【導(dǎo)讀】定》的所有內(nèi)容，承諾所提交的畢業(yè)和學(xué)位論文是終稿，不存在學(xué)術(shù)不端行為，且論文的紙質(zhì)版與電子版內(nèi)容完全一致。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。位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在。論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人。容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵。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、對煙絲。系統(tǒng)的傳動鏈進(jìn)行改進(jìn)。編碼器、伺服控制器和上位控制器進(jìn)行選型。傳動軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。從有限元分析與現(xiàn)場試驗結(jié)果得知，傳動軸的靜強(qiáng)度。滿足要求，從機(jī)械方面保證伺服系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地工作。紙補償裝置的補償能力和設(shè)備生產(chǎn)率，減少了設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作量和維修費用。方案，具有較強(qiáng)的實用性。

　　

【正文】 （ 27） 機(jī)組 供紙印刷系統(tǒng) 存在的問題 供紙印刷系統(tǒng)主要存在的問題為差動齒輪箱容易發(fā)生故障，卷煙紙補償裝置能力存在缺陷。 差動齒輪箱故障 分析 供紙印刷系統(tǒng)的 卷 煙紙補償裝置 起作用時，差動齒輪箱的工作過程如下 ： 當(dāng)補償輥位于接 近 開關(guān) B29 前面時，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 給 控制單元 A19， 啟動 差動直流 電動機(jī) 通過直齒 圓柱齒輪 （ Z=37） ，使 與 差動 齒輪箱 一體的 差動圓柱齒輪（ Z=79）逆時 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。 這樣 第一、第二供紙輥之間的 卷煙紙 受到的 力 逐步加大 ，補償輥 在張 力作用下 慢慢地 回到 B28 位置， 然后 電動機(jī) 停止運 轉(zhuǎn)，第一供紙輥速度與煙條速度又等速 。 當(dāng)補償輥位于接近開關(guān) B27 前面時，表示卷煙紙張力增大，供紙輥速 度低于煙條速度， B27 發(fā)出信號 給 控制單元， 啟動 電動機(jī) 帶動差動圓柱齒輪 順時針旋轉(zhuǎn)，使第一供紙輥速度增加 3rpm， 逐漸降低第一、第二供紙輥之間的 卷煙紙張力，補償輥慢慢地返回到中間位置，然后 電動機(jī) 停止運轉(zhuǎn)，第一供紙輥速度與煙條速度又等速。 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 16 差動齒輪箱采取油裕潤滑方式，采用的潤滑油是殼牌 150 號中負(fù)荷工業(yè)齒輪油， 具有 卓越的潤滑性能 ， 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和防老化性，杰出的防銹和防腐蝕性 ，能 延長 傳動零件的 使用壽命 ， 提高系統(tǒng)效率等顯著優(yōu) 點 。 齒輪箱前后各使用一個骨架 油封密封 ， 將 內(nèi)部 需要潤滑的 零件 與 傳動 零件 隔離， 防止 潤滑油 泄 漏。 當(dāng) 卷煙紙 傳送速度 受 卷煙 紙 材料 、 第一供紙輥 與 第 二 供紙輥 傳動零件加工精度和裝配精度 等因素影響 發(fā)生改變時，為了 保持 卷煙紙 張力 穩(wěn)定 ，差動齒輪箱需做順時 針或逆時針旋轉(zhuǎn) 以調(diào)節(jié)第一 供紙輥 的轉(zhuǎn)速。根據(jù)觀察， 差動齒輪箱 每班旋轉(zhuǎn)次數(shù)平均在 80次以上，即每小時 平均 至少 10次。 由于 差動齒輪箱 箱體經(jīng)常處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，故沒 設(shè)計 油氣 排 泄 口 。