CN112469648B - 无进给辊的瓦楞纸板或卡板片材进给器改装装置和方法 - Google Patents

无进给辊的瓦楞纸板或卡板片材进给器改装装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种独立的无进给辊的计算机控制的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，其配置成对已安装的瓦楞纸板主机(10)进行升级，并且包括用于纸板的进给台表面(210)，所述进给台表面在初始变速区域(220)中具有驱动轮(222W、224W、226W)，所述驱动轮以第一运动曲线驱动纸板通过第一真空区域，以及所述进给台表面在第二速度区域(230)具有驱动轮(232W、234W)，所述驱动轮以第二运动曲线驱动纸板通过第二真空区域。可改装的片材进给器装置(200)还包括控制器(300)，该控制器(300)被配置为从主机(10)接收预先确定的速度信号，以及作为响应生成(i)用于初始变速区域(220)的第一初始可变速度控制信号和(ii)用于第二速度区域(230)的第二速度控制信号。

Description

无进给辊的瓦楞纸板或卡板片材进给器改装装置和方法
PCT专利申请
发明人：A·施洛特豪尔(Aaron Schlothauer)，R·加里斯(Ryan Garis)，C·普罗珀特(Craig Propert)和T·哈特老劳布(Terry Hartlaub)
发明背景
参考的相关申请
本申请要求于2018年2月26日提交的，相关的和共同拥有的美国临时专利申请No.62/635,373的优先权，该申请的标题为“无进给辊的瓦楞纸板或卡板片材进给器改装装置和方法”，其全部公开内容在此通过引用将其并入本文。本发明的瓦楞纸板加工主题还涉及以下共同拥有的美国专利：5184811、6824130和9539785，其全部公开内容也以引用方式并入本文。
发明领域
本发明涉及用于瓦楞纸板或片材的进给机，并且涉及用于将新的片材进给器改装到已安装的、操作的瓦楞纸板加工机(例如制箱机)的系统和方法。
现有技术的讨论
诸如在申请人共同拥有的美国专利9539785中示出和描述的制箱机(并在图1A中示出)，制箱机通常包括片材进给器(例如12)，以将选定数量的瓦楞纸板或卡板片材(从最初处于静止状态的一叠瓦楞纸板或片材2中)以选定的纸板行进速度进给到制箱机的入口。如上所述，本发明的受让人还拥有美国专利5184811(在Extend-O-FeedTM品牌的片材进给器上)和在装有夹辊(Nip Roll)的片材进给器上(例如，如图1B所示)的美国专利6824130。已安装的、操作的瓦楞纸板或片材加工机(例如制箱机或卡板整理机(paperboard finishingmachine))接收一堆空白瓦楞片材或纸板2，并对每张片材执行顺序操作。典型的程序包括在一张空白的瓦楞纸板或卡板上打印图形和切孔。每张片材的精确定位至关重要，并且术语“配准(Registration)”是指在单张纸板或片材上多次打印或裁切的准确性。为了实现正确的配准，机器的所有部段都相互连接并以(理想情况下)恰好地相同的预先确定的线性速度运行。优选地，齿轮系由单个电动机驱动。第一单元必须接受静止的片材或纸板，并在短距离内将纸板加速到预先选择的线性机器速度(或预先确定的表面速度)。
随着时间的流逝，进给卡板片材的方法已经发展。最初的设计之一是利用推送杆(kicker bar)将片材推入机器。后来的设计开始通过用轮或皮带从下方拉动片材来移动片材。这些被称为“前沿进给器(lead edge feeders)”，并且在大多数现代机器中都可以找到。几乎所有的机器都依靠一对辊子以形成接收和啮合纸板的间隙或夹口，其接收、拉动然后驱动片材进入机器。进给台设计成加速片材或纸板以便匹配进给辊3的预先确定的线性速度。然后，这些“夹口”辊(例如3U和3L，如图1B所示)控制卡板片材并继续将其送入机器。
开发了“延伸行程(extended stroke)”装置和方法以在通过进给辊夹口之后继续支撑片材。具有垂直于行进方向的折痕的片材会暂时失去接触或悬浮在进给辊的夹口中，并影响配准。在该折痕处的片材的横截面发现，其厚度现在小于在进给辊3U和3L之间限定的垂直间隙或孔，从而消除了夹口的夹紧效果。具有延长行程的进给台继续向上游进给片材，因此当折痕通过夹口时，片材的行进不会中断。
通常，上部进给辊3U被厚的、柔软的聚合物或聚氨酯(urethane)涂层覆盖，而下部进给辊3L是具有滚花表面的钢。为了正确地控制纸板，必须将辊配置成以等于或小于卡板厚度的间隙限定夹口。这会导致卡板被压碎，从而使其变弱并负面影响打印质量。随着上部聚氨酯辊3U的磨损，其表面速度会偏离片材或纸板的表面速度(其必须与预先确定的线速度匹配)。随着时间的流逝，这种速度差异变得很大，足以影响纸板的配准，因此必须更换上部辊3U。进给辊的更换需要昂贵的停机时间，并且可能成为成本过高且费时的过程。
