变频调速在印刷机械行业应用前景广阔

变频调速在印刷机械行业应用前景广阔

     1  引言

    印刷机械设备的调速方式有四种形式: 一是直流可控硅调速，主要用在较大型卷筒纸报刊和书刊印刷设备，目前仍在广泛应用。二是有些设备采用三相交流整流子电动机进行调速，现在已经不再使用。另一种是采用电磁调速电机，即俗称滑差电机调速，这种调速方式在印刷机械设备中应用相当广泛，当然也不排除某些设备采用定速传动。近年来，新开发的产品，只要设备需要变速或无级传动，多数采用了变频器调速，甚至包括较大型的印刷设备。企业普遍已经形成共识，采用变频器调速是印刷机械设备提高技术水平的一种象征，当然也是节约能源的一种选择。

    印刷机械设备不同于其它机械设备，它的加工对象是包括各种厚度的纸张、纸板、薄膜，当然也包括较薄的金属材料等承印物。印刷设备按不同印刷品的要求，采用各种印刷方式(凸、平、凹、孔、特印)，将各种颜色按比例准确的印刷在承印物的规定位置上，从而形成包括文字、影像在内的五彩缤纷的彩色印刷品。印刷后的半成品，还要通过大量的印后设备完成书刊的折页、配页、上封皮、装订成为平装、精装书刊。报纸印刷完成以后，还要通过堆积、计数、插页、打捆、发行等设备，才能达到邮发的条件。包装品—纸箱、纸盒、纸袋、不干胶商标等印刷品在印刷完成以后，还要进行模切、开槽、喷码、制盒、制袋等作业，才能成为成品。对于承印物加工机械设备可以将其裁切、分切、横切、模切、烫印、复合、上光、压纹、覆膜、等工艺加工，成为不同尺寸、不同形状、不同装饰、不同材料的半成品或成品。因此印刷机械设备家族之庞大、品种之繁杂、工艺之多样，将是变频器应用的广阔市场。

2   印刷机械设备的简单分类
(1) 印前制版设备
    激光照排机、照相机、晒版机、数字直接制版机、胶片输出机、烤版机、自动制版机、雕刻机等。
(2) 印刷设备
    凸版印刷机:铅印机(已经淘汰)、不干胶印刷机(间歇式)、柔版印刷机(感光树脂版)、移印机、瓦楞纸印刷开槽机等;
    平版印刷机(胶印机):单张纸印刷机(规格分全张、对开、四开、八开)、卷筒纸印刷机(报纸、书刊、商业)、表格印刷机、名片印刷机等;
    凹版印刷机:单张纸凹版印刷机、卷筒纸凹版印刷机、印钞机、邮票印刷机等;
    孔版印刷机(丝网印刷机):平型丝网印刷机、滚筒式丝网印刷机、异型丝网印刷机等;
    特种印刷机:喷墨印刷机、热转移印刷机、打印机、静电印刷机、盲文印刷机等;
    数字印刷机:一体机、在机制版印刷机、无版印刷机(电子油墨)、数字印刷机等。
(3) 印后设备
    书刊装订设备:骑马订书联动机(包括配页机、订书机、三面切书机)、无线胶订联动机、精装联动机、包本机(包括直线、圆盘、椭圆包本机)、制壳机、锁线机、上书壳机、压平机、折页机等;
    报纸印后设备:堆积打捆机、烘干机、报纸发行设备、插页机、给纸机、纸张输送设备(龙骨)等;
    包装印后设备:模切机(包括平压平、圆压圆、圆压平三种模切方式)、切纸机、分切机、横切机、制盒机、上光机、覆膜机、压光机、信封机、烫金机等。
(4) 辅助设备:数控弯刀机、磨刀机、打孔机、弯版机、给纸机、烘干机、冷却机等。
(5) 配套产品:磁粉制动器、离合器、印刷机专用轴承(带偏心，中心可调)、温控器、张力控制系统、调偏装置、墨色遥控装置、自动套准装置、测速电机、红外线加热器、紫外线加热器、自动套准装置、数控驱动系统、伺服电机(包括微型伺服电机)、变频器、PLC可编程序控制器、触摸屏、号码机、光电开关、CCD摄像头等。

