Przekrawacz rotacyjny w tekturnicy

MASZYNY I URZĄDZENIA
Przekrawacz rotacyjny w tekturnicy
Cz. 5
STANISŁAW K. MUSIELAK
Przebiegi zmian zleceń – rodzaje zmian
i funkcje przekrawaczy
Zmiana zlecenia w formie klasycznej
W układzie klasycznym przebieg zmiany zlecenia (zamówienia)
rozpoczyna się od chwili zbliżania się liczby aktualnie wykonanych
i obliczanych na tekturnicy arkuszy ( N akt )do liczby ( N zad )
stanowiącej wartość zadaną dla kończącego się zlecenia.
Jeżeli znane są wartości określające długość zadanego formatu, czyli
Fzad = Format,
to można znaleźć długość dystansu ostrzeżenia (X Dzs tan s _ OC ) przed
zbliżaniem się do chwili zmiany formatów. Możliwe są jednak
dwa przypadki:
- jeżeli występuje nierówność:
N zad · Fzad - N akt · Fzad <= X Dzs tan s _ OC (1),
to następuje obniżenie prędkości całej maszyny do prędkości,
przy której możliwa jest zmiana formatów,
- jeżeli natomiast spełniony jest następny warunek:
N zad · Fzad - N akt · Fzad <= X dyst _ kqm _ hqm (2),
to następuje generowanie sygnału startu dla przekrawacza
pomocniczego (KQ) istniejącego w systemie pokazanym na
rysunku 1.
W takim systemie występują dwa ograniczenia, wynikające
z prędkości przekrawacza głównego HQM (odpowiednik hqm)
oraz limitu prędkości maksymalnej przekrawacza pomocniczego
KQ (odpowiednik kqm).
Po wydaniu sekwencji startu cięcia dla przekrawacza pomocniczego następuje przyspieszenie części suchej (Dry-End) tekturnicy w celu wytworzenia określonej przerwy czasowej pomiędzy
starym a nowym zleceniem. W tym okresie następuje również
przestawienie noży przekrawacza wzdłużnego oraz głowic do
nagniatania wstęgi tektury (sekcji SRA – Sliter Scorer). Zadaniem
przekrawacza wzdłużnego jest cięcie wstęgi tektury dla uzyskania
określonej w zamówieniu szerokości formatów.
Ze względów regulacyjnych występują w systemie dodatkowe
wymagania dotyczące przekrawacza głównego, który w przypadku przyspieszenia pozostałej wstęgi tektury musi realizować
Mgr inż. S.K. Musielak, BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH,
Paul-Engel-Str. 1, 92729 Weiherhammer, Niemcy,
e-mail:[email protected]
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · MAJ 2011
dalsze cięcie z wysoką dokładnością. Występują tu zjawiska
uboczne – negatywne, decydujące później o dokładności procesu cięcia.
Rys. 1. Zmiana zleceń w układzie klasycznym OC KQM
Zmiana zleceń w układzie Swing-Change
Aby uniknąć wielu niedogodności opisanych powyżej, dokonano modyfikacji układu, wprowadzając w strukturę maszyny
drugi przekrawacz pomocniczy, który nazwano przekrawaczem
szybkich zmian zleceń – KQF rotary shear.
W układzie konwencjonalnym pod koniec realizacji zlecenia
aktualnego prędkość tekturnicy jest stała, co pokazano na rysunku 2a. Linia czerwona pokazuje przebieg prędkości maszyny
w przypadku zmiany wg Swing-Change. Ideą tego systemu jest
to, że przekrawacz KQF znajduje się za systemem SRA – Sliter
Scorer i jego celem jest dokonanie wycięcia kartonu wybrakowanego (w wyniku dokonanych zmian położenia noży oraz głowic
nagniatających SRA – rys. 2b i 3).
Zaleta rozwiązania jest oczywista, wynikająca głównie ze
zwiększenia prędkości, przy zmianie formatów, do wartości
nawet powyżej 300 m/min. Stała jest jednocześnie prędkość
tekturnicy. Nie należy także zapominać o przekrawaczu głównym,
który w przypadku nieoptymalnego realizowania zmiany zlecenia
ogranicza prędkość procesu. W przypadku np. zmiany formatu
z 1300 mm na 2500 mm nie następuje „wytrącenie” systemu
z równowagi i zmiana prędkości. Natomiast przy zmianie formatu
z 1300 mm na 500 mm następuje obniżenie prędkości maszyny,
ponieważ przekrawacz główny nie jest w stanie dokonać zmiany
formatu na 500 mm przy prędkości np. 300 mm/min.
