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復卷機TNT耦合作用原理與質(zhì)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(zhì)的優(yōu)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(tǒng)密切相關，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)濟效益的重要途徑。
本文在分析了復卷過程中的各轉(zhuǎn)動單元的受力情況后，結(jié)合復卷機機電系統(tǒng)，建立了復卷機穩(wěn)態(tài)數(shù)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(zhuǎn)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(xiàn)問題。
在研究了復卷紙卷的重要質(zhì)量指標與定量描述之間的關系之后。根據(jù)長度、質(zhì)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(zhì)量指標并提出了檢驗和測量方法。針對端面質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)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(jù)所建立的復卷機數(shù)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(huán)控制為主，前饋補償和參數(shù)給定為輔的復卷機系統(tǒng)控制方案。通過采用速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制加工藝曲線為參數(shù)變量的綜合控制方法，實現(xiàn)了工程中簡便易行的解耦控制。把復雜的多電機耦合系統(tǒng) TNT 控制問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚�獨立的閉環(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)，實現(xiàn)了復卷過程中復卷質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)控制。
研究了復卷機在加減速狀態(tài)的控制問題，將其分為恒加速穩(wěn)態(tài)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(tài)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(tǒng)的動態(tài)測量與數(shù)據(jù)分析等方面，通過在線測量和經(jīng)驗數(shù)據(jù)曲線對比的方法確定出前饋控制的補償參數(shù)。通過適當?shù)那梆佈a償控制解決動態(tài)過程由于慣量變化以及加減速過程的超調(diào)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(chǎn)的紙卷從造紙機構(gòu)、涂布機構(gòu)或超壓機構(gòu)卷紙機構(gòu)下來后，可能還會有比較多的瑕疵，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(chǎn)線，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備，就必須設置復卷設備。
卷筒紙的生產(chǎn)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(zhì)量有問題的紙張清除掉同時粘接紙張間斷頭，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，盤面平整。
由于造紙機的抄造是一個連續(xù)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(zhì)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(nèi)在質(zhì)量要求，首先是在復卷過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(nèi)緊外松態(tài)。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(qū)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(tǒng)是一個非常典型的多變量強耦合的控制系統(tǒng)
二、復卷機發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀
無論在國內(nèi)國外，復卷機的發(fā)展無疑都是在造紙機發(fā)展的極大推動下進行的。由于現(xiàn)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(fā)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(jīng)接近 3 千米/分，隨著紙機的飛快發(fā)展，復卷機的發(fā)展速度也得到了跨越性的提升，出現(xiàn)了許多先進的高科技成果，總結(jié)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(jīng)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(yè)有限公司從 Valmet公司引進的連續(xù)復卷、全自動WinDrum-M型復卷機(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(xù)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(chǎn)�，F(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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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