Система автоматического регулирования натяжения бумажной ленты с тензодатчиком
Технологические возможности рулонных печатных машин, их основные свойства и сферы применения. Регулирование и методы измерения силы натяжения бумажной ленты. Особенности автоматического контроля натяжения, построенного на основе тензометрических датчиков.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.01.2012 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ
ФАКУЛЬТЕТ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Реферат
по дисциплине «Автоматизация технологических процессов»
Тема: «Система автоматического регулирования натяжения бумажной ленты с тензодатчиком»
Студент: Волов Я. А.
Группа: ДЦуи-5-1
Руководитель: Щербина Ю.В.
Москва 2008
Оглавление
Введение
1. Общая характеристика рулонных машин
2. Ролевая машина Heidelberg М600 Autoplate
3. Натяжение полотна: основные положения
4. Регулирование силы натяжения ленты
5. Методы измерения натяжения
6. Системы контроля натяжения полотна
7. Автоматический контроль натяжения. Тензодатчики, ПИД-регуляторы и датчики натяжения
8. Функциональная схема
9. Структурная схема системы управления уровнем краски печатной машины
Введение
Рулонные ротационные печатные машины являются узлом технологических и технических проблем. Это самые крупногабаритные и самые тяжелые печатные машины и имеют они самые широкие технологические возможности. Следует также отметить, что рулонные печатные машины самые скоростные печатные машины. Эти особенности накладывают ряд требований при изготовлении и эксплуатации рулонных машин.
При эксплуатации рулонных машин часто возникает проблема разрыва ленты.
Разрывы лент, как правило, объясняются совокупностью неблагоприятных факторов, когда роль «спускового крючка» играет даже незначительное изменение одного параметра. Опрос 50-ти типографий из разных стран показал, что разрывы ленты представляют проблему для подавляющего большинства полиграфистов (95%).
Ключ к минимизации разрывов ленты - оптимальное натяжение, при котором даже определённые дефекты на проходящей через машину ленте не приводят к её разрыву. Риск разрыва повышается, если натяжение отрегулировано неправильно, если отклонения превышают допустимые значения или на ленте есть непрочные участки.
Слишком высокое натяжение увеличивает риск разрыва ленты из-за чрезмерной нагрузки на бумагу. Другие последствия - изменение длины оттиска, морщины.
Слишком низкое натяжение повышает риск разрыва бумажной ленты из-за складок и «повреждения поверхности бумаги» (когда края бумаги прилипают к остаткам краски на офсетных полотнах и цилиндрах). Перемещающаяся по цилиндрам лента может задевать элементы конструкции печатных секций.
Риск разрыва ленты особенно высок при быстрой смене натяжения во время запуска машины (в начале печати), чуть ниже - при нормальной остановке оборудования. Колебания натяжения наблюдаются в процессе склейки, при прохождении участка склейки через машину и при установке нового рулона с другими механическими характеристиками (другим поперечным натяжением).
Оптимальные параметры натяжения в машине указываются изготовителем оборудования и варьируются в зависимости от модели. Обычно рекомендуемое натяжение в 5 раз ниже порогового значения, при котором происходит разрыв ленты.
Целью работы является проектирование автоматической системы регулирования натяжения бумажной ленты со свободно плавающим валиком.
В результате проделанной работы была рассмотрена система автоматического регулирования с тензодатчиком, получены основные характеристики непрерывной и цифровой системы (переходная характеристика, логарифмическая и фазовая частотная характеристики), рассчитан период модуляции, проведена оценка устойчивости системы при различных периодах модуляции.
1. Общая характеристика рулонных машин
натяжение лента автоматический тензометрический
Рулонные печатные машины наиболее быстроходны из всех видов печатного оборудования, это достигается благодаря ротационному печатному аппарату и непрерывной подаче в машину бумажной ленты, что позволяет полностью использовать время цикла для печатания.
Современные рулонные печатные машины имеют скорость вращения печатной пары до 50-100 тыс. об./ч. при скорости проводки бумажной ленты VЛ = 8-15 м/с. Они обладают широкими технологическими возможностями воспроизведения на запечатываемом материале любых графических изображений при совмещении по ходу проводки бумажной ленты операций разрезки, перфорирования, высечки, фальцовки и пр., что существенно упрощает и удешевляет процесс получения готовой продукции.
Многооперационность рулонных машин позволяет получать на выходе печатную продукцию в виде листов, рулонов, тетрадей и даже в виде готовых брошюр, книг и журналов, при изготовлении последних в составе печатно-отделочной линии.
