1913年,Albert & Co公司(即目前的Koenig & Bauer AG公司,簡稱KBA公司)研制的第一臺卷筒輪轉(zhuǎn)凹印機(jī)問世并投入使用,此后技術(shù)水平一直在不斷地提高和改進(jìn),目前輪轉(zhuǎn)凹印機(jī)的生產(chǎn)效率和自動化程度都已經(jīng)有了很大程度的提高,卷筒承印材料的最大寬度能夠達(dá)到3.68米(大約相當(dāng)于145英寸),同時,隨著凹版印刷機(jī)的發(fā)展,其驅(qū)動系統(tǒng)也已經(jīng)發(fā)生了根本性的巨變。
最初是由蒸汽式發(fā)動機(jī)通過一個機(jī)械軸承來驅(qū)動輪轉(zhuǎn)凹版印刷機(jī)運轉(zhuǎn)的,這在當(dāng)時堪稱是一次革命性的變革。今天的獨立驅(qū)動技術(shù)其實已經(jīng)經(jīng)歷了很長的發(fā)展時間,同樣是一個十分重要的里程碑。
多年來,人們最初只在雙電機(jī)構(gòu)造方面進(jìn)行了大量的研究工作,其中一臺電機(jī)在啟動時使用,當(dāng)達(dá)到一定印刷速度后,再切換到另外一臺電機(jī)并由另外一臺電機(jī)負(fù)責(zé)繼續(xù)工作。后來,這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)又被可調(diào)節(jié)的毛刷電機(jī)(brush motor)所替代。
第二次世界大戰(zhàn)之后,DC(直流)電機(jī)逐漸占據(jù)了市場,這種電機(jī)的靈活性很高,是通過可控硅整流器控制的,能夠?qū)﹄娏鲝?qiáng)度以及印刷機(jī)的運轉(zhuǎn)速度等直接進(jìn)行控制。
1974年,Albert Frankenthal AG(在當(dāng)時很有名氣的一家公司)同Burda印刷公司合作,試圖實現(xiàn)獨立驅(qū)動電機(jī)的夢想。盡管印刷質(zhì)量和卷筒承印材料的傳輸?shù)榷际植诲e,但是這個嘗試最終還是以失敗而告終了。主要的原因是由于當(dāng)時的技術(shù)還不夠先進(jìn),實施這樣一項新穎而“艱難”的技術(shù)實在是太困難了,風(fēng)險性太大了。這種裝置在當(dāng)時的價格十分昂貴,而且,如此先進(jìn)的產(chǎn)品和設(shè)備,其研制周期也是相當(dāng)漫長的。
1991年中期,KBA公司采用了分散式驅(qū)動策略,即為每一個印刷單元和每一個折頁裝置都專門設(shè)計了各自的主驅(qū)動電機(jī)。在一開始的幾年中,采用的是帶數(shù)字電流轉(zhuǎn)換器和同步線軸的DC電機(jī)。從1992年開始,KBA公司的報紙印刷機(jī)的輸紙單元和拉紙輥都已經(jīng)裝備了電子驅(qū)動電機(jī),而且已經(jīng)形成了一種事實上的標(biāo)準(zhǔn),因此,不再需要跟主軸保持機(jī)械聯(lián)接。同樣,當(dāng)時采用的也是沒有中間齒輪的直流并激電動機(jī)(DC shunt motor)。
1991年ABB公司引進(jìn)了采用交流電動機(jī)(AC motor)驅(qū)動技術(shù),從此引發(fā)了重大的突破。從那之后,獨立驅(qū)動系統(tǒng)開始得以快速發(fā)展,而且僅僅隔了幾年之后,在1995年的Drupa 95上,KBA公司就展示了其研制的第一臺采用無軸驅(qū)動技術(shù)的卷筒新聞紙印刷機(jī)。
然而,發(fā)展并沒有就此停滯不前,1996年春天,KBA公司研制成功了一種新型的Compacta 215印刷機(jī),它是世界上第一臺商業(yè)卷筒膠印機(jī),采用的仍然是無軸驅(qū)動技術(shù)。
