Przekrawacz rotacyjny w tekturnicy

MASZYNY I URZĄDZENIA
Przekrawacz rotacyjny w tekturnicy
Cz. 4
STANISŁAW MUSIELAK
Pozostałe systemy napędowe przekrawaczy
Dotyczą one następujących napędów:
• zespołu wałów wejściowych układu wciągania tektury,
• zespołu wałów wyjściowych układu wyciągania,
• układu odrzutu odpadów,
• suportu kamery preprintu,
• suportu sensorów preprintu.
System napędowy wałów
wciągających tekturę
Zespół wałów wciągających znajduje się po stronie wlotowej
przekrawacza (rys. 1a).
Składa się z dwóch wałów, przy czym dolny-napędowy – jest
połączony, poprzez przekładnię pasową zębatą, z silnikiem typu
servo .Wał ten może być wykonany ze stali. Wał górny pełni rolę
walca dociskowego i jest powlekany gumą lub specjalną powłoką,
zapewniającą większe tarcie. Zadaniem wałów jest zapewnienie
równoległego i równomiernego transportu tektury do układu cięcia za pomocą obracających się noży. Dla zapewnienia ułożenia
tektury w osi maszyny stosuje się różne układy skrzynek podciśnieniowych, np. wg rozwiązania firm Marquip lub Mitsubishi. Są
to jednak rozwiązania kosztowne i energochłonne. Możliwe jest
również, w zależności od warunków procesu cięcia, automatyczne regulowanie rozstawu osi wałów wciągających, w zależności
od grubości tektury. Są to rozwiązania rzadziej spotykane. Dla
tektur grubych stosowane są napędy podwójne oraz dodatkowe
wały wciągające. Wynika to z dużej masy tektury, szczególnie
przy maksymalnych szerokościach roboczych maszyny.
Po stronie wlotowej tektury stosuje się dodatkowe zabezpieczenie (rys.1 b).W przypadku zastosowania wałów nożowych
z włókien węglowych system wyposażony jest w identyfikator
zakłóceń przebiegu wstęgi tektury, ponieważ istnieje możliwość
tworzenia się wypukłości lub zwisów tektury. Następuje wówczas
generowanie sygnału „stop” i zatrzymanie maszyny. W przypadku
braku takiego systemu identyfikacji może dojść do ewentualnego
„zabijania się” wałów nożowych lub ich uszkodzenia.
S. Musielak, BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH,
Paul-Engel-Str. 1, 92729 Weiherhammer, Niemcy,
e-mail:[email protected]
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · KWIECIEŃ 2011
a)
b)
Rys. 1. Układ napędowy wałów wejściowych i wyjściowych w przekrawaczu (a)
oraz system ich zabezpieczenia (b)
Układ wyciągania
– system transportowy odciętych arkuszy
System ten znajduje się po stronie wylotu z przekrawacza
i składa się z dwóch oddzielnych zespołów walców tworzących
pary (rys. 2).
Walcem napędowym jest walec dolny – stalowy, natomiast
górny jest walcem dociskowym o specjalnej konstrukcji, którą
stanowią rolki nazywane „Anti-Crush”, zapewniające bezpieczne
wyprowadzenie uciętego arkusza tektury bez zgnieceń i uszkodzeń jego powierzchni. Układ wyposażony jest w napęd składający się z jednego lub dwóch silników typu servo, połączonych
poprzez przekładnię z pasem zębatym. Specjalny algorytm pracy
napędu zapewnia optymalne przekazanie ciętych arkuszy do
następnego zespołu maszyny .
Trudność w procesie bezkolizyjnego odbioru i dalszego
transportu arkuszy tektury wynika z konieczności zapewnienia
określonego, minimalnego odstępu pomiędzy arkuszami. Jeżeli
warunek taki nie jest spełniony to występuje zjawisko tzw. „zabijania się” arkuszy w sekcji wyprowadzającej (1). Zjawisko takie
występuje w przypadku gdy:
X cal ≤ X krytyczne
gdzie:
X cal – rzeczywisty odstęp między arkuszami,
X krytyczne – minimalna, dopuszczalna odległość między pociętymi
arkuszami.
Na rysunku 3a przedstawiono zasadę przekazywania pociętych
arkuszy, a na rysunku 3b – odstęp pomiędzy dwoma przeciętymi
arkuszami na wyjściu z przekrawacza.