Стремительное развитие рулонных офсетных машин в последние годы объясняется не только большими скоростями печатания, но и возможностью получить высокое качество печатной продукции, сопоставимое с качеством листовой печатной продукции. Высокий уровень качества оттисков на рулонных офсетных машинах обусловлен как достижениями в области технологии печатного процесса, так и новыми конструктивными решениями основных функциональных узлов. Среди технологических факторов, позволяющих повысить качество, следует отметить применение биметаллических и монометаллических форм с высокой разрешающей способностью, возможностью их минимального увлажнения, что позволяет уменьшить эмульгирование красок и деформацию бумаги. Существенное влияние на развитие рулонных офсетных машин оказало улучшение качества и печатных свойств офсетных бумаг. Повышение механической прочности бумаги улучшает стабильность ее поведения в процессе нахождения в машине при интенсивном воздействии влаги, давления, температуры и прочих негативных факторов. Разработка новых красок с повышенной концентрацией пигментов высокой дисперсности, применение летучих растворителей в их составе позволяют вести их закрепление на высоких скоростях, за короткий промежуток времени.
Несмотря на все свои достоинства, рулонные ротационные печатные машины являются узлом технологических и технических проблем. Это самые крупногабаритные и самые тяжелые печатные машины и имеют они самые широкие технологические возможности, например, на них печатают, фальцуют, подбирают, разрезают и даже сшивают проволокой. Следует также отметить, что рулонные печатные машины самые скоростные печатные машины. Эти особенности накладывают ряд требований при изготовлении и эксплуатации рулонных машин.
Рулонные печатные машины (по сравнению с листовыми печатными машинами) имеют:
1) более высокую производительность;
2) возможность печати на более дешевом рулонном материале и на более тонкой бумаге;
3) большие возможности выполнения в едином цикле не только операции печати, но и других технологических операций, например, фальцовки, резки, шитья металлическими скобами, проклейки тетрадей по корешку, перфорации. Поэтому правильнее было бы называть эти машины поточными линиями или агрегатами.
С другой стороны, рулонные печатные машины по сравнению с листовыми машинами имеют ограниченные возможности по изменению формата издания, меньшую оперативность в работе, неэкономичны при работе на малых тиражах.
Рулонные печатные машины могут найти широкое распространение для печатания больших тиражей газетной, журнальной и книжной продукции. Художественные альбомы, открытки, малотиражные издания - это уже область широкого применения листовых печатных машин.
В полиграфии используют рулонные печатные машины высокой, глубокой и офсетной печати. В настоящее время доля продукции, выпускаемой с помощью машин высокой печати, невелика. Их еще продолжают использовать при выпуске газетной и книжной продукции. Рулонные машины глубокой печати применяют только при печати журналов и рекламных изданий большими тиражами.
2. Ролевая машина Heidelberg М600 Autoplate
В апреле 2008 г. состоялась презентация новой ролевой машины М600 (рис. 1). Эта машина позволяет осуществлять двухстороннюю печать со скоростью 50 тыс. листооттисков в час, с одновременной склейкой и фальцовкой, трехсторонней обрезкой и комплектацией блоков с одновременной склейкой и фальцовкой, трехсторонней обрезкой и комплектацией блоков. Она оснащена встроенным спектрофотометром, а также системой Autoplate, обеспечивающей автоматическую смену печатных пластин. Благодаря этому, появляется возможность значительно ускорить переход с одного тиража к другому. Смена всех восьми пластин будет занимать лишь три минуты и не потребует участия оператора. Машина также оснащена удлиненной сушкой Heidelberg Contiweb Ecocool 75, которая получила промышленную награду за свою функциональность и позволяет печатать с максимальным накатом краски без снижения работы скорости. Это особенно важно для печати журналов с большим количеством иллюстраций.
Рис. 1. - Схема машины Heidelberg М600 Autoplate
Технические характеристики:
Максимальный формат рулона 510 мм
Длина печатного листа (рубка) 630 мм
Варианты фальцовки:
А4 (книжный и альбомный) 8 полос, 2 по 4 полосы
А3 - сфальцованный до А4 4 полосы А3
А2 - сфальцованный до А3 (4 полосы А3)
А2 - на листовой выклад
А5 - книжный и альбомный
3. Натяжение полотна: основные положения
Натяжение определяется как растягивающее усилие, приложенное к полотну (ленте) в машинном направлении. Натяжение обеспечивает управляемую проводку полотна, без него движение ленты становится неконтролируемым и непредсказуемым. Один из основных принципов управления лентопроводкой - полотно выравнивается под углом 90 ° к оси направляющего или ведущего валика - работает только в том случае, если обеспечивается плотный контакт между поверхностями валика и полотна. Если трение между валиком и полотном низкое, положение последнего в поперечном направлении и скорость движения будут неконтролируемыми. Точность приводки при печати, лакировании, тиснении фольгой, высечке, а также положение линии разрезки полотна - вот функции натяжения.
