薛志成

在全球能源緊缺、環(huán)境惡化的當(dāng)下，節(jié)能增效已成為各行各業(yè)的共識，凹印行業(yè)也不例外。近兩年，隨著國內(nèi)印刷機(jī)械制造整體水平的提升，國產(chǎn)凹印設(shè)備也一直在不斷地創(chuàng)新，并獲得了喜人的成果。下面，筆者就將這些創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，希望能對業(yè)內(nèi)同行起到拋磚引玉的作用。

全自動上下卷技術(shù)

為追求更高的工作效率，凹印企業(yè)要求設(shè)備的運轉(zhuǎn)速度越來越高，但這樣做帶來的問題就是，上下卷的頻率越來越高，操作人員的勞動強(qiáng)度越來越大。為此，全自動上下卷技術(shù)應(yīng)運而生。

全自動上下卷技術(shù)通過機(jī)械手的邏輯控制，實現(xiàn)料卷從上卷到定位的自動控制，用機(jī)械結(jié)構(gòu)替換了原來的人工操作，由原來的雙人操作上下卷變?yōu)楝F(xiàn)在的單人操作上下卷，節(jié)約了人工成本和印前的準(zhǔn)備時間，提高了生產(chǎn)效率。

在生產(chǎn)過程中，全自動上下卷技術(shù)通過精確測量檢測，將不同卷徑、不同料寬的卷筒料自動升至裝夾工位，然后升降裝置自動將成品卷筒料由設(shè)備工位移出，在升降過程中自動檢測原料和成品的重量，與生產(chǎn)管理工作相互銜接，替代了人工搬運的方式，不僅解決了設(shè)備要發(fā)揮正常效率而輔助功能無法滿足的瓶頸，而且大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動成本，減少了操作人員的勞動強(qiáng)度，保證了工作環(huán)境的絕對安全，使生產(chǎn)和管理得到了有機(jī)的統(tǒng)一。

全自動裁切技術(shù)

采用全自動裁切技術(shù)后，整個全自動裁切過程只需將料卷放置在放料架上，之后的裁切過程無需人工參與，即可完成整個裁切動作。

全自動裁切的主要過程：①放卷A軸計算卷徑小于等于控制系統(tǒng)HMI設(shè)定的回轉(zhuǎn)卷徑時，回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動，裁刀大臂下落到裁切位置，同時放卷B軸預(yù)驅(qū)動與主機(jī)線速度同步；②放卷A軸料卷根據(jù)速度和料膜厚度計算出壓輥直徑；③裁刀壓輥壓下，完成裁切動作；④放卷裁切完成后，系統(tǒng)自動計長；⑤當(dāng)料長走過機(jī)身料長+3m時，收卷并完成自動裁切。

以厚度為0.018mm的BOPP薄膜為例，全自動裁切可將料卷殘料長度控制在10m以內(nèi)。全自動裁切技術(shù)在凹印設(shè)備上的應(yīng)用，減少了設(shè)備對操作人員的依賴，提高了工作效率，也提升了設(shè)備的自動化和智能化水平。

智能預(yù)套印技術(shù)

智能預(yù)套印技術(shù)的應(yīng)用主要是在初期對版過程中，減少操作人員使用標(biāo)尺手動對版的步驟，直接利用版輥上的鍵槽和版面上的馬克線（如圖1所示）一一對應(yīng)的關(guān)系，通過版輥機(jī)械零位的自動確認(rèn)，實現(xiàn)初期對版過程。

初期對版過程完成之后，系統(tǒng)根據(jù)色間料長的計算，版輥的相位自動旋轉(zhuǎn)到可實現(xiàn)自動預(yù)套準(zhǔn)的位置，自動實現(xiàn)預(yù)套準(zhǔn)功能。

帶有下遞墨輥的半封閉墨槽

帶有下遞墨輥的半封閉墨槽主要由下遞墨輥和墨槽構(gòu)成（如圖2所示），與帶有電機(jī)的傳統(tǒng)遞墨輥相比，其結(jié)構(gòu)簡單，減少了傳統(tǒng)遞墨輥的驅(qū)動電機(jī)和傳動系統(tǒng)，主要特點如下：