245
MASZYNY I URZĄDZENIA
Czasami spotykane są bardzo stare systemy transportu arkuszy, np. typu sandwich (rys. 4). W tym systemie stosowane są
dwa szerokie pasy napędzane silnikami prądu stałego. Dystans
między pasami jest regulowany w zależności od grubości
produkowanej tektury i może wynosić od 3 do 9 mm, przy
możliwości stosowania trzech stopni swobody. W systemie
wykorzystywany jest specjalny algorytm do regulacji prędkości
pasów przy odpowiednim zakresie wymiarowym ciętych formatów w przedziale 500 do 1100 mm oraz oddzielny dla zakresu
powyżej 1100 mm.
Ostatnio rozpowszechniony jest specjalny rodzaj transportera,
składającego się z pasów napędowych oraz skrzynek próżniowych stabilizujących transport arkuszy (rys.5).
System ogranicza wpływ zakłóceń procesu cięcia tektury oraz
zapewnia optymalne warunki przekazywania ciętych arkuszy
do układarki. W takim rozwiązaniu mogą jednak występować
zjawiska poślizgów pasów w stosunku do rzeczywistej prędkości
ciętej tektury.
Układ sterowania zespołów wejściowych
i wyjściowych przekrawacza
Rys. 2. Schemat systemu transportowego i widok walca dociskowego
z rolkami „Anti – Crush”
a)
b)
Rys. 3. Położenia ciętego arkusza w odniesieniu do układarki (a) oraz odstęp
między arkuszami
Rys. 4. Układ transportu arkuszy w systemie sandwich
Ważnymi parametrami wymagającymi ich znajomości i regulacji są dociski wałów wejściowych i wyjściowych. Stosowany
do tego celu system (rys. 6) jest oparty na przetwornikach
elektropneumatycznych z autonomicznym (opcja) sterownikiem
PLC oraz komunikacji z przekrawaczem. Na podstawie informacji
o rodzaju i jakości procesu produkcji zastosowany algorytm
bloku PLC określa dociski lub je koryguje, np. w zależności od
gramatury tektury („lekkie” lub „ciężkie” gramatury).
Automatyczne sterowanie
w układzie odrzutu odpadów
Przekrawacze mogą być wyposażone w układ odrzutu tektury
odpadowej. Odpady powstają w różnych miejscach tekturnicy, np.
podczas operacji łączenia papierów na tzw. „splicerach”. Odpady
te powinny być wycięte i wydalane jako odrzut. Miejsca gdzie
znajdują się połączenia wstęg papieru są inicjowane za pomocą
sensora określonego jako splicer (2). Następnie ich przemieszczenie jest kontrolowane przez system kontrolny przekrawacza.
Określana jest pozycja i czas, kiedy miejsce to należy wyciąć.
Są to formaty odpadowe, zwykle o długości synchronicznej
Syn = 840 mm (czasami stosuje się długość 900 mm). Odpadowe formaty są wydalane za pomocą systemu odpowiednio zaprojektowanych klap, sterowanych układami pneumatycznymi lub
mechaniczno- elektrycznymi (CAM), z wykorzystaniem specjalnie
profilowanych krzywek i z napędem typu servo, znajdującego się
tuż za przekrawaczem. Na rysunku 7 przedstawiono klasyczne
układy do wycinania i usuwania odpadów tektury.
Rys. 5. System pasów transportowych ze skrzynkami próżniowymi
246
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · KWIECIEŃ 2011
MASZYNY I URZĄDZENIA
Rys. 6. Schemat obwodu sterowania układem wałów wejścia/wyjścia
w przekrawaczu
a)
b)
Rys. 7. Układy wycinania i wydalania odpadów tektury (na prawo układ
pneumatyczny)
Rys. 8. Schemat przedstawiający zasadę działania układu CAM
Zdecydowanie nowocześniejszym jest układ wycinania i wydalania odpadów działający na zasadzie „CAM” – z napędem
stosującym servomotor. Ogólną zasadę działania takiego układu
przedstawiono na rysunku 8. Jest to przypadek usuwania braku
zaraz za przekrawaczem. Takie rozwiązanie jest konstrukcyjnie
i funkcjonalnie najlepsze, jednak jest stosunkowo drogie. Pełną analizę i obliczenia funkcjonalne wykonuje system przekrawacza.
