CN117141058A - 用于生产纸板的机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产多层纸板的机器，更具体地，涉及一种用于控制生产纸板的机器的制动的系统(110)，机器具有或其中安装至少一个制动系统(2)，制动系统包括马达发电机装置(8)和气动机械制动装置(9)，其中，所述系统(110)包括：命令和控制单元(11)；压力换能器(16)；集成到所述系统(110)中并且可操作地连接到命令和控制单元(11)的电气动转换器(19)；可操作地连接到命令和控制单元(11)的用户界面(12)；可选地，电磁阀(17)；其中，命令和控制单元(11)根据由压力换能器(16)检测到的压力计算预设的制动扭矩(CL)在机械制动装置(9)的制动扭矩(CF)和马达发电机装置(8)的制动扭矩(CM)之间的分配。

Description

用于生产纸板的机器

技术领域

本发明涉及一种用于从其它材料或纸的卷轴开始生产多层纸板或纸的机器，或者用于印刷或转换领域的机器。一般而言，本发明可以应用于机器，其中不同材料的卷轴被展开，并且需要对比系统来调节带的张力。特别地，本发明涉及一种用于制动所述卷轴的制动系统。

背景技术

举例来说，用于生产多层纸板(例如波纹纸板)的机器通常包括用于从适当的卷轴展开纸张的系统、用于使中间层形成波纹的系统以及用于联接和粘合各个层的系统。

用于不同层的纸的卷轴通常大，因此重量高。为了避免纸从这种卷轴上不受控制地展开并正确地调节其张力，因此提供了制动系统，该制动系统可以是机械的(例如，卡钳制动器)和气动的，或者是马达制动或电磁粉末制动类型的。

机械制动器的缺点是通过摩擦将动能转化为热能，热能通过散发到外部环境中而损失。

相反，马达制动器具有尺寸大、成本高的缺点，并且在启动和重绕步骤中具有高能耗，这些特征对于向大的纸卷轴实施足够的制动作用是必要的。

已知的解决方案是在同一轴线上结合机械制动器和马达制动器，并且被配置为根据需要在两种制动模式下分配制动力。这种解决方案优化了制动作用，并且还使得能量能回收，在某些情况下，能量可以被重新引入到动力供应网络中，从而使得生产成本节约。从同一申请人的EP 3766813 A1中已知这种类型的系统。

尽管这种系统在用于生产纸板的许多机器上使用起来既有效又方便，但它不能普遍地应用。事实上，一些类型的机器具有制动系统的集成控制，其特征在于在改变纸的张力时反应时间长。在实践中，在这些机器中，制动力不会在用适当的传感器测量的大的范围张力内改变。在这种类型的机器中，EP 3766813A1中提供的要求快速响应时间的系统已经显示出有限的用途。

发明内容

因此，本发明潜在的问题是提出一种制动系统，该制动系统减少能量消耗和能量向环境中的分散，该制动系统具有小的尺寸，并且可以通用地集成到用于展开已经安装的卷轴的机器中。

此类问题通过所附权利要求中限定的用于卷轴的制动系统来解决，权利要求的定义构成了本说明书的组成部分。

特别地，本发明涉及一种用于控制生产纸板或波纹纸板的机器的制动的系统，该机器具有或其中已经安装了至少一个制动系统，至少一个制动系统包括马达发电机装置和气动机械制动装置，其中，所述系统包括：

-命令和控制单元；

-压力换能器，其被配置为读取沿着来自用于生产纸板的机器的管线的空气压力，并将其转换为电信号以发送到命令和控制单元，其中，管线的压力可选地由所述系统外部的所述机器的电气动转换器计算；

-集成到所述系统中的电气动转换器，其不同于所述机器的可选的电气动转换器，并且可操作地连接到所述命令和控制单元，该系统的电动气动转换器被配置为以输送压力调节空气的压力，并且在输入处连接到处于大于输送压力的固定压力的空气管线，并且在输出处连接到输出管线；

