Un guide complet pour améliorer la fiabilité des machines de refendage de ruban : pratiques d'optimisation de la structure mécanique au contrôle électrique

introduction

Les machines de refendage de ruban sont des équipements essentiels dans les secteurs de l'étiquetage, de l'impression de codes-barres et d'autres industries. Leur fiabilité influence directement la qualité du produit final (papier carbone sans carbone, ruban code-barres, etc.), l'efficacité de la production et les coûts d'exploitation. Une machine de refendage peu fiable peut entraîner des problèmes tels qu'une faible précision de refendage, des bavures, des ruptures de courroies et des arrêts de production fréquents. Cet article présente de manière systématique l'ensemble du processus d'amélioration de la fiabilité des machines de refendage de ruban, à quatre niveaux : optimisation de la structure mécanique, mise à niveau du contrôle électrique, application d'algorithmes intelligents et gestion de l'exploitation et de la maintenance.

1. Optimisation de la fiabilité des structures mécaniques : la pierre angulaire de la stabilité

La structure mécanique est la base physique de la fiabilité des équipements et l'optimisation de tout système de contrôle repose sur une plate-forme mécanique stable.

1. La rigidité du cadre et de la base est renforcée

◦ Problème : Les racks légers ou insuffisamment rigides sont sujets aux vibrations et aux déformations lors d'un fonctionnement à grande vitesse et d'une tension dynamique, ce qui provoque des secousses des lames de refendage et la production de bavures.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Amélioration du matériau : de la fonte à haute résistance ou de l'acier de haute qualité après décharge de contrainte est utilisé pour absorber les vibrations grâce à ses propriétés d'amortissement élevées.

▪ Conception structurelle : une conception de structure en boîte ou de raidisseur est adoptée, et une analyse modale et une optimisation de la structure statique sont effectuées via une analyse par éléments finis (FEA) pour garantir que la fréquence naturelle du premier ordre est bien supérieure à la fréquence de fonctionnement de l'équipement et éviter la résonance.

▪ Fondation de montage : Assurez-vous que l'équipement est installé sur une fondation solide et de niveau, en ajoutant des pieds amortisseurs si nécessaire.

2. Optimisation des systèmes de déroulement et de rembobinage

◦ Problème : La tension d'inertie du déroulement fluctue considérablement, et il est facile de l'effondrer au stade initial de l'enroulement, et l'enroulement est irrégulier pendant le fonctionnement à grande vitesse.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Arbre gonflable et mécanisme de serrage : adopte un arbre gonflable de haute précision et de haute concentricité pour assurer un ajustement parfait avec le noyau de la bobine, empêchant le glissement ou le faux-rond radial pendant le fonctionnement à grande vitesse.

▪ Système de rouleau d'enroulement : L'ajout d'un rouleau d'enroulement (rouleau de pression d'air avec ou sans contact) fournit une pression initiale stable au stade initial de l'enroulement, évitant le phénomène d'effondrement en « somme de chou » et aidant à éliminer l'air entre les bobines.

▪ Structure adaptative du diamètre de la bobine : le bras de rétraction/déroulement est doté de guides linéaires robustes et de vis à billes de précision, garantissant un fonctionnement fluide et aucun blocage lors des changements de diamètre de la bobine.

3. Mise à niveau du système de porte-outils de refendage (noyau du noyau)

◦ Problèmes : faux-rond de l'arbre, usure rapide de la lame, couteau supérieur et inférieur imprécis, coupe ou déchiquetage continu.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Précision de l'arbre de fraise : La broche de rectification de haute précision est utilisée, avec un faux-rond dynamique contrôlé à ± 0,003 mm. Le roulement est composé de roulements à billes à contact oblique de haute précision et bénéficie d'une précharge raisonnable.

▪ Mécanisme de verrouillage du porte-outil : passez d'un simple écrou à main à un mécanisme de verrouillage hydraulique ou pneumatique, garantissant que la lame ne se déplace pas en raison des vibrations pendant le fonctionnement à grande vitesse.

▪ Matériau et revêtement de la lame : sélectionnez l'acier à outils approprié (tel que l'acier rapide en poudre) en fonction du matériau du ruban (à base de cire, à base hybride, à base de résine) et utilisez des revêtements résistants à l'usure tels que TiN et DLC pour prolonger considérablement la durée de vie de l'outil.

▪ Réglage automatique de l'écartement du couteau circulaire et du tampon de coupe : mettez à niveau le réglage manuel vers un mécanisme de réglage fin automatique entraîné par un servomoteur et coopérez avec le système de contrôle pour réaliser le réglage numérique et la compensation de l'écart.