而這也影響潤滑油產(chǎn)生 油氣 的 排出 ，造成設(shè)備工作一段時間后，齒輪箱 容易 因骨架油封失效而發(fā)生 泄漏 。而且， 齒輪箱 內(nèi)的 潤滑油 由于箱體 旋轉(zhuǎn) 頻繁被 攪動剪切，容易氧化變質(zhì) 而降低潤滑效果， 加劇內(nèi)部 齒輪 、 軸承 等零件的磨損 ，影響 卷煙紙 傳動穩(wěn)定性 。 據(jù)統(tǒng)計， ZJ17機(jī)組 差動 齒輪箱 故障周期平均為三個月左右，大大短于生產(chǎn)廠家推薦的維護(hù)周期（一年） 。 印刷 裝置運行分析 在每班花費 10 分鐘左右對印刷裝置與油墨接觸的零件進(jìn)行清洗、保養(yǎng)的情況下， ZJ17 卷接機(jī)組在線印刷商標(biāo)出現(xiàn)模糊、錯位、偏移等質(zhì)量問題占煙支外觀不合格的比例仍在 75%以上。因此，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，降低操作工人勞動強(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。我企業(yè)也不例外，絕大部分產(chǎn)品 已無需在 ZJ17 卷接機(jī)組上 在線印刷商標(biāo)。 這意味著 ZJ17 卷接機(jī)組的印刷裝置在消耗電能、零件空轉(zhuǎn)同時，沒有有效地創(chuàng)造價值。而且據(jù)統(tǒng)計，印刷裝置故障處理時間可占 ZJ17 卷接機(jī)組所有故障處理時間的 10%以上，這意味著維修時間、維修費用上的很大浪費。 卷煙紙補償裝置的補償能力 分析 ZJ17 機(jī)組運行 過程中 ，當(dāng)卷煙 紙張力會出現(xiàn) 變 化 ，由于原機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，卷煙紙補償裝置 在 補償?shù)木_性 、 平穩(wěn)性 、 補償 能力 方面 存在 不足 ： 補償?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 補償裝置的 控制下 ， 與煙 絲 條速度保持同步 。 而 卷煙紙補償裝置 是通過同步帶、 齒輪 副的配合 來傳遞動力 的，傳動零件的前骨架油封 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 17 加工和裝配精度對補償精確性有很大影響。而且，機(jī)組運行一段時間后，隨著同步帶、帶輪、齒輪、鍵等零件的磨損， 補償?shù)木_性 也隨之下降。 補償?shù)姆€(wěn)定性 因為 ZJ17 卷接機(jī)組 機(jī)座后身安裝位置有限，所以卷煙紙補償裝置的 差動 電動機(jī) 選用 低速微型 電動機(jī) 。 這種低速微型 電動機(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) ， 同時可以輸出大轉(zhuǎn)矩。 低速微型 電動機(jī) 電動機(jī) 的啟動 性能 ，即讓 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來并達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速 后而正常運行的過程， 是由 啟動時間 t和 啟動平滑性 決定 的。 如圖 25所示， 由于 差動直流 電動機(jī) 加速度較大， 而且每小時需要啟動、制動 10 次左右， 每次工作均為“啟動 加速 全速 減速 制動”，其補償平穩(wěn)性受到影響更大，工作過程中發(fā)現(xiàn) 傳遞動力的 齒輪有振動、沖擊現(xiàn)象。 圖 2— 5 差動 電動機(jī) 轉(zhuǎn)速線圖 補償?shù)木窒扌? ZJ17 卷接機(jī)組生產(chǎn)時， 卷煙紙 出現(xiàn)過緊或過松現(xiàn)象 ， 即卷煙紙 張力增大還或 減小， 卷煙紙張力 補償裝置 只能使第一供紙輥速度比第二供紙輥 速度快或慢3rpm，即 補償 速度 有局限性 ，無法根據(jù)運行情況 快速使張力恢復(fù)正常。如果 補償作用 需較長時間才能 達(dá)到運行要求， 即 補償 輥較長時間 處于 B27 或 B29 工作位置時 ，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) 。 