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復(fù)卷機(jī)TNT耦合作用原理與質(zhì)量控制研究
在造紙復(fù)卷工藝過(guò)程中，復(fù)卷機(jī)是重要設(shè)備之一，它的好壞直接影響了成品紙卷品質(zhì)的優(yōu)劣。復(fù)卷機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，其工作性能與效率與所采用的控制方式與控制系統(tǒng)密切相關(guān)，研究合適的控制方法與控制方式，是提高紙張產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。
本文在分析了復(fù)卷過(guò)程中的各轉(zhuǎn)動(dòng)單元的受力情況后，結(jié)合復(fù)卷機(jī)機(jī)電系統(tǒng)，建立了復(fù)卷機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)所建模型的分析，確立了復(fù)卷機(jī)前底輥和后底輥的轉(zhuǎn)矩(Torque)、壓紙輥的壓力(Nip load)和復(fù)卷紙幅的紙幅張力 (Tension)(簡(jiǎn)稱(chēng) TNT)三者之間的耦合關(guān)系，分析了復(fù)卷過(guò)程中的具體控制策略的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。
在研究了復(fù)卷紙卷的重要質(zhì)量指標(biāo)與定量描述之間的關(guān)系之后。根據(jù)長(zhǎng)度、質(zhì)量和直徑的關(guān)系，提出了密度分布曲線(xiàn)概念，用來(lái)描述復(fù)卷機(jī)成品紙卷質(zhì)量指標(biāo)并提出了檢驗(yàn)和測(cè)量方法。針對(duì)端面質(zhì)量的定量描述問(wèn)題也提出了幾種有效的解決辦法，第一次定量地提出了復(fù)卷機(jī)成品紙卷的產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法。
在對(duì)造紙復(fù)卷工藝進(jìn)行了充分的了解和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)所建立的復(fù)卷機(jī)數(shù)學(xué)模型和變量之間的關(guān)系，探討了復(fù)卷機(jī)的具體控制方法。確立了以獨(dú)立閉環(huán)控制為主，前饋補(bǔ)償和參數(shù)給定為輔的復(fù)卷機(jī)系統(tǒng)控制方案。通過(guò)采用速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制加工藝曲線(xiàn)為參數(shù)變量的綜合控制方法，實(shí)現(xiàn)了工程中簡(jiǎn)便易行的解耦控制。把復(fù)雜的多電機(jī)耦合系統(tǒng) TNT 控制問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚�(gè)獨(dú)立的閉環(huán)恒值控制回路與工藝參數(shù)變量給定相結(jié)合的綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)卷過(guò)程中復(fù)卷質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)控制。
研究了復(fù)卷機(jī)在加減速狀態(tài)的控制問(wèn)題，將其分為恒加速穩(wěn)態(tài)過(guò)程和給定變化到加速度恒定過(guò)程兩個(gè)部分，使復(fù)卷機(jī)的動(dòng)態(tài)分析只涉及整個(gè)工作時(shí)間的微小部分，突出了主要矛盾，收到了很好的效果。從機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量與數(shù)據(jù)分析等方面，通過(guò)在線(xiàn)測(cè)量和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)對(duì)比的方法確定出前饋控制的補(bǔ)償參數(shù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)那梆佈a(bǔ)償控制解決動(dòng)態(tài)過(guò)程由于慣量變化以及加減速過(guò)程的超調(diào)等所導(dǎo)致的張力微變，保證了紙卷的接頭部分和運(yùn)行過(guò)程中速度變化引起的端面突變問(wèn)題。
一、引言
剛生產(chǎn)的紙卷從造紙機(jī)構(gòu)、涂布機(jī)構(gòu)或超壓機(jī)構(gòu)卷紙機(jī)構(gòu)下來(lái)后，可能還會(huì)有比較多的瑕疵，如紙幅內(nèi)部損壞、斷裂、兩邊緣有毛刺、直徑較大(大型紙機(jī)一般不小于2500mm)，紙幅寬度大小與紙幅再加工設(shè)備或印刷設(shè)備不相匹配，有些紙種還需要切平張及進(jìn)入打包生產(chǎn)線(xiàn)，因此要想生產(chǎn)出合格的紙種產(chǎn)品，為其下一道工序做好準(zhǔn)備，就必須設(shè)置復(fù)卷設(shè)備。
卷筒紙的生產(chǎn)過(guò)程中，最后一道工序就是復(fù)卷，因此通常在緊挨著造紙機(jī)的后面安裝復(fù)卷機(jī)，紙卷從紙機(jī)下來(lái)后，可以直接將紙卷從卷紙機(jī)上吊裝到復(fù)卷機(jī)的退紙架上。復(fù)卷機(jī)的最重要的作用就是把紙卷里質(zhì)量有問(wèn)題的紙張清除掉同時(shí)粘接紙張間斷頭，根據(jù)需要的寬度要求分切紙張，并按照紙卷直徑的要求卷取紙卷，使紙卷里面和外面的緊度保持均勻，盤(pán)面平整。