-可操作地连接到命令和控制单元的用户界面；

-可选地，电磁阀气动地连接：i)在输入处，连接到电气动转换器的所述输出管线，并以来自生产纸板的机器的压力连接到空气管线的分支管线，以及ii)在输出处，连接到用于以制动压力输送空气的输送管线，其中，所述输送管线将电磁阀连接到机械制动装置，并且其中，当系统处于停用状态时，所述制动压力等于机器的压力Pm，或者当系统处于致动状态时，所述制动压力等于所述输送压力；

其中，所述命令和控制单元根据由压力换能器检测到的压力计算预设的制动扭矩CL在机械制动装置的制动扭矩CF和马达发电机装置的制动扭矩CM之间提供的分配，并且根据所述计算命令马达发电机装置的制动扭矩CM。

附图说明

本发明的进一步特征和优点将从以非限制性的方式给出的对本发明的一些实施例的描述中变得清楚，参考以下附图：

图1描述了根据现有技术的设置有制动系统的卷轴支撑构件的示意性俯视图；

图2描绘了图1中的支撑构件的细节的竖直截面，其中示出了本发明的制动系统；

图3描绘了根据本发明的制动控制系统的框图；

图4描绘了根据本发明的制动控制系统在特定实施例中的框图；

图5示出了根据本发明的不同实施例的卷轴的支撑构件的细节的透视图。

具体实施方式

图1示出了纸卷轴B的支撑构件1，如下文所述，制动系统2安装在该支撑构件上。例如，在同一申请人的EP 3766813 A1中描述了这种制动系统。

在图中所示的示例中，支撑构件1是用于生产纸板，特别是用于生产波纹纸板的机器(未示出)的一部分，该机器在支撑构件1的下游将包括用于联接多层纸的系统和用于将纸从卷轴B展开的牵引系统。在生产步骤期间由所述牵引系统牵引卷轴B以旋转，因此提供驱动扭矩，该驱动扭矩必须通过与制动系统2的对比来调节，从而确保纸张的正确展开所需的张力。

通常被称为“滚动支架”的支撑构件1包括具有两个臂4和连接杆5的C形结构3。臂4的远侧端部4a支撑相应的轴6，该轴在其两个近侧端部6a处可旋转地支撑卷轴B。相反，制动系统2安装在轴6的远侧端部6b处，例如通过键连接。

如图2所示，制动系统2例如借助于联接法兰7联接到支撑构件1。

本发明的制动系统2包括同轴布置的马达发电机装置8和机械制动装置9。优选地，机械制动装置9被安装在并因此作用在与马达发电机装置8相同的轴10上。

轴6的远侧端部6b从相应臂4的远侧端部4a向外突出，并且同轴地紧固在马达发电机装置8的轴10内部。

马达发电机装置8是电动机，其借助与逆变器的相接可以根据情况(如下文将更好地描述的)提供驱动扭矩或负载扭矩，在后一种情况下产生电力。

相对于用于展开卷轴B的制动需要，马达发电机装置8通常尺寸较小，尤其是当该卷轴处于展开的开始时，并因此具有高惯性质量。这允许相对于仅使用一个马达制动系统的已知制动系统限制马达发电机装置8的尺寸和成本。

优选地，机械制动装置9是气动类型的盘式制动器，其具有单个盘或多个盘(图中示出了双盘)。

出于安全原因，机械制动装置9被定尺寸用于完全制动卷轴B的展开，以便在紧急制动的情况下也进行干预。但是，在正常操作条件下，在启动和停止的操作阶段，该机械制动装置通过在其和马达发电机装置8之间分配制动扭矩来致动。因此，能量以电的形式获得部分回收，这与仅使用一个机械制动器的制动系统不同，并且在该制动系统中，由摩擦产生的所有能量都以热能的形式释放到大气中。但是，在机器的稳态运行期间，只有马达发电机装置工作，从而最大化能量回收。