Натяжение создается разностью скоростей лентоведущих валиков (рулоны на размотке и намотке также следует считать лентоведущими валиками). Натянутая лента растягивается в машинном направлении на величину, зависящую от силы натяжения и от упругости ленты, и сжимается в поперечном направлении. Поскольку растяжение полотна затрудняет контроль приводки при печати и отделке, а поперечное сжатие может вести к морщению полотна, оптимальной следует считать минимальную силу натяжения, которая обеспечивает управляемую проводку полотна через машину.
Разные материалы имеют различные упруго-эластические свойства, соответственно будут различными и оптимальные значения натяжения. Для разных машин оптимальные значения натяжения при обработке одинаковых материалов также могут различаться. В качестве отправной точки при определении оптимального натяжения следует использовать рекомендации поставщиков материалов, а также технологических институтов. Обычно искомая величина составляет 10-25% предела прочности материала на разрыв.
При работе с несколькими лентами, например при ламинации, их натяжение должно быть одинаковым, в противном случае склеенное полотно будет скручиваться в сторону той ленты, которая на момент склейки была натянута сильнее.
Натяжение полотна должно контролироваться не только в технологических секциях, но и на рулонных установках, иначе на размотке возможен обрыв ленты, а форма наматываемого рулона будет далека от цилиндрической.
Натяжение в каждой из зон контроля должно регулироваться независимо от других зон. Поэтому на размотке, в технологических секциях и на намотке оно может иметь различные значения.
В установившемся режиме работы машины натяжение в технологических секциях, как правило, достаточно стабильно. На размотке и намотке регулировать натяжение сложнее, поскольку диаметры и массы рулонов в процессе работы машины изменяются. На размотке натяжение должно поддерживаться постоянным, поэтому по мере уменьшения диаметра рулона частота его вращения увеличивается, а тормозной момент на валу должен снижаться. Намотку рулона часто принято выполнять с уменьшающимся по мере увеличения диаметра рулона натяжением ленты, поэтому частота вращения рулона должна изменяться с учетом заданного уменьшения натяжения.
4. Регулирование силы натяжения ленты
Сила натяжения ленты выбирается в зависимости от материала. Она зависит как от податливости материала, так и от его поперечного сечения, а также от биения радиуса рулона. При кратковременном движении ленты через печатную машину проявляется лишь часть ползучести материала. На участке до первого печатного аппарата. Например, бумажную ленту смело можно считать упругой.
В ниже приведенной таблице для различных материалов приведены опытные значения силы натяжения запечатываемой ленты, при этом в отдельных случаях в зависимости от качества материала ленты они не могут считаться абсолютно приемлемыми. В ней приведены расчетные формулы и значения эмпирического коэффициента k. Значения удельной плотности W [г/м2] бумаги и картона, а также толщины материала S и его ширины b должны быть взяты из паспортных данных конкретной партии материала или в лаборатории.
Рис 2. - Значения рекомендуемого натяжения ленты для некоторых
материалов
5. Методы измерения натяжения
Существует несколько способов измерения и расчета оценки натяжения полотна. Самый точный из них - измерить натяжение тензометром, который может работать как элемент системы контроля натяжения или может быть установлен отдельно от нее.
Если датчика нет, но система контроля натяжения содержит амортизирующий колебания плавающий (танцующий) валик, то натяжение можно вычислить из значения нагрузки на валик с учетом геометрии проводки полотна через амортизатор. Следует учесть, что данная оценка не будет корректной в случае, если валик находится в одном из крайних положений.
Грубо оценить натяжение на размотке, оснащенной рулонным тормозом, можно с помощью обычного безмена. Для этого следует пропустить конец ленты через направляющий валик, зацепить ее безменом и потянуть. Вес, который покажет безмен в момент, когда рулон начнет вращаться, позволит рассчитать натяжение ленты при данной установке тормоза. Этот метод нельзя применять для оценки натяжения на устройствах намотки и на размотках, оснащенных двигателем, а не тормозом.
В случае если известно значение тормозного момента на размотке, оценку натяжения можно аппроксимировать из частного тормозного момента и радиуса рулона.