4. Rouleau de guidage et rouleau de détection de tension

◦ Problème : Le rouleau de guidage n'est pas parallèle, s'épuise considérablement et la surface est usée, ce qui entraîne une déviation et un froissement du ruban.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Rouleaux de guidage de haute précision : tous les rouleaux de guidage doivent être équilibrés dynamiquement et traités avec du chrome dur ou de la céramique pour garantir une finition élevée, une résistance élevée à l'usure et un faible coefficient de frottement.

▪ Capteur de tension à rouleau flottant : le bras oscillant à rouleau flottant de haute précision et le capteur de tension sont utilisés comme source de rétroaction directe pour le contrôle de la tension, et le roulement doit être de type à faible couple de frottement pour assurer une détection sensible et précise.

2. Mise à niveau des systèmes électriques et de détection : perception et exécution précises

1. Mise à niveau du système d'entraînement

◦ Problème : les performances de régulation de la vitesse du moteur asynchrone à courant alternatif sont médiocres et la réponse du couple est lente, ce qui entraîne un contrôle de tension inexact.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Système d'entraînement servo complet : les principaux couteaux de traction, d'enroulement, de déroulement et de coupe sont tous entraînés par des servomoteurs.

Avantages : Contrôle précis du couple, réponse dynamique extrêmement rapide et algorithmes complexes de contrôle de la tension. Le servomoteur de rembobinage contrôle directement le couple et forme un véritable système de tension en boucle fermée.

2. Perfectionnement du système de détection

◦ Problèmes : faible précision du capteur, faible capacité anti-interférence et signal de rétroaction inexact.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Codeur haute résolution : Un codeur absolu haute résolution est installé sur les rouleaux de traction principaux et flottants pour mesurer avec précision la vitesse linéaire et la position du rouleau.

▪ Capteur de tension : choisissez un capteur de tension à jauge de contrainte, faites correspondre la plage et faites un bon travail de blindage du signal pour éviter les interférences électromagnétiques.

▪ Système de correction CCD Edge/Line Array : remplacez les capteurs à ultrasons ou photoélectriques pour détecter les bords des rubans transparents ou ultra-minces avec une grande précision pour obtenir une correction précise au millième de seconde près.

▪ Système d'inspection par vision industrielle : ajoutez des caméras industrielles avant l'enroulement pour détecter la qualité de refendage (comme les bavures, les taches, les bandes cassées) en temps réel et déclencher une alarme ou s'arrêter automatiquement.

3. Spécifications de l'armoire électrique et du câblage

◦ Problème : Mauvaise dissipation de la chaleur, interférences électromagnétiques (EMI) entraînant des pannes occasionnelles de l'équipement.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Gestion thermique : Calculez la demande de dissipation thermique en fonction de la consommation électrique totale et équipez-la de climatiseurs industriels ou d'échangeurs de chaleur pour assurer une température stable à l'intérieur de l'armoire.

▪ Conception CEM : les lignes d'alimentation, les lignes d'encodeur et les lignes de communication (comme EtherCAT) sont acheminées séparément, des câbles blindés sont utilisés et la mise à la terre est normalisée. Ajoutez un réacteur d'entrée et un filtre DV/DT de sortie pour supprimer les harmoniques.

3. Optimisation du système de contrôle et de l'algorithme : le cerveau et les nerfs de l'appareil

C’est le cœur de l’exploitation des capacités matérielles mécaniques et électriques à l’extrême.

1. Noyau : algorithme de contrôle de tension

◦ Problème : Les paramètres PID sont durcis et ne peuvent pas s'adapter aux énormes changements d'inertie provoqués par le changement de processus de rétraction, de décélération et d'accélération.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Contrôle de tension en boucle fermée complète : avec le retour du capteur de tension comme noyau, il constitue une boucle fermée PID.

▪ Contrôle de la tension conique : lors de l'enroulement, à mesure que le diamètre de la bobine augmente, le système abaisse automatiquement la valeur de tension définie en fonction de la courbe prédéfinie (ligne droite, courbe conique) pour empêcher le ruban extérieur de comprimer la couche intérieure, provoquant des plis ou une déformation.

▪ Compensation anticipée : Lorsque l'équipement accélère ou décélère, un couple de compensation est appliqué au servomoteur de rétraction/déroulement afin de compenser l'impact du changement d'inertie sur la tension. Le système doit alors calculer précisément le moment d'inertie sous le diamètre actuel de la bobine.