（1）可有效防止在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的甩墨現(xiàn)象。

（2）半封閉墨槽可減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)，保證在高速印刷過程中油墨的穩(wěn)定性。

（3）油墨的循環(huán)使用量由原來的18L左右減少到現(xiàn)在的9.8L左右，減少了油墨的循環(huán)使用量，同時也減少了油墨的浪費。

（4）由于下遞墨輥和版輥之間始終保證有1～1.5mm的間隙，在下遞墨輥和版輥對滾過程中，可有效促進(jìn)油墨轉(zhuǎn)移到版輥的網(wǎng)穴中，從而更好地實現(xiàn)淺網(wǎng)階調(diào)還原。

智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（如圖3所示）是針對凹印設(shè)備開發(fā)的數(shù)據(jù)管理平臺，主要功能如下：

（1）可通過無線（WIFI）和有線（寬帶）兩種方式進(jìn)行訪問。

（2）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺可讀取選定機(jī)臺控制系統(tǒng)的運行參數(shù)和狀態(tài)，實現(xiàn)必要的監(jiān)控和參數(shù)備份存儲，同時還可讀取控制系統(tǒng)HMI內(nèi)的所有配方參數(shù)，然后進(jìn)行存儲。

（3）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺（機(jī)臺工控機(jī)）可接受遠(yuǎn)端智能數(shù)據(jù)平臺（如辦公室電腦）下達(dá)的工藝參數(shù)和相關(guān)訂單要求，并實施授權(quán)來決定是否將遠(yuǎn)端智能數(shù)據(jù)平臺下達(dá)的工藝參數(shù)下達(dá)到控制系統(tǒng)HMI。對于現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺下達(dá)的新的工藝參數(shù)，須人工操作建立新的配方，若不建立配方，則只能作為當(dāng)前配方臨時參數(shù)使用，系統(tǒng)斷電后不做存儲。

（4）現(xiàn)場智能數(shù)據(jù)平臺保存配方的方式是唯一的，即從控制系統(tǒng)HMI讀取再保存。

（5）智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對其存儲的備份參數(shù)可以表單形式打印。

（6）可實現(xiàn)兩個攝像頭的視頻實時監(jiān)控。

（7）可拓展為多機(jī)臺管理系統(tǒng)。

（8）可實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。

云服務(wù)系統(tǒng)

如今“云”的概念已經(jīng)家喻戶曉，目前陜西北人印刷機(jī)械有限責(zé)任公司（以下簡稱“陜西北人”）的云服務(wù)中心已經(jīng)建成，云服務(wù)系統(tǒng)也已在凹印設(shè)備上開始應(yīng)用。

陜西北人云服務(wù)平臺是基于一套智能互動通訊裝備、陜西北人云服務(wù)中心和智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)成的。當(dāng)客戶的設(shè)備出現(xiàn)問題時，使用智能互動通訊裝備與陜西北人云服務(wù)中心連接，此時云服務(wù)中心就會被授權(quán)顯示客戶設(shè)備的所有性能參數(shù)，然后在線專家根據(jù)信息反饋遠(yuǎn)程視頻指導(dǎo)客戶維修或維護(hù)設(shè)備。

云服務(wù)平臺可為用戶提供使用說明、維修手冊、在線查詢、行業(yè)信息和遠(yuǎn)程培訓(xùn)等服務(wù)，還可為用戶現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行程序的儲存、遠(yuǎn)程視頻的診斷、遠(yuǎn)程維修、保養(yǎng)提醒和網(wǎng)絡(luò)機(jī)長的服務(wù)。

此外，云服務(wù)中心還匯聚了凹印行業(yè)的各種專家，包括機(jī)械專家、電氣專家、色彩專家、油墨專家、涂布專家等，這些專家既可為用戶解決設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，還可為用戶解決生產(chǎn)過程中遇到的工藝問題。

數(shù)字化張力endprint

目前，在國產(chǎn)凹印設(shè)備中，設(shè)備張力的設(shè)定大多是通過手動閥設(shè)定氣壓來實現(xiàn)的，只有熟練的設(shè)備操作人員才能對設(shè)備張力進(jìn)行設(shè)定，而且設(shè)定得也不是十分準(zhǔn)確。