如图1所示，根据现有技术的制动系统2包括命令和控制单元11以及用于显示操作参数的用户界面12。

典型地，用于生产纸板的机器包括两个支撑构件1，这两个支撑构件交替作用，并且被设计成当卷轴B几乎用完并且需要用新卷轴B替换时防止机器停止。具有相关卷轴B的两个支撑构件1的布置允许当另一支撑构件1上的卷轴B几乎用完时正在加工的纸的条带与新卷轴B快速接合。

因此，生产纸板的方法包括以下步骤：

-机器的启动；

-以受控的速度和张力的生产步骤(稳态步骤)；

-用新卷轴B替换几乎用尽的卷轴B。

如上所述，马达发电机装置8既可以用作马达，即提供驱动扭矩，也可以用作发电机，即提供制动扭矩。特别地，马达发电机装置8在启动步骤(称为卷轴启动步骤)中与牵引系统一起用作马达，以便克服由于卷轴B的惯性质量而产生的阻力，并且在更换卷轴的步骤中，以便在切割和联结新卷轴B之后重新卷绕剩余的纸的条带。反之亦然，马达发电机装置8在机器的正常生产步骤期间用作发电机。

因此，命令和控制单元11被配置为命令四个制动系统2的操作，即，用于两个支撑构件1中的每一个的两个制动系统2，并且用于在操作步骤期间将由马达发电机装置8产生的电力发送到供电网络E。

图1示意性地示出了现有技术的制动系统，其适于集成到已经设置有气动型制动系统的纸板生产机器中。

例如，在从EP 3766813 A1中已知的这种系统中，管线的张力借助于检测装置13(比如跨接线或测压元件)的实时检测。

装置13向集成在机器中的电气动转换器(EP转换器)14发送电信号，该电气动转换器控制沿着管线15、15'发送到气动机械制动装置9的空气压力，以用于产生必要的制动扭矩以确保预设的张力值。应当注意到，到目前为止所描述的配置是具有传统气动制动器的滚动支架的典型配置。

EP 3766813 A1中描述的系统包括气动管线15、15'的分支管线15”，其可操作地连接到压力换能器16，该压力换能器读取沿着管线15、15'的空气压力，并将其转换成电信号，该电信号被发送到命令和控制单元11，该命令和控制单元借助于下文描述的算法计算制动扭矩，并将命令信号发送到马达发电机装置8。

用于计算制动扭矩CL在马达发电机装置8的制动扭矩CM和机械制动装置9的制动扭矩CF之间的分配的算法如下：

a)当CL>CM-MAX时，其中CM-MAX是马达发电机装置8可提供的最大制动扭矩，CL由CM-MAX+CF之和给出；

b)当CL<CM-MAX时，CL由CM+CF之和给出，其中CF＝mCL并且CM＝nCL，其中m＝1–n，并且n为0.9至0.99，优选地大约为0.95；

c)在紧急制动的情况下，CL＝CM-MAX+CF-MAX，其中CF-MAX是机械制动装置9可提供的最大制动扭矩。

因此，总制动扭矩将大于实际要求的扭矩，由此检测装置13将检测到比要求的更大的张力，结果，电气动转换器14将调节空气压力。如上所述，建立了重复调节循环，其允许在几分之一秒内实现平衡，以提供在CM和CF之间分配的必要制动扭矩CL。但是，这仅发生在装置13具有快速响应时间的机器中，而如果其反应时间如所设定的那样缓慢，则先前描述的系统是不可用的。

本发明的升级的制动控制系统总体上由附图标记110表示，在图3中概括地示出，更具体地在图4中示出。用完全由本发明的升级的系统110执行的控制来代替通常由安装在机器上的电气动转换器14执行的制动控制，其倾向于克服装置13的过长反应时间的上述问题。因此，这种系统被配置为通用系统，以被应用为用于生产纸板的机器的升级，无论它们是否设置有具有马达发电机装置8和气动机械制动器9的组合制动器，也无论它们是否仅设置有气动机械制动器9。在后一种情况下，本发明的系统110还将包括具有马达发电机装置8和气动机械制动装置9的制动系统2，该制动系统将仅替代原机器的气动机械制动器9。