大型卡板整理机(例如10)通常会进行升级以延长其使用寿命。升级可能涉及重建机器的一部段或改装新的片材进给系统以代替旧的片材进给系统(例如12)。升级时，通常会安装前沿进给器来代替推进杆进给台。该改装过程需要定制成适合包络机或主机(例如10)的进给台。新的改装的片材进给器必须与主机的其余部分尺寸相匹配并要精确定时，并且通常直接连接到主机的齿轮系以从主机获得机械动力。此类升级涉及可以持续数天的安装工作，并且需要对现有的或已安装的瓦楞纸板或卡板片材加工机以及新的片材进给器进行大量调整。最终的系统通常继续依赖于进给辊的使用，并且这些要求增加了对已安装的操作的瓦楞纸板加工机的改装过程(例如装有新的或更新的片材进给器的制箱机)的费用和不确定性。带有夹辊或进给辊(例如3U和3L)的片材进给器需要进行调整以维持每种类型的片材或纸板在夹口中的正确间隙大小，如果间隙调整不当，则进给辊会损坏或压碎片材。现有技术包括省略夹辊或进给辊的片材进给机构(例如，参见Prime Technology的美国专利5048812和图1C)，该机构依赖于从主机(例如10或“M”)获得机械动力的机构。如果将图1C中所示类型的片材进给器10P改装到现有主机(例如10或M)，则结果是个组合，该组合是在很大程度上取决于主机的几何形状，并且需要在改装安装过程中对(a)主机和(b)Prime的片材进给器10P的重大的昂贵的调整。这样的修改增加了升级费用和停机时间，在停机期间机器无法用于其预期用途。
因此，需要一种瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法，其提供一种片材进给系统，该纸张进给系统能够更容易且更便宜地改装到预先存在的、已安装的操作的瓦楞片材或瓦楞纸板加工机中，诸如制箱机。
发明内容
因此，本发明的主要目的是通过提供一种瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法来克服上述困难，该瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法提供了一种片材进给系统，该系统更容易且更便宜地改装到预先存在的、已安装的操作的瓦楞片材或瓦楞纸板加工机，诸如制箱机。
简要地，本发明的无进给辊的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法提供了一种瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法，当改装到预先存在的、已安装的操作的瓦楞片材或瓦楞纸板加工机(诸如图1A所示的制箱机10)，所述瓦楞纸板或卡板片材进给器装置和改装方法是更容易且更便宜的。
本发明包括一种用于将瓦楞纸板或片材进给到机器中的装置，其中下游部段在片材上进行操作。传统上，这些机器依靠两个平行的辊(例如，进给辊或夹辊3U和3L，如图1B所示)来创建夹口，该夹口从一叠片材或纸板(例如2)中拉出最下面的片材。为了夹紧片材，该夹口(即，辊3U和3L之间的辊间间隙)必须等于或小于片材厚度，这通常会导致片材基底压碎。片材用更多的材料制造以补偿这种压碎作用。本发明消除了那些现有技术的片材进给器的夹压作用，并用带有轮的进给台代替了夹持作用，该进给台具有加速片材和真空压力以保持片材(例如2)和轮之间的牵引力。
本发明的方法和装置在动力上不依赖于主机，而替代的是完全独立的(self-contained)计算机控制的单元，其由一个或多个电动机驱动，使用来自主机的数据或信号仅作为速度参考输入到控制器。关键功能由进给台部段执行，并且对这些关键功能进行参数设置，以便可以通过更改控制器中执行的程序将它们调整比例到不同的机器。优选地，对主机进行调整以接受进给台部段。如果一个或多个现有技术类型的进给辊是主机传动系的必要组成部分，则本发明的片材进给装置和改装方法可适于维持该传动系。
本发明的进给装置由分开的真空箱组成，该真空箱具有多个轮轴(或皮带或线性致动器)，这些轮轴构造成接合并加速一叠片材(例如2)中的最下面的片材。这些轮轴优选地按顺序地布置在一个或多个可变速度区域中，从而导致在行驶路径上方或下方存在的恒定速度区域。每个速度区域均由专用电动机独立驱动。初始或第一可变速度区域始终执行整个运动曲线，以使片材加速进入机器。在第一可变速度区域之后，可选的第二可变速度区域，在片材开始加速后一定距离，与片材接触。由于片材当它从第一区域进入第二区域时的初始速度不为零，因此这个第二速度区域仅需要执行该速度曲线的一部分。在闲置期间，此第二速度区域会减速到非零的初始片材速度，而不是零，期待下一个周期。以选定的恒定速度驱动最终的“恒定速度”区域，该恒定速度应尽可能精确地匹配机器速度。最终恒定速度区域定位成使得在片材接触最终阶段轮之前一定距离先前(例如，第一和第二)区域已经将片材加速至所选定的恒定速度。
在初始可变速度区域中的主伺服电动机执行特定的运动曲线，该运动曲线被设计为减小机器的峰值扭矩需求。峰值转矩规格是商用伺服电动机的主要限制之一。同时，传统的进给器需要大量的功率以便在相对较短的距离内将片材加速到机器的速度。为了减小所需的峰值扭矩，本发明的用于片材进给器的速度曲线被设计为以比通常在特定距离上所需的速率更低的速率来加速片材。初始速度区域中的主伺服电动机通过将片材瞬间地加速至高于机器速度来弥补这一点，从而使片材“追赶”。然后，初始速度区域中的主伺服电动机将纸板减速到选定的机器速度。在初始速度区域中执行这种运动曲线的主伺服电动机需要更高的最大速度，但在其他情况下所需的峰值扭矩额定值更低。通过在适当的时间将纸板返回到选定的机器速度，确保能够进给的最长片材(最大片材)的能力不会减少。本发明的片材进给器配置和改装方法确保(具有本发明改装的进给器的)改装的纸板或卡板主机可以接受并加工最大可能的最大可进给片材尺寸(例如，主机的100％尺寸)，其通常会超过改装前的最大可进给片材尺寸(其通常为主机尺寸的92％)。
虽然在本发明的整个进给台中都需要真空压力，但是优选将其分成至少两个部段。第一或初始真空部段处理初始真空箱的环境，在该环境中，一叠片材(例如2)始终限制气流，并且高压压住片材。第二真空部段包括露天真空箱，其仅在机器周期的一小部分内由被进给的片材覆盖。该第二真空部段需要用单独的高流量真空鼓风机维护。两个真空部段都包括具有横向限制机构的箱，以便基于片材尺寸改变真空区。该侧向真空限制优选通过手动操作进给台外部的一系列翼片来执行。可替代地，根据本发明，电控机构使用单个运动源对称地调节两个相对的挡板，以及在非对称构造的应用或主机中，可以使用两个或更多个电动机。本发明的系统的自动化实施例包括压力传感器，以监测真空并在达到所需真空时停止移动挡板(或改变真空泵速度)。替代地，可以基于输入的片材尺寸或特定工作的要求(或配方)将挡板移动到预先选择和校准的位置。