數(shù)字化張力是將手動閥設(shè)定氣壓更新為人機(jī)界面直接設(shè)定所需張力值，設(shè)備每段的張力值在人機(jī)界面中通過數(shù)字形象、準(zhǔn)確地表達(dá)出來，不僅減少了設(shè)備在生產(chǎn)過程中對操作人員的依賴，而且提高了設(shè)備的智能化操作。

熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)

目前，凹印機(jī)、復(fù)合機(jī)、涂布機(jī)采用的干燥方式均為具有熱流密度的空氣在基材待干燥層強(qiáng)制熱交換，帶走揮發(fā)的溶劑。

干燥過程中，干燥核心三要素為熱流密度、風(fēng)速以及氣體溶劑濃度梯度。要滿足產(chǎn)品完全干燥和殘留溶劑不超標(biāo)的要求，我們目前經(jīng)常采用的辦法是：①升高溫度、增加熱流密度干燥；②提高風(fēng)壓與流量、提高風(fēng)嘴風(fēng)速干燥；③建立進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量的相對平衡環(huán)境，烘箱的進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量接近1∶1.3的平衡，形成良好的氣體溶劑濃度梯度。

但是，升高溫度、增加熱流密度干燥，可能會導(dǎo)致材料拉伸、表面結(jié)皮等缺陷，而且溫度越高，耗能越大；提高風(fēng)壓與流量、提高風(fēng)嘴風(fēng)速干燥，會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)增大，從而帶來功率的增大；建立進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量的相對平衡環(huán)境，烘箱的進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量接近1∶1.3的平衡，大量的排廢會帶來后續(xù)氣體的處理難題和排風(fēng)機(jī)能耗的增加。以上3種方案都會帶來能耗增加的問題。然而，低碳環(huán)保、節(jié)能減排卻是當(dāng)前凹印行業(yè)十分關(guān)注的話題，因此熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)在凹印設(shè)備上的應(yīng)用就顯得格外重要。

目前，在凹印設(shè)備上應(yīng)用的熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)主要有熱泵供熱技術(shù)、熱管技術(shù)和帶有LEL控制的全自動熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)3種。

1.熱泵供熱技術(shù)

近年來，一種新興的熱風(fēng)節(jié)能技術(shù)開始應(yīng)用于凹印行業(yè)，即熱泵供熱技術(shù)。凹印干燥專用熱泵機(jī)組主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥4部分組成。

熱泵供熱技術(shù)的工作原理是：接通電源后，風(fēng)扇開始運轉(zhuǎn)，排風(fēng)系統(tǒng)排出的帶有余熱的熱風(fēng)通過蒸發(fā)器進(jìn)行交換，溫度降低后的空氣被風(fēng)扇排出系統(tǒng)，同時蒸發(fā)器內(nèi)部的工質(zhì)吸熱汽化后被吸入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將這種低壓工質(zhì)氣體壓縮成高溫高壓氣體送入冷凝器，同時新鮮空氣通過冷凝器，冷凝器對新鮮風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，而此時工質(zhì)也由氣體變成液體，通過節(jié)流閥降溫后再次流入蒸發(fā)器，流入蒸發(fā)器以后，重復(fù)循環(huán)以上過程。

熱泵分為空氣能、水源、地源和復(fù)合熱泵，均是按逆卡諾循環(huán)原理工作的。其中，空氣能熱泵能將輸入的電能按約1∶2.5的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)換為熱能，其他熱泵則能將輸入的電能按約1∶4的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)換為熱能。因此，熱泵能效遠(yuǎn)高于電加熱，目前凹印設(shè)備上使用的熱泵一般為空氣能熱泵，實際測試可節(jié)能60%～70%。

2.熱管技術(shù)

熱管（heat pipe）技術(shù)以往被廣泛應(yīng)用于宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)以來，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路。近年來，熱管技術(shù)在凹印設(shè)備上也得到了廣泛應(yīng)用。

熱管由管殼、吸液芯和端蓋3部分組成，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下6個相互關(guān)聯(lián)的過程。