供紙印刷 系統(tǒng) 技術(shù)改造 總體設(shè)計 針對供紙印刷系統(tǒng)存在問題進(jìn)行的技術(shù)改造由兩部分組成：一是對卷煙紙補償裝置進(jìn)行伺服控制改進(jìn)設(shè)計，二是對傳動鏈進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 18 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng) 的改進(jìn)設(shè)計 新設(shè)計的 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng) 擬 采用原機(jī) 三 個 接近開關(guān) B2 B28和 B29作為 極限檢測，由伺服跟蹤保持 卷煙紙 張力平衡； 取消差動 齒輪箱、 差動 電動機(jī)和輸 入同步帶 傳動 ； 增加編碼器，跟蹤 設(shè)備轉(zhuǎn) 速 ； 采用伺服 電動機(jī) 獨立驅(qū)動，適時的跟蹤 設(shè)備轉(zhuǎn) 速 進(jìn)行 微調(diào)，使調(diào)整更加精確，保證 卷煙紙 張力穩(wěn)定。 其主要控制原理如圖 25 所示 : 圖 25 卷煙紙補償 伺服控制原理圖 卷煙紙補償?shù)?伺服控制系統(tǒng) ，在硬件上主要由 編碼器、伺服控制器、伺服 電機(jī) 和 PLC 控制器組成， 由伺服控制器采樣旋轉(zhuǎn)編碼器信號來跟蹤機(jī)器速度，保證第一供紙輥、 第二供紙輥、煙絲條保持同步。 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) 補償輥 停留在 B27 或 B29處超過設(shè)定時 間 1時， 伺服 電動機(jī) 以設(shè)定值提高或降低速度，實現(xiàn)卷煙紙 張力 自動調(diào)整； 若 B27 或 B29 處超過設(shè)定時間 2時， PLC 控制器再次反饋 伺服控制器 ，進(jìn)一步提高補償速度。 供紙印刷系統(tǒng)傳動鏈的改進(jìn)設(shè)計 如圖 26， 在 ZJ17 卷接機(jī)組 傳動鏈 方面 ，斷開差動齒輪箱與主傳動輸入端的連接，取消用于 卷煙紙 補償 張力 的差動齒輪箱，用伺服 電動機(jī) 6 直接給第一供紙輥 5提供動力 ； 卸下副傳動齒輪箱 2 與 第一 印刷系統(tǒng) 齒輪箱 3之間的同步帶，第一 印刷系統(tǒng) 齒輪箱與第二 印刷系統(tǒng) 齒輪箱 4之間的同步帶，第二 印刷系統(tǒng) 齒輪箱與差動齒輪箱之間的同步帶， 斷開兩個 印刷系統(tǒng) 的輸入動力，以便在 無需在線印刷商標(biāo)情況， 印刷系統(tǒng) 避免作無效運動。 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 19 1— 第二供紙輥 ； 2— 副傳動箱 ； 3— 第一印刷系統(tǒng)齒輪箱 ； 4— 第二印刷系統(tǒng)齒輪箱 ； 5第一供紙輥 ； 6— 伺服 電動機(jī) ； 圖 26 改進(jìn)后的供紙印刷系統(tǒng)傳動 示意圖 本章小結(jié) 本章 對 伺服控制系統(tǒng)主要組成部件的影響因素和 ZJ17 卷接機(jī) 組的傳動系統(tǒng)進(jìn)行分析，介紹了重要輸出點的轉(zhuǎn)速和線速度計算過程 ， 分析了供紙印刷系統(tǒng) 的差動齒輪箱、傳動鏈設(shè)計和卷煙紙補償裝置 存在的問題， 最后提出 了 卷煙紙補償伺服控制系統(tǒng) 和紙印刷系統(tǒng)傳動鏈的改進(jìn)設(shè)計方案 ，為供紙印 刷系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計和優(yōu)化打下基礎(chǔ)。 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 20 第三章 卷煙紙補償?shù)?伺服控制系統(tǒng)硬件 設(shè)計 完成了 ZJ17 卷機(jī)組 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng) 設(shè)計方案后，還需對伺服系統(tǒng)的部件進(jìn)行選型設(shè)計， 以充分發(fā)揮伺服系統(tǒng)的性能，滿足技術(shù)改造的需要。 伺 服 電動機(jī) 選型 伺服 電動機(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 。 電動機(jī) 轉(zhuǎn)矩計算 負(fù)載 轉(zhuǎn)矩計算 由手冊 查得 ZJ17卷接機(jī)組盤紙 張力 F=3N，測量第一供紙輥直徑為 ，則負(fù)載 轉(zhuǎn)矩 3 0. 06 36 6 / 2 0. 