先前的进给台设计已经使用四杆联动机构来控制片材。进给的片材需要接触驱动轮，但随后的片材不能与旋转轮接触，而不造成堵塞的危险。当不需要接触时，机构在驱动轮上方一致地升高一系列控制表面。在下一个循环开始时，交替轴将降低表面，以及片材将与以最小安全速度运动的轮接触。联动构件被设计成使得控制表面保持水平并且同时暴露或隐藏驱动轮。这种设计依靠机器的进给辊从而控制片材，并且来自进给台轮的任何额外驱动力都是不重要的额外的支撑。在没有进给辊的情况下，驱动轮需要尽可能地帮助和接触片材。一种采用不等长构件的新型联动机构设计使控制表面成角度，控制表面在将片材进给到机器中时依次隐藏了每个轮。随后，片材被驱动更长的时间和距离。在静止位置，控制面水平地位于驱动轮上方，并防止与片材接触。该运动也可以通过凸轮独立地升高和降低控制表面的每一端以产生所需角度来执行。任一机构均由执行可变运动曲线的单个伺服电动机控制。每个可变速区域将需要一个或多个机构。仅恒定速度区域不需要这种机构。
伺服运动曲线的另一个特征是可调节的停留时期。只要进给的片材仍在驱动轮上方，轮就可以继续驱动纸板。这可以一直持续到片材的边缘或特定的时间，在此特定的时间轮需要开始减速以准备下一个周期。这时，控制面上升到适当的位置以断开片材和轮之间的接触。
前述目的和特征是单独地和组合地实现的，并且不旨在将本发明解释为要求将两个或更多个特征组合。
附图的简要说明
在考虑了本发明的具体实施例的以下详细描述之后，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，特别是当结合附图考虑时，其中在各个附图中相同的附图标记被用于指定相同的组件，其中：
图1A示出了根据现有技术的、用于将瓦楞片材从料斗进给到随后的机器部段的典型的整理机的进给端部分的示意性侧视图。
图1B示出了根据现有技术的、用于将片材进给到图1A的整理机中的典型的片材进给器的示意性侧视图。
图1C示出了根据现有技术的用于将片材进给到图1A的整理机中的第二种片材进给器的示意性侧视图。
图2是仰角的立体图，作为本发明的升级或改装方法的一部分，一旦将现有技术的进给器12移除以进行更换，该立体图示出了被配置和编程为与典型的整理机一起使用的无进给辊的片材进给器装置，用于将瓦楞片材从料斗进给到图1的后续机器部段。
图3是俯视图，示出了本发明的图2的无进给辊的片材进给器装置和改装方法。
图4A是仰角的侧视图，示出了根据本发明的图2和图3的无进给辊的片材进给器装置和改装方法。
图4B是包括片材速度数据图的多部分图，该图示出了对于由图2至图4A的无进给辊的片材进给器装置进给的瓦楞纸板或片材的根据位置(A-F)的片材速度，以及该图的下方是八张图，其示出了根据本发明的改装和片材进给方法，当片材依次从初始位置A通过位置E进给到位置F时，片材和控制表面的定向。
图5A是片材速度数据散布图，根据本发明的改装和片材进给方法，该图示出了对于由图2至图4的无进给辊的片材进给器装置进给的瓦楞纸板或片材的根据时间的片材速度。
图5B是示出六(6)个速度曲线(根据机器位移“β”和位置(A-E)的机器速度)的图，其示出了用于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置和改装方法的机器速度曲线。
图5C是示出六(6)个纸板位移曲线(根据位置的纸板或片材位移“h”)的图，其示出了对于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置和改装方法的机器位移曲线。
图5D是对于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置和改装方法，示出纸板位移曲线(根据位置的速度，示出了三个区域，即，从A到C的纸板位移、由于h6曲线的后半部分引起的纸板位移以及由于h6的后半部分向上移动以与h2相匹配而导致的速度曲线下的区域)的图。
图5E是第二速度区域运动曲线数据图，根据本发明的改装和片材进给方法，该图示出了对于图2至图4B的无进给辊片材进给器装置的根据机器位移(以米为单位)的进给轮速度(以RPM为单位)。
图6是仰角的俯视图，其示出了对于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置和改装方法的真空部段的空气流动。
图7是示出了图2至图6的无进给辊的片材进给器装置的控制器或计算机与数据输入、传感器电动机与泵组件之间的信号流的框图，其中示出了本发明的的改装和片材进给控制和方法。
具体实施方式
现在转向对本发明的更详细的描述，如图2-7所示，本发明的片材或纸板进给系统200和方法不需要来自主机(例如，用于由瓦楞纸板或片材10或M折叠或制箱的整理机)的机械驱动输入或与主机机械耦接，而是完全独立的单元200，其使用来自主机(10或M)的感测到的速度或速度数据仅作为速度参考由一个或多个电动机驱动。对由片材进给系统200的进给台执行的关键功能进行参数化，以使它们可以随着在片材进给系统200中控制器300存储的并由控制器300执行的程序的改变而按比例缩放到不同的机器。主机(例如10或M)优选地被修改或配置为附接到系统的供纸台210。如果一个或多个夹辊或进给辊(例如3U，3L)是要升级的主机的预先存在的或遗留的传动系的必要组件，则进给系统200可以配置为与预先存在的或遗留的传动系一起工作并且维持该传动系。