Napęd suportu kamery preprintu (3)
W przypadku stosowania operacji zadrukowania tektury
w opcji tzw. preprintu, odbywającego się w systemie przekrawacza, istnieje konieczność realizacji procesu cięcia znaczników
preprint, czyli cięcia arkuszy z nadrukiem. Tematyka ta zostanie
dokładniej przedstawiona w dalszej części opracowania. W tej
części podana zostanie tylko krótka informacja dotycząca układu
napędowego głowicy z kamerą rejestrującą miejsce znacznika.
Jest to w pełni zautomatyzowany napęd typu servo, który automatycznie ustawia głowicę w położenie znacznika preprintu. Głowica
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · KWIECIEŃ 2011
wyposażona jest w system kamery oraz źródło oświetlenia.
System jest synchronizowany z fazą cięcia przekrawacza w celu
dokładnego ustalenia pozycji znacznika. Rezultat wyświetlany jest
na monitorze i operator może natychmiast wychwycić odchylenia
linii cięcia od pozycji znacznika z możliwością skorygowania jej
przy pomocy funkcji – offset (pozycja cięcia przekrawacza). System jest jeszcze stosunkowo mało rozpowszechniony w Europie
– wynika to prawdopodobnie z braku informacji u użytkowników
tekturnic. Pozwala na natychmiastową reakcję obsługi w przypadku zakłóceń technologicznych lub nieprawidłowego odczytu
sensora. W systemach firmy BHS stosowany jako opcja.
Napęd suportu sensorów preprintu
W tym przypadku stosuje się więcej rozwiązań, począwszy
od systemów prostych do skomplikowanych. Najprostszym jest
rozwiązanie polegające na pozycjonowaniu ręcznym. Elementem
wykonawczym jest silnik prądu stałego lub dwubiegowy silnik
asynchroniczny. Głowicę sensora naprowadza ręcznie operator
na znacznik preprintu.
W przypadku pełnego zautomatyzowania procesu stosuje
się napęd servo z pełnym pozycjonowaniem położenia sensora,
który automatycznie ustawia się po zmianie zleceń na żądaną
pozycję znacznika. Oczywiście, jest to rozwiązanie drogie ale
zapewniające bardzo małe straty produkcji, które są związane
z szukaniem znacznika na tekturze w przypadku realizacji zlecenia
procesu preprint.
Napęd typu fonfoold
Dotyczy specjalnego przypadku rodzaj produkcji na tekturnicy
a jego zasadę przedstawiono na rysunku 9.
Zainstalowanie specjalnego przekrawacza, zwanego zgniataczem HQM Q, za systemem składania tektury, umożliwia ciągłe
zgniatanie tektury na żądane formaty. Po uzyskaniu finalnej
długości zadanej, w kończącym się zleceniu produkcyjnym,
przekrawacz pomocniczy KQM oddziela wstęgę tektury i system
rozpoczyna cykl pracy z nowymi parametrami dotyczącymi
kolejnego zlecenia. Jeden z przekrawaczy HQM jest w tym momencie w stanie „Stop”, a pozostałe mogą być włączone do cyklu
produkcji. Jest to idea technicznie stara, ale dopiero w ostatnim
okresie zyskuje dużą popularność. Produktem finalnym jest
specjalny rodzaj tektury (rys. 10), szczególnie przydatny w zastosowaniu do produkcji opakowań dla przemysłu szklarskiego
lub meblarskiego. Na świecie istnieje kilka aplikacji tego rodzaju
Rys. 9. Schemat specjalnego układu umożliwiającego realizację procesów
zgniatania i cięcia tektury
247
MASZYNY I URZĄDZENIA
Rys. 10. Składanie tektury stosowanej do produkcji specjalnych opakowań
szkła i mebli
rozwiązania firmy BHS. Składanie tektury może odbywać się
półautomatycznie lub w sposób całkowicie zautomatyzowany.
Prędkości produkcyjne spotykane w praktyce mieszczą się
w przedziale 15-250 m/min.