09 54 9LT F r N m? ? ?? Nm （ 31） 啟動轉(zhuǎn)矩計算 測量第一供紙輥 和傳動軸尺寸如 圖 31 所示， 圖 31 第一供紙輥和傳動軸 示意圖 則 當(dāng)負(fù)載繞其軸 中心 線轉(zhuǎn)動時， 轉(zhuǎn)動慣量 24/ 8 / 3 2 0 . 0 0 0 5 5 3 2LJ m d л dl?? ? ? ? ?kgm2 （ 32） 系統(tǒng)要求 至 1s 將 第一供紙輥 加速至 2240 rpm,則 啟動轉(zhuǎn)矩 最大為 0. 00 05 53 2 22 40 / 60 / 0. 2 1. 01 3SLTJ ? ?? ? ?Nm （ 33） 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 21 電動機(jī) 功率計算 負(fù)載功率計算 2 / 6 0 2 2 2 4 0 0 . 0 9 5 4 9 / 6 0 2 2 . 4 0L e LP л nT л???? ?W (34) 啟動功率 2 / 60 2 22 40 1. 01 3 / 60 23 7. 62S e sP л nT л? ? ???W (35) 選型 根據(jù) 電動機(jī)選型的原則： 伺服 電動機(jī) 最大 轉(zhuǎn)矩 啟動 轉(zhuǎn)矩 ， 電動機(jī) 額定 轉(zhuǎn)矩 負(fù)載 轉(zhuǎn)矩 ， 伺服 電動機(jī) 功率 ? 85%負(fù)載功率， 伺服 電動機(jī) 最大轉(zhuǎn)速 負(fù)載轉(zhuǎn)速 , 加上 ZJ17 卷接機(jī)組需要伺服 電動機(jī) 穩(wěn)定工作速度 為 2240rpm 左右， 且要求 轉(zhuǎn)速波動和 齒槽效應(yīng) 對其影響較小，故綜合 考慮 后 選擇 LENZE 公司生產(chǎn)的型號為SCSRS0B0的 伺服 電動機(jī) 。 其參數(shù)如 表 31： 表 31 伺服 電動機(jī) 參數(shù) 表 功率 (W) 額定電壓 (V) 額定電流 (A) 額定轉(zhuǎn)矩 (Nm) 最大 轉(zhuǎn)矩 (Nm) 額定轉(zhuǎn)速 (rpm) 510 320 4000 德國 LENZE 交流伺服 電動機(jī) 以 設(shè)計 理論 先進(jìn)、 機(jī)械零件 加工 精密 、 電動機(jī) 檢測手段 完善而聞名 ， 而且該類型 電動機(jī) 可以與 該公司配套的 伺服控制器配合 ，完美 滿足工 業(yè)機(jī)械對傳動系統(tǒng)的各種要求 。 其中 所選 系列 交流無刷 伺服 電動機(jī) ，轉(zhuǎn)子 采用永磁 體代替電勵磁， 扭矩 選擇 范圍 在 ～ 64 Nm， 輸出 功率 在 ～ 10kW之間 ， 輸出 轉(zhuǎn)速 選擇范圍為 3000～ 4000rpm， 封裝 防塵為 5 級 ， 防水等級為 4級。 該 電動機(jī) 具有 以下 優(yōu)點 ： 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)動慣量，并提高效率。 最小化的制動扭矩可保證非常平滑的運行特征，達(dá)到優(yōu)異的控制響應(yīng)。 堅固的設(shè)計，加強(qiáng)的軸承系統(tǒng)，高度的保護(hù)，確保即使在惡劣環(huán)境下也能可靠運行。 該 電動機(jī) 結(jié)構(gòu)如 圖 32: 福州大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 22 圖 32 電動機(jī) 示意圖 軸 編碼器選型 構(gòu)建 ZJ17卷接機(jī)組 卷煙紙補償 伺服控制系統(tǒng)，需要 用 旋轉(zhuǎn) 編碼器 精確測定 設(shè)備 主 電動機(jī) 的運轉(zhuǎn)速度，將 測量 信號 反饋 給 伺服 電動機(jī) ， 實現(xiàn) 第一供紙輥 的 轉(zhuǎn)速控制 ，保證供紙精確 。 這要求編碼 器的采樣點 轉(zhuǎn)速需要與 第一供紙輥 的轉(zhuǎn)速成固定比例關(guān)系 。因為第 二 供紙輥 和 主傳動箱輸出軸 (軸 53)都滿 足上述要求 ，且其輸入軸端外無其它零件遮擋， 有利于編碼器安裝， 所以作為 編碼器 的安裝 備選 點 。 兩 備選點 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 。綜合考慮系統(tǒng)精度、工作環(huán)境和成本要求， 選擇 長春一光禹衡 品牌 ，型號