本发明的片材进给装置200(如图2-7所示)由多个(例如2个或更多)分开的真空部段组成，这些真空部段带有腔室或箱(例如220、230)，其具有多个轮轴(例如222、224、226、232和234)驱动有抓地力的(grippy)弹性体覆盖的进给轮(例如222W、224W、226W、232W和234W)，这些轮给予驱动力以加速最下面的片材。每个部段具有可移动控制表面(例如240、250)，其具有被配置为允许进给轮从中向上突出的孔(例如，如图4A所示)，以及那些可移动控制表面(例如240、250)可以被升高或降低以防止或允许纸板或片材与进纸轮(例如222W、224W、226W、232W和234W)接触。这些轮轴被分为一个或多个可变速度区域，从而导致位于纸板或片材的行进路径上方(未示出)或下方(见图2-4A)的恒定速度区域。每个速度区域均由专用且单独控制的电动机独立驱动。初始可变速度区域将始终执行整个运动曲线，以将片材加速进入机器。可选地，在片材开始加速之后(由于来自先前或第一变速区域的驱动力)一定距离，在第一纸页之后的第二变速区与片材接触。由于当片材进入第二可变速度区域时，其初始速度不为零，因此该第二可变速度区域仅需要执行该速度曲线的一部分。在闲置期间，该第二可变速度区域减速到非零的初始片材速度，而不是零，从而期待下一个周期。最终区域以恒定速度被驱动，与机器速度匹配。最终区域定位成使得：在与车轮接触之前一定距离，先前的区域已经将片材加速至恒定速度。在图4A中，速度区域220被示出为具有三个轴(222、224、226)，速度区域230被示出为具有两个轴(232、234)，并且最终速度区域位于主机10内。图6示出了在片材进给器200的真空箱中的空气流动，以及图7是示出了如何为每个真空箱控制真空泵的以及如何在片材进给器200中使用速度和其他控制数据的信号流程图。控制器(或进给器计算机或CPU)300接收来自主机10和在片材进给器200中的传感器和组件的信号和数据输入，以及控制信号输出(例如，至伺服电动机和真空泵)。
初始可变速度区域220中的主伺服电动机220M将执行特定的片材或纸板运动曲线(例如，如图5A至图5E所示和定义的)，其设计为降低机器的峰值扭矩要求。使用本发明的装置产生的运动曲线是本发明的独有的有利特征。峰值转矩规格是商用伺服电动机的主要限制之一。同时，传统的进给器需要大量的功率以便在相对较短的距离内将片材加速到机器的速度。为了减小峰值扭矩，片材或纸板进给系统200的速度曲线被设计成以比通常在特定距离上所需的速率更低的速率来加速片材。电动机通过瞬间地将片材加速至高于机器速度的速度来使其“追赶”来弥补这一问题。然后，电动机将纸板减速至机器速度。执行这种运动曲线的伺服电动机将需要更高的最大速度，但更低的峰值转矩额定值。通过在适当的时间使纸板返回到机器速度，可以确保不牺牲可被进给的最长片材(最大片材)。因此，在初始可变速度区域220中的多个第一进给元件或驱动轮(222W、224W、226W)以第一运动曲线驱动纸板(例如2)，以及多个第一进给元件或驱动轮(222W、224W、226W)由第一台专用计算机控制的电动机或伺服系统220M驱动(参见图4A)，而在第二速度区域230中的多个第二驱动轮(232W、234W)以第二运动曲线驱动纸板，以及多个第二驱动轮(232W、234W)由第二专用计算机控制的电动机或伺服系统230M驱动。
在每个速度区域(例如220)中，由专用计算机控制的电动机控制每个纸板(例如2)的位置、速度和加速度，如图4B所示，包括片材速度数据散布图的多部分图，该图示出了对于由无进给辊的片材进给器装置200进给的瓦楞纸板或片材的基于位置(A-F)的片材速度，以及该图的下方是八张图，其示出了根据本发明的改装和片材进给方法，当片材依次从初始位置A通过位置E进给到位置F时，片材(例如2)和控制表面(例如240、250)的定向。图5A是片材速度数据散布图，根据本发明的改装和片材进给方法，该图示出了对于由图2至图4B的无进给辊的片材进给器装置进给的瓦楞纸板或片材的根据时间的片材速度。图5B是示出六(6)个速度曲线(根据机器位移“β”和位置(A-E)的机器速度)的图，其示出了用于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置和改装方法的机器速度曲线，将在下面更详细地描述。
尽管整个供料台210需要真空压力，但必须将其划分为至少两个部段(例如220、230)。一个部段(230)处理初始真空箱的环境，在其中一叠片材始终限制气流并且高压将片材压下。下一部段(220)是露天真空箱，其仅在机器周期的一小部分时间内由正在进给的片材覆盖。该部段需要使用单独的大流量真空鼓风机进行维护。两个真空箱都具有横向限制机构，以便基于片材尺寸改变真空区。通过手动操作进纸台外部的一系列翼片来执行此限制。替代地，对称地调节两个相对的挡板(例如，参见图6)的电控机构使用单个运动源。为了简化、可靠、易于维护和经济，优选的是使用压力传感器来监测真空并在所需的真空时停止移动挡板的自动化系统。
