鋰電池分切機(jī)放卷張力波動研究

王昆 陳哲 康文杰

[摘 ? ?要 ]分切機(jī)的張力控制是分切機(jī)控制的核心，控制好張力對卷繞的順利進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量的保證具有關(guān)鍵的作用。文章論述了分切機(jī)放卷軸卷徑變化和放卷線速度對張力波動的影響。

[關(guān)鍵詞]分切機(jī);張力;張力波動;張力控制

[中圖分類號]TM912 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]The tension control of the slitting machine is the core of the slitting machine control. A good tension control plays a key role in the smooth progress of the winding and the guarantee of product quality. This article discusses the influence of slitter unwinding shaft roll diameter change and unwinding line speed on tension fluctuations.

[Keywords]slitting machine; tension; tension fluctuation; tension control

1 分切機(jī)簡介

分切機(jī)是一種將寬幅箔材（鋰電池正負(fù)極片的鋁箔和銅箔、紙張或薄膜）分切成多條窄幅箔材的機(jī)械設(shè)備，常用于鋰電池行業(yè)、造紙機(jī)械及印刷包裝機(jī)械等。分切機(jī)是公司研發(fā)制造的主要設(shè)備之一。

如圖1所示，分切機(jī)可分為放卷、牽引、收卷三大部分。

（1）放卷部分是將已經(jīng)卷繞成型的寬幅原始材料通過一定控制方式使被放卷材料中存在一定的張力，使材料緊繃，防止松散。其中放卷部分的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出力矩方向與放卷輥的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而產(chǎn)生一個與放卷線速度方向相反的張力。[1]通常放卷部分的張力控制采用恒張力放卷。

（2）牽引部分由牽引輥與壓輥等組成，為基材牽引提供動力，同時隔斷放卷和收卷之間張力的相互影響，實(shí)現(xiàn)放卷部分與收卷部分的張力單獨(dú)控制。

（3）收卷部分主要對分切后的基材進(jìn)行收卷，為維持相應(yīng)的張力，其驅(qū)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力矩的方向與收卷線速度方向相同。其中，為保證極片收卷的質(zhì)量，收卷過程主要采用恒張力收卷或者錐度張力收卷。

2 張力控制的意義

張力控制是指能夠持久維持基材（極片）在設(shè)備上輸送、卷繞等工藝時所需張力的能力[2]。在極片卷繞中，合理的張力能避免帶材因部分金屬延伸不均而造成波浪，并保證極片平整，同時還能減少單位軋制應(yīng)力和帶材的寬展[3]。另外，保持帶材所受張力的穩(wěn)定，可避免因張力過大而導(dǎo)致極片產(chǎn)生塑性變形，張力太小而使卷材出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象而影響繞卷的質(zhì)量。因此，卷繞過程控制好張力對卷繞的順利進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量的保證具有關(guān)鍵的作用。

3 放卷軸對張力波動的分析

3.1 卷徑變化、放卷線速度對張力波動影響

設(shè)放卷線速度V1，卷徑D1，磁粉輸出轉(zhuǎn)矩Md，料軸轉(zhuǎn)動慣量J0，料軸直徑d0，極片密度ρ，寬度b，厚度h，摩擦系數(shù)Bf。放卷過程，為保持放卷張力的穩(wěn)定性，由公式n1=V1/（πD1），知放卷電機(jī)轉(zhuǎn)速n1隨D1減小而成反比的增大。在磁粉制動器為執(zhí)行元件的放卷張力系統(tǒng)中，張力T為主動力，列力矩平衡方程可得[4]。

在實(shí)際情況中，其對應(yīng)的J0、d0，ρ、b、h以及Bf為常量[5]。由式（1），可知放卷張力T與Md，V1，卷徑D1相關(guān)。

3.2 案例分析

（1）為了研究連續(xù)放卷狀況下張力T，忽略式（1）中的2Md/D1項(xiàng)，且穩(wěn)定狀態(tài)下dV1/dt=0，給定相應(yīng)參數(shù)如表1，對應(yīng)不同直徑下的張力曲線，如圖2所示。

圖2中可以看出，在磁粉制動器不輸出力矩的狀況下，隨著料卷卷徑D1的減小，張力T的變化呈非線性增加趨勢，其變化率越來越快。

（2）在給定張力T，放卷線速度V1以及料卷卷徑D1的情況下，可以求出在連續(xù)放卷狀態(tài)下磁粉制動器或伺服電機(jī)輸出扭矩Md（忽略減速比）公式如下。

T=100 N，其他已知數(shù)據(jù)見表2，可得出曲線，如圖3所示。

從圖3中可以看出，在恒張力T的狀態(tài)下，隨著料卷直徑D1，扭矩M呈線性減小趨勢。

（3）速度變化對張力的擾動。穩(wěn)態(tài)下加速度a=0，可得公式（3）。

①在其他條件不變時，張力隨放卷速度成比例地增大。

②放卷線速度的較小變化會產(chǎn)生張力的波動。

從圖4中可以看出，在恒張力放卷的過程中，理論上是維持放卷線速度V1為恒定值。但實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于機(jī)械誤差，控制系統(tǒng)的遲滯型等原因，實(shí)際速度相對于理論線速度V1會產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致實(shí)際張力值會在設(shè)定值附近進(jìn)行微小的波動。

綜上所述：①張力T與放卷線速度V1、卷徑D、輸出轉(zhuǎn)矩M等因素相關(guān)。②隨著料卷半徑D1的減小，張力T的變化呈非線性增加趨勢，且變化率越來越快。此規(guī)律對于放卷軸電機(jī)或者磁粉制動器的控制有一定參考意義。例如，恒張力放卷隨著料卷直徑D1減小，需控制扭矩M線性減小。③恒張力放卷的過程中，實(shí)際速度的波動會引起實(shí)際張力值在設(shè)定值附近進(jìn)行微小的波動?？刂凭€速度V1的穩(wěn)定，對減小張力波動量有好處。

4 結(jié)束語

文章論述了分切機(jī)放卷軸的卷徑變化和放卷線速度微小擾動對張力波動的影響，對分切機(jī)實(shí)際工程應(yīng)用中減小張力波動具有一定的參考價值，進(jìn)而提升分切機(jī)的分切效果，對提高鋰電池極片分切的品質(zhì)具有積極意義。

參考文獻(xiàn)

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