术语“升级的系统”是指可以被实施到已经运行的机器上的系统，以通过用升级的系统提供的制动控制来替换该机器所运行的制动控制，从而改善由机器运行的制动控制。

如上所述，借助于属于机器并与本发明的升级的系统分离的检测装置13(比如跨接线或测压元件)实时检测管线的张力。

装置13向同样属于机器而不属于升级的系统的电气动转换器(EP转换器)14发送电信号，该电气动转换器控制沿着管线15发送的空气的压力为压力Pm。在没有本发明的系统的机器中，管线15直接连接到气动机械制动器9。反之亦然，当系统110升级并被集成到用于生产纸板的机器中时，处于压力Pm的空气管线15被本发明的系统110截断。装置13和电气动转换器14都集成到机器中，并且因此不是制动控制系统110的一部分。

在系统110中，加压的空气管线15连接到集成在本发明的升级的系统中的压力换能器16，并借助于分支管线15'连接到电磁阀17。压力换能器16读取沿管线15的空气的压力，并将其转换成电信号，该电信号被发送到命令和控制单元11，该命令和控制单元借助于算法计算制动扭矩在马达发电机装置8和机械制动器9之间的分配。

命令和控制单元11可操作地连接到马达发电机装置8和集成到升级系统110中的电气动转换器19。电气动转换器19气动地连接到用于以固定压力P1(通常为6巴)引入空气的输入管线18和用于释放加压的空气的输出管线18'，该输出管线将加压的空气以由命令和控制单元11根据如下所述制动扭矩的分配计算的变化的压力P2发送到电磁阀17。

处于固定压力P1的加压的空气管线18包括引导管线18”，其在输入处连接到电磁阀17，以用于向电磁阀提供必要的引导压力。基于电磁阀17的引导压力要求选择压力P1。在使用非气动驱动的电磁阀的情况下，引导管线18”将被省略。

电磁阀17是二通阀，并且气动地连接到输送管线20，该输送管线以制动压力P3将加压的空气输送到机械制动装置9，其中当制动控制系统110被停用时，P3＝Pm，即电磁阀17使空气管线15'和20连通，或者当系统110被致动时，P3＝P2，其中当机器在稳态下操作时，P2为零，如下文将描述的。系统110的致动或停用命令由命令和控制单元11根据操作者的选择提供，例如借助于用户界面12。这允许可选地将来自电气动转换器19的输入管线18'或来自机器的管线15的分支管线15'与输送管线20连通，并且因此在必要时(例如在发生故障的情况下)排除本发明的系统110。当系统110被停用时，只有机械制动装置9将运行，其由机器的电气动转换器14提供的压力Pm控制。相反，当系统110被致动时，制动扭矩可以根据下述计算在机械制动装置9和马达发电机装置8之间进行分配。

压力计21可以沿着输送管线20放置，以用于控制供应的压力P3。

在另一实施例中，电磁阀17由手动二通阀代替。在这种情况下，引导管线18”将被省略。

因此，制动控制系统110包括：

-命令和控制单元11；

-压力换能器16，其被配置为读取来自用于生产纸板的机器的沿管线15的空气压力Pm，该空气压力指示机器所需的总扭矩CL，并将其转化为电信号，该电信号被发送到命令和控制单元11；

-集成到所述系统110中并且可操作地连接到所述命令和控制单元11的电气动转换器19，所述电气动转换器19被配置为以输送压力P2调节空气压力，并且在输入处连接到管线18，以用于以大于输送压力P2的固定压力P1引入空气，并且在输出处连接到输出管线18'；

-可操作地连接到命令和控制单元11的用户界面12；

-电磁阀17或手动二通阀，其气动地连接：i)在输入处，连接到电气动转换器19的所述输出管线18'，并且以来自用于生产纸板的机器的压力Pm连接到空气管线15的分支管线15'，以及ii)在输出处，连接到用于以压力P3输送空气的输送管线20，其中，所述输送管线20将电磁阀17或手动二通阀连接到机械制动装置9，并且其中当系统110处于停用状态时，所述压力P3等于所述压力Pm，或者当系统110被致动时，P3＝P2，其中P2包括在0和Pm之间；