3  印刷机械设备的主要运动特点

    印刷机械的主要运动特点:加工对象是各种柔性承印材料，在加工过程中，既要保证承印材料按规定要求运动，又要在承印材料的行进中，完成各种颜色的印刷或对承印物的加工，从而产生了印刷机械的传纸运动和印刷运动两条运动链，而且是相互协调的运动链。以卷筒纸平版印刷机为例，这种设备为保证变速操作和印刷的需要，当前不少设备仍然采用直流调速的拖动方式，控制整台机器的两条运动链。为完成印刷品的制作，还有多项运动需要完成，如:保证操作点动(上印版、清洗滚筒、穿纸)工艺要求，与直流电机同轴还有一套交流电动机和摆线针轮减速器，以完成低速、点动的工艺要求。另外，在印刷过程中，水、墨供给量与印刷速度有直接关系，因此出水、出墨辊有两个单独的直流伺服电动机带动。其它还有若干定速传动的电动机，负责印版滚筒的调偏、上纸及纸卷左右位置的调整等操作。为了保证印刷质量，承印材料需要用磁粉制动器控制送纸张力、需要测速电机指导水墨的供应、需要调偏装置控制纸张的走纸路线等，这些机构中也有不同形式的电机参与工作。其它印刷机和印刷机械也存在相同或专有的工艺特点。
对以各种印刷方式的印刷机而言，设备的运动首先是变速运动的方式，在工作中包括:
(1) 在出厂前设备需要进行空运转试验，这种运转试验包括工作运转试验、高速额定运转速度试验;
(2) 印刷机是一种光电一体化的设备，在装配中要进行多种功能匹配性的调整，如:走纸双张红外线控制、输纸定位装置的调整、纸张自动升降的调整、纸张交接的调整、张力控制的调整、气动装置的调整等等，都需要设备的低速运行;
(3) 设备投入使用以后，在印刷工作中需要装印刷版、擦印刷版和擦橡皮布等作业的点动运转;
(4) 设备需要在正式全速印刷之前，要完成慢速走纸、印刷套准和水墨平衡等功能的调整，在印刷品达到各项质量要求以后，才能进行全速印刷;
(5) 根据印刷品的颜色多寡要求，运动链的长度也需要某些调整。
对于印刷机以外的设备，同样也存在不同的工艺、不同的变速要求。

4  目前变频器应用的主要产品

    印刷机械设备采用变频调速器开始在20世纪80年代初，当时国内主要印刷机械企业开发的新产品，以提高技术水平为目的开始采用变频器调速装置，为提高设备的稳定性、可靠性，印刷机械企业普遍采用进口变频器。采用变频器的产品有单张纸平版印刷机、卷筒纸平版印刷机，尔后向各种印刷方式和不同印刷开本的设备拓展。后来又流布到印后的装订机械、包装机械等设备。主要应用产品有:

（1) 各种规格的单张纸平版印刷机及印后装订设备。
    单张纸平版印刷机以印刷品纸张的大小可以分为全张、对开、四开和八开的印刷机，分别用于包装、书刊、广告、快印行业，尤其彩色印刷机是印刷业的骨干设备，设备的调速系统多年来一直采用电磁调速电机，近年来采用变频调速已经成为时尚。但高档的多色印刷机有的国外企业已经推出，传纸系统由变频电机驱动，印刷滚筒的运转由伺服电机分别带动，两种运动之间的协调关系，由伺服电机跟踪匹配。这种设备的功能机组，如输纸机也采用独立驱动。印后装订设备由只配备一个变频器的独立单机，如三面切书机、单头或双头订书机、圆盘包本机等。还有的印后设备要配备两个以上的变频器，如十个夹子的椭圆包本机需要一个变频器控制闯页振动台，另一个变频器控制设备的主运动。另一种骑马装订生产线同样也需要两个变频器控制配页、装订和裁切成书的装订全过程。