▪ PID adaptatif : les paramètres PID peuvent être ajustés automatiquement en fonction du diamètre du rouleau, de la vitesse de fonctionnement et d'autres conditions de travail pour maintenir l'effet de contrôle optimal.

2. Calcul du diamètre du rouleau rétracté et déchargé

◦ Problème : des calculs inexacts du diamètre du rouleau entraînent une défaillance du contrôle du cône et de l'avance d'inertie.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Méthode d'intégration de la vitesse linéaire : Le calcul d'intégration en temps réel du diamètre du rouleau est effectué grâce à la différence d'impulsions entre le codeur de l'arbre de traction principal et celui de l'enrouleur/dérouleur. Cette méthode est la plus précise, mais nécessite un codeur haute résolution.

▪ Méthode en cascade : la longueur du matériau est enregistrée par le compteur et le diamètre du rouleau est calculé en fonction de l'épaisseur du matériau. Cette méthode nécessite une épaisseur de matériau connue et l'absence de glissement.

3. Interaction homme-machine (IHM) et gestion des données

◦ Problèmes : Paramètres complexes, informations de panne peu claires et manque de traçabilité des données de production.

◦ Pratiques d’optimisation :

▪ Fonction formule : pour les rubans de différents matériaux et largeurs, la tension prédéfinie, la vitesse, la distance du couteau et d'autres paramètres peuvent être appelés en un seul clic.

▪ Débogage visuel : affichage en temps réel de la courbe de tension, de la courbe de vitesse, du diamètre de la bobine de courant, de la sortie PID, etc., ce qui est pratique pour les ingénieurs pour déboguer et diagnostiquer.

▪ Diagnostic et prédiction des pannes : Établissez une base de codes de panne détaillée et enregistrez l'historique des alarmes. Des rappels de maintenance prédictive sont fournis par l'analyse de données telles que la charge du moteur et les vibrations des roulements.

4. Maintenance et gestion systématiques : garantie de fiabilité à long terme

1. Plan de maintenance préventive

◦ Quotidiennement : nettoyer les dépôts de carbone et les débris sur les porte-couteaux et les rouleaux de guidage ; vérifier la pression de la source d'air.

◦ Chaque semaine : vérifier si l'expansion de l'arbre d'expansion est uniforme ; vérifier si les boulons dans les zones clés sont desserrés.

◦ Mensuellement : vérifier l'usure de la lame, remplacer ou affûter la lame à temps ; Nettoyer le filtre du ventilateur du servomoteur ; Vérifier la tension de la courroie d'entraînement/courroie de distribution.

◦ Tous les six mois/an : étalonnage professionnel de l'équilibrage dynamique des broches, des rouleaux de guidage, etc. ; Remplacer l'huile de lubrification du réducteur.

2. Gestion des pièces détachées et des consommables

◦ Établir une liste de pièces de rechange clés (par exemple, servomoteurs, lames, roulements, capteurs de guidage) pour assurer l'inventaire.

◦ Utilisez des consommables originaux ou certifiés de haute qualité pour éviter de grosses pertes à cause de petites choses.

3. Formation des opérateurs

◦ Former les opérateurs sur le processus correct de chargement et de déchargement, les méthodes de paramétrage et le contenu des inspections quotidiennes.

◦ Former les ingénieurs de maintenance aux diagnostics avancés et à l’optimisation des paramètres.

Résumé : Logique en boucle fermée pour l'amélioration de la fiabilité

L'amélioration de la fiabilité des machines de refendage de rubans est un projet systématique qui ne peut se résumer à l'amélioration d'un seul maillon. Elle suit une logique claire et précise :

Détection précise (capteurs avancés) → Prise de décision intelligente (algorithmes de contrôle avancés) → Exécution précise (machines à haute rigidité + servomoteur) → Optimisation continue (traçabilité des données et maintenance préventive)

En construisant une base solide à partir de la structure mécanique, en obtenant une perception et une exécution précises dans le contrôle électrique, en utilisant des algorithmes intelligents pour donner de la « sagesse » à l'équipement et en formant enfin une garantie à long terme grâce à une gestion scientifique de l'exploitation et de la maintenance, nous pouvons créer une machine de refendage de ruban moderne avec une vitesse élevée, une haute précision, une fiabilité élevée et un faible coût de maintenance, et enfin fournir un support d'équipement solide aux entreprises pour améliorer la qualité des produits, réduire les coûts de production et renforcer la compétitivité du marché.