6. Системы контроля натяжения полотна
Самым дешевым методом управления натяжением полотна является ручная установка параметров двигателей или тормозов, регулирующих скорости вращения лентоведущих валиков и рулонов. Однако очевидно, что подобный метод регулировки может быть основан только на опыте обслуживающего оборудование персонала и риск ошибки при его использовании очень велик. Регулировать параметры приводов размотки и намотки вручную вообще крайне сложно из-за постоянного изменения масс и диаметров рулонов. Поэтому экономия на стоимости автоматических контрольных устройств скорее всего обернется потерями вследствие большого процента брака. Рассмотрим основные типы автоматических устройств.
Тянущий аппарат
Активным элементом транспортировки ленты является тянущий аппарат. Он оказывает в направлении движения ленты тянущее действие на ленту и тем самым выполняет её транспортировку. Тянущий аппарат может применяться может применяться как тянущий элемент, что и дало ему название, и как сдерживающий тормозящий элемент. На рис второй аппарат является тянущим, а первый - сдерживающим, но лишь для участка ленты между ними. Для предыдущего участка первый аппарат является тянущим, а для последующего участка (после второго аппарата) второй аппарат является «сдерживающим». Таким образом. Любая лентоведущая пара для предыдущего участка является тянущей, а для последующего «сдерживающим».
Рис 3. - Участок системы транспортировки ленты
Изменение силы натяжения ленты F и её относительное удлинение внутри участка системы транспортировки ленты с направляющими (лентоведомыми) валиками
7. Автоматический контроль натяжения. Тензодатчики, ПИД-регуляторы и датчики натяжения
Автоматический контроль натяжения используется в центральных и периферийных намотчиках и позволяет стабилизировать силу натяжения пленки, бумаги при изменении скорости движения рукава (полотна в двух позиционном намотчике). При этом гарантируется равномерная плотность намотки. Основное достоинство системы - это то, что оператору не нужно регулировать скорость намотки при изменении скорости вытяжки. Он регулирует силу натяжения. Как правило, сила натяжения постоянна во всем диапазоне скоростей вытяжки (при определенных параметрах рукава - ширина, толщина). Так что оператор задаёт требуемую плотность намотки (силу натяжения рукава) и система сама поддерживает её.
Принцип действия
Система построена на основе тензометрических датчиков, которые служат обратной связью для системы управления. Тензодатчик выдает сигнал прямо пропорциональный давлению, оказываемому на него.
Рис 4. - Структурная схема тензодатчика
Сигналы с тензодатчика преобразуются к нужному виду в преобразователе, далее обрабатываются в ПИД-регуляторе инвертора. Оператор задаёт уровень натяжения с помощью резистора на инверторе. Индикация натяжения осуществляется с помощью встроенного дисплея инвертора.
Рис. 5. - Рекомендуемая схема установки датчиков натяжения на
намотчике
Датчики могут быть S-образными или балочного типа. Они могут работать как на растяжение, так и на сжатие.
Материал заходит под углом > ~90 градусов на вал (1), жёстко закрепленный на тензодатчиках (2), которые, в свою очередь, закреплены на неподвижных частях намотчика.
Рассмотрим алгоритм работы:
После калибровки системы при отсутствии плёнки двигатель раскручивается до номинальных оборотов, пытаясь выбрать образовавшуюся слабину. Когда плёнка начинает воздействовать на измерительный вал, система уменьшает обороты двигателя до уровня, необходимого для поддержания нужной силы натяжения. ПИД-регулятор инвертора отрабатывает задание и производит регулировку оборотов двигателя с упреждением, достаточным для обеспечения мягкости работы системы. При правильной настройке системы отсутствуют какие-либо переколебания натяжения. Слабина плёнки выбирается достаточно плавно. Система обеспечивает равномерное натяжение плёнки при любой величине рулона.
Допустим, мы уменьшили скорость вытяжки рукава. Натяжение пленки в намотчике увеличилось, что привело к увеличению давления на вал (1), изменяя тем самым сигнал с тензодатчиков. Инвертор отрабатывает ситуацию и пытается вернуть значение сигнала с датчиков натяжения в исходное значение, что приводит к уменьшению скорости вращения двигателя намотчика. Натяжение привелось к значению, которое было до уменьшения скорости вытяжки. Процесс регулировки с помощью ПИД-регулятора происходит быстро и мягко (визуально не заметно).
Система инсталлируется как отдельное устройство. Также в системе может быть установлен промежуточный тянущий пост, обычно это пост резки.
