復卷機TNT耦合作用原理與質量控制研究

復卷機TNT耦合作用原理與質量控制研究

　　在造紙復卷工藝過程中，復卷機是重要設備之一，它的好壞直接影響了成品紙卷品質的優劣。復卷機是一個復雜的機電設備，其工作性能與效率與所采用的控制方式與控制系統密切相關，研究合適的控制方法與控制方式，是提高紙張產品質量和企業經濟效益的重要途徑。

　　本文在分析了復卷過程中的各轉動單元的受力情況后，結合復卷機機電系統，建立了復卷機穩態數學模型。通過對所建模型的分析，確立了復卷機前底輥和后底輥的轉矩(Torque)、壓紙輥的壓力(Nip load)和復卷紙幅的紙幅張力 (Tension)(簡稱 TNT)三者之間的耦合關系，分析了復卷過程中的具體控制策略的實現問題。

　　在研究了復卷紙卷的重要質量指標與定量描述之間的關系之后。根據長度、質量和直徑的關系，提出了密度分布曲線概念，用來描述復卷機成品紙卷質量指標并提出了檢驗和測量方法。針對端面質量的定量描述問題也提出了幾種有效的解決辦法，第一次定量地提出了復卷機成品紙卷的產品質量的評價方法。

　　在對造紙復卷工藝進行了充分的了解和分析的基礎上，根據所建立的復卷機數學模型和變量之間的關系，探討了復卷機的具體控制方法。確立了以獨立閉環控制為主，前饋補償和參數給定為輔的復卷機系統控制方案。通過采用速度和轉矩閉環控制加工藝曲線為參數變量的綜合控制方法，實現了工程中簡便易行的解耦控制。把復雜的多電機耦合系統 TNT 控制問題轉變為若干個獨立的閉環恒值控制回路與工藝參數變量給定相結合的綜合控制系統，實現了復卷過程中復卷質量的穩態控制。

　　研究了復卷機在加減速狀態的控制問題，將其分為恒加速穩態過程和給定變化到加速度恒定過程兩個部分，使復卷機的動態分析只涉及整個工作時間的微小部分，突出了主要矛盾，收到了很好的效果。從機電系統的動態測量與數據分析等方面，通過在線測量和經驗數據曲線對比的方法確定出前饋控制的補償參數。通過適當的前饋補償控制解決動態過程由于慣量變化以及加減速過程的超調等所導致的張力微變，保證了紙卷的接頭部分和運行過程中速度變化引起的端面突變問題。

　　一、引言

　　剛生產的紙卷從造紙機構、涂布機構或超壓機構卷紙機構下來后，可能還會有比較多的瑕疵，如紙幅內部損壞、斷裂、兩邊緣有毛刺、直徑較大(大型紙機一般不小于2500mm)，紙幅寬度大小與紙幅再加工設備或印刷設備不相匹配，有些紙種還需要切平張及進入打包生產線，因此要想生產出合格的紙種產品，為其下一道工序做好準備，就必須設置復卷設備。

　　卷筒紙的生產過程中，最后一道工序就是復卷，因此通常在緊挨著造紙機的后面安裝復卷機，紙卷從紙機下來后，可以直接將紙卷從卷紙機上吊裝到復卷機的退紙架上。復卷機的最重要的作用就是把紙卷里質量有問題的紙張清除掉同時粘接紙張間斷頭，根據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，盤面平整。

　　由于造紙機的抄造是一個連續的、不間斷的過程，在更換紙卷時也不需要停車更換;而復卷機一般都是間歇式間斷工作的，復卷機在設計時常常要求車速大于紙機車速 2 倍以上。除次以外，同時也要求復卷出的紙卷滿足一定的質量標準，即主要包括以下兩個主要方面：一是滿足外觀要求，即分切端面應保證平整光滑，沒有臺階形狀;二是滿足內在質量要求，首先是在復卷過程中紙張不允許出現打折褶皺現象。其次是要求緊度均勻，考慮到生產的成品紙卷要滿足對運輸、儲存以及用戶設備的需要，故要求在成品紙卷徑向方向上緊度要均勻分布，應呈內緊外松態。紙卷緊度的分布情況可以通過紙張的殘余應力反應出來，即要求殘余應力要盡可能的小而均勻。紙張殘余應力主要受以下三個方面影響：紙幅張力(Tension)、壓區壓力(Nipload)、扭矩(Torque)，簡稱TNT。為了使紙卷緊度能夠滿足紙卷對其的要求，必須嚴格控制以上三個指標。綜上所述，復卷機的控制系統是一個非常典型的多變量強耦合的控制系統

　　二、復卷機發展及國內外現狀

　　無論在國內國外，復卷機的發展無疑都是在造紙機發展的極大推動下進行的。由于現代紙機的抄造速度不斷的提高，這也對復卷機的工作車速提出了更高的要求。自上個世紀后 10 年開始，造紙機的發展可謂是日新月異，很多以前沒有的新設備、新技術被應用到紙機設備當中，造紙機的工作車速最高速度已經接近 3 千米/分，隨著紙機的飛快發展，復卷機的發展速度也得到了跨越性的提升，出現了許多先進的高科技成果，總結起來主要有以下幾個方面：

　　復卷機工作車速提高很大。設計的理論車速最高可以達到3.5千米/分，實際車速已經超過了3.1千米/分,復卷的紙幅寬度也超過了10米。像法國的AdlolfTass紙業有限公司從 Valmet公司引進的連續復卷、全自動WinDrum-M型復卷機(抄速3千米/分,幅寬6米),現在已經投入生產;芬蘭UPM-Kymmene紙廠從Metso(美卓)公司買進的8號機(涂布文化紙90-115克/平)的WinRoll多站連續復卷機，幅寬達到8.69米，實際工作車速最高達到3.1千米/分鐘。

　　我國的南平、齊齊哈爾和華泰等廠家也都引進了高速復卷機，并都投入了生產�，F代復卷機種類繁多，各種型號一應俱全，可以適用于不同紙種、紙板的復卷工作。在眾多的復卷機生產廠家中，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代復卷機：WinDrum(雙鼓復卷機)、WinBelt(皮帶床復卷機)機和 WinRoll 復卷機。 Valmet 推出了 WinAir(氣墊減壓式復卷機)和 JR1000E 復卷機。Voith Sulzer 公司也推出了 ToroTD 復卷機、 Toro Combi 復卷機和 ToroSD 復卷機。

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