Rys. 11. Idea systemu zarządzającego zmianą zleceń OC (Order Change)
Zmiana zleceń oraz optymalizacja ostatniego
arkusza tektury
To zadanie należy do trudniejszych algorytmów pracy przekrawacza, głównie z powodu na występujące zjawiska dynamiczne
w procesie. Ogólnie zadanie lub proces zmiany formatów cięcia
OC (Order Change) można zdefiniować (4) jako przejście z jednego asortymentu produkcji do drugiego albo zmianę długości
ciętego formatu, np. z 1000 na 2000mm .Ideę układu stosowanego dla realizacji takiego zadania pokazano na rysunku 11.
Systemem zarządzającym w tym układzie jest system zmian
formatów OC . Jednak dla potrzeby bloku przetwarzania danych
najważniejsze sygnały generuje przekrawacz. przetwarzania.
System umożliwia również zmianę asortymentu produkcji przy
zachowaniu tych samych długości formatów cięcia.
Zmianę można ogólnie nazwać jako cięcie tektury w odpowiednio zdefiniowanym miejscu, które kończy zlecenie poprzednie
i rozpoczyna produkcję należącą do nowego zlecenia (bądź
nowego formatu). Zmiana zlecenia odbywa się w okresie tylko
jednego okresu obrotu wału nożowego przekrawacza. Wymagania spotykane przy zmianie zlecenia są duże, dotyczą nie tylko
zespołu napędowego, ale również układu regulacyjnego. Po
oddzieleniu kończącego się zlecenia od nowego, pierwszy arkusz
nowego zlecenia musi mieć żądaną długość identyczną dla całego
nowego zlecenia, co bywa nieraz trudne do zrealizowania.
Zmiany formatów zleceń mogą również odbywać się na zasadzie optymalizacji ostatniego formatu (jego długość musi odpowiadać długości formatu z danego zlecenia). W takim przypadku
istnieją bardzo wysokie wymagania dotyczące dokładności cięcia
i zsynchronizowania przekrawacza pomocniczego z przekrawaczem głównym.
Sposoby zmiany zleceń
W praktyce spotykane są następujące sposoby określane
jako:
- konwencjonalny – polegający na zmianie formatu z zastosowaniem rampy ( KQM),
- Swing Change – realizowany przy stałej prędkości linii technologicznej( KQF),
248
Rys. 12. Podstawowe typy przekrawaczy biorących udział w operacjach
zmian zleceń. KQM, KQF – przekrawacze pomocnicze; HQM – przekrawacz
zasadniczy
- softwarowy następujący przy zmianie oprogramowania (SF),
- Gealpes ( GEP) (5).
Sposób konwencjonalny jest najstarszym i najbardziej tradycyjnym. Stare i nowe zlecenie zostaje oddzielone cięciem przekrawacza pomocniczego (rotary shear). Po oddzieleniu wstęgi
tektury następuje przyspieszenie układu Dry-End tekturnicy
w celu uzyskania przerwy pomiędzy starą i nową wstęgą tektury.
W uzyskanej w ten sposób wolnej przestrzeni można w zespołach
tekturnicy należących do części Dry-ęnd dokonać przestawień
pozycji oraz przeprowadzić zmiany zadanych parametrów dotyczących nowych zleceń.
W przypadku sposobu Swing Change – zmiana zleceń odbywa się przy stałej prędkości tekturnicy. Wykonana jest przez
przekrawacz typu KQF stosowany do tzw. szybkich zleceń.
Zmiana softwarowa (SF) dotyczy zlecenia, w którym następuje
zmiana tylko liczby arkuszy.
W zmianie Gapless – przekrawacz pomocniczy tnie tekturę
poprzez tzw. system szuflad, ale tylko pewien wybrany obszar
wstęgi. Ważną informacją jest, że tektura nie musi być przecięta
całkowicie.
Na rysunku 12 przedstawiono klasyczne usytuowanie przekrawaczy w linii tekturnicy, które biorą udział w operacjach zmian
zleceń produkcyjnych.
Literatura
1. Musielak S.: „Cutoff – evacuation”, materiały własne, analiza 2001.
2. „Splicer: Schulungsmateriale”, 2008 BHS International.
3. Musielak S.: „Efekty schodkowe w „preprint”, 1996, materiały własne,
niepublikowane.
4. Musielak S.: „Optymalizacja zmian OC”, materiały własne, niepublikowane.
5. Musielak S.: „Geaples”, materiały własne.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · KWIECIEŃ 2011