分切机张力控制方法

分切机张力控制方法

摘要： 分切机的张力控制是分切机控制的核心。本文介绍了分切机张力的形成、影响张力稳定的主要因素、张力控制的实现形式以及张力控制系统应用性能分析。

关键词： 分切机 张力 张力控制

1. 引言

分切机主要是用来完成中低定量纸张（如卷烟纸、铝箔纸、玻璃纸、电容器纸等）和薄膜（如BOPP 、PVC 等）及类似薄型材料的纵向分切和复卷。一般情况下，车速比较快，控制精度要求比较高，其中张力控制是其控制的核心。张力控制是指能够持久地控制原料在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足, 原料在运行中产生漂移, 会出现分切复卷后成品纸起皱现象; 若张力过大, 原料又易被拉断, 使分切复卷后成品纸断头增多[1]。 2 张力的形成

张力的形成有多种实现形式，但其基本原理都是一致的。如简图1所示，

设张力为F ,收料卷运行线速度为V1 , 放料卷运行线速度为V2 ,根据胡克定律可得张力F: , 式中:ε为原料的弹性模量; σ为原来的横截面积;L 为原料牵引长度;t 为原料传送时间，t=L/ V1 。由此可见, 张力的形成是一个积分环节。在启动过程中,V1>V2,以使收卷辊内产生一定的张力, 当收卷达到我们所要求的合适张力后, 及时调节动力机构使V1、V2稳定, 这样, 原料就在此张力下稳定运行。张力控制系统就是要满足整机的张力稳定[2]。

3 影响张力稳定的因素

张力产生波动和变化的因素往往比较复杂，其主要影响因素大致有以下几个方面：

(1) 机器的升降速变化必然会引起整机张力的变化。

(2) 分切机在收、放卷过程中，收卷和放卷直径是不断变化的，直径的变化必然会引起原料张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下，直径减少，张力将随之增大。而收卷则相反，如果收卷力矩不变时，随着收卷直径增大，张力将减少。这是在运行中引起原料张力变化的主要因素。

(3) 原材料卷的松紧度变化同时会引起整机张力的变化。

(4) 分切原材料材质的不均匀性。如材料弹性的波动，材料厚度沿宽度、长度方向变化等，料卷的质量偏心，以及生产环境温度、湿度变化，也会对整机的张力波动带来影响。

(5) 分切机的各传动机构（如导向辊、浮动辊、展平辊等）存在不平衡以及气压不稳等因素。

4．张力控制的实现形式

4．1 张力信息的检测方式

(1) 张力传感器检测方式：它是对张力直接进行检测，与机械紧密地结合在一起，没有移动部件的检测方式。通常两个传感器配对使用，将它们装在检测导向辊两侧的端轴上。原料通过检测导向辊施加负载，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值。

(2) 卷径计算式检测方式：它是用安装在卷轴处的接近开关，检测出卷轴的转速，因为卷轴每转一圈，卷径会发生2倍于原料厚度的变化。

通过所设定的卷轴直径初始值和材料厚度，累积计算求得卷筒当前的直径，相应卷径的变化反映实际张力值的变化。

(3) 浮动辊位置检测方式：它是用安装在分切机上的气缸连接浮动辊带动角位移传感器来检测张力变化的。当张力稳定时，原料上的张力与气缸作用力保持平衡，使浮动辊处于中央位置。当张力发生变化时，张力与气缸作用力的平衡被破坏，浮动辊位置会上升或下降，此时摆杆将绕一点转动并带动浮动辊角位移传感器一起转动。这样，浮动辊角位移传感器准确地检测出浮动辊位置的变化，也就相应反映实际张力值的变

化。

(4) 浮动辊位置+张力传感器复合式张力检测方式：它可同时检测由浮动辊角位移传感器输出的浮动辊位置信号和张力传感器输出的张力信号，从而可向系统提供更高精度的张力控制[3]。

4．2 张力控制的主要方式

张力控制方式一般分为开环控制方式和闭环控制方式两种。开环控制是直接用具有类似卷绕特性n=kD(n 为转速，k 为常数，D 为卷辊直径) 的电动机来传动卷绕机构, 以获得近似的恒张力运行。开环控制随机性差, 控制精度低。而闭环张力控制又有直接张力控制和间接张力控制两种。在实际生产过程中, 将被调量即张力进行反馈, 与给定张力相比较, 然后利用差值作用在调节器上, 对被控对象进行调节, 使输出张力满足实际需求, 这种控制方式称为直接张力闭环控制，这种方法不必考虑各种补偿，可以消除稳态误差; 而间接张力控制是利用电机转速-力矩特征曲线, 通过控制速度来控制力矩, 进而达到控制张力的目的，但这种方法需要进行动态和静态补偿。有时为了得到更精确的控制性能则采用复合张力控制方式，即先根据间接控制算法确定所需的控制量，同时考虑各种补偿使间接控制尽可能准确，然后利用直接张力控制进行微调。

5 张力控制系统应用性能分析

张力控制系统通常包括张力检测机构、张力控制器、张力调节机构等。根据张力检测方式和应用场合的不同，张力控制系统可有多种具体应用方案，对其应用性能分析如下：采用张力传感器直接检测方式时，张力传感器直接测定原料的实际张力值，然后把张力值转换成张力信号反馈回张力控制器，通过此信号与控制器预先设定的张力值对比，计算出控制信号，自动控制执行单元调节实际张力值与预设张力值相等，以达到张力稳定目的，它是目前较为先进的张力控制方法。采用卷径计算式检测方式时，通过累积计算求得收卷或放卷筒当前的直径，相应卷径的变化输出控制信号，以控制收卷转矩或放卷制动转矩，从而调整整车张力。此种张力控制不易受外界的影响，能实行相对稳定的张力控制。但是，由于受传动装置的转矩变化、线性变化和机械损耗等因素影响，这种张力控制的绝对精度较差。采用浮动辊式张力检测方式时，浮动辊电位器准确地检测出浮动辊位置的变化信号后反馈给张力控制器，张力控制器经过计算并输出控制信号，控制伺服驱动系统进行调整，然后浮动辊恢复到原来的平衡位置。由于浮动辊式张力检测装置本身是一种储能结构，利用其自身的沉余作用，对大范围的张力跳变有良好的吸收缓冲作用，同时也能减弱原料的偏心以及速度变化对张力的影响。此系统要求气缸磨擦系数小，响应速度快，气源稳定，浮动辊和摆杆的重量要轻，转动要灵活。目前，最为先进的、性能最优越的是根据浮动辊位置+张力传感器复合式张力检测方式设计的张力控制系统。

6．结束语

本文介绍了分切机的张力形成及张力控制的有关问题, 对实际工程的应用具有一定的参考价值.