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)發(fā)展速度的逐步提升，印刷包裝業(yè)取得快速的發(fā)展。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)各部分的功用進(jìn)行研究。

涂布機(jī)；張力控制系統(tǒng)；功用

涂布產(chǎn)品的需求量因?yàn)榘b工業(yè)的高速發(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)過程：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)，涂料在出烘箱后呈現(xiàn)烘干狀態(tài)，最后將收卷輥收成整卷，涂布過程便完成。

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)工作過程中相關(guān)工作參數(shù)可以從觸摸屏上完全顯示出來，并且通過信號(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，如果收放卷材料的直徑與涂布機(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。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)，并且由齒輪來將擺輥和電位器連接起來。擺輥會(huì)在張力改變過程中而出現(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可以穩(wěn)定保持。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)來講，普通的搭接難以滿足生產(chǎn)要求?；诖?，儲(chǔ)料架單元對(duì)于涂布機(jī)來講就具有非常關(guān)鍵的作用。在涂布機(jī)正常工作過程中，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，隨后放料牽引便會(huì)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，而放料儲(chǔ)料架則開始減速運(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。在此過程中，為保證放料張力控制的穩(wěn)定，需要放料牽引電機(jī)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，上述過程便是完整的接料過程。

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)。在此過程中，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)開始減速運(yùn)行，而收料軸與收料牽引會(huì)呈現(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，收料牽引電機(jī)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)過程屬于動(dòng)-靜轉(zhuǎn)換過程，因此為了確保張力在回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持穩(wěn)定，可以通過應(yīng)用變頻技術(shù)來延長(zhǎng)加減速的時(shí)間，以便保證達(dá)到整個(gè)回轉(zhuǎn)過程中張力的穩(wěn)定的目的。

4.2 壓輥離合壓時(shí)單獨(dú)PID的應(yīng)用

由于在涂布過程中料長(zhǎng)會(huì)在壓輥離合壓過程中而出現(xiàn)一定程度的改變，所以張力會(huì)在此過程中難以保持平衡，因此需要一個(gè)單獨(dú)且可靠的PID來實(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來負(fù)責(zé)張力控制系統(tǒng)離合壓，可以大為減少系統(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

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)．

TS803

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1671-0711（2017）10（下）-0091-02