅(qū)動軸的竄動、跳動，造成編碼器軸系和碼盤的損壞； 確保軸的負載不要超過最大允許負載值。編碼器驅(qū)動主要有同步帶驅(qū)動、軟連接驅(qū)動二種形式：同步帶傳動是在終引輥傳動軸上增加一個同步帶輪，用同步帶與編碼器軸上的同步帶輪連接，驅(qū)動編碼器。此種形式具有易加工，安裝靈活、方便，但編碼器檢測終引輥速度信號同步性較軟連接驅(qū)動形式低；軟連接驅(qū)動是用軟連管將編碼器驅(qū)動軸與終引輥傳動軸相連結(jié)，此種形式編碼器檢測第二供紙輥速度信號同步性高，但與主動輪同軸度要求高，不易加工。根據(jù)安裝位置條件和加工工藝等因素，最終選用同步帶驅(qū)動形式。安裝方案為：制作一個編碼器支架，把編碼器固定好,在支架一端安裝一個齒形同步帶輪,再使用聯(lián)軸器把編碼器的軸與齒形帶輪的軸連接好；在采樣軸上安裝一個齒形帶輪，用齒形同步帶把采樣軸的帶輪和支架一端的齒形帶輪連接起來?！　⊥綆нx型主要看以下幾個方面的使用要求：傳遞的功率、傳動扭矩、傳動比、傳動或輸送速度、傳動或輸送頻率、輸送物品、使用環(huán)境、使用壽命、更換條件等。我國現(xiàn)在選用最多的仍然是T型齒同步帶，這種帶稱為“節(jié)距制”帶，即以帶齒間的間距為規(guī)格的標準。　 編碼器傳動既要保證精確的傳動比，又必須經(jīng)久耐用，而且安裝位置不具備潤滑條件，所以選擇梯形齒同步帶。由于編碼器負載輕，故選用190 XL 037型號，其參數(shù)如表42所示。表42 同步帶參數(shù)表節(jié)距Pb (㎜)帶寬bs (mm)節(jié)線長度Lp（㎜）根據(jù)《機械設計手冊》和（GB11361－2008），查得主動輪和從動輪的技術要求如表43：同步帶輪輪體材料結(jié)構(gòu)帶輪寬度bf（㎜）主動輪輕載場合帶輪材料選用硬鋁合金材質(zhì)，牌號2A12單邊擋圈、實心型式從動輪輕載場合帶輪材料選用硬鋁合金材質(zhì)，牌號2A12雙邊擋圈、實心型式表43 主動輪和從動輪參數(shù)表根據(jù)主動輪、從動輪的技術要求和現(xiàn)場環(huán)境，設計其結(jié)構(gòu)如48和49：圖48 主動同步帶輪零件圖圖49 從動同步帶輪零件圖 編碼器安裝支架的材料選用45﹟優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，由安裝底座和連接板組成，可進行軸向及徑向調(diào)整，裝配如圖410。1—編碼器；2—主動輪；3—被動輪；4—支架；5—梯形齒同步帶。圖410 編碼器裝配圖編碼器現(xiàn)場安裝圖如圖411和412所示：1—編碼器；2—支架。圖411 采樣點在主傳動箱輸出軸編碼器現(xiàn)場安裝圖1—編碼器；2—支架。圖412 采樣點在第二供紙輥編碼器現(xiàn)場安裝圖 本章介紹了ZJ17卷接機組卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng)主要零件，包括與伺服電動機連接傳動軸、編碼器傳動零件和支架的設計過程，并校核了軸的強度、剛度，平鍵連接的剛度，從機械方面保證伺服系統(tǒng)工作的穩(wěn)定、可靠。第五章 卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化 完成卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng)的硬件選型和主要零件設計后，還需要選擇設備進行技術改造試驗，以驗證設計方案的可行性，并在試驗中收集問題，尋找優(yōu)化方案，進一步完善系統(tǒng)設計方案。 ZJ17卷接機組卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試主要包括控制流程圖的設計、系統(tǒng)的電氣接線、PLC程序灌裝、控制器程序灌裝與參數(shù)設定等。 按照原機工藝流程要求，設計卷煙紙補償控制系統(tǒng)關鍵流程節(jié)點如圖51：ZJ17卷接機組開機后，卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng)首先判斷主電機是否開始工作，即判斷編碼器是否有信號；接著則判斷主電機速度是否大于設計值的15%；最后則判斷補償輥位置。 