（1）熱量通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液-氣分界面。

（2）液體在蒸發(fā)端內(nèi)的液-氣分界面上蒸發(fā)。

（3）蒸氣腔內(nèi)的蒸氣從蒸發(fā)端流到冷凝端。

（4）蒸氣在冷凝端內(nèi)的氣-液分界面上凝結(jié)。

（5）熱量從氣-液分界面通過吸液芯、工作液體和熱管管壁傳給冷源。

（6）在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)端。

采用熱管技術(shù)的熱風(fēng)系統(tǒng)在運行時，熱風(fēng)進(jìn)入烘箱，經(jīng)出風(fēng)口排出，出風(fēng)口處配置二次回風(fēng)裝置，一部分出風(fēng)參與二次熱能循環(huán)直接利用，另一部分出風(fēng)作為安全排風(fēng)排出系統(tǒng)。作為安全排風(fēng)的這部分熱風(fēng)，采用熱管換熱器對其余熱進(jìn)行高效回收利用。

熱管換熱器的工作原理是：排風(fēng)經(jīng)過熱管換熱器的蒸發(fā)端，受熱后吸液芯中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向冷凝端，新鮮空氣通過冷凝端時，熱管中的介質(zhì)蒸氣遇冷釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體則沿?zé)峁軆?nèi)部多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回到蒸發(fā)端，如此循環(huán)不止，熱量由熱管的一端傳至另一端，傳熱效率最高可達(dá)到60%以上。

3.帶有LEL控制的全自動熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)

LEL是Lower Explosive Limit最低爆炸極限的縮寫，在這里特指溶劑揮發(fā)形成的氣體與空氣混合后形成的混合氣體所能發(fā)生爆炸的最低混合比例。

帶有LEL控制的全自動熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：新鮮空氣通過風(fēng)機(jī)從平衡風(fēng)門吸入，經(jīng)加熱器加熱之后，吹入烘箱，對料膜進(jìn)行干燥，然后從烘箱的排風(fēng)口排出，一部分進(jìn)入回風(fēng)管道進(jìn)行二次利用，另一部分從排風(fēng)管道排出。

在進(jìn)風(fēng)口安裝有平衡風(fēng)門，在排風(fēng)口和二次回風(fēng)口都安裝有電動風(fēng)門，LEL檢測頭安裝在出烘箱口的排風(fēng)管道上，對排風(fēng)中的殘留溶劑進(jìn)行檢測。如果排風(fēng)中的溶劑濃度超過最低爆炸極限的40%，則排風(fēng)風(fēng)門打開，同時二次回風(fēng)的風(fēng)門減小。此時，由于排風(fēng)量增大，進(jìn)風(fēng)口的平衡風(fēng)門打開，吸入的新鮮空氣量增大（排風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)量相等才能保證整個系統(tǒng)的平衡）。吸入的新鮮空氣量增大后，溶劑濃度降低，二次回風(fēng)的風(fēng)門增大，排風(fēng)的風(fēng)門減小，同時平衡風(fēng)門也減小，直至溶劑濃度再次達(dá)到LEL最低爆炸極限的40%時，循環(huán)以上過程。

采用帶有LEL控制的全自動熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，可以達(dá)到以下效果：

（1）由于二次回風(fēng)量的增大，在滿足LEL最低爆炸極限和殘留溶劑不超標(biāo)的前提下，最大限度地對二次回風(fēng)進(jìn)行利用，可節(jié)能45%左右，尾氣減排30%～50%，同時避免了干燥系統(tǒng)爆炸、燃燒的風(fēng)險。

（2）由于二次回風(fēng)量的增大，排風(fēng)量相應(yīng)減小，對于今后的禁排，可以大幅縮減30%～40%尾氣處理（回收及燃燒設(shè)備）投資。

（3）由于二次回風(fēng)量的增大，排風(fēng)中的溶劑濃度在滿足LEL最低爆炸極限和殘留溶劑不超標(biāo)的前提下，較直接排出系統(tǒng)的溶劑濃度要高，接近或達(dá)到RTO（蓄熱式熱力焚化爐）的自運行點。endprint