浅谈浮动辊在印刷机收放卷张力控制中的应用.docx

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1、浅谈浮动辊在印刷机收放卷张力控制中的应用张等的印刷、涂布，有放卷、收卷等有关卷取操作的工序，卷材张力在动态地变化。在卷取过程中，为保证生产效率和卷材的表面质量，保持恒定的张力是十分必要的。本文介绍一种在工作中经常采用的张力自动控制方法浮动辊式张力自动控制系统。 前言 在卷取操作工序中卷筒的直径是变化的，直径的变化会引起卷材张力的变化。张力过小，卷材会松弛起皱，在横向上也会走偏。张力过大，会导致卷材拉伸过度，在纵向上会出现张力线，在膜卷的表面上会出现隆起的筋条，甚至会使卷材变形断裂。影响张力控制的主要因素有机械损耗、薄膜拉伸弹性率、加减速时膜卷惯性引起的张力变化、卷取电机和驱动装置的特性等。在卷

2、取的过程中，为保证生产效率和卷材的表面质量，保持恒定的张力是十分必要的。 张力自动控制系统的分类 在实际生产中，如果以中心收卷方式来卷取薄膜，膜卷的角速度是动态变化的，同时前面输送来的薄膜的速度也是随着生产速度而改变，这些都造成膜卷的张力是动态变化的。为了使薄膜的张力保持恒定，就必须使到卷筒的转速能够根据膜卷张力的大小自动调整。按控制原理基本上可以分为开环控制和闭环控制两种。 1.开环控制 所谓开环控制就是在控制系统中，没有张力检测装置和反馈环节，或者只有检测装置而没有反馈环节的控制形式。该方式通常采用力矩控制模式，直接控制电机转矩，控制过程中需要对机械损耗、静态惯量、动态惯量、加减速等做补偿

3、，控制精度和稳定性较差。 2.闭环控制 闭环控制就是具有检测装置和反馈环节的控制系统。闭环控制的随机性很强，具有较高的控制精度。闭环控制的反馈方式很多，常用的有桥式压力传感器和浮动辊式张力传感器两种。这里介绍的就是采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案，该方式通常采用伺服控制模式，直接控制电机转速。 浮动辊张力检测控制原理 1.单浮动辊张力控制系统 单浮动辊张力控制系统如图1所示，该系统主要由浮动辊3、低摩擦缸4、电位器5等组成。当气缸上腔接入压缩空气时，作用于薄膜上的张力为辊重力垂直分力与气缸垂直作用力之和。由于浮动辊摆角较小，摆动过程中垂直分力基本不变，因此，直接改变气缸的压力就能调整薄膜的

4、张力，张力大小与膜卷直径无关。在卷绕过程中，当张力发生变化时，浮动辊相应摆动，电位器间接检测出张力变化，经PID调整后控制卷取速度，保持薄膜张力恒定。 1.牵引辊 2.导向辊 3.浮动辊 4.气缸 5.变位器 6.膜卷 7.齿轮 图1 单浮动辊张力控制系统 张力控制外，还存在随着膜卷直径增大、膜卷线速度不变的情况下，角速度逐渐减小的过程。开始时卷材作用在浮动辊上的拉力与辊自身的重力、气缸的推力相平衡，浮动辊处于中间的平衡位置。随着膜卷6直径的增大，浮动辊3向上摆动，带动电位计5旋转，使反馈信号偏离了原平衡点电压值。该信号与给定电压信号相比较，得出偏差值，经积分运算后，调整电机速度，使电机的转速

5、下降，卷材的张力恢复到给定值，浮动辊又回到原来的平衡位置。在整个卷绕过程中随着膜卷直径的增大，电机转速不断进行调整，使薄膜张力保存恒定。正常情况下，膜卷直径变化范围一般为58倍，采用伺服驱动模式时，调速范围可以达到10倍左右。 2.双浮动辊控制方式 在高速运行或低张力收卷过程中，对张力的要求更为突出，单浮辊控制虽然可以吸收一些张力波动，但浮动辊运动过程中本身重量引起的惯量变化也会使薄膜张力发生变化。如图2所示，采用双浮动辊方式相对于单浮动辊来说,辊摆动幅度为单根的一半，同时由于每根浮动辊重量可以做得较轻，惯量引起的张力变化也小。如每根浮动辊重量为原来1/2，可使得张力变化量为原来的1/4，使薄

6、膜收卷过程中张力更为稳定。 1.牵引辊 2.导向辊 3.浮动辊 4.气缸 5.变位器 6.膜卷 7.齿轮 图2 双浮动辊张力控制系统 浮动辊安装的注意事项 浮动辊在张力的自动控制过程中起到检测张力变化的作用，同时浮动辊可以吸收或缓冲张力跳变对系统稳定性的影响。浮动辊正确的安装、使用对整个控制系统的反应灵敏度有很大的关系。下面是浮动辊系统安装时一些需要注意的环节。 1.气动三联件 2.精密调压阀3.低摩擦气缸 4.节流阀 5.消声器 图3 气动原理图 压力，气缸可以单边接压缩气体，出气孔可以直通大气，这样只需要控制进气口的压力。气缸的出气孔安装一个节流阀，可以通过它来控制排气的速度，使气缸有一个

7、背压，可以防止气缸前冲速度过快而产生冲击。使用时节流阀应调整到合适位置，兼顾张力检测的灵敏度。浮动辊的气动原理如图3所示。 气缸采用低摩擦气缸，可以减小活塞跟缸体的摩擦力，提高气缸的反应灵敏度。当作用在浮动辊上的拉力有较小的波动时，也能够产生波动而引起电位器做出反应。 调压阀必须采用精密调压阀。精密调压阀的稳压精度高，可以减小进气口气体压力的波动而引起摆辊的跳动,导致张力的变化。同时，当膜卷的张力增大时，逆时针方向的转矩大于顺时针方向的转矩时，气缸向上运动，则气缸进气口到调压阀之间的气体受到压缩，压力增大。精密调压阀通过排气口，迅速将气体排出，使气缸内的气体压力保持不变。在需要锥度控制场合，经

8、常将精密调压阀改为E/P转换阀，通过控制气缸不同压力来改变卷绕过程中的张力变化。 膜卷在浮动辊上要有足够大的包角。如图4所示，薄膜在辊上的包角为，膜上的张力在辊上的有效合力FQ=FCOS1+FCOS2，且1+2=-。如果越小，1与2之和越大，则FQ也会越小，因而必须有较大的张力变化才能引起浮动辊的摆动，减低了浮动辊对张力变化反应的灵敏度。 图4 受力分析 缓冲装置，可以在气缸的行程的终点起到缓冲的作用，避免活塞在行程的终点撞击缸体，从而可以延长气缸的使用寿命。 电位器采用360旋转的导电电位器，其有效摆角为330，设计时旋转角度应小于330且留有一点余量，以免摆动幅度较大时进入死区影响控制，同时齿轮7传动间隙应尽量小，以保证检测精度。 总结 采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案控制较为简单，调整方便， 工作稳定，常用于印刷机等机械中需要收放卷张力自动控制的场合。