在1960年和1972年,KBA公司在凹版印刷機(jī)上對單獨驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行了一系列的試驗,但是,只有在編碼器(主要作用是提供并保證所必需的高精度)研制成功之后,這種技術(shù)才能夠得以實現(xiàn)。印刷機(jī)開始通過交流電動機(jī)逐步向獨立驅(qū)動系統(tǒng)方向發(fā)展,第一步就是用諧波驅(qū)動系統(tǒng)(harmonic drive motor system)來替換機(jī)器中原來控制拉紙輥的機(jī)械齒輪(所謂的PIV齒輪)。這種驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點是:所采用的減速裝置比率可以達(dá)到1:80,因此能夠進(jìn)行更靈敏的調(diào)節(jié)。但由于諧波驅(qū)動系統(tǒng)實際操作的速度范圍不夠大,因此,為了適應(yīng)各種不同的滾筒樣式,必須要采用一種多相減速裝置(multipase reduction gear)。在更換版滾筒時還需要進(jìn)行一定的手工操作,而且,根據(jù)版滾筒的周長,有必要手工設(shè)置和高速某些齒輪組合,一旦出現(xiàn)了錯誤,就有可能會引起啟動故障。
接下來的第二步就是為凹版印刷機(jī)中的拉紙部件裝備獨立驅(qū)動電機(jī)。這種從諧波驅(qū)動系統(tǒng)(跟主軸采取機(jī)械式連接)向采用交流伺服電機(jī)的直接驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變以及“電子軸”的應(yīng)用,不現(xiàn)需要多相減速裝置和機(jī)器構(gòu)造中的主軸。折頁和印刷單元仍舊通過主軸驅(qū)動,而且,當(dāng)印刷周長發(fā)生改變時仍然需要通過手工操作來完成。到目前為止,已經(jīng)有24套以上采用獨立驅(qū)動系統(tǒng)的KBA輪轉(zhuǎn)凹印機(jī)投入了使用。
1998年春天,第一臺采用無軸、可變幅面7:7 折頁裝置的書刊轉(zhuǎn)凹版印刷機(jī)在德國Landau的wwk-Druck投入使用。該折頁裝置通過一根虛擬軸承(virtual shaft)跟印刷單元和拉紙部件相連接,在折頁裝置和印刷單元之間沒有速度變換的過渡。折頁裝置由兩臺交流伺服電機(jī)驅(qū)動,其中一臺伺服電機(jī)用于折頁滾筒,而另外一臺伺服電機(jī)則用于輸紙(Delivery)。在更換活件的過程中,折頁裝置跟印刷單元斷開連接,并自動地保持下一個印刷活件的角度同步。同樣地,輸紙裝置(Delivery)也自動地完成新活件的設(shè)置,然后,折頁裝置和輸紙裝置再次跟控制程序相連接,然后再把折頁裝置放置到跟印刷單元相對正確、適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?BR>
在向直接驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的過程中,凹印折頁裝置的難度要比膠印折頁裝置大,這也為什么它們當(dāng)初沒有應(yīng)用三相(three-phase)驅(qū)動電機(jī)的原因。各種生產(chǎn)選擇(可以沿滾筒周長方向排列4,6,或者8頁)以及格式的靈活多樣性就意味著驅(qū)動系統(tǒng)必須能夠有適應(yīng)各種不同的生產(chǎn)要求。除此之外,當(dāng)切斷傳送帶時,負(fù)載量就會發(fā)生改變,對于一些超大幅面的凹版印刷機(jī),其最大幅寬可以達(dá)到3.68米(12英尺),這種印刷機(jī)的一個折頁裝置就能夠處理3~6條傳送帶所傳遞的所有承印物材料。當(dāng)傳送帶斷開時,動力不足的傳動系統(tǒng)和三相電機(jī)不可避免地就會產(chǎn)生振動。
但是,這些都是從前的事情了。很早以前,采用三相伺服電機(jī)無軸驅(qū)動系統(tǒng)就已經(jīng)成了凹版印刷機(jī)上拉紙輥和折頁裝置的一個標(biāo)準(zhǔn)特征了。通過采用光纖維連接的“虛擬軸承”使驅(qū)動電機(jī)保持同步。
采用異步伺服電機(jī)的獨立驅(qū)動系統(tǒng)具有許多優(yōu)點,比如省去了機(jī)械驅(qū)動、萬向接頭軸承(cardan shaft)和多相減速裝置(multiphase reduction gear),從而能夠保證了更高的同步精度;動力控制方面也得到了改進(jìn),并進(jìn)一步提高了生產(chǎn)的靈活性。對于印刷公司而言,其最大的吸引力可能還在于對顏色、傳送帶和切斷套準(zhǔn)(cutoff register)的控制更平滑、更穩(wěn)定,而且廢品率也相應(yīng)地得到控制和降低。