由于造紙機(jī)的抄造是一個(gè)連續(xù)的、不間斷的過(guò)程，在更換紙卷時(shí)也不需要停車(chē)更換;而復(fù)卷機(jī)一般都是間歇式間斷工作的，復(fù)卷機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)常常要求車(chē)速大于紙機(jī)車(chē)速 2 倍以上。除次以外，同時(shí)也要求復(fù)卷出的紙卷滿(mǎn)足一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即主要包括以下兩個(gè)主要方面：一是滿(mǎn)足外觀(guān)要求，即分切端面應(yīng)保證平整光滑，沒(méi)有臺(tái)階形狀;二是滿(mǎn)足內(nèi)在質(zhì)量要求，首先是在復(fù)卷過(guò)程中紙張不允許出現(xiàn)打折褶皺現(xiàn)象。其次是要求緊度均勻，考慮到生產(chǎn)的成品紙卷要滿(mǎn)足對(duì)運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及用戶(hù)設(shè)備的需要，故要求在成品紙卷徑向方向上緊度要均勻分布，應(yīng)呈內(nèi)緊外松態(tài)。紙卷緊度的分布情況可以通過(guò)紙張的殘余應(yīng)力反應(yīng)出來(lái)，即要求殘余應(yīng)力要盡可能的小而均勻。紙張殘余應(yīng)力主要受以下三個(gè)方面影響：紙幅張力(Tension)、壓區(qū)壓力(Nipload)、扭矩(Torque)，簡(jiǎn)稱(chēng)TNT。為了使紙卷緊度能夠滿(mǎn)足紙卷對(duì)其的要求，必須嚴(yán)格控制以上三個(gè)指標(biāo)。綜上所述，復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)是一個(gè)非常典型的多變量強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)
二、復(fù)卷機(jī)發(fā)展及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
無(wú)論在國(guó)內(nèi)國(guó)外，復(fù)卷機(jī)的發(fā)展無(wú)疑都是在造紙機(jī)發(fā)展的極大推動(dòng)下進(jìn)行的。由于現(xiàn)代紙機(jī)的抄造速度不斷的提高，這也對(duì)復(fù)卷機(jī)的工作車(chē)速提出了更高的要求。自上個(gè)世紀(jì)后 10 年開(kāi)始，造紙機(jī)的發(fā)展可謂是日新月異，很多以前沒(méi)有的新設(shè)備、新技術(shù)被應(yīng)用到紙機(jī)設(shè)備當(dāng)中，造紙機(jī)的工作車(chē)速最高速度已經(jīng)接近 3 千米/分，隨著紙機(jī)的飛快發(fā)展，復(fù)卷機(jī)的發(fā)展速度也得到了跨越性的提升，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的高科技成果，總結(jié)起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：
復(fù)卷機(jī)工作車(chē)速提高很大。設(shè)計(jì)的理論車(chē)速最高可以達(dá)到3.5千米/分，實(shí)際車(chē)速已經(jīng)超過(guò)了3.1千米/分,復(fù)卷的紙幅寬度也超過(guò)了10米。像法國(guó)的AdlolfTass紙業(yè)有限公司從 Valmet公司引進(jìn)的連續(xù)復(fù)卷、全自動(dòng)WinDrum-M型復(fù)卷機(jī)(抄速3千米/分,幅寬6米),現(xiàn)在已經(jīng)投入生產(chǎn);芬蘭UPM-Kymmene紙廠(chǎng)從Metso(美卓)公司買(mǎi)進(jìn)的8號(hào)機(jī)(涂布文化紙90-115克/平)的WinRoll多站連續(xù)復(fù)卷機(jī)，幅寬達(dá)到8.69米，實(shí)際工作車(chē)速最高達(dá)到3.1千米/分鐘。
我國(guó)的南平、齊齊哈爾和華泰等廠(chǎng)家也都引進(jìn)了高速?gòu)?fù)卷機(jī)，并都投入了生產(chǎn)�，F(xiàn)代復(fù)卷機(jī)種類(lèi)繁多，各種型號(hào)一應(yīng)俱全，可以適用于不同紙種、紙板的復(fù)卷工作。在眾多的復(fù)卷機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家中，最著名的三家公司：Voith Sulzer(伏依特-蘇爾壽)公司， Valmet(維美德)公司和 Metso(美卓)公司。其中 Metso公司先后推出了 3 種非常具有代表性的現(xiàn)代復(fù)卷機(jī)：WinDrum(雙鼓復(fù)卷機(jī))、WinBelt(皮帶床復(fù)卷機(jī))機(jī)和 WinRoll 復(fù)卷機(jī)。 Valmet 推出了 WinAir(氣墊減壓式復(fù)卷機(jī))和 JR1000E 復(fù)卷機(jī)。Voith Sulzer 公司也推出了 ToroTD 復(fù)卷機(jī)、 Toro Combi 復(fù)卷機(jī)和 ToroSD 復(fù)卷機(jī)。
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