【正文】 如果充分考慮以上因素仍不能滿足印刷條件對(duì)紙帶張力的要求時(shí)，需要在這個(gè)控制的基礎(chǔ)上建立另外的系統(tǒng)。 對(duì)于卷筒紙印刷機(jī)的張力控制是卷料印刷中必須進(jìn)行的工作。紙路機(jī)構(gòu)制造和安裝精度、紙卷偏心歪斜狀態(tài)、動(dòng)態(tài)的影 響因素都系統(tǒng)控制的穩(wěn)定產(chǎn)生影響。因此選擇控制規(guī)律一定既要保證系統(tǒng)誤差小、反映快、超調(diào)小，又要系統(tǒng)穩(wěn)定。 圖 37 張力控制系統(tǒng)框圖 影響控制系統(tǒng)精度印刷分析和結(jié)論 有很多因素影響張力控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。當(dāng)被控對(duì) 象滯后較大時(shí)就可以采用串級(jí)控制系統(tǒng)。外環(huán)控制系統(tǒng)通過紙帶張力的檢測(cè)送回到張力 控制器重通過內(nèi)環(huán)速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)張力的調(diào)整。 羅蘭 UN IPASER 給紙機(jī)張力控制系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)的串級(jí)系統(tǒng)。 EAE 根據(jù)這個(gè)信號(hào)和張力設(shè)定的數(shù)值信號(hào)進(jìn)行控制。電位計(jì)輸出的電壓為 0～ 10V。通過電氣轉(zhuǎn)換器 E/P 輸出一個(gè) 0～ 的氣壓信號(hào)給浮動(dòng)輥的驅(qū)動(dòng)氣缸 ,使浮動(dòng)輥具有一個(gè)初始的位置。 8— 張力檢測(cè)輥 。 6— 紙帶 。 4— 皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) 。 2— 加速皮帶 。系統(tǒng)張力設(shè)定值對(duì)應(yīng)的電壓為 0～ 10V。檢測(cè)裝置將印刷機(jī)運(yùn)行的速度信號(hào)送到給紙機(jī)的控制系統(tǒng) ,控制系統(tǒng)依據(jù)張力設(shè)定的數(shù)值和印刷速度大小 ,發(fā)出適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào) ,驅(qū)動(dòng)皮帶輪電機(jī)按照一定的速度大小運(yùn)行。張力的控制實(shí)際上就是對(duì)皮帶輪速度的控制。見圖 36。制動(dòng)皮帶由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) ,皮帶輪旋轉(zhuǎn)使皮帶運(yùn)動(dòng) ,從而驅(qū)動(dòng)紙卷運(yùn)轉(zhuǎn) ,將紙帶輸送到印刷單元。羅蘭 UN IPASER 給紙機(jī)張力控制系統(tǒng) ,采用制動(dòng)帶式的圓周制動(dòng)方法對(duì)紙帶進(jìn)行制動(dòng) [29]。 PID 調(diào)節(jié)迅速、無余差、超調(diào)量小、調(diào)節(jié)時(shí) 間短、調(diào)節(jié)質(zhì)量高等 ,不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 ,這種控制算法 ,可以適用在卷筒紙印刷紙帶張力的控制場(chǎng)合。在比例的基礎(chǔ)上加入微分作用可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,再加上積分作用可以 消除 余差。微分作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例。比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律就是按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的控制器簡(jiǎn)稱為 PID(Proportional Integral Differential )調(diào)節(jié)器。經(jīng)過控制器一定的調(diào)節(jié)規(guī)律的運(yùn)算處理后 ,發(fā)出控制信號(hào) [27]。它是張力控制系統(tǒng)的核心部分 ,決定張力控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)和控制效果 [25]。張力自動(dòng)控制器。速度控制方式進(jìn)行的張力控制 ,可以在給紙部分和印刷機(jī)各個(gè)功能單元部分進(jìn)行。