退纸辊可变速比复卷机及其控制系统
阅读说明：本技术 退纸辊可变速比复卷机及其控制系统 (Paper-withdrawing roll variable-speed-ratio rewinder and control system thereof ) 是由 孟彦京 刘玉 马汇海 于 2021-02-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种退纸辊可变速比复卷机及其控制系统,目的在于解决现有电机和退纸辊之间的减速箱减速比是固定不变,导致现有电机必须选择选择专用的大范围励磁可调直流电机,成倍的增加电机成本的问题。本发明的技术方案为：一种退纸辊可变速比复卷机及其控制系统,包括退纸辊,驱动电机,在退纸辊和驱动电机之间设置有可变速比减速箱,所述可变速比减速箱通过连接法兰分别与退纸辊和驱动电机连接,所述可变速比减速箱包括换挡机构。所述换挡机构可切换可变速比减速箱的变速比。本发明可降低退纸辊电机功率一半以上,使设备的运行成本或耗电损耗降低达到节能目的。(The invention discloses a paper-ejecting roller variable-speed-ratio rewinder and a control system thereof, aiming at solving the problem that the reduction ratio of a reduction box between the existing motor and the paper-ejecting roller is fixed, so that the existing motor must select a special large-range excitation adjustable direct current motor, and the cost of the motor is multiplied. The technical scheme of the invention is as follows: the variable-speed-ratio reduction gearbox is connected with the paper ejecting roller and the driving motor respectively through connecting flanges, and comprises a gear shifting mechanism. The gear shifting mechanism can switch the gear ratio of the variable-ratio reduction box. The invention can reduce the power of the paper-ejecting roller motor by more than half, reduce the running cost or power consumption loss of equipment and achieve the aim of energy conservation.)
技术领域
本发明属于印刷工业机械领域，具体涉及一种退纸辊可变速比复卷机及其控制系统。
背景技术
目前国内外的复卷机退纸辊电机和退纸辊的连接方式都采用了电机加固定速比减速箱的结构。而这种结构一旦确定下来电机和退纸辊之间的减速箱减速比是固定不变的，而复卷机的实际工作状态是复卷的起始时刻，退纸卷具有最大直径而复卷将要结束的时退纸卷具有最小的直径。最小退纸卷直径和最大退纸卷直径比相差比较大，通常在1：5以上。而复卷机在整个工作过程中在工作车速一定的情况下是一个恒功率的变速和变直径过程，以往个别设计选择专用的大范围励磁可调直流电机，实现大范围恒功率调速。但是这样设计的缺点是成倍的增加电机成本，而且由于电机的专用性，也对维护和使用带来不便，因此目前已经鲜有这样的设计。
目前通常的做法是按照现有常规的可弱磁调速电机，根据其弱磁调速范围配以固定减速比减速箱，通过牺牲一定功率的办法来满足工作车速和转矩的需求。而这种方案设计的最大问题就是必须在张力功率的基础上增大电机功率。通常需要增减正常值的一倍以上，否则难以满足车速和转矩的同时需求。这样设计的结果即增加了设备无用的成本同时又给运行带来了损耗导致效率下降的问题，与节能降耗的大趋势不符。
发明内容
本发明的目的是要提供一种退纸辊可变速比复卷机及其控制系统，将固定速比减速箱变更为可变速比减速箱，同时增加手动和自动控制机构以及系统，形成一个新型的复卷机退纸卷连接结构及其控制方法。本发明旨在解决目前存在的复卷机或相似卷绕类工作机械在满足张力需求和工作车速之间难以同时解决的矛盾。
为了达到上述目的，本发明具体技术方案如下：
一种退纸辊可变速比复卷机，包括退纸辊1，驱动电机6，在退纸辊1和驱动电机6之间设置有可变速比减速箱3，所述可变速比减速箱3通过连接法兰分别与退纸辊1和驱动电机6连接，所述可变速比减速箱3包括换挡机构4。
所述换挡机构为转换把手及自动转换机构，转换把手设置在可变速比减速箱3的上方或一侧，所述转换把手与自动转换机构连接，所述自动转换机构通过电信号进行控制。
所述换挡机构包括第一减速箱、第二减速箱和滑动连接器，所述第一减速箱和第二减速箱上轴之间和下轴之间分别通过连接在一起的滑动连接器连通， 且上轴和下轴不能同时连通。