其中，所述命令和控制单元11：

-将从压力换能器16接收的Pm值与预设的CL值相关联，所述CL值

取决于安装在机器上的气动制动器；

-接收马达发电机装置8的转数，并将其与马达发电机装置8提供的扭

矩CM相关联；

-计算气动制动装置9的扭矩CF；

-基于预设的制动扭矩CL在机械制动装置9的制动扭矩CF和马达发电机装置8的制动扭矩CM之间提供的分配的计算，命令电气动转换器19输送对应于所述扭矩CF的压力P2，其中，当马达发电机装置8的扭矩CM等于或大于CL时，气动制动装置9的扭矩CF为零。

特别地，只有当马达发电机装置8的转数低时，即在启动和停止步骤中，P2才不为零，而在稳态操作中，当扭矩CF为零时，P2＝P3＝0。

命令和控制单元11被配置为根据以下算法计算制动扭矩CL在马达发电机装置8的制动扭矩CM和机械制动装置9的制动扭矩CF之间的分配：

a)当CL>CM-MAX时，其中CM-MAX是马达发电机装置8可提供的最大制动扭矩，CL由CM-MAX+CF之和给出；

b)当CL≤CM-MAX时，CL＝CM；

c)在紧急制动的情况下，CL＝CM-MAX+CF-MAX，其中CF-MAX是机械制动装置9可提供的最大制动扭矩。

借助于与逆变器的相接，由马达发电机装置8产生的电力被发送到供电网络(E)。

在上文的描述中，已经参考了包括同轴地布置在同一传动轴上的马达发电机装置8和机械制动装置9的制动系统。

但是，如图5所示，本发明的制动控制系统110同样可以应用于马达发电机装置8和机械制动装置9不在同一轴线上而是例如并排放置的制动系统。

图5示出了卷轴B，卷轴的轴与气动类型的机械制动装置9相关联。另一方面，马达发电机装置8并排放置，并借助于传动构件30(例如皮带或链条)或者在未示出的实施例中，借助于齿轮、减速器或倍增器与卷轴B的轴可操作地相关联。

因此，本发明的制动控制系统110实现了预定的目的。

事实上，这种系统也可以集成到已经使用的用于生产纸板的并且具有包括电动发电机制动器和气动制动器的制动系统的机器中，简单地通过在输入处将机器的压力为Pm的加压的空气管线连接到本发明的系统110，并且将本发明的系统在输出处连接到机器制动系统。

如果用于生产纸板的机器仅设置有气动制动器或电动机制动器，相反，本发明的系统110还将包括如上所述的制动系统2，其将取代原始的气动制动器。

本发明的制动控制系统110是廉价的并且具有小尺寸，因为事实上机械制动器的当前使用不需要高功率电动发电机。

制动系统2进一步允许电力的回收，尽管只是部分的(即，仅涉及由马达发电机装置9提供的制动扭矩部分)。

显然地，在不脱离本发明的保护范围的情况下，仅描述了本发明的一些特定实施例，本领域的技术人员将能够对其进行适应特定应用所需的所有改变。

Claims (10)

1.一种升级的制动控制系统(110)，其用于生产纸板或波纹纸板的机器，所述机器具有或其中已经安装了至少一个制动系统(2)，所述制动系统包括马达发电机装置(8)和气动机械制动装置(9)，其中，所述系统(110)包括：

命令和控制单元(11)；

压力换能器(16)，其被配置为读取来自用于生产纸板的机器的沿管线(15)的空气压力(Pm)，所述压力指示机器所需的总扭矩CL，并将压力转化为电信号以发送到所述命令和控制单元(11)；

电气动转换器(19)，其集成到所述系统(110)中并且可操作地连接到所述命令和控制单元(11)，所述系统(110)的电气动转换器(19)被配置为以输送压力(P2)的调节空气压力，并且在输入处连接到处于固定压力(P1)的空气管线(18)，所述固定压力大于所述输送压力(P2)，并且在输出处连接到输出管线(18')；