另外 1種方法是改變制動(dòng)裝置的運(yùn)行 速度實(shí)現(xiàn)張力控制。 對(duì)于張力控制進(jìn)行張力大小調(diào)節(jié)時(shí)主要采用的有 2 種方法 ,即力 (力拒 )控制和速度控制方式 [24]。閉環(huán)張力控制系統(tǒng)是通過檢測(cè)裝置對(duì)張力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) ,并將檢測(cè)的結(jié)果送回到系統(tǒng)中。 假設(shè)芯模左極孔半徑 r0 處初始纏繞角為 90,則對(duì)應(yīng)任意半徑 rmi處的纏繞角為 ami,此時(shí)有 : sinami=r0/rmi 整理得 :Vsi=Vlirmi/r0 由于紗線在落紗點(diǎn)處與芯模表面之間沒有任何相對(duì)運(yùn)動(dòng) , 因此紗線在該點(diǎn)的絕對(duì)速度與芯模的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相等 ,即 :Vli= Vmi= Wmirmi,Wmi為芯模角速度 所以 Vsi=r2miWmi/r0 而對(duì)于紗團(tuán)來說 :Vsi= 2∏ rsiWsi Wsi為紗團(tuán)軸角速度 , rsi為紗團(tuán)半徑 整理得 : Wsi=r2miWmi/2∏ rsir0,即 Wsi(t)=(Wsi+1Wsi)/△ ti 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 張力控制 系統(tǒng)的深入研究 卷筒 紙張力控制系統(tǒng)的原理 目前卷筒紙印刷機(jī)張力控制系統(tǒng) ,主要采用閉環(huán)的電磁式或氣動(dòng)式張力控制等。 Rmin—— 紗團(tuán)最小半徑。 R(t)—— 紗團(tuán)實(shí)時(shí)半徑 。 Js—— 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 其中 J(t)隨紗團(tuán)半徑 R(t) 而變化 ,它們之 間關(guān)系為 : J(t)= Js+∏ hp/2[R4(t)Rmin4 ]。 Us—— 電位計(jì)電源電壓 。隨臂中心線與輥?zhàn)又行能壽E相切 ,即OB⊥ AB,此時(shí)有 : 圖 35 1 小齒輪 2 旋轉(zhuǎn)電位計(jì) 3 大齒輪 4 跟隨臂 5 輥?zhàn)? 6 紗團(tuán) 7 紗團(tuán)軸 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 整理得 : arcsin1( RmaxR(t))/L (2) 式中 :Rmax—— 紗團(tuán)最大半徑 , R(t)—— 紗團(tuán)實(shí)時(shí)半徑。 1. 半徑補(bǔ)償 解卷半徑變化引起的轉(zhuǎn)矩變化 , 即 F0R(t)變化如圖 35 所示。 系統(tǒng)采用了開環(huán)控制、通過軟件對(duì)給定張力進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)姆桨浮? 用磁粉制動(dòng)器控制張力的方案較以往的控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、執(zhí)行單元成本低、容易控制的特點(diǎn) ,特別是實(shí)際張力的大小通過電流直接調(diào)節(jié) ,改變了其他調(diào)節(jié)裝置的手工操作過程 ,使得操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確 [20]。但大的過渡張力變動(dòng)在產(chǎn)品質(zhì)量上是不允許的。 張力系統(tǒng)調(diào)節(jié)方案如圖 24 。k2 。k1 。 所以 GD2 = k1 D4 + k2 (4) 其中 k2 = GD2M k1D4o 把 (4)式代入 (1)式得 Id = (AD3+B/D) 60/375π 這里 GD2為放卷輥總的飛輪慣量 ,它包括制動(dòng)器本身及卷筒的等效 GD2M以及卷材的 GD2A,即 GD2 = GD2M + GD2A (2) GDM為固定值 ,而 GD2A 隨卷材直徑 D不同而變化 GD2A = k1 ( D4 D4o) (3) 式中 k1為與卷材比重及寬度有關(guān)的常數(shù) 。ω為靜特性斜率。Id 式中 IT =MT/Kω=D 從圖 24可見 ,當(dāng)電流切斷后剩磁作用很少 ,乎不存在空載力矩 ,Mo,制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩變?yōu)?MD=MT177。dv/dt。d n/d t=GD2/375Mo為空載轉(zhuǎn)矩 。