先前的进给台设计已经使用四杆联动机构来控制片材。正在进给的片材需要接触驱动轮，但随后的片材不能与旋转轮接触以免造成卡塞。当不需要接触时，机构在驱动轮上方一致地升高一系列控制表面。在下一个循环开始时，交替轴将降低表面，以及片材将与以最小安全速度运动的轮接触。联动构件被设计成使得控制表面保持水平并且同时暴露或隐藏驱动轮。现有技术的设计依赖于机器的进给辊以控制片材，并且来自进给台轮的任何额外驱动力是不必要的额外支撑。在本发明的系统中，在没有进给辊的情况下，驱动轮需要尽可能接触片材。一种新的联动设计，使用不等长的构件，使每个控制表面(例如240、250)成角度，从而在将纸张进给到机器中时依次隐藏每个轮。随后，片材被驱动更长的时间和距离。在静止位置，控制表面(例如240、250)水平地坐落在驱动轮上方并防止与片材接触。该运动也可以通过凸轮独立地升高和降低任何控制表面(例如240、250)的每一端以产生所需的角度来执行。任一机构均由执行可变运动曲线的单个伺服电动机控制。每个可变速区域将需要一个或多个控制表面机构。仅恒定速度区域不需要这种机构。
图5A至图5E中所示的伺服运动曲线的另一个有利特征是可调节的停留时间。只要正在进给的片材或纸板(例如2)仍在驱动轮上方，这些轮就可以继续驱动纸板。这可以一直持续到纸板的边缘通过或者轮需要开始减速以准备下一个周期的特定时间为止。此时，在进给台210中定义的选定控制表面(例如240、250)上升到适当位置，以断开纸板与轮之间的接触。接下来参考图5A和5B，每个纸板或片材(例如2)从料斗中取出或最初静止，然后在一系列点(A，B，C，D和E)上加速至某个速度，该速度尽可能接近精确地匹配主机10所需的选定机器速度。该加速度发生在速度区域(例如220、230)序列上。
具体地参考图5B的图，该图示出六(6)个速度曲线(根据机器位移“β”的机器速度)，其示出了用于本发明的图2至图4B的无进给辊片材进给器装置200和改装方法的机器速度曲线，初始条件可以定义为：
V1(C)＝V,V1+V3＝V2,
Figure GDA0003971417720000111
以及h＝chaseβ，(等式1和2)
V4(C)＝V,V4+V6＝V5,β1＝X·β2 (等式3和4)
接下来参考图5C，期望以有效地获取速度曲线2的前半部分，将速度曲线6的后半部分连接到速度曲线2的后半部分的方式来控制板的速度和位移。速度曲线下的面积，总位移h为：
(I)
Figure GDA0003971417720000121
使用Sun的Extend-o-feedTM系统(如图1B所示，并在共同拥有的美国专利5184811中进行了描述)，使用120°修改的正弦加速度曲线，由于进给加速度，每个纸板(例如2)覆盖约92％的机器位移。这种机器位移范围称为“追逐(chase)”。
为了得出片材或纸板进给系统200中每个速度区域的所需控制信号，申请人的开发工作假设/定义：
β1的位移通过常数X与β2的位移直接相关。(其中
Figure GDA0003971417720000122
)。
因此，h3＝X·h6 (等式6)
这将导致修改的正弦方程，其中：
Y＝在任何时间点的纸板位移。
β＝直到纸板达到恒定速度为止的总机器位移。
h＝直到纸板达到恒定速度为止的总纸板位移。
追逐：
Figure GDA0003971417720000123
β1＝加速度曲线的第一部分的总机器位置。
β2＝加速度曲线的第二部分的总机器位置。
Figure GDA0003971417720000124
＝在特定时间点的机器位移。
(II)位移，y＝Kh[弧度(radians)]
(III)速度，
Figure GDA0003971417720000131
其中，V是输入速度，以弧度/秒表示，
以及h和B以弧度表示。
(IV)加速度，
Figure GDA0003971417720000132
[弧度/秒2(radians/sec2)]
其中，对于
Figure GDA0003971417720000133
Figure GDA0003971417720000134
Figure GDA0003971417720000135
Figure GDA0003971417720000136
而对于
Figure GDA0003971417720000137
Figure GDA0003971417720000138
Figure GDA0003971417720000139
Figure GDA00039714177200001310
而对于
Figure GDA00039714177200001311
Figure GDA00039714177200001312
Figure GDA00039714177200001313
Figure GDA0003971417720000141
记住：
Y＝在任何时间点的纸板位移。
β＝直到纸板达到恒定速度为止的总机器位移。
h＝直到纸板达到恒定速度为止的总纸板位移。
追逐：
Figure GDA0003971417720000142
β1＝加速度曲线的第一部分的总机器位置。
β2＝加速度曲线的第二部分的总机器位置。
Figure GDA0003971417720000143
＝在特定时间点的机器位移。
采用初始条件V1(C)＝V以便在部分III(上面)中求解h1
Figure GDA0003971417720000144
在点
Figure GDA0003971417720000145
Figure GDA0003971417720000146
其中
Figure GDA0003971417720000147
是0.5，并且
Figure GDA0003971417720000148
所以
(V)
Figure GDA0003971417720000149
以及所以(VI)
Figure GDA00039714177200001410
接下来，在部分(I)的等式5中根据h和β求解h2：
替代：
Figure GDA00039714177200001411
h3＝h2–h1,V1(c)＝V
Figure GDA00039714177200001412
Figure GDA00039714177200001413