用户界面(12)，可操作地连接到所述命令和控制单元(11)；

电磁阀(17)或手动二通阀，其气动地连接：i)在输入处，连接到所述电气动转换器(19)的所述输出管线(18')，并且以来自用于生产纸板的机器的压力(Pm)连接到所述空气管线(15)的分支管线(15')，并且ii)在输出处，连接到用于以制动压力(P3)输送空气的输送管线(20)，其中，所述输送管线(20)将所述电磁阀(17)或手动二通阀连接到机械制动装置(9)，并且其中，当所述系统(110)处于停用状态时，所述压力(P3)等于所述压力(Pm)，或者当所述系统(110)被致动时，P3＝P2，其中，P2包括在0和Pm之间；

其中，所述命令和控制单元(11)：

将从所述压力换能器(16)接收的Pm值与预设的CL值相关联，所述预设的CL值取决于安装在机器上的气动制动器；

接收所述马达发电机装置(8)的转数，并将其与所述马达发电机装置(8)提供的扭矩CM相关联；

计算所述气动制动装置(9)的扭矩CF；

基于预设的制动扭矩CL在所述机械制动装置(9)的制动扭矩CF和所述马达发电机装置(8)的制动扭矩CM之间提供的分配的计算，命令所述电气动转换器(19)输送对应于所述扭矩CF的压力P2，其中，当所述马达发电机装置(8)的扭矩CM等于或大于CL时，所述气动制动装置(9)的扭矩CF为零。

2.根据权利要求1所述的系统(110)，其中，所述命令和控制单元(11)被配置为

根据以下算法计算所述制动扭矩CL在所述马达发电机装置(8)的制动扭矩CM和所述机械制动装置(9)的制动扭矩CF之间的分配：

a)当CL>CM-MAX时，其中CM-MAX是由所述马达发电机装置8能提供的最大制动扭矩，CL由CM-MAX+CF之和给出；

b)当CL≤CM-MAX时，CL＝CM；

c)在紧急制动的情况下，CL＝CM-MAX+CF-MAX，其中CF-MAX是所述机械制动装置(9)能提供的最大制动扭矩。

3.根据权利要求1或2所述的系统(110)，其中，处于固定压力(P1)的所述空气管线(18)借助于引导管线(18”)连接到所述电磁阀(17)或手动二通阀，以用于引导所述电磁阀(17)。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统(110)，其中，所述输送管线(20)包括压力计(21)。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统(110)，其包括所述制动系统(2)，以用于替代最初安装的气动机械制动器(9)或电动机制动器。

6.根据权利要求5所述的系统(110)，其中，所述机械制动装置(9)安装在与马达发电机装置(8)相同的轴(10)上。

7.根据权利要求5所述的系统(110)，其中，所述机械制动装置(9)和所述马达发电机装置(8)不安装在同一轴(10)上，而是借助于传动构件(30)运动地连接。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统(110)，其中，所述马达发电机装置(8)是电动机，所述电动机被配置为借助于与逆变器的相接提供驱动扭矩或负载扭矩，在提供负载扭矩的情况下产生电力。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的系统(110)，其中，所述机械制动装置(9)是气动类型的单盘或多盘制动器。

10.一种用于生产纸板或波纹纸板用于印刷或转换的机器，其包括用于纸或其它材料的卷轴(B)的至少一个、优选地两个支撑构件(1)，其中，每个所述支撑构件(1)包括具有两个臂(4)和连接杆(5)的C形结构(3)，其中，所述臂(4)的远侧端部(4a)支撑相应的轴(6)，所述轴在其两个近侧端部(6a)处旋转地支撑卷轴(B)；制动系统(2)，其包括马达发电机装置(8)和气动机械制动器(9)，所述制动系统包括根据权利要求1至9中的任一项所述的制动控制系统(110)，其安装在轴(6)的远侧端部(6b)处。