鲁骏

ENKEL纸架是一款经典的印刷机配套设备，我公司在1993年购入日本URBANITE II印刷机时就配备了该纸架。20年来，其表现出了高可靠性和高稳定性，当然也会出现问题。其中，最头痛的是该纸架长时间使用后，接纸部分的关键部件——加速离合器出现严重磨损，常常导致接不上纸。该加速离合器的材料特殊、价格昂贵，而且ENKEL公司已被收购，市场上已经购买不到这种加速离合器。因此，我们就对ENKEL纸架进行了创新性改造，不但节约了成本，而且让这款经典的高速纸架稳定地投入生产中，继续为企业创造利润。

加速离合器问题的提出

在轮转印刷机中，当旧纸卷快要用完时，新纸卷会与加速皮带静态压合，加速电机以380V的电压全压运行，带动加速器将速度为0的新纸卷加速到与旧纸卷相同的速度，然后进行接纸。图1为改造前ENKEL纸架加速离合器的结构示意图。当D点通入电压（纸架给出的控制加速离合器的电压信号，该信号是PWM波形）后，电磁线圈B内部会通有电流，并且产生磁场，当磁场力超过弹簧E的弹力后，电磁线圈B就会把带有摩擦片F的A部分吸引过来，和加速电机连接的旋转盘G耦合在一起，这样C就会产生速度。D点通入的电压越大，电磁线圈B内部的电流就会越大，磁场也就越强，A部分就会和旋转盘G耦合得越紧，C的速度也就越大。因此，调节通入D点的电压大小，便可以实现C的速度调节。而C是和新纸卷的加速皮带连接在一起的，因此在调节通入D点电压大小的同时，也实现了新纸卷速度的调节。

当使用一段时间后，加速离合器会产生磨损，图1中A部分的摩擦片F会越来越薄，和旋转盘G接触后会出现打滑现象，当D点通入电压后，加速电机无法将C加速到需要的速度，导致接纸失败。通常的做法是更换加速离合器，但是加速离合器价格高，使用寿命也不长，成本投入较大。因此，我们决定自主创新，对加速离合器进行改造，以增加其使用寿命。

加速离合器的创新改造

图2为改造后ENKEL纸架加速离合器的结构示意图。首先在加速离合器上钻一个通孔，用一根长螺丝I穿入，并用螺丝帽完全锁紧，去除图1中的弹簧E。这样加速离合器便和加速电机相连的旋转盘G完全硬性连接了，加速电机的转速即是C点及加速皮带的转速。这样，只要控制加速电机的速度，就能控制新纸卷的速度。加速电机建议采用控制器和变频器进行控制。变频器是常用的电机调速设备，在保证其功率和加速电机功率匹配的情况下可以自由选型，我们采用的是力士乐康沃变频器GVF-G3/P3。控制器采用单片机自制，当然也可以用PLC或其他控制器，不过费用较高。

D点是纸架给出的控制加速离合器的电压信号，该信号是PWM波形，由控制器PI口捕获，经过控制器内写入的程序运算出0～5V的电压输出至变频器，变频器根据该电压，调节加速电机的转速。由于纸架上装有测量新纸卷和旧纸卷速度的编码器，因此纸架给出的D点信号，是经过反馈调节后的输出信号。当加速电机转速过快时，新纸卷的编码器脉冲高于旧纸卷的编码器脉冲，纸架会将D点的PWM波形的脉宽变窄，控制器捕获后，将Vout降低，变频器便相应会降低加速电机的转速，反之同理。可见，D点的PWM占空比（脉宽与周期的比值）是控制变频器及加速电机速度的关键因素。因此，我们手动调节纸架离合器电压，对D点的PWM波形进行捕获分析，然后整合成数据如表1所示。从中可以看出，PWM波形的周期是固定的，只需测量PWM脉冲的上升沿和下降沿的时间差，便可以计算出脉宽，而脉宽与周期的比值便是占空比。变频器的输入电压范围是0～5V，当我们计算出PWM占空比的时候，以5V乘以该占空比，就可以得到变频器的输入电压了。例如，当计算出某刻D点给出的PWM占空比为30%时，便可以根据程序调整Vout至1.5V，这样就可以控制加速电机的转速为所需的转速。

现场调试的注意事项

由于改造后的控制器的控制信号是将原来控制加速离合器线圈的PWM信号转换成控制变频器的0～5V的电压信号，所以必须对PWM波形进行详细测量。用示波器观测发现，在加速初期，PWM波形并未产生，而是电压为24V的直流信号。当新纸卷速度大于旧纸卷速度时，PWM波形才突然出现，并且是以很窄的脉宽形式产生，此时才有0～5V的电压信号给变频器。因此，在设计程序时需要注意，检测到直流信号后，应该输出最大5V的电压给变频器，而且计算变频器的给定电压Vout时，可以将5V乘以占空比值后，再乘以一个固定系数K（本次改造取值1.6），以起到一定的微调作用，这个固定系数可以根据现场情况更改。

改造后的纸架已经在我公司稳定运行了近5年，由加速离合器造成的接纸故障几乎为零，大大提高了设备的生产效率。同时，设备维修人员再也不用为更换加速离合器而烦恼了，不仅节约了成本，也节约了维修时间。这次的改造虽然是针对纸架加速离合器进行的，但该方法可以推广到很多类似的场合。总之，多思考、多研究，总会有新的发现。