涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)研究

戴福華

(汕頭市華鷹軟包裝設(shè)備總廠有限公司,廣東 汕頭 515064)

涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)研究

戴福華

(汕頭市華鷹軟包裝設(shè)備總廠有限公司,廣東 汕頭 515064)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步的發(fā)展,印刷包裝業(yè)發(fā)展迅速.與此同時(shí),為了提升包裝工藝質(zhì)量與水平,印刷包裝機(jī)械的張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平對(duì)于印刷質(zhì)量以及生產(chǎn)的安全性都具有十分重要的意義.鑒于此,本文以介紹涂布生產(chǎn)過(guò)程為切入角度,對(duì)涂布機(jī)的組成部分以及張力控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行闡述,最后對(duì)張力控制系統(tǒng)各部分的功能進(jìn)行研究.

涂布機(jī);張力控制系統(tǒng);功能;組成部分

涂布產(chǎn)品的需求量因?yàn)榘b工業(yè)的迅速發(fā)展而日益增大,因此部分廠商為提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)涂布機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)與改造,從而對(duì)傳統(tǒng)涂布工藝進(jìn)行升級(jí),進(jìn)而提升涂布質(zhì)量與產(chǎn)量,并且可以增加涂布的樣式與花色.此外,控制涂布機(jī)系統(tǒng)的張力是改造過(guò)程中的關(guān)鍵,并且產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量、涂布基帶的物理特性、基帶的使用年限等均與涂布機(jī)系統(tǒng)中的張力大小有直接聯(lián)系.因此,科學(xué)、合理的控制涂布機(jī)張力大小對(duì)于提升生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)效益有至關(guān)重要的作用.

1 涂布生產(chǎn)過(guò)程

放卷輥、涂布輥、牽引輥、烘箱和收卷輥等是涂布機(jī)主要的機(jī)械結(jié)構(gòu).完整的生產(chǎn)過(guò)程如下所述:在放卷輥上放置待涂的基帶,通常為白紙或塑料薄膜,隨后在導(dǎo)向輥的作用后,基帶被拉到涂布輥與橡膠輥的中部,緊接著基帶在壓縮空氣的作用下壓緊與涂布輥上,并在料池中將涂布輥的下部浸入,涂料在涂布電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)吸附在涂布輥表面,隨后其與壓緊的基帶相接觸,從而使基帶中吸附涂布輥中的燃料,隨后牽引電機(jī)將涂好的潮濕基帶送入烘箱中完成干燥作業(yè),涂料在出烘箱后變呈現(xiàn)烘干狀態(tài),最后將收卷輥收成整卷,整個(gè)涂布過(guò)程便由此完成.

2 涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)的工作原理

放料單元、儲(chǔ)料單元、涂布單元、復(fù)合單元以及收料單元等是包裝印刷涂布機(jī)主要的組成部分.其中,涂膠單元、放料單元、放料儲(chǔ)料架以及收料儲(chǔ)料架和收料部是涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)的重要組成部分.因此,為了確保操作人員涂布過(guò)程的精準(zhǔn)與穩(wěn)定,必須詳細(xì)了解涂布機(jī)張力控制原理.PLC是涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)中的絕對(duì)核心.涂布機(jī)工作過(guò)程中相關(guān)工作參數(shù)可以從觸摸屏上完全顯示出來(lái),并且通過(guò)信號(hào)電纜可以將相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存至相關(guān)寄存器當(dāng)中.此外,如果收放卷材料的主機(jī)與涂布機(jī)工作速度出現(xiàn)明顯變化時(shí),可在觸摸屏中調(diào)入PLC中相應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)并在其中顯示出來(lái).與此同時(shí),PLC的輸出點(diǎn)負(fù)責(zé)控制涂布機(jī)系統(tǒng)中的主要元器件的動(dòng)作,并且可以根據(jù)相關(guān)工況與設(shè)計(jì)要求,對(duì)PLC中的輸出命令隨時(shí)調(diào)整.擺輥和電位器是涂布機(jī)張力檢測(cè)機(jī)構(gòu)工作的基礎(chǔ),并且由齒輪來(lái)將擺輥和電位器連接起來(lái).擺輥會(huì)在張力改變過(guò)程中而出現(xiàn)一定幅度的擺動(dòng),并且電位器當(dāng)中的電壓值也會(huì)隨之出現(xiàn)變化.如果擺輥位于機(jī)械結(jié)構(gòu)的中部時(shí),則證明張力的反饋值與其設(shè)定值相一致,而且電位器P+和PG之間的電壓為+10V,P-和PG之間的電壓為-10V,U和P G之間的電壓為0V.與此同時(shí),U和PG之間的電壓即電位器的值同樣會(huì)隨著擺輥的擺動(dòng)而出現(xiàn)不同程度的變化,進(jìn)而達(dá)到檢測(cè)張力的目的,而且控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)也會(huì)在此過(guò)程中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的改變,以便穩(wěn)定系統(tǒng)中的張力大小.