由于驅(qū)動系統(tǒng)基本上都是免費維修的,因此,維修和服務(wù)方面幾乎不存在什么風(fēng)險,同時,由于不再需要手工更換多相減速裝置,因此也能夠自動地避免由于操作錯誤所造成的故障風(fēng)險,因此,能夠更快速地完成對印刷機(jī)的設(shè)置。
在KBA 印刷公司內(nèi)已經(jīng)實施了向無軸凹版印刷機(jī)轉(zhuǎn)變的第三步,也就是說用五個獨立的驅(qū)動裝置分別驅(qū)動網(wǎng)紋輥、印版滾筒和壓印滾筒。根據(jù)特定的生產(chǎn)需求,通過控制系統(tǒng)把驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)到正確的位置處,為了能夠跟印刷單元保持準(zhǔn)確的同步,各滾筒的加速和位置都必須要保證十分精確。滾筒的質(zhì)量和速度要基本跟印刷單元內(nèi)版滾筒的質(zhì)量和速度保持一致。
在采用無軸驅(qū)動技術(shù)的凹版印刷機(jī)中,唯一一個徹底消失的部件就是各個印刷單元的驅(qū)動裝置。這是由于所涉及到的技術(shù)要比膠印機(jī)的印刷單元復(fù)雜得多,在膠印機(jī)中,周長總是始終保持不變的。由于版滾筒的質(zhì)量、速度以及動力力矩(momentum moment)的不同,只有在使用高性能、大馬力的獨立驅(qū)動裝置時才有可能實現(xiàn)精確地保持同步。
KBA公司進(jìn)行了大量的試驗和研究,其中一些試驗和研究是在跟一些著名的供應(yīng)廠商密切合作的基礎(chǔ)上完成的,在此基礎(chǔ)之上,KBA公司目前已經(jīng)有能力制造對印刷單元實現(xiàn)獨立驅(qū)動的凹版印刷機(jī),每一個單元都裝備了一臺獨立的、采用數(shù)字式控制的三相伺服電機(jī),這種三相電機(jī)是通過高速總線和光纖技術(shù)進(jìn)行選擇和控制的。每一個驅(qū)動裝置都可以當(dāng)作一個主機(jī)來操縱,它具有一個采用數(shù)字磁性傳感器的軸承編碼器(shaft encoder),這也是該驅(qū)動系統(tǒng)的特點之一。
跟以前采用機(jī)械式連接的印刷單元相比,這種機(jī)器的精度提高了一倍。過去,由于主軸的運動常常會引起的機(jī)器的振動,而這種情況目前已經(jīng)不復(fù)存在了,各個印刷單元和版滾筒都不會發(fā)生扭轉(zhuǎn),因此,印刷機(jī)在啟動時更“平衡”、“緩和”,印刷品的質(zhì)量也有了進(jìn)一步的提高,印刷機(jī)啟動時的廢品率也大大降低了,此外,由于沒有了機(jī)械齒輪和萬向接頭軸承,因此維修量更少。
到目前為止,如果用小推車把版滾筒從安裝了驅(qū)動裝置的一側(cè)卸下來,必須得把主軸安裝到地面之下的一個坑中,這就會影響對機(jī)器的接近程度,而且還增加了維修工作的難度。如果采用獨立驅(qū)動系統(tǒng)的話,則不必把主軸安裝到地面以下,因此能夠大大節(jié)省安裝費用。
此外,在圓周方向上的套準(zhǔn)控制系統(tǒng)方面也有了進(jìn)一步的提高,因此也能夠節(jié)省不少的費用。KBA公司的目標(biāo)是:通過跟套準(zhǔn)系統(tǒng)供應(yīng)廠商的合作,在出現(xiàn)套準(zhǔn)偏差時實現(xiàn)對壓印滾筒的直接選擇的控制。因此,承印物的傳遞路徑將會大大簡化,導(dǎo)輥的慣性力矩也會相應(yīng)地更降低,因此,印刷機(jī)的啟動、停機(jī)以及印刷速度的改變都會明顯地得到改善,更平滑、更穩(wěn)定。
獨立驅(qū)動系統(tǒng)的操作性能和可靠性非常高,如果沒有這種系統(tǒng),簡直無法想象新聞紙印刷機(jī)或者商業(yè)印刷機(jī)將會是什么樣子。至于這種獨立驅(qū)動系統(tǒng)在書刊凹版印刷機(jī)上的應(yīng)用只不過是時間上的早晚問題,但是我們可以清楚地看到,這個時刻正朝我們走來。
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