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，直徑的變化必然會引起原料張力的變化。放卷在制動力矩不變的情況下，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，材料厚度沿寬度、長度方向變化等，料卷的質(zhì)量偏心,以及生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度變化，也會對整機(jī)的張力波動帶來影響。

（5)分切機(jī)的各傳動機(jī)構(gòu)（如導(dǎo)向輥、浮動輥、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 張力信息的檢測方式

（1)張力傳感器檢測方式：它是對張力直接進(jìn)行檢測，與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，沒有移動部件的檢測方式.通常兩個(gè)傳感器配對使用，將它們裝在檢測導(dǎo)向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過檢測導(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，從而檢測出實(shí)際張力值.

（2）卷徑計(jì)算式檢測方式:它是用安裝在卷軸處的接近開關(guān)，檢測出卷軸的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榫磔S每轉(zhuǎn)一圈，卷徑會發(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）浮動輥位置檢測方式:它是用安裝在分切機(jī)上的氣缸連接浮動輥帶動角位移傳感器來檢測張力變化的。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，浮動輥位置會上升或下降，此時(shí)擺桿將繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動并帶動浮動輥角位移傳感器一起轉(zhuǎn)動。這樣，浮動輥角位移傳感器準(zhǔn)確地檢測出浮動輥位置的變化,也就相應(yīng)反映實(shí)際張力值的變化。

(4）浮動輥位置+張力傳感器復(fù)合式張力檢測方式:它可同時(shí)檢測由浮動輥角位移傳感器輸出的浮動輥位置信號和張力傳感器輸出的張力信號，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）的電動機(jī)來傳動卷繞機(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,對被控對象進(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)張力檢測方式和應(yīng)用場合的不同，張力控制系統(tǒng)可有多種具體應(yīng)用方案，對其應(yīng)用性能分析如下：采用張力傳感器直接檢測方式時(shí)，張力傳感器直接測定原料的實(shí)際張力值，然后把張力值轉(zhuǎn)換成張力信號反饋回張力控制器，通過此信號與控制器預(yù)先設(shè)定的張力值對比，計(jì)算出控制信號，自動控制執(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，以控制收卷轉(zhuǎn)矩或放卷制動轉(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)行相對穩(wěn)定的張力控制。但是，由于受傳動裝置的轉(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精度較差.采用浮動輥式張力檢測方式時(shí)，浮動輥電位器準(zhǔn)確地檢測出浮動輥位置的變化信號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,控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，然后浮動輥恢復(fù)到原來的平衡位置。由于浮動輥式張力檢測裝置本身是一種儲能結(jié)構(gòu)，利用其自身的沉余作用，對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，浮動輥和擺桿的重量要輕，轉(zhuǎn)動要靈活。目前,最為先進(jìn)的、性能最優(yōu)越的是根據(jù)浮動輥位置+張力傳感器復(fù)合式張力檢測方式設(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，對實(shí)際工程的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。