跳動輥裝置在開卷機張力控制中的應用

【摘 要】張力控制是提高產品合格率、改善產品質量的關鍵技術，而開卷段控制系統的主要任務就是保持張力的恒定，它是開卷段控制系統的核心部分。本文在開卷機后增加了一個跳動輥裝置，通過中間輥輪的高度即可判斷出張力的變化，然后再通過調節開卷機的轉速從而保證開卷段張力的恒定。

【關鍵詞】張力控制 開卷機 跳動輥 輥輪高度 轉速

【中圖分類號】G717 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）24-0099-02

張力，即物體在受到拉力作用時，存在于其內部而垂直于兩鄰部分接觸面上的相互牽引力。張力控制系統的效果直接關系到產品的質量，張力太大，會導致材料表面起皺嚴重甚至會斷裂；張力太小，會導致材料偏移運行軌道，使系統出現嚴重問題。因此，在自動化控制系統中，應盡量保持張力的恒定。

一 張力控制系統

常采用的張力控制系統主要有：直接張力控制和間接張力控制。

直接張力控制，是一種最有效的控制方法。其控制方法如下：將張力計測量出的實際張力值反饋到控制器輸入端，通過與張力設定值進行比較，得出的誤差再通過張力調節器對張力進行控制，它屬于閉環控制系統。其不足之處在于，整個系統的精度取決于張力計的精度和響應速度，目前國產壓磁式張力計的精度僅為±5%，動態響應為50ms。利用這種張力計，控制精度的精度是不可能高于±5%。另外，該系統在此過程中可能會產生較大的偏差，易產生振蕩，嚴重時甚至會將帶材拉斷。

間接張力控制，只要得到張力驅動電機的電流、電壓及轉速等參數，就可能算出張力力矩，然后進行反饋，選擇合理的控制參數，就能實現張力控制。這就不需要使用張力計，從而避免了系統精度受張力計精度制約的情況。因此，在本文中采用的是間接張力控制法，通過跳動輥的高度判斷張力的變化，通過對開卷線速度進行補償即可保持張力的恒定，從而避免張力計帶來的精度瓶頸。

二 跳動輥數學模型的建立

通過對跳動輥的數學模型進行分析，就能很容易得出開卷段張力的變化情況。本文中，對跳動輥數學模型的分析是基于右圖進行的，其中，跳動輥的高度可通過激光測距儀測出。

圖中，r1——靠近x軸的導向輥的半徑；r2——跳動輥半徑；α導向輥切角；β——跳動輥切角；h——激光測距儀測得的水平面到跟動輥的距離

設從D點出發穿過跳動輥到達E點，之間穿過的帶材長度為X，該長度由三段弧長（DF、IJ以及HE）和兩段線段（FI、JH）組成，則，X=DFhu+FI+IJhu+JH+HEhu，即：

式中，

三 跳動輥的應用

由以上分析可知，跳動輥的高度是該張力控制系統中至關重要的因素。在實際應用中，將跳動輥中彈簧彈性形變最大距離的一半作為理想張力的跳動輥輥輪的高度。若實際測量出來的高度低于此標準值，則可判斷出跳動輥的入口速度低于出口速度，張力偏大，應適當提高開卷機的線速度；若實際測量出來的高度高于此標準值，則可判斷出跳動輥的入口速度高于出口速度，張力偏小，應適降低開卷機的線速度。

在生產線運行過程中，應綜合考慮由于開卷機卷徑變化對開卷機轉速的影響，以及在此過程中應保證張力的動態恒定。

四 結束語

本文從保證開卷段張力恒定方面入手，主要分析了張力產生的原因，常采用的張力控制系統。對兩種張力控制系統進行了分析，本文采用間接張力控制系統，避免了由于張力計自身誤差帶來的系統精度瓶頸。本文通過對跳動輥數學模型的分析，得出了張力的變化與跳動輥輥輪高度之間的關系，根據此關系適當調節開卷機的轉速即可保證開卷段張力的穩定。

參考文獻

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〔責任編輯：李錦雯〕