圖51 伺服系統(tǒng)控制程序流程圖 由于在主電機速度設計值的15%時，ZJ17卷接機組生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，該部分產(chǎn)品都會被作為廢品剔除，故該情況下伺服控制系統(tǒng)只需進行低速跟隨。電氣接線前，按LENZE操作手冊要求選擇熔斷器型號B6A及導線截面積為1mm2；并把伺服控制器安裝在如圖52的電控柜內(nèi)，在控制器的上下端各留100mm空間。1—伺服電動機旋變反饋插頭；2—編碼器插頭；3—熔斷器；4—LENZE濾波器； 圖52 伺服控制器電控柜 圖53 伺服系統(tǒng)電氣接線伺服系統(tǒng)電氣接線如圖53。在初次上電之前，應先檢查各硬件電路的完整性，排除接地、短路隱患，并使用萬用表檢查伺服控制器交流電源和PLC直流電源，確認無誤后對整個系統(tǒng)送電調(diào)試。 PLC程序灌裝如果要用電腦對PLC灌裝程序，首先需要安裝西門子STEP 7 MicroWIN SP4軟件。安裝完成之后要找出程序的存放路徑后，雙擊打開之后畫面如圖54： 圖54 PLC灌裝程序操作界面打開程序之后，選擇下載控件圖標下載完成即可。在下載過程中可能遇到下載故障，具體故障查看S7200系統(tǒng)手冊。程序存放路徑：E\程序文件夾\S7200文件夾\差動程序。PLC運行狀態(tài)設定：（1）剎車松緊適中，， （2）剎車偏松，PLC進行調(diào)整。，，（3）剎車偏緊，PLC進行調(diào)整。，，(4)，這時說明剎車已經(jīng)非常的送，這時需要機械上的調(diào)整(5)，這時說明剎車已經(jīng)非常的緊，這時需要機械上的調(diào)整打開LENZE GDC安裝軟件：雙擊圖標打開GDC軟件；如果知道程序路徑直接雙擊程序，同樣也能打開GDC軟件。程序下載方法：下載的方法有用控制面板下載，也可以用GDC軟件下載。雙擊程序即可打開GDC軟件（DRIVE PARAMETER—WRITER ALL） 。程序保存方法：下載和上傳時斷開28使能端，下載完成以后須將C003設置為1保存參數(shù)，之后斷電復位。電動機參數(shù)輸入：在使用LENZE電動機情況下，其參數(shù)設定方法為：在如圖55系統(tǒng)參數(shù)界面的C0086下選擇伺服電動機型號，控制器將自動設定伺服電動機的其它數(shù)據(jù)。輸入所接伺服電動機的銘牌數(shù)據(jù)可以幫助控制器獲得最佳速度轉(zhuǎn)矩特性。 圖55 系統(tǒng)參數(shù)界面編碼器選擇：在系統(tǒng)參數(shù)界面的C0025下選擇編碼器，并在C0421代碼下設定編碼器電壓。速度增益C0O70粗調(diào)（1）在系統(tǒng)參數(shù)設定界面輸入工作速度2260rpm。（2）自1起逐步增加C0O70,直到伺服電動機有明顯噪音（系統(tǒng)不穩(wěn)定）。（3）減少C0O70，,直到伺服電動機無明顯噪音（系統(tǒng)重新穩(wěn)定）。（4）將C0O70減少約50%作為粗調(diào)設定值。調(diào)節(jié)時間C0O71粗調(diào)（1）自50起逐步減少C0O71,直到伺服電動機有明顯噪音（系統(tǒng)不穩(wěn)定）。（2）增加C0O71,直到伺服電動機無明顯噪音（系統(tǒng)重新穩(wěn)定）。（3）將C0O70增加約1倍作為粗調(diào)設定值。 只要在伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器中完成驅(qū)動與伺服電動機的的基本組態(tài)后，就能以速度控制方式啟動電動機以一定速度轉(zhuǎn)動。但這時伺服系統(tǒng)的抗干擾能力和動態(tài)跟蹤能力卻很差，需要根據(jù)工作環(huán)境作控制參數(shù)的優(yōu)化。