涂布机张力控制系统的研究

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1、涂布机张力控制系统的研究郑轩（乐凯胶片股份有限公司新材料事业部，河北保定，071054）摘要：分析了目前涂布机的两种基本的张力控制方式和原理，并结合实际生产中设备出现的故障，根据张力系统的原理进行故障的排查和维修从而解决实际问题。在现有两种控制方式的基础上，对系统的执行部分提出进行改造的设想，使用力矩电机进行替代，做到优化结构，提高控制精度的目的。关键词：涂布机张力控制系统力矩电机1前言涂布机是一种专用的机械设备，它将涂布液均匀的涂布到运动着的支持体上，使其具备一些新的用途或达到一些特殊的性能，并能使涂覆产品的涂层厚度、涂层均

2、匀度、涂层与支持体的粘接牢度等性能以及产品涂布的速度达到设计要求。涂布机的主要结构是通过支持体或者称之为基材在多个导辊上缠绕形成一定的片路，并由设备产生一定的张力将基材张紧来运行的。如下图1-1所示：图1-1涂布装备主要是指涂布机及其相应的辅助系统，具体包括涂布机、干燥系统、供收卷等辅助系统三大部分。涂布机：涂布头是其重要部件，它的不同构造或形式决定了不同的涂布方式。干燥装置：涂布工艺与干燥工艺是涂布工程先后连续进行的两个工艺过程。这也组成了涂布设备的两大部分，涂布速度的快慢往往受干燥能力的限制，而干燥能力的大小又以涂布机的最

3、高车速为设计依据。当前主要采用空气干燥，即以经过处理的干空气为介质进行干燥的形式。辅助设备：主要包括供料系统、拖动系统、张力调节装置、静电消除装置、调偏装置等。在涂布机中使基材运动的源头是设备产生的张力以及张力控制系统，这是涂布设备能够正常生产和生产出合格产品的主要因素之一。对张力系统的研究越深入，越能保证设备的良好使用。2张力控制系统原理与分析2.1张力概述张力是通过机器设备的动力，它适用于在机器相邻区域二者之间的支持体，这个力的作用是趋向于拉伸支持体的。多数的支持体被传输通过机器设备是利用张力值来达到的，那个张力值高的足够

4、允许支持体完全通过机器而且使支持体断片低到最小化。张力系统的模型如下图2-1所示，它是一个闭环控制系统。输入系统执行系统输出系统检测系统反馈信号图2-1输入系统包括：触摸屏及其内置的PLC程序。执行系统包括：浮动辊、增压阀和气缸。检测系统包括：张力检测器及其校准单元、角度编码器。输出系统包括：触摸屏及其内置的PLC程序显示界面。通常操作人员在输入系统中通过触摸屏将要设定达到的张力值进行输入，设备将其转化为低压控制信号驱动增压阀和气缸，使浮动辊上缠绕的基材达到要求的张力。同时，张力检测器将实际的张力值检测出来并作为反馈信号进行反

5、馈。如果实际张力值比设定值大或者小，反馈信号会使执行系统做出调整，调节实际张力值逼近设定值。而调节的幅度和时间快慢由系统程序中所设定的PID参数来决定。操作人员会在触摸屏上实时的看到张力的变化情况。2.2张力控制系统分类2.2.1系统中只含有张力检测器的如下图2-2所示：图2-2此系统通过张力检测器的反馈信号使系统判断张力是否达到设定值，并通过协调张力辊前后伺服电机的运转速度的同步性来保证张力的稳定性。2.2.2系统中不只含有张力检测器的有一种系统中除了含有张力检测器外，还包括浮动辊、增压阀和气缸等装置。这种系统可以用图2-3

6、所示的的图形来表示：图2-3此系统通过张力检测器的反馈信号使系统判断张力是否达到设定值，并通过输出较小的电压或者电流信号经过放大器放大去控制一个增压阀，从而给气缸充入相应的压缩空气来平衡张力辊上所加载的张力，达到调节系统张力的目的，同时保证张力的稳定性。其力学模型如下图2-4所示，并根据此模型可以列出其动力学方程。图2-4设系统张力为F，气缸支撑力是F1，导辊和张力摆杆的转动惯量是，导辊和摆杆转动的角速度是，导辊质量是m1，摆杆质量是m2，以导辊和摆杆为研究对象，可以得出其动力学方程为：2FL－F1L1=(1)求得F=+(2)

7、由于转动惯量=m1L2+m2L2(3)将(3)式代入(2)式，可得出：F=+(3m1+m2)L也即F=+(3m1+m2)(4)线速度=L方程式(4)可写成F=+(3m1+m2)(5)由以上的动力学方程分析可以知道系统张力F主要与气缸支撑力F1和线速度的变化率有直接关系。也就是说，如果在设备的额拖动系统下，基材运行时速度不恒定也就是出现变速时，气缸输出的支撑力必须及时进行调整，这样才能保证系统张力F的稳定。3实际问题分析3.1只含张力检测器的系统设备在实际运行中，由于系统受到外界张力波动的影响，使得触摸屏实际显示的张力达不到设定

8、值，偏差在±10N以上，只需要校准张力检测器。方法是基本上按照片路用吊带在导辊上中心部位将各个导辊缠绕起来，在末端挂好重物，一般是标准砝码。如下图3-1所示：图3-1操作过程中，先挂最大质量的，比如40kg，然后逐渐递减重量。每次挂好后在重物静止状态下调节张力检测器的校准单元