303
MASZYNY I URZĄDZENIA
Należy zaznaczyć, że liczba zmian zleceń w ciągu 8 h może
osiągać wartości dochodzące nawet do 300 lub więcej i w związku z tym proces zmian staje się niezmiernie ważny i wymaga
potrzeby optymalizowania zmian formatów (1-3). Oszczędności
w przypadku zoptymalizowanego systemu mogą być duże.
System jest znany głównie od inicjatora tego rozwiązania, którym jest firma Fosber. Idea rozwiązania polega na zastosowaniu
specjalnych segmentów rotacyjnych na wale przekrawacza
pomocniczego (rys. 4).
Firma BHS posiada podobne rozwiązanie, które przedstawiono
na rysunku 5. Istnieje jednak różnica polegająca na odmiennym
układzie segmentów, który w rozwiązaniu BHS (rys. 5b) określany
jest jako „szufladowy”. Z doświadczeń praktycznych wynika, że
rozwiązanie to nie spełniło oczekiwań użytkowników tekturnic.
Warto przedstawić zasadę działania Geaples, gdyż znana jest
zapewnie tylko wąskiemu gronu użytkowników tych maszyn.
a)
b)
Rys. 2.: a) Porównanie rozkładów prędkości przy różnych systemach zmian
zleceń, b) Układ roboczy procesu
a) b)
Rys. 5.: a) Przekrawacz dla systemu Geaples (BHS), b) Układ „szuflad”
wg BHS
Rys. 3. Symulacja przebiegu zmiany zlecenia w systemie Swing Change
oraz charakterystyka strefy zmian
Zmiana zlecenia wg systemu „software”
Jest to zmiana zlecenia przy niezmienionych parametrach
technologicznych przekrawaczy. Następuje tylko zmiana liczby
sztuk arkuszy tektury w zleceniu. Nie ma zmian prędkości oraz
nie ma wyrzutu odpadów ze wstęgi należącej do kończącego
się zlecenia. W procesie zmiany następuje tylko transmisja
aktualnych danych.
Możliwości systemu zmiany zleceń wg Gapless sięgają prędkości roboczych ok. 300 m/min. Zasadę funkcjonowania tego
systemu przedstawiono na rysunku 6. Przekrawacz pomocniczy
otrzymuje dane, wskazujące które segmenty rotacyjne na wale
przekrawacza muszą zostać zaktywizowane. W tym obszarze dokonana zostaje później zmiana zlecenia. Następuje przestawianie
głowic SRA i nacięty arkusz podąża do przekrawacza głównego
HQM. Dokonuje on zmian dalszych formatów a ostatni arkusz
poprzedniego zlecenia podąża do systemu układarki.
Wadą rozwiązania jest to, że arkusz odpadowy obsługa musi
odrzucać ręcznie. Zaletą rozwiązania jest stosowanie jednego
szybkiego przekrawacza, co obniża koszty aplikacji.
Zmiana zlecenia wg systemu Gapless
System Gapless dotyczy niekonwencjonalnej zmiany formatów
(4), podczas której prędkość maszyny może pozostawać stała.
Rys. 4. Widok wału z segmentami rotacyjnymi (wg Fosber)
304
Rys. 6. Symulacja systemu zmian zleceń sposobem Geaples wg BHS
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · MAJ 2011
MASZYNY I URZĄDZENIA
Alternatywa dla szybkiej zmiany zleceń
W praktyce spotyka się bardzo ciekawe rozwiązanie systemu
zmian zleceń. Klasyczny przekrawacz pomocniczy KQM wyposażony został dodatkowo, oprócz zespołu pneumatycznego
do odpadów (tzw. „klapy”), w system nazywany skrótem cam
(rys. 7).