動態(tài)特性：可以通過縮短采樣周期和提高控制器的比例增益提高伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性。穩(wěn)定性：系統(tǒng)的動態(tài)特性與穩(wěn)定性是相互矛盾的，因為控制器小的比例增益有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)試過程中要在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性前提下，盡量提高其動態(tài)特性。精度：系統(tǒng)的靜態(tài)誤差與跟隨誤差越小，控制器的積分可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，同時可以通過提高開環(huán)特性的低頻高比例增益來提高精度。、速度環(huán)和位置環(huán)的優(yōu)化如圖56，伺服系統(tǒng)通常由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成，3個閉環(huán)由內(nèi)到外互相包容的。優(yōu)化過程中，一般按照先電流環(huán)，再速度環(huán)，最后位置環(huán)的順序。圖56 伺服系統(tǒng)環(huán)路在伺服系統(tǒng)中，電流控制器的參數(shù)是由伺服電動機參數(shù)確定的，包括額定電流，轉(zhuǎn)矩常數(shù)等。電流環(huán)的特性，可以通過Bode圖來衡量，通常情況下，電流環(huán)的帶寬要在1000Hz左右。需要提醒：電流環(huán)特性不是越硬越好，因為在速度控制器輸出的急劇調(diào)整狀況下，過硬的電流環(huán)會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。由于速度環(huán)控制器采用PI （比例積分）控制，因此速度環(huán)的優(yōu)化實際就是調(diào)整速度控制器的比例增益K和積分時間常數(shù)T。調(diào)整原則為：在保證伺服控制系統(tǒng)性能要求的前提下，盡量提高比例增益K，以提高系統(tǒng)的響應速度；積分時間常數(shù)T與系統(tǒng)抗擾動能力成反比, 因此應盡量使T變小，以提高系統(tǒng)抗擾動能力。K和T的調(diào)整方法：使用“頻率響應”來測試出參考值，再使用“階躍響應”和“擾動階躍響應”檢驗參考值是否滿足伺服系統(tǒng)工作要求，若不滿足再進行優(yōu)化調(diào)整。由于伺服系統(tǒng)位置環(huán)采用比例控制，因此它的主要優(yōu)化參數(shù)是位置環(huán)的比例增益K。位置環(huán)的比例增益K的調(diào)整原則、方法與速度控制器的比例增益K基本一樣。 2010年5月在編號為A3（生產(chǎn)線編號為A的第三臺設備）的ZJ17卷接機組對改造后的伺服控制供紙印刷系統(tǒng)分別試驗運行5天，其中編號1速度跟蹤點為第二供紙輥，編號2為主傳動箱輸出軸(軸53)，得出的試驗數(shù)據(jù)如表51:表51 不同速度跟蹤點試驗數(shù)據(jù)編號速比（C0473/1，C0533）疊減速度（C0560/1）疊減速度（C0560/2）19950/10000%%225582/10000%%從以上數(shù)據(jù)中可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，這兩臺設備的速比差異非常的大，而速比是調(diào)試的關鍵，系統(tǒng)首先需要調(diào)試的就是速比值。如果速比值沒有調(diào)準，那么整套系統(tǒng)就不能平穩(wěn)的運行。表52 速度跟蹤點選擇速度跟蹤點位置優(yōu)點缺點現(xiàn)場情況結(jié)論第二供紙輥 速比接近于1，第一供紙輥和第二供紙輥同步性好，這樣能最大限度地減少誤差，使檢測到的速度值穩(wěn)定、準確，也使調(diào)整更加的直觀、方便；改變煙支長度時不需要對伺服控制器設定的參數(shù)進行調(diào)整。編碼器安裝位置空間較小、維修較不方便；與伺服控制器距離較遠，信號反饋速度慢。