摘要：分切機(jī)的張力控制是分切機(jī)控制的核心.本文介紹了分切機(jī)張力的形成、影響張力穩(wěn)定的主要因素、張力控制的實(shí)現(xiàn)形式以及張力控制系統(tǒng)應(yīng)用性能分析。

關(guān)鍵詞：分切機(jī)、張力、張力控制

1．引言

分切機(jī)主要是用來完成中低定量紙張（如卷煙紙、鋁箔紙、玻璃紙、電容器紙等）和薄膜(如BOPP、PVC等）及類似薄型材料的縱向分切和復(fù)卷.一般情況下，車速比較快，控制精度要求比較高，其中張力控制是其控制的核心。張力控制是指能夠持久地控制原料在設(shè)備上輸送時(shí)的張力的能力。這種控制對(duì)機(jī)器的任何運(yùn)行速度都必須保持有效,包括機(jī)器的加速、減速和勻速。即使在緊急停車情況下，也應(yīng)有能力保證被分切物不破損。張力控制的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到分切產(chǎn)品的質(zhì)量。若張力不足,原料在運(yùn)行中產(chǎn)生漂移,會(huì)出現(xiàn)分切復(fù)卷后成品紙起皺現(xiàn)象；若張力過大，原料又易被拉斷，使分切復(fù)卷后成品紙斷頭增多[1].

2．張力的形成

張力的形成有多種實(shí)現(xiàn)形式，但其基本原理都是一致的.如簡(jiǎn)圖1所示，設(shè)張力為F,收料卷運(yùn)行線速度為V1,放料卷運(yùn)行線速度為V2,根據(jù)胡克定律可得張力F：,式中:ε為原料的彈性模量;σ為原來的橫截面積；L為原料牽引長(zhǎng)度;t為原料傳送時(shí)間，t=L/V1。由此可見，張力的形成是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。在啟動(dòng)過程中,V1>V2,以使收卷輥內(nèi)產(chǎn)生一定的張力，當(dāng)收卷達(dá)到我們所要求的合適張力后，及時(shí)調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)構(gòu)使V1、V2穩(wěn)定，這樣，原料就在此張力下穩(wěn)定運(yùn)行。張力控制系統(tǒng)就是要滿足整機(jī)的張力穩(wěn)定[2］。

3．影響張力穩(wěn)定的因素

張力產(chǎn)生波動(dòng)和變化的因素往往比較復(fù)雜,其主要影響因素大致有以下幾個(gè)方面:

（1)機(jī)器的升降速變化必然會(huì)引起整機(jī)張力的變化。

（2)分切機(jī)在收、放卷過程中，收卷和放卷直徑是不斷變化的，直徑的變化必然會(huì)引起原料張力的變化。放卷在制動(dòng)力矩不變的情況下，直徑減少，張力將隨之增大.而收卷則相反，如果收卷力矩不變時(shí)，隨著收卷直徑增大，張力將減少.這是在運(yùn)行中引起原料張力變化的主要因素。

（3）原材料卷的松緊度變化同時(shí)會(huì)引起整機(jī)張力的變化。

（4)分切原材料材質(zhì)的不均勻性。如材料彈性的波動(dòng)，材料厚度沿寬度、長(zhǎng)度方向變化等，料卷的質(zhì)量偏心,以及生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度變化，也會(huì)對(duì)整機(jī)的張力波動(dòng)帶來影響。

（5)分切機(jī)的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如導(dǎo)向輥、浮動(dòng)輥、展平輥等)存在不平衡以及氣壓不穩(wěn)等因素.

4．張力控制的實(shí)現(xiàn)形式

4．1 張力信息的檢測(cè)方式

（1)張力傳感器檢測(cè)方式：它是對(duì)張力直接進(jìn)行檢測(cè)，與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，沒有移動(dòng)部件的檢測(cè)方式.通常兩個(gè)傳感器配對(duì)使用，將它們裝在檢測(cè)導(dǎo)向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過檢測(cè)導(dǎo)向輥施加負(fù)載，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測(cè)出實(shí)際張力值.

（2）卷徑計(jì)算式檢測(cè)方式:它是用安裝在卷軸處的接近開關(guān)，檢測(cè)出卷軸的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榫磔S每轉(zhuǎn)一圈，卷徑會(huì)發(fā)生2倍于原料厚度的變化。通過所設(shè)定的卷軸直徑初始值和材料厚度，累積計(jì)算求得卷筒當(dāng)前的直徑，相應(yīng)卷徑的變化反映實(shí)際張力值的變化。