Przy małych prędkościach produkcyjnych oraz przy zakłóceniach technologicznych niesklejony dobrze arkusz (odpad) jest
wydalany za pomocą „klapy”, przy prędkości roboczej do 100
m/min. Powyżej tej prędkości odpad wydalany jest za pomocą cam. Jest to znakomita kombinacja, umożliwiająca pracę
urządzeń do prędkości powyżej 300 m/min, z bardzo wysoką
dokładnością pozycjonowania. Istnieją zaledwie dwa tego typu
rozwiązania firmy BHS na świecie. Ograniczeniem jest stosunkowo wysoka cena. Rozwiązanie jest idealne dla aplikacji tam, gdzie
istnieje duża liczba zmian formatów – powyżej 200, 300 w ciągu
zmiany roboczej oraz dla maszyn szybkobieżnych. Ze względu
na kombinację wyrzutu odpadów przekrawacz pomocniczy KQM
nie ogranicza zmiany prędkości ciągu.
Rys. 7. Przekrawacz pomocniczy KQM z układem kombinacyjnym „klapa
– cam”
Wersja specjalna – przekrawacz pomocniczy cięcia bocznego
wstęgi tektury
Jest to wersja maszyny o specjalnej konstrukcji ramowej
typu duplex. Montowane są dwie jednostki – moduły, z których
pierwsza jednostka pracuje jako typowy przekrawacz szybkich
zmian formatów (np. KQF), a druga – dolna – jako obcinacz
boków wstęgi tektury.
Rys. 9. Proces technologiczny z odpowiednim algorytmem optymalizacji
Jest to związane z sytuacją, w której w wyniku powstania zbyt
szerokiego obcinka bocznego, zaklasyfikowanego jako odpad, nie
jest możliwe wydalenie go przez system pneumatycznych wyciągów braków. Wówczas uruchamiany jest przekrawacz obcinka
bocznego, który tnie odpad na formaty o wymiarach 600 do 1000
mm, w zależności od grubości tektury. Wersja ta spotykana jest
jedynie w znanej firmie niemieckiej Prowell.
Wersja specjalna – przekrawacz pomocniczy( wzdłużny)
wstęgi tektury przed przekrawaczem rotary shaer
Jest to rozwiązanie niezmiernie rzadko spotykane i w zasadzie
polega na zastosowaniu systemu noży rotacyjnych podobnych do
głowic, jakie spotyka się w maszynie typu SRA ( Sliter- Scorer ).
Jest stosowane szczególnie przy produkcji tektur triplex i o dużych gramaturach, dla potrzeb cięcia wzdłużnego wstęgi tektury
odpadowej zaraz za przekrawaczem pomocniczym KQM. Widok
konstrukcji oraz zasady działania przedstawiono na rysunku 8.
W przypadku zmiany formatów, przekrawacz pomocniczy rotary
shear steruje systemem noży do cięcia wzdłużnego. Głowice
są tak zsynchronizowane z przekrawaczem pomocniczym, że
noże wzdłużne nie mogą uszkodzić tektury należącej do „starego” zlecenia oraz nowego arkusza dochodzącej tektury. Cięty
wzdłużnie jest tylko brak, usuwany jako odpad. Niezbędne obliczenia parametrów położenia linii cięcia wykonuje przekrawacz
pomocniczy KQM.
Mody optymalizacji zleceń
Optymalizacja zleceń to jedno z bardzo ważnych zadań przekrawaczy. Polega ona na założeniu, że typowe zlecenia, które
zakończono, nie są zsynchronizowane. Oznacza to, że w stosie
arkuszy, ostatni arkusz, należący do danego zlecenia, jest zawsze
krótszy. W związku z tym, arkusz ten bywa klasyfikowany
jako odpad – brak. Filozofię
algorytmu optymalizacji na
tle procesu technologicznego
przedstawiono na rysunku 9.
W przypadku bardzo krótkich formatów, np. 500- 800
mm, nie występuje problem
Rys. 8. Widok i funkcjonowanie przekrawacza pomocniczego wzdłużnego z nożami rotacyjnymi (za uprzejmą zgodą
strat
materiału. Jednak w syfirmy niemieckiej Prowell)
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · MAJ 2011
305
MASZYNY I URZĄDZENIA
tuacji, gdy formaty mają długość np. 5000 mm, a ostatni arkusz
nie jest zsynchronizowany z układem, może się zdarzyć, że
aktualnie ucięty arkusz może mieć np. 3950 mm, co nie jest do
przyjęcia. Problem ten jest szczególnie istotny dla zmian formatów
przy realizowaniu bardzo małych zleceń (5-6 arkuszy), co jest
typowe np. dla rynku japońskiego. Oczywiście optymalizacja,
wynikająca ze względów technologicznych, dotyczy wtedy układu
z przekrawaczem, który aktualnie tnie najdłuższe formaty.