編碼器壽命長，工作穩(wěn)定維護保養(yǎng)量小。兩速度跟蹤點與伺服控制器的距離均在10米內(nèi)。由于生產(chǎn)能力趨于飽和，ZJ17卷接機組煙支長度改變頻率較高。采用 主傳動箱輸出軸 設備編碼器安裝位置空間寬闊、維修方便； 與伺服控制器距離較近，信號反饋速度快。編碼器跟蹤到的速比非常大，調(diào)整的誤差較大。改變煙支長度時需要對伺服控制器設定的參數(shù)進行調(diào)整，柔性化生產(chǎn)適應性較差。不采用如表52所示，根據(jù)試驗結(jié)果和現(xiàn)場情況，最終確定速度跟蹤點設在第二供紙輥傳動軸。 確定速度跟蹤點后，2010年6月12月在編號為A3和C4（生產(chǎn)線編號為C的第四臺設備）的ZJ17卷接機組對改造后的伺服控制供紙印刷系統(tǒng)試驗運行，研究對機組運行狀態(tài)影響最大的控制器3個參數(shù)設定值。結(jié)果如表53：表53 參數(shù)設定參考值序號參數(shù)(模塊)設定范圍1C0O703～52CO0711ms～50ms3CO254～ 以下是試驗中出現(xiàn)的問題和對策:1. 當兩個卷煙紙盤一直運行在最下限的時候，可將C0473/1適當?shù)恼{(diào)高，調(diào)節(jié)增量不要太大，以1或者2往上增加。相反，如果兩個卷煙紙盤都一直運行在上限時，可將這個參數(shù)適當調(diào)低。，如果發(fā)現(xiàn)運行時，補償輥長時間處于下限運行，這時可將C0560/2絕對值調(diào)大；補償輥長時間處于上限運行，這時將C0560/1絕對值調(diào)大。，補償輥長時間處于下限運行，這時將C0560/6絕對值調(diào)大。輥很長時間處于上限運行，這時將C0560/5絕對值調(diào)大。，補償輥長時間處于下限運行，這時將C0560/10絕對值調(diào)大；補償輥很長時間處于上限運行，這時將C0560/9絕對值調(diào)大。，如果發(fā)現(xiàn)補償輥在B28偏上方處擺動，這時將C0560/4絕對值調(diào)??；如果發(fā)現(xiàn)補償輥在B28偏下方處擺動，這時將C0560/4絕對值調(diào)大。6. ，如果發(fā)現(xiàn)輥在B28偏上方處擺動，這時將C0560/8絕對值調(diào)大。如果發(fā)現(xiàn)輥在B28偏下方處擺動，這時將C0560/8絕對值調(diào)小。，補償輥一直抖動且抖動幅度相對比較大，可適當調(diào)整C0070，C0254這兩個參數(shù)：若C0070調(diào)高時，相應的減小C0254，反之C0070減小則增大C0254。，這個參數(shù)調(diào)的越大則反應時間越長，穩(wěn)定性就越好，但相應比較慢。如調(diào)整這個參數(shù)要適時觀察輥的抖動情況。 本章介紹了ZJ17卷接機組改造后，伺服控制的供紙印刷系統(tǒng)的電氣接線和調(diào)試方法，以及對現(xiàn)場試驗過程中編碼器速度跟蹤點的選擇、控制器的參數(shù)與設備匹配性、伺服控制改造效果進行總結(jié)。結(jié)論與展望本論文主要是針對ZJ17卷接機組的供紙印刷系統(tǒng)的卷煙紙補償裝置的補償不足，故障維修時間和維修費用偏高，借鑒新一代卷接機組的技術，對卷煙紙補償傳動進行伺服控制和對供紙印刷系統(tǒng)的傳動鏈進行技術改造，并進行現(xiàn)場試驗和完善。具體的研究結(jié)論如下：ZJ17卷接機組供紙印刷系統(tǒng)改造前，第一供紙輥原來采用齒輪傳動，運轉(zhuǎn)中存在振動、沖擊和噪聲，會產(chǎn)生一定的動載荷，運動副之間存在摩擦。而且有摩擦免不了產(chǎn)生磨損、發(fā)熱，傳動零件就需要潤滑，需定期維護保養(yǎng)。而應用伺服控制技術后，伺服電動機直接驅(qū)動第一供紙輥，取消了原有的差動齒輪箱、電動機，傳動機構(gòu)大大簡化，而且系統(tǒng)采用交流無刷伺服電動機具有使用壽命長、免維護保養(yǎng)的特點。ZJ17卷接機組原有的卷煙紙補償裝置、第一供紙輥處于機械傳動鏈的末端，即使煙支在取消在線印刷鋼印情況下，印