(3）浮動(dòng)輥位置檢測(cè)方式:它是用安裝在分切機(jī)上的氣缸連接浮動(dòng)輥帶動(dòng)角位移傳感器來檢測(cè)張力變化的。當(dāng)張力穩(wěn)定時(shí)，原料上的張力與氣缸作用力保持平衡,使浮動(dòng)輥處于中央位置.當(dāng)張力發(fā)生變化時(shí)，張力與氣缸作用力的平衡被破壞，浮動(dòng)輥位置會(huì)上升或下降，此時(shí)擺桿將繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)浮動(dòng)輥角位移傳感器一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，浮動(dòng)輥角位移傳感器準(zhǔn)確地檢測(cè)出浮動(dòng)輥位置的變化,也就相應(yīng)反映實(shí)際張力值的變化。

(4）浮動(dòng)輥位置+張力傳感器復(fù)合式張力檢測(cè)方式:它可同時(shí)檢測(cè)由浮動(dòng)輥角位移傳感器輸出的浮動(dòng)輥位置信號(hào)和張力傳感器輸出的張力信號(hào)，從而可向系統(tǒng)提供更高精度的張力控制［3］。

4．2 張力控制的主要方式

張力控制方式一般分為開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式兩種。開環(huán)控制是直接用具有類似卷繞特性n=kD（n為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù),D為卷輥直徑）的電動(dòng)機(jī)來傳動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)，以獲得近似的恒張力運(yùn)行.開環(huán)控制隨機(jī)性差，控制精度低。而閉環(huán)張力控制又有直接張力控制和間接張力控制兩種.在實(shí)際生產(chǎn)過程中,將被調(diào)量即張力進(jìn)行反饋,與給定張力相比較，然后利用差值作用在調(diào)節(jié)器上,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出張力滿足實(shí)際需求,這種控制方式稱為直接張力閉環(huán)控制，這種方法不必考慮各種補(bǔ)償，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；而間接張力控制是利用電機(jī)轉(zhuǎn)速—力矩特征曲線,通過控制速度來控制力矩,進(jìn)而達(dá)到控制張力的目的，但這種方法需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)補(bǔ)償。有時(shí)為了得到更精確的控制性能則采用復(fù)合張力控制方式，即先根據(jù)間接控制算法確定所需的控制量,同時(shí)考慮各種補(bǔ)償使間接控制盡可能準(zhǔn)確，然后利用直接張力控制進(jìn)行微調(diào).

5．張力控制系統(tǒng)應(yīng)用性能分析

張力控制系統(tǒng)通常包括張力檢測(cè)機(jī)構(gòu)、張力控制器、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。根據(jù)張力檢測(cè)方式和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，張力控制系統(tǒng)可有多種具體應(yīng)用方案，對(duì)其應(yīng)用性能分析如下：采用張力傳感器直接檢測(cè)方式時(shí)，張力傳感器直接測(cè)定原料的實(shí)際張力值，然后把張力值轉(zhuǎn)換成張力信號(hào)反饋回張力控制器，通過此信號(hào)與控制器預(yù)先設(shè)定的張力值對(duì)比，計(jì)算出控制信號(hào)，自動(dòng)控制執(zhí)行單元調(diào)節(jié)實(shí)際張力值與預(yù)設(shè)張力值相等，以達(dá)到張力穩(wěn)定目的，它是目前較為先進(jìn)的張力控制方法。采用卷徑計(jì)算式檢測(cè)方式時(shí),通過累積計(jì)算求得收卷或放卷筒當(dāng)前的直徑，相應(yīng)卷徑的變化輸出控制信號(hào)，以控制收卷轉(zhuǎn)矩或放卷制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)整整車張力。此種張力控制不易受外界的影響，能實(shí)行相對(duì)穩(wěn)定的張力控制。但是，由于受傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩變化、線性變化和機(jī)械損耗等因素影響，這種張力控制的絕對(duì)精度較差.采用浮動(dòng)輥式張力檢測(cè)方式時(shí)，浮動(dòng)輥電位器準(zhǔn)確地檢測(cè)出浮動(dòng)輥位置的變化信號(hào)后反饋給張力控制器，張力控制器經(jīng)過計(jì)算并輸出控制信號(hào),控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，然后浮動(dòng)輥恢復(fù)到原來的平衡位置。由于浮動(dòng)輥式張力檢測(cè)裝置本身是一種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，利用其自身的沉余作用，對(duì)大范圍的張力跳變有良好的吸收緩沖作用，同時(shí)也能減弱原料的偏心以及速度變化對(duì)張力的影響.此系統(tǒng)要求氣缸磨擦系數(shù)小，響應(yīng)速度快，氣源穩(wěn)定，浮動(dòng)輥和擺桿的重量要輕，轉(zhuǎn)動(dòng)要靈活。目前,最為先進(jìn)的、性能最優(yōu)越的是根據(jù)浮動(dòng)輥位置+張力傳感器復(fù)合式張力檢測(cè)方式設(shè)計(jì)的張力控制系統(tǒng)。

6．結(jié)束語

本文介紹了分切機(jī)的張力形成及張力控制的有關(guān)問題，對(duì)實(shí)際工程的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。