Zsynchronizowanie układu może odbywać się z dowolnym
przekrawaczem pomocniczym lub optymalizację może zrealizować autonomicznie tylko przekrawacz główny, ale wówczas
gdy wyposażony jest w system do wydalania braku (np. zespół
cam).
Technologiczna realizacja cyklu jest następująca: przekrawacz
HQM dokonuje kalkulacji położenia linii cięcia i generuje sygnał
startu dla jednostek pomocniczych KQM albo KQF. Zależy to od
aktualnego położenia wstęgi tektury między tymi maszynami.
Musi być spełniony jednak warunek, że po wykonaniu cięcia
przekrawacza pomocniczego KQM /KQF ostatni arkusz musi mieć
taką samą długość, co arkusze zakończonego właśnie zlecenia.
Jest to opcja specjalna.
Splicer – przeznaczenie i funkcjonowanie
Zadaniem specjalnego urządzenia, nazywanego splicer (ang.
łącznik papierów na nakładkę), jest zapewnienie płynnej realizacji
procesu produkcyjnego w przypadku zmian roli papieru, bez
konieczności zatrzymywania tekturnicy (5). Podczas tej procedury następuje, przy wysokiej prędkości tekturnicy, sklejenie
wstęgi papieru podawanego z nowej roli ze wstęgą aktualnie
odwijaną z roli poprzedniej. Odbywa się to w urządzeniu typu
splicer znajdującego się w układzie zasobnika – akumulatora
papieru. Po sklejeniu papierów nowa rola zostaje przyspieszona
do wymaganej prędkości roboczej. Układ nowoczesnego splicera
przedstawiono na rysunku 10.
Sytuacja jest bardzo trywialna. W przypadku jednego sygnału
generowania z pojedynczego splicera obliczenia są proste.
W przypadku braku modułu synchronizatora splicera mogą
pojawić się jednak nieskoordynowane impulsy identyfikacji
splicera (i = 1, 2, 3, … lub ich większa liczba). Sytuacja staje
się wówczas skomplikowana, gdyż system przekrawacza musi
w sposób ciągły wycinać miejsca braków. Zaprzestanie tej
akcji, lub fałszywe obliczenia, mogą doprowadzić do przypadku
pozostania odcinka braku w tekturze pomiędzy zespołem SRA
a przekrawaczem głównym HQM, co jest wybitnie niepożądane
i powoduje zatrzymanie procesu.
Rys. 11. Układ procesowy przekrawaczy w odniesieniu do splicera
Zasadniczo po otrzymaniu sygnału startu ze splicera jedna
z wybranych maszyn oblicza i określa miejsce wycięcia braku.
Częstym przypadkiem jest zainstalowanie specjalnego sensora
połączenia papierów w części suszącej tekturnicy. Odległości
sensora od przekrawaczy są znane, więc na tej podstawie odpowiedniego algorytmu obliczany jest „punkt startu” dla wybranej
wcześniej maszyny.
Przykład:
Xo – dystans sensor-przekrawacz,
Xa – dystans między startem przekrawacza a fazą cięcią,
Xp – zliczana droga tektury od miejsca zidentyfikowania
połączenia,
Xm – aktualna droga wstęgi,
Start:kqm = (Xo- Xp ),
Jesli Startkqm <= Xa to następuje start przekrawacza
Przedstawiona procedura jest prosta. W praktyce spotykane
są przypadki bardziej złożone i skomplikowane.
Literatura
Rys. 10. Splicer w układzie podawania i sklejania papierów stosowanych
do produkcji tektury falistej
Oczywiście z punktu technologicznego miejsce sklejenia wstęg
papieru jest odpadem – brakiem, który należy wyciąć z tektury.
To zadanie przejmują na siebie trzy znane maszyny – przekrawacz
główny i przekrawacze pomocnicze, przedstawione w określonym
układzie funkcjonalnym, jak na rysunku 11.
306
1. Piotrowski J.: „Podstawy Miernictwa”, WNT, Warszawa 2002.
2. Musielak S.: „Cutoff – evacuation”, materiały własne – analiza, 2001.
3. Musielak S.: „Optymalizacja zmian OC”, materiały własne niepublikowane.
4. Musielak S.: „Systemy Geaples”, materiały własne, 2007-2008.
5. Splicer, „Schulungsmateriale”, BHS Intern. 2008.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · MAJ 2011