Figure GDA00039714177200001414
(VII)
Figure GDA0003971417720000151
假设V＝1则h1是每单位机器速度。已知：
(VIII)h3＝h2–h1,(IX)
Figure GDA0003971417720000152
和(X)h5＝h4+h6
因此，对于纸板位移：y1+Kh1(分段的)和对于θ/β(从点A到点C)：
Figure GDA0003971417720000153
和
(XI)y＝y2＝Kh2 (等式18)
而其中(θ1/β1)＝(θ/β)，所以(XII)θ＝(θ/β)β1 (等式19)
因此，对于θ/β从点C到点D，
Figure GDA0003971417720000154
和(θ2/β2)＝(θ/β)
这导致：
(XIII)y＝y2@c+(y6–y6@c)+(θ2–θ1@c)x V (等式20)
现在参考图5D，从A到C的总纸板位移由部段400中的面积表示(对应于y2@c)，而面积402表示由于h6曲线后半部分而导致的纸板位移(y6–y6@c)，而第三面积404表示由于将h6的后半部分向上移动以匹配h2而导致的在速度曲线下的面积(其对应于等式20的第三部分，“(θ2–θ1@c)x V”。
由于遵循θ1曲线，从A到C发生的总机器位移开始(例如，如图4B和5B所示)，可以加上由于θ2引起的位移，然后减去θ2的前半部分，因为需要从A点到C点遵循θ1，
(XIV)θ2＝((θ@c/β)xβ1)+((θ/β)xβ2)–((θ@c/β)xβ2) (等式21)
因此，从点A点到点C点的总机器位移(由于β1)是“((θ@c/β)xβ1)”，以及由于θ2(由于β2)导致的从点C点开始的机器位移是由等式21的第二部分表示“((θ/β)xβ2)–((θ@c/β)xβ2)”。
最后，计算纸板速度：
Figure GDA0003971417720000155
如上所述，根据本发明的方法，图5D示出了纸板位移曲线(根据位置的速度，示出了三个面积，即从A到C的纸板位移、由于h6曲线的后半部分引起的纸板位移以及由于将h6的后半部分的向上移位以匹配h2而引起的在速度曲线下的面积)，而图5E是第二速度区域运动曲线数据散布图，其示出了进给轮速度(以RPM为单位)，其是根据用于图2至图4的无进给辊片材进给器装置200的机器位移(以米为单位)。
本发明的片材进给器200和改装方法(用于将片材进给器200安装到主机10中)的优点将增强主机的操作，其原因有几个，包括：
a.在任何进给器上，由轮面磨损引起的配准误差取决于进给辊夹口的位置，本发明机器的片材进给器200没有该位置。在进给器200和主机10之间的任何速度偏差都将累积，直到机器控制纸板为止。在典型的(现有技术)进给器上，这是几英寸直到纸板到达进给辊为止。利用片材进给器200，纸板被控制了更长的持续时间。在本发明的系统和方法中，在其间纸板处于正向控制的时间间隔至少是现有技术进给器(例如12)的时间间隔的两倍，可能要更长，直到真空转移(例如在主机10中)完全接管为止。
b.存储在控制器的存储器中的程序可以适于补偿该差异。此处，方法类似于申请人的MicrogrindTM系统中的补偿方法，其可在有意去除材料后补偿铁砧毯子的厚度。系统的控制器(例如300)优选地被编程为利用在轮箱端部的传感器来自动调节进给器速度。传感器必须足够迅速地做出反应，以取决于所需的精度和机器速度获得准确的读数。
c.给定该数据，当由于性能、准确性或安全性原因而需要时，可以估计平均轮面直径(例如，进给轮222W、224W、226W、232W和234W)以及在选定的直径变化阈值下提供建议机器用户准备更换轮面的指示。
本领域技术人员将理解，本发明的系统200和方法提供了一种新颖且出人意料的有效且成本有效的瓦楞纸板或卡板片材进给器设备200和片材进给器改装方法，其中片材进给装置能够从一叠瓦楞纸板片材中进给一单张片材(例如2)，其从进给端部行进到传送端部并且进入主机10。片材进给器200包括支撑进给台表面210，并具有成排的进给元件或驱动轮(例如222W、224W、226W、232W和234W)，该进给台表面210包括进给端部和传送端部。如图2至图4B所示，进给元件或驱动轮被配置为在初始可变速度区域220中的多个第一进给元件，其由第一伺服系统220M驱动以第一运动轮廓驱动纸板。第二速度区域230中的多个第二进给元件以第二运动曲线驱动纸板，并由第二伺服系统230M以第二运动曲线驱动纸板(见图5A至图5E)。初始可变速度区域220中的多个第一进给元件布置在多个第一排中，该第一批多个排横向于片材从进给端部到第二速度区域230中多个第二进给元件(其布置在从多个第一进给元件延伸至传送端部的多个第二排中)的行进方向延伸。
在初始变速区域220中作用在纸板上并穿过支撑进给台表面210的第一真空驱动的抽吸区域保持纸板或片材，在正在进给纸板时将其保持抵靠多个第一进给元件。第二真空驱动的抽吸区域对应于第二速度区域230，并且在正在进给时将片材保持抵靠多个第二进给元件。在片材进给器系统200中，所有这些元件都由预编程的控制器300(包括处理器和存储器，以及信号接收和信号传输连接器)控制。系统的控制器被编程并配置为从主机10接收预先确定的速度信号，以及响应主机的预先确定的速度信号，生成(i)用于初始可变速度区域220的第一初始可变速度控制信号和(ii)用于第二速度区域230的第二速度控制信号。