Md 式中 MT為張力轉(zhuǎn)矩 ,Nv 為線速度 ,m/s。放卷時(shí)系統(tǒng)的 實(shí)際滑差功率 (按恒張、恒線考慮 )為 vTnMP ???? 602? 式中 P 為功率 ,W。考慮到轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性、可調(diào)性等 ,下限一般為額定轉(zhuǎn)矩的 10%。它根據(jù)電磁原理 ,利用磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩 ,所傳遞的轉(zhuǎn)矩在其額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)通過激 磁電流可任意調(diào)節(jié) ,激磁電流 (If) 和轉(zhuǎn)矩 (M)在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系 (圖 32)。系統(tǒng)對(duì)放卷輥的主要要求是 :建立恒定張力 ,并在一定范圍內(nèi)可調(diào) ,在起動(dòng)和加減速過程中張力波動(dòng)小 ,停車時(shí)有一定靜張力 [18]。 圖 31 顯然 Z1作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 ,調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速以維持系統(tǒng)線速度恒定 ,由 A 控制器完成。 PLG1和 PLG2 為速度檢測(cè)裝置 。Z1 ,Z2 分別為它們的驅(qū)動(dòng)器 。 系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 31 是一種卷取設(shè)備的物理模型。在機(jī)器啟動(dòng)和剎車期間 (就是在加速和減速時(shí) )可以防止料帶過載和隨意松開 。 磁粉制 動(dòng)器 控制張力 張力控制系統(tǒng)主要是為了使紙帶展開過程中張力保持恒定 ,通過對(duì)紙卷設(shè)置制動(dòng)器并對(duì)這個(gè)制動(dòng)器 進(jìn)行必要的控制實(shí)現(xiàn)。張力控制中的氣動(dòng)執(zhí)行元件的氣動(dòng)制動(dòng)器在實(shí)際使用中要要注意的主要問題是，氣動(dòng)制動(dòng)器中固定閘片初始位置的調(diào)整，如果這個(gè)位置調(diào)整不當(dāng)會(huì)影響整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)狀態(tài)，使張力控制系統(tǒng)精度收到影響。 紙帶張力在生產(chǎn)中時(shí)不斷變化的，當(dāng)張力變化值超過一定范圍時(shí)，控制系統(tǒng)開始進(jìn)行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的基本原理是通過控制器、電一氣比例閥、氣缸的調(diào)節(jié)作用，使與紙帶張力大小對(duì)應(yīng)的輸入電壓信號(hào)與紙帶張力檢測(cè)輥位移反饋信號(hào)進(jìn)行比較得到電壓之差，實(shí)現(xiàn)紙卷芯軸處氣缸活塞位移的變化，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力大小的改變，達(dá)到張力數(shù)值穩(wěn)定的目的。 圖 31 在氣動(dòng)張力控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的電量通過氣電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸給的電信號(hào)使氣缸活塞在任意 位置定位。閉環(huán)控制抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高。圖中 E為電信號(hào)， P為氣信號(hào)。浮動(dòng)輥會(huì)繞著支撐軸心回轉(zhuǎn)，安裝在支撐軸心部的電位計(jì)將這個(gè)回轉(zhuǎn)帶來的電壓的變化檢出并輸出一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的張力電壓信號(hào)控制張力系統(tǒng)紙卷制動(dòng)力的大小。如果紙帶開卷張力等于設(shè)定的張力，浮動(dòng)輥的位置不變。印刷生產(chǎn)中張力控制就是要保證這個(gè)初始設(shè)定的張力數(shù)值的穩(wěn)定。系統(tǒng)中的浮動(dòng)輥在起到穩(wěn)定紙帶張力，通過浮動(dòng)輥位置變化來給紙卷施加一定的阻力。張力傳感器放置在輸紙路線中某一個(gè)浮動(dòng)輥處。