上述退纸辊可变速比复卷机的控制系统，包括PLC控制系统及位置检测传感器，所述位置检测传感器检测退纸卷的直径值到达档位转换直径区域时，通过换挡机构的位置检测传感器判断是否转速已经最大，是则自动降低工作车速，否则继续运转直至停机后自动转换档位至低减速比位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以在现有设计的基础上降低退纸辊电机功率一半以上，而增加的可变速比减速箱所增加的成本远低于由于降低电机功率而使整个控制系统降低功率所节省的费用，同时这种方案可以使设备的运行成本或耗电损耗降低达到节能目的。因此，对于使用复卷机系统或类似恒功率卷绕装置的场合均可以采用本设计结构和方案进行节能和低成本设计。如果广泛采用本发明的设计方案，可以为企业和社会节约大量的资源和电能消耗，具有重大的社会意义和经济价值。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明另一种实施方式的结构示意图。
图3为本发明控制系统示意图。
图中，1-退纸辊，2-连接法兰，3-可变速比减速箱，4-换挡机构，6-驱动电机，7-滑动连接器，10-旋转把手。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
为了说明本发明与传统固定速比复卷机在功率配置和工作过程的区别和变化，现假设某复卷机的主要参数为：退纸辊最大直径DMAX=2.8米，最小直径DMIN=0.5米，工作线速度为1500米/分，复卷工作张力为1公斤/厘米，复卷机纸幅宽度为4.4米。
按此参数可知，复卷机的张力功率为P=FV=1500*440*9.8/60=108kw,即配置110kw电机即可满足张力需求，而直径变化比为2.8/0.5=5.6。目前通用的弱磁调速直流电机可选110kw，转速500/1500电机。然而如果据此选择电机时，会面临一个转矩需求和转速需求无法同时满足的问题。例如减速箱减速比选为1.5，按1500米/分线速度时，电机最小直径转速为:n=1.5*1500/(3.14*0.5)=1433rpm，可以满足要求。但最大直径转矩的需求不能满足，如当最大直径为2.8米时，转矩需求为M=440*1.4=616kgm,折算至电机轴转矩为Mn=616/1.5=410.7kgm,而电机额定转矩Me=110000/500=220kgm,显然选1.5速比减速箱满足工作速度但是不满足转矩要求。目前的做法就是增大电机功率，当选200kw电机时，计算得额定转矩为400kgm,基本满足要求，略有不足（相差10.7kgm）这就是通常的电机选型设计。
参见图1，为本发明的结构原理示意图。根据以上数据采用变减速比设计。选择减速比1和减速比3两档减速比减速箱进行设计：首先是转矩需求，当减速比为3时，电机轴的转矩需求Mn=616/3=205.3kgm，而110kw电机额定转矩为220，完全满足要求；转速核算：当退纸卷直径减小至1米时转速达到最高1433，此时切换档位为1减速比，此时转矩需求为M=440*0.5=220kgm刚好满足需求，显然转速需求同样满足。因此，通过停机换挡简单的结构设计就可以实现降低功率配置，同时满足转速和转矩需求的目的。而通过直径检测和换挡机构的连锁控制，可以使这种同时满足转矩需求和速度需求的矛盾问题得到解决。实际上转矩和工作车速要求都不是十分严格的只要保证最极限情况下的指标要求，例如最大直径转矩要求能够满足其他直径必然满足；同理只要最小直径转速满足要求，则其他直径时转速必然满足要求。这样切换的直径点也是可以上下浮动调整的，因此不会增加控制和操作方面的复杂性。
参见图2，为本发明另一种实施方式的结构示意图，是双减速箱配置的结构设计方案，采用现有产品减少定制化过程，同样是实现换挡切换的目的，其工作原理如下：
图2中的9及左右箭头表示该部件是将滑动连接器7、8连接在一起可以同时向左或向右滑动。图2所处的位置就是连接器组件处在左端的位置，其作用就是将减速箱3、4的上边轴连接在一起，下边轴是断开的，此时电机6通过减速箱4再与减速箱3相连，此时减速箱3、4的下端轴是各种独立旋转的这时的减速比为1，即电机和减速箱直通连接。当滑动连接器移动向右时，减速箱3、4的上端轴脱离连接，下端轴被8连通，此时减速箱的上端轴各种独立旋转，减速箱4的下端轴与减速箱3输入轴连接，相当于减速箱3处在减速比为3的工作状态当然这种设计和布置以及结构是可以调整的，比如减速箱3的速比为1，减速箱4的速比为3，此时连接图会发生一定变化，但是基本的工作方式和工作特性不变都是起到可以变减速比的作用。因此本发明结构和设计思路的核心是一种可变速比退纸连接方式以切换控制方式，不论何种连接方式或结构，只要是参考本发明实现两个或多个不同速比切换工作的退纸辊和电机的连接及控制都在本发明的权利要求范围以内。
参见图3，本发明是通过一个自动控制转换机构和一套控制装置和程序来实现的。如图1、2、3所示，在旋转机构9、10的位置安装有位置传感器11和13，其作用是检测转换档位是否到位，11,13分别是减速比为1（或3）的位置检测传感器安装位置示意图。也可以安装在其他方便检测位置的地方，该信号通过信号线连接至PLC控制系统。
变速比切换控制说明如下：
当复卷机换卷完成，退纸卷处于最大直径时，PLC内部通过速度和直径计算得到退纸卷的直径值，该值也可以通过手动操作直接预置到PLC系统。PLC根据数值比较将减速箱档位自动控制输出为高减速比位置，其他复卷过程与普通工作过程一致。假如复卷机工作过程中检测到直径到达档位转换直径区域时，如果正在运转，则判断是否转速已经最大，是则自动降低工作车速，否则继续运转直至停机后自动转换档位至低减速比位置。上述档位转换过程可以是自动完成的也可以由操作人员手动在停机时估计直径进行转换。在设置转换直径时，可以设置一个区域，PLC根据是否在转换区域自动完成转换动作，如果工作中遇到区域转换超出设定值时，则程序会依据上述判断采取自动降低工作车速等待复卷结束停机后自动转换档位，其仅仅可能产生短时的降速影响，实际上当这种状况出现时操作人员亦可以采取适当降低工作车速的办法解决。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种镀铝膜包装材料生产用放卷装置