现在转到图6，示出了用于图2至图4B的无进辊片材进给器装置的真空部段的气流。如上所述，在本发明的整个进给台210中需要真空压力，并且真空压力优选地分为两个部段(例如220、230)。在每个初始真空部段(每个初始真空部段处理初始真空箱的环境，在该环境中，一叠片材(例如2)始终限制气流，)高压压住片材。两个真空部段都包括具有横向限制机构的箱，以便基于片材尺寸通过移动真空门改变真空区。如图6所示，空气通过进给台表面上的孔流入，并向下拉纸板抵靠进给轮(例如222W、224W、226W、232W和234W)。真空门优选对称地运动，并且横向真空限制优选地通过操作在进给台的外部的一系列翼片来执行。在优选实施例中，电控机构使用单个运动源对称地调节两个相对的挡板，以及在非对称构造的应用或主机中，可以使用两个或更多个电动机。本发明的系统的自动化实施例包括压力传感器，以监测真空并在达到所需真空时停止移动挡板(或改变真空泵速度)。替代地，可以基于输入的片材尺寸或特定工作的要求(或配方)将挡板移动到预先选择和校准的位置。
接下来转向图7的示意图，示出了在控制器或计算机300与图2至图6的无进给辊片材进给器装置的数据输入、传感器电动机和泵组件之间的信号流。进给器CPU、PLC或控制器300包括存储器，并且存储适合于操作进给器系统200以实现上述纸板运动的程序。进给器CPU输入包括片材或纸板传感器、限位开关信号输入、主位置和速度传感器或来自主机10的信号输入以及操作员控制(包括用于开始、停止、两次/跳过、材料尺寸和进给状态输入的输入)，还有互锁和安全电路输入。进给器CPU300进行了编程和配置以生成多个输出信号，输出信号包括控制每个区域或部段中进给器电动机(220M，230M)、每个部段中控制表面电动机(240M，250M)、每个部段中真空阻尼器和电动机以及每个部段中真空挡板或门位置伺服器的信号。
已经描述了新的和改进的装置和方法的优选实施例，相信根据本文阐述的教导，本领域技术人员将提出其他修改、变形和改变。因此，应当理解，所有这样的变形、修改和改变都被认为落入所附权利要求书所阐述的本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，其中片材进给器装置(200)能够进给来自从进给端部到传送端部行进的一叠瓦楞纸板片材中的单张片材(2)并进给到主机(10)中，所述片材进给器装置包括：
a)用于片材的支撑进给台表面(210)，所述支撑进给台表面(210)包括进给端部和传送端部并且具有进给元件或驱动轮；
b)所述进给元件包括在初始变速区域(220)中的多个第一进给元件，所述多个第一进给元件以第一运动曲线驱动纸板，其中，第一进给元件由第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)驱动；
c)所述进给元件还包括在第二速度区域(230)中的多个第二进给元件，所述多个第二进给元件以第二运动曲线驱动纸板，其中第二进给元件由第二计算机控制的伺服电动机系统(230M)驱动；
d)所述多个第一进给元件布置在多个第一行中，所述多个第一行横向于片材的从进给端部到所述多个第二进给元件的行进方向延伸，所述多个第二进给元件布置在从所述多个第一进给元件到传送端部延伸的多个第二行中；
e)在支撑进给台表面(210)中与所述初始变速区域(220)相对应的第一真空驱动的抽吸区域，用于在因此正在进给时保持片材抵靠所述多个第一进给元件；
f)与所述第二速度区域(230)相对应的第二真空驱动的抽吸区域，用于在因此正在进给时保持片材抵靠所述多个第二进给元件；以及
g)控制器(300)，所述控制器(300)被配置为从主机(10)接收预先确定速度信号，以及响应所述主机的预先确定的速度信号，产生(i)用于初始变速区域(220)的第一初始可变速度控制信号和(ii)用于第二速度区域(230)的第二速度控制信号；
其中，所述初始变速区域(220)中的所述第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)被配置为执行运动曲线，所述运动曲线被设计为降低峰值扭矩要求并以比通常在预定距离上所需的速率较低的速率加速片材，其中所述第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)瞬间地将片材加速至高于机器速度，以使其“追赶”，然后将纸板减速至机器速度以确保不会牺牲能够被进给的最长片材。
2.根据权利要求1所述的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，其中所述片材进给器装置(200)能够进给来自从进给端部到传送端部行进的一叠瓦楞纸板片材中的单张片材(2)并进给到主机(10)中，其特征在于，一旦完成改装，与改装前的通常为主机尺寸92％的最大可进给片材尺寸相比，所述片材进给器装置(200)可以容纳增加的最大可进给片材尺寸。
3.根据权利要求1所述的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，其中所述片材进给器装置(200)能够进给来自从进给端部到传送端部行进的一叠瓦楞纸板片材中的单张片材(2)并进给到主机(10)中，其特征在于，所述驱动轮需要辅助并接触片材，使用不等长的构件的新的联动设计使控制表面(240、250)成角度，所述控制表面当片材进给到机器中时顺序隐藏每个轮。
4.一种独立的无进给辊的计算机控制的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，所述装置配置成对安装的瓦楞纸板主机(10)进行升级，所述装置包括：
用于纸板的进给台表面(210)，所述进给台表面在初始变速区域(220)中具有驱动轮(222W、224W、226W)，所述驱动轮以第一运动曲线驱动纸板通过第一真空区域，以及在第二速度区域(230)具有驱动轮，所述驱动轮以第二运动曲线驱动纸板通过第二真空区域；