氣動(dòng)張力控制系統(tǒng)主要是通過氣動(dòng)裝置的氣壓信號(hào)在制動(dòng)氣腔中產(chǎn)生不同的負(fù)壓實(shí)現(xiàn)對(duì)紙卷芯軸的制動(dòng)。制動(dòng)力根據(jù)氣缸中氣壓的變化驅(qū)動(dòng)制動(dòng)閘墊和固定閘盤之間的摩擦狀態(tài)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。隨著紙卷尺寸的不斷減小，制動(dòng)力也要隨著減少。這樣紙帶在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的作用下連續(xù)不斷地進(jìn)入印刷裝置中實(shí)現(xiàn)印刷工作。 ??tM —— 磁粉離合器的輸出力矩。 0F —— 給定的紗線張力 。 2. 張力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)張力控制器的力矩平衡原理得出卷軸的力矩方程 : ? ? ? ? ? ? ? ?tMtRFttJ ?? 0? (1) 式中 : ??tJ —— 卷軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。氣動(dòng)式張力控制系統(tǒng)控制平穩(wěn)、動(dòng)作迅速、控制質(zhì)量好而在高檔卷筒紙印刷機(jī)中得到了非常廣泛的應(yīng)用 [7]。 控制力進(jìn)行紙卷張力是通過紙卷制動(dòng)裝置的制動(dòng)力大小調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)張力控制；力方式進(jìn)行的張力控制系統(tǒng)主要是在給紙部 分，通過采用各種不同的制動(dòng)器對(duì)紙帶進(jìn)行制動(dòng)的方式。閉環(huán)控制的特點(diǎn)是隨機(jī)性強(qiáng)，控制精度高。閉環(huán)張力控制系統(tǒng)是通過檢測(cè)裝置對(duì)張力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果送回到系統(tǒng)中。 目前張力控制的方法主要有電磁式、氣動(dòng)式和電子張力控制等。目前中國引進(jìn)的先進(jìn)的卷筒紙膠印機(jī)配置的供紙機(jī)絕大多數(shù)都是 MEGTEC公司的產(chǎn)品，使用較多的 MEG DLP1000、 DPL2． 50、 DCA型供紙機(jī)等。 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 卷筒紙 張力 的 控制 張力控制方法 目前印刷行業(yè)中采用的卷筒紙印刷機(jī)配備多為進(jìn)口設(shè)備，國產(chǎn)機(jī)大部分也配備進(jìn)口的給紙系統(tǒng)。 解決辦法 :檢查紙卷是否有問題，檢查張力控制系統(tǒng)調(diào)整是否有誤和失靈，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。 紙帶張力變化太大。在生產(chǎn)過程中，隨著紙卷尺寸的不斷減小，為保持紙帶的張力恒定，需對(duì)制動(dòng)力矩進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。 為了保證紙帶在印刷過程中張力大小的恒定、滿足印刷工作要求，紙卷制動(dòng)器必須能夠根據(jù)紙帶張力波動(dòng)的情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以保證紙帶勻速、平穩(wěn)地進(jìn)入印刷裝置。同樣的紙帶驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)紙卷直徑尺寸不同時(shí)，紙帶上的張力就會(huì)不同。紙卷在制造過程中紙帶纏繞的不均、歪斜；紙卷在運(yùn)輸和儲(chǔ)存中受到擠壓都會(huì)導(dǎo)致紙卷形狀的變化、產(chǎn)生偏心、外圓不規(guī)則等狀況。 影響紙帶張力變化的原因很多，各種因素的影響結(jié)果也不盡相同。如紙帶飄移、起皺褶、破口或撕裂，從而影響生產(chǎn)質(zhì)量并造成紙帶浪費(fèi)。在印刷過程中紙帶的張力需要恒定不變和大小適當(dāng)。在高速運(yùn)行中完成印刷圖像所有細(xì)節(jié)的轉(zhuǎn)移，要求紙帶和印刷裝置的瞬間速度必須一致。只有把紙帶以一定的力量拉緊才能有效地控制它的運(yùn)動(dòng)。在印刷過程中假如紙帶處于無約束狀態(tài)自由展開，則紙帶就不能完成印刷工作。這種印刷機(jī)在印刷過程中紙是以帶狀，連續(xù)向印刷機(jī)中輸送的。 因 此，在保持紙帶張力穩(wěn)定的前提 下 ，