Мы можем поставить для Вас тензодатчики, преобразователи, инверторы. Сделать подробную схему соединений внедрить и адаптировать устройство на вашу линию.
Стоимость устройства зависит от размеров намотчика. Приблизительная стоимость для трёхпозиционного намотчика 1500 мм равна 1650 USD (1 пост - 550 USD). В эту стоимость входят инверторы, тензодатчики, преобразователи сигнала, инструкция по настройке системы.
Тензодатчик
Рис. 6. - Тензодатчик
Заваренный металлический сильфон
* Макс. нагрузки 5 кг… 1 т
* Датчики и узлы встройки изготовлены из нержавеющей стали
* Исполнение согласно OIML R60, до 6000 поверочных интервалов
* Шестипроводное подключение
* Оптимизирован для параллельного подключения нескольких датчиков
* Взрывобезопасное исполнение
8. Функциональная схема
Первый контур обеспечивает автоматическое управление натяжением полотна.
Он включает:
OT - местный прибор
OR - регистрирующий прибор
OE - датчик натяжения полотна
ОY - блок управления
Буквенные условные обозначения измеряемых величин:
T - местный регулирующий орган
O - резервная буква
Е - электрическая величина
Y - управляющий орган
Рис. 7. - Функциональной схема автоматизации натяжения бумажного
полотна в печатной машине:
1 - сигнал с датчика; 2 - управляющий сигнал, поступающий на
исполнительное устройство
9. Структурная схема системы управления уровнем краски печатной машины
БУ - блок управления;
ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь;
ВУ - вычислительное устройство;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь; Ус - усилитель
Рис 8. - Структурная схема системы управления натяжения полотна
печатной машины
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Принципы построения устройств натяжения. Влияние натяжения между клетями на качество получаемого проката. Рассмотрение зависимости обжатия листа и уменьшения давления на валки от натяжения на конце и начале полосы, его эффективность и целесообразность.
курсовая работа [346,5 K], добавлен 10.01.2012Корректировка производительности для расчета ленты конвейера. Расчет предварительной мощности и определение максимального натяжения. Расчет роликоопор и выбор места расположения станций. Проверка прочности ленты и ее сцепления с приводным барабаном.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.03.2013Автоматизация производственного процесса. Исследование динамических свойств объекта регулирования и регулятора. Системы автоматического регулирования уровня краски и стабилизации натяжения бумажного полотна. Уравнение динамики замкнутой системы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 31.05.2015Применение ленточных конвейеров в промышленности. Изучение принципа их работ и устройства. Определение технической и эксплуатационной производительности транспортирующих машин. Выбор типа роликоопор и размеров барабана, расчет натяжения ленты на роликах.
курсовая работа [631,9 K], добавлен 27.11.2014Отличительные черты механического, электротермического, электротермомеханического и химического способа натяжения арматуры. Механическое натяжение арматуры гидравлическими и винтовыми домкратами. Технологические расчеты и подбор и контроль гидродомкрата.
реферат [513,3 K], добавлен 28.03.2011Исследование условий работы ленточного конвейера и требований, предъявляемых к проектируемому приводу. Обзор и анализ систем электропривода и структур систем управления им. Выбор двигателя и тиристорного преобразователя. Расчёт мощности, натяжения ленты.
контрольная работа [901,2 K], добавлен 24.03.2013Разработка технологического процесса изготовления зубчатого колеса. Расчёт гидропривода перемещения верхнего ролика установки натяжения. Проектирование спирального сверла, предназначенного для операции, производимой в ходе изготовления сквозной крышки.
дипломная работа [707,9 K], добавлен 22.03.2018Параметры трассы и схема транспортирования. Режим работы ленточного конвейера, условия его эксплуатации. Вычисление погонных нагрузок, максимального натяжения ленты. Расчет размеров конструкционных элементов конвейера, мощности электродвигателя в приводе.
контрольная работа [296,5 K], добавлен 22.04.2014Схема подготовки бумажной массы и подачи химикатов. Взаимовязь химии мокрой части и показателей качества бумаги. Влияние баланса в системе на эффективность процесса производства. Компоненты бумажной массы. Mutek Online в производстве графической бумаги.
презентация [4,2 M], добавлен 23.10.2013Техническая характеристика ленточного тормоза, его конструкция и принцип действия, монтаж и обслуживание. Определение усилий, необходимых для полного торможения спускаемого груза. Расчет тормозной ленты и барабана лебедки на прочность, усилия натяжения.
курсовая работа [144,6 K], добавлен 26.01.2014