3 張力控制系統(tǒng)各部分功能

3.1 放料單元

通常來(lái)講,涂布機(jī)由兩個(gè)或多個(gè)放料單元組成,其中,本文所列舉的涂布機(jī)第一放料單元為被動(dòng)放料.磁粉、張力控制器以及張力檢測(cè)傳感器是被動(dòng)放料單元的重要組成部分.此外,由于涂布機(jī)放料單元技術(shù)比較成熟可靠,可以確保放料牽引與放料單元之間的張力穩(wěn)定.主動(dòng)放料為第二放料單元,放料擺輥會(huì)因?yàn)榉啪砭韽降闹饾u變小而不斷參與控制.PLC會(huì)對(duì)放卷卷徑進(jìn)行精確計(jì)算,從而加快工作電極的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,以便確保張力可以穩(wěn)定控制.另外,電機(jī)的輕微調(diào)整可以通過(guò)PID控制得以實(shí)現(xiàn).

3.2 放料儲(chǔ)料架

為了實(shí)現(xiàn)放料的零速接料功能,需要在涂布機(jī)當(dāng)中設(shè)置儲(chǔ)料架.此外,由于涂布基材需要較大的張力,而且其具有較高的經(jīng)濟(jì)成本與涂布工藝的特殊性,所以對(duì)于生產(chǎn)來(lái)講,普通的搭接難以滿足生產(chǎn)要求.基于此,儲(chǔ)料架單元對(duì)于涂布機(jī)來(lái)講就具有非常關(guān)鍵的作用.在涂布機(jī)正常工作過(guò)程中,基材應(yīng)將放料儲(chǔ)料架填充完整,以便可以在放卷需要換料過(guò)程中可以不間斷工作.其中,儲(chǔ)料架的確切位置應(yīng)在啟動(dòng)涂布機(jī)前準(zhǔn)確進(jìn)行判斷,若是儲(chǔ)料架中沒(méi)有將燃料填充滿則應(yīng)首先將儲(chǔ)料架上升,以便將基材儲(chǔ)滿,從而更好的完成接料準(zhǔn)備工作.

接料完成后,工作人員可以按下按鈕,隨后放料牽引電機(jī)便會(huì)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng),而放料儲(chǔ)料架則開(kāi)始減速運(yùn)行,并且放料牽引電機(jī)將會(huì)控制放料牽引擺輥進(jìn)行工作.當(dāng)放料牽引電機(jī)與主機(jī)速度相一致后,則放料儲(chǔ)料架的速度逐漸降低為零.隨后儲(chǔ)料工作由放料儲(chǔ)料架按規(guī)定速度開(kāi)始進(jìn)行,并且放料儲(chǔ)料架呈現(xiàn)逐漸加速的狀態(tài)直至達(dá)到預(yù)先設(shè)定的速度為止.在此過(guò)程中,為保證放料張力控制的穩(wěn)定,需要放料牽引電機(jī)要在主機(jī)速度的基礎(chǔ)上加上放料儲(chǔ)料架的上升速度.隨后,放料儲(chǔ)料架在儲(chǔ)料接近飽和狀態(tài)后便會(huì)緩慢降低速度直至為零.與此同時(shí),放料牽引會(huì)在放料儲(chǔ)料架進(jìn)行減速運(yùn)動(dòng)時(shí)一同開(kāi)始減速.當(dāng)放料儲(chǔ)料架停止工作后,主機(jī)的速度便會(huì)與放料牽引的速度相一致,上述過(guò)程便是完整的一次接料過(guò)程.

3.3 涂膠部

由于涂膠輥具有固定不變的周長(zhǎng),因此涂布機(jī)主機(jī)速度加上擺輥的調(diào)節(jié)速度便是涂膠輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速.此外,涂膠單元到符合單元之間的張力可以通過(guò)涂布機(jī)中內(nèi)部變頻器的PID模塊進(jìn)行調(diào)節(jié).

3.4 復(fù)合部

涂布機(jī)的主機(jī)便是所謂的復(fù)合部,并且主機(jī)速度與復(fù)合部速度相一致,其它電機(jī)與復(fù)合電機(jī)呈跟隨狀態(tài).

3.5 收料儲(chǔ)料架及收料單元

為了滿足不同工況的要求,涂布機(jī)在收料過(guò)程中其預(yù)驅(qū)軸始終保持靜止?fàn)顟B(tài),所以應(yīng)在涂布機(jī)當(dāng)中設(shè)置收料儲(chǔ)料架機(jī)構(gòu).此外,收料儲(chǔ)料架應(yīng)在設(shè)備工作過(guò)程中始終處于出料機(jī)構(gòu)的下部.儲(chǔ)料架的確切位置在涂布機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷.若是儲(chǔ)料架在涂布機(jī)上部,則應(yīng)使儲(chǔ)料架按照規(guī)定速度下降至規(guī)定部位,以便完成接料準(zhǔn)備工作.