片材进给器装置(200)还包括控制器(300)，所述控制器(300)被配置为从主机(10)接收预先确定的速度信号，以及作为响应生成(i)用于初始变速区域(220)的第一初始可变速度控制信号和(ii)用于第二速度区域(230)的第二速度控制信号；
其中，还包括在初始变速区域(220)中的第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)，其配置为执行运动曲线，所述运动曲线设计成降低峰值扭矩要求并以比在预定距离上通常需要的速度较低的速度加速片材，其中，所述第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)瞬间地将片材加速至高于机器速度，以使其“追赶”，然后将纸板减速至机器速度以确保不会牺牲能够被进给的最长片材。
5.根据权利要求4所述的独立的无进给辊的计算机控制的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，所述装置配置成对安装的瓦楞纸板主机(10)进行升级，其特征在于，一旦改装完成，与改装前的通常为主机尺寸92％的最大可进给片材尺寸相比，所述片材进给器装置(200)，可以容纳增加的最大可进给片材尺寸。
6.根据权利要求5所述的独立的无进给辊的计算机控制的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，所述装置配置成对安装的瓦楞纸板主机(10)进行升级，其特征在于，所述驱动轮需要通过独立可控制的控制表面(240、250)辅助并接触片材，所述控制表面当片材进给到机器中时顺序隐藏每个轮。
7.根据权利要求6所述的独立的无进给辊的计算机控制的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，所述装置配置成对安装的瓦楞纸板主机(10)进行升级，其特征在于，还包括控制器(300)，所述控制器(300)配置成接收来自主机(10)的选定的纸板或机器速度信号，并响应于所述主机的预先确定的速度信号，产生(i)用于初始变速区域(220)的第一初始速度控制信号和(ii)用于第二速度区域(230)的第二速度控制信号。
8.一种用于在已安装的操作的瓦楞纸板主机(10)上改装和控制升级后的独立的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)的方法，所述方法包括以下方法步骤：
(a)提供瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)，其能够进给来自从进给端部到传送端部行进的一叠瓦楞纸板片材中的单张片材(2)并进给到主机(10)中，所述瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)包括用于片材的支撑进给台表面(210)，所述支撑进给台表面(210)包括进给端部和传送端部以及具有进给元件或驱动轮；所述进给元件包括在初始变速区域(220)中的多个第一进给元件，所述多个第一进给元件以第一运动曲线驱动纸板，其中，第一进给元件由第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)驱动；所述进给元件还包括在第二速度区域(230)中的多个第二进给元件，所述多个第二进给元件以第二运动曲线驱动纸板，其中第二进给元件由第二计算机控制的伺服电动机系统(230M)驱动；所述多个第一进给元件布置在多个第一行中，所述多个第一行横向于片材从进给端部到所述多个第二进给元件的行进方向延伸，所述多个第二进给元件布置在从所述多个第一进给元件到传送端部延伸的多个第二行中；在支撑进给台表面(210)中与所述初始变速区域(220)相对应的第一真空驱动的抽吸区域，用于在因此正在进给时保持片材抵靠所述多个第一进给元件；与所述第二速度区域(230)相对应的第二真空驱动的抽吸区域，用于在因此正在进给时保持片材抵靠所述多个第二进给元件；以及控制器(300)，所述控制器(300)被配置为从主机(10)接收预先确定的速度信号，以及响应所述主机的预先确定的速度信号，产生(i)用于初始变速区域(220)的第一初始可变速度控制信号和(ii)用于第二速度区域(230)的第二速度控制信号；
(b)将所述主机(10)连接到所述片材进给器装置(200)，并将主机所需的纸板速度信号提供给所述控制器(300)；
其中，还包括以下方法步骤：
控制初始变速区域(220)中的所述第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)以便执行运动曲线，该运动曲线被设计为降低机器的峰值扭矩要求，其中，所述运动曲线被编程为以比通常在预定距离上所需的速率较低速度加速片材，其中所述第一计算机控制的伺服电动机系统(220M)瞬间地将片材加速至高于机器速度以使其“追赶”然后将纸板减速至机器速度；
通过在适当的时间使纸板返回到机器速度，可以确保不牺牲可被进给的最长片材。
9.根据权利要求8所述的用于在已安装的操作的瓦楞纸板主机(10)上改装和控制升级后的独立的瓦楞纸板或卡板片材进给器装置(200)的方法，其特征在于，还包括以下方法步骤：
在初始变速区域(220)、第二速度区域(230)上提供独立可控制的成角度的控制表面(240、250)，并当将每张片材进给到主机中时以顺序暴露或隐藏每个驱动轮(222W、224W、226W)的方式控制控制表面(240、250)的高度和角度。
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