（2) 各种规格的卷筒纸平版印刷机及印后计数打捆设备。
    卷筒纸平版印刷机是我国报纸和书刊印刷骨干设备。这种设备本身就是一条大规模的印刷生产线，他在完成印刷过程的同时，还可以连续完成裁切、折页、计数、打捆等多项功能。随着设备科技发展，卷筒纸印刷机还增加了自动给纸、烘干、上光等功能。然而这种设备从诞生以来一直采用直流可控硅整流调速，通过一根长轴带动各功能机组完成印刷品的制作过程。除老产品外，新开发的产品已经完成变频器调速的改造，还有的新产品彻底取消了长轴，由伺服电机、驱动系统和数控系统独立驱动各功能机组，从而把这种设备带入一个新的境界。变频器在这些设备上，仅用于一些次要的功能，如上水、上墨的调速。

（3) 各种规格的卷筒纸凹版印刷机及印后包装设备。
    这种设备与卷筒纸平版印刷机有相同的工作方式，不同的地方是凹版印刷机结构比前者简单，承印材料范围较广，可以印刷各种聚酯薄膜，设备采用变频调速和独立驱动的进程是相同的。这种印后设备有复卷机、分切机、复合机、裁单张机、模切机等设备，可以连线、也可以用单独的设备去完成印后的加工。

（4) 柔性版印刷机。
    这种设备是一种有多种印刷方式和印后加工组成的一种名副其实的生产线，但主要的印刷机组由感光树脂版(凸版)为主要印刷功能。它的调速发展过程与卷筒纸印刷机基本相同。

    总之，原来采用直流调速、电磁电机调速、齿轮箱有级调速和其他无级调速的设备基本上都可以改造为变频调速。目前较大型的印刷机械设备、印刷机械的高端产品和出口到国外的产品多数采用进口或中外合资生产的变频器，低端产品和小型印刷机械设备采用国产变频器。

5  变频器的应用前景

    2004年印刷机械设备全行业销售额为65~70亿元，年增长率15%以上，其中印刷机械出口为2.62亿美元，比2003年增长50%以上。我国印刷机械进口额为17.16亿美元，折成人民币约为160亿元，中国市场印刷机械总销售额为225~230亿元。其中主要企业集团—北人集团公司2004年销售额14亿元、上海电气集团印刷包装机械有限公司销售额17亿元、中景集团公司销售额为4亿元、营口冠华销售额为1亿元。随着印刷机械科技的发展，印刷机械出口量将逐年增加，国内市场占有率将大幅增长，对变频器的需求将呈增长趋势。

　　目前，国内印刷机械设备制造厂家约为450家左右，涉及印刷机械产品品种规格约200种以上，按当前销售量统计，应用变频器的设备约为3万台/年。涉及应用变频调速器的设备主电机功率为0.4~82kW。

6  期盼国产变频器进入印刷机械行业

    据有关变频器行业的统计，90年代中期全国有50家企业生产销售变频器，其中有29家的33种规格成为国家四部委推荐的产品，虽然，近年来深圳华为、成都佳灵、烟台惠丰的产品已经达到一定的技术水平，但国产变频器在国内市场占有率不大于10%，在印刷机械行业应用国产变频器的厂家微乎其微，主要选购的产品是日本三菱、富士、安川、日立，德国西门子，法国的施耐德和欧姆龙、ABB等国外品牌。有些印刷设备制造厂家，在小规格的印刷设备上开始选择国产变频器，如:一家平型丝网印刷机的生产企业就采用上海“中达电通”的1.5KW变频器;淮南鑫盛公司的双头订书机就采用“上海佳川”电压为220V的变频器;湖南新邵一家生产折页机的企业采用1.5KW的 LS600变频器;还有三家生产的直线包本机和椭圆包本机的企业，分别采用了无锡台安科技、HOLIP和TVERTER三种变频器。

　　总之，在印刷机械科技水平不断发展的今天，无论从环境保护，还是从节约能源的角度，积极采用变频器无论对国家还是对企业都是有较好的经济效益的好事。在这里欢迎有关国内生产制造变频器的厂家，加强与印刷机械制造行业联系，了解他们应用的特点，有针对性地推出适合他们需要的变频器产品，并在应用中提高产品的适应性，进一步扩大应用领域，把印刷机械设备应用变频器的技术改造，推向新的阶段。