接料按鈕可以在收料軸需要換料時(shí)按下,這時(shí)收料儲(chǔ)料架便會(huì)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)向加速狀態(tài),并且收料當(dāng)前軸與收料牽引便會(huì)逐漸降低速度.在此過(guò)程中,收料牽引電機(jī)由收料牽引擺輥負(fù)責(zé)控制,并且主機(jī)速度與收料儲(chǔ)料架的電機(jī)速度保持一致.當(dāng)主機(jī)速度與收料儲(chǔ)料架的速度達(dá)到一致后,則收料當(dāng)前軸與收料牽引的速度便會(huì)呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài).隨后控制儲(chǔ)料架電機(jī)便會(huì)替代收料牽引電機(jī)來(lái)控制收料牽引擺輥工作,以便確保收料張力的可靠性與一致性.在接料工作完成前,收料刀架還需進(jìn)行一系列的動(dòng)作.

收料儲(chǔ)料架在收料大臂落下且收料動(dòng)作結(jié)束后便會(huì)開(kāi)始減速運(yùn)行,而收料軸與收料牽引則會(huì)呈現(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并且收料牽引電機(jī)則由收料牽引擺輥負(fù)責(zé)控制.當(dāng)主機(jī)速度與收料牽引電機(jī)速度相等后,收料儲(chǔ)料架則會(huì)呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài),然后收料儲(chǔ)料架按照既定速度開(kāi)始向下進(jìn)行加速,直到達(dá)到規(guī)定速度為止.為了使復(fù)合單元到收料儲(chǔ)料架,收料儲(chǔ)料架到達(dá)收料部的張力能夠保持恒定速度,收料牽引電機(jī)與收料軸應(yīng)基于主機(jī)速度與儲(chǔ)料架下降速度,收料儲(chǔ)料架在接近規(guī)定為止前則會(huì)勻減速運(yùn)動(dòng)直至停止.

4 涂布機(jī)張力控制系統(tǒng)中新型技術(shù)的應(yīng)用

4.1 回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)多段速的應(yīng)用

張力會(huì)在回轉(zhuǎn)架工作過(guò)程中有較大影響,特別是當(dāng)停止與啟動(dòng)回轉(zhuǎn)架時(shí)影響最大.此外,由于停止與氣動(dòng)過(guò)程屬于動(dòng)-靜轉(zhuǎn)換過(guò)程,因此為了確保張力在回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中保持穩(wěn)定,可以通過(guò)應(yīng)用變頻技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)加減速的時(shí)間,以便保證達(dá)到整個(gè)回轉(zhuǎn)過(guò)程中張力穩(wěn)定的目的.

4.2 壓輥離合壓時(shí)單獨(dú)PID的應(yīng)用

由于在涂布過(guò)程中料長(zhǎng)會(huì)在壓輥離合壓過(guò)程中出現(xiàn)一定程度的改變,所以張力會(huì)在此過(guò)程中難以保持平衡,因此需要一個(gè)單獨(dú)且可靠的PID來(lái)實(shí)現(xiàn)張力穩(wěn)定控制的目的.與此同時(shí),如果離合壓和穩(wěn)態(tài)時(shí)共同一套PID,將會(huì)在一定程度上增加系統(tǒng)建立張力穩(wěn)定的時(shí)間,所以選擇單獨(dú)PID來(lái)負(fù)責(zé)張力控制系統(tǒng)離合壓,可以大大減少系統(tǒng)對(duì)于張力建立的時(shí)間.

4.3 控制器位置控制的應(yīng)用

通常情況下,涂布機(jī)所使用的材料比較厚,為了提高裁切質(zhì)量,收料部主要采用零速接料的方法,這種方法需要在收料牽引前加儲(chǔ)料架,在儲(chǔ)料時(shí),根據(jù)儲(chǔ)料架電機(jī)的運(yùn)行記憶儲(chǔ)料架上升的位置,再根據(jù)主機(jī)的運(yùn)行速度與運(yùn)行位置,決定儲(chǔ)料架的加速度.

5 結(jié)語(yǔ)

張力控制系統(tǒng)是涂布機(jī)中的重要組成部分,加強(qiáng)張力系統(tǒng)的研究對(duì)于提高涂布機(jī)穩(wěn)定性具有重要的意義.在涂布機(jī)運(yùn)行過(guò)程中.容易產(chǎn)生故障,因此,技術(shù)人員必須掌握涂布機(jī)的工作原理以及各部分的功能,才能夠及時(shí)找到故障原因,減少安全隱患,提高涂布機(jī)的安全性和穩(wěn)定性.

[1]徐紅霞.雙層布局涂布機(jī)[J].中華紙業(yè),2015(24).

[2]涂布機(jī)涂布頭介紹(連載三)[J].造紙裝備及材料,2016(04).

[3]涂布機(jī)涂布頭介紹(一)[J].湖南造紙,2016(02).

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1671-0711(2017)11(上)-0092-02