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中心驱动低张力卷装
佚名
2023/7/7
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中心驱动低张力卷装

卷绕传动分表面传动和中心传动。传统的收卷采用表面传动,凭驱动辊通过摩擦力驱动卷筒的表面而进行收卷。由于驱动辊的半径始终不变,因此速度与电动机的转速成固定关系。但是,由于摩擦力的大小与卷筒的质量有关,并非常量;而摩擦力的大小影响打滑的程度。所以,当电动机转速恒定时,线速度也不可能完全不变。此外,其张力不易控制,在冷轧堆收卷时,碱氧工艺液易挤压流失。再者,摩擦对某些织物亦容易发生损伤或产生静电。这样,收卷应用中心传动得到工程师们的关注。
(1)收卷机构的张力控制
在图3—11卷绕系统示意的系统中,卷筒直径为D;织物张力F;M1单元织物线速度v1;收卷单元M2运行的线速度v2。显而易见,当v2<v1,织物将松弛悬帘;若v2>v1,织物则张紧,根据胡克定律,织物内的张力F为

式(3-1)中可见,织物在作为张力调节对象时,是一个积分环节,图3—12是其信号传递函数。显然,在稳定运行中,不论v1或v2有任何波动,都将引起织物张力的波动。

图3-11 卷绕系统示意 图3-12 张力环节传递函数
①传动电动机为了驱动卷筒,并使织物保持所需张力,必须平衡下列阻转矩:卷绕力矩Mf=F·D/2等,电动机传动机构及卷筒支承轴上的摩擦力矩Mm,卷绕机构在加、减速过渡过程所需的动态力矩Md。因此,电动机输出的电磁转矩MD=Mf+Mm+Md。
从自动调节原理的角度看,不管卷径D的变化,还是Mm或Md、v1的变化,都得引起张力的波动,它们都是对张力的扰动量。
②图3-11所示卷绕系统,两个传动点M、N间的速度差将引起织物张力的变化。设织物的弹性系统数为Kf,根据胡克定律有

式中,tf是织物由拖引辊传送到卷轴所用的时间;△L(tf)是两个传动点之间织物的伸长量。由此可知,在整个卷绕过程中,如能保证v3(t)-v1(t)三常数,则dF(f)/dt≡O,即张力是恒定不变的。而实际上有两种情况会引起张力的变化。其一是加速与减速引起张力变化,当M点送布速度v1(t)加速或减速时,由于卷绕系统的转动惯量不同,v2(t)可能跟不上v1(t)的变化,即[v2(t)-v1(t)]发生变化,因此将导致张力的变化。为了M、N两点间的速差Av等于常数,在加、减速过程中必须对收卷机构的惯性进行补偿,也就是说对动态力矩进行补偿,简称动态补偿。再有的是随着卷径变化引起的张力变化。在卷绕过程中,卷轴越卷越大,卷绕线速度v2(t):w2(t)·r2(t)不变的条件下,则随收卷卷筒半径(r2)的增大而升高,致使张力增大。因此对卷径的变化也需进行补偿。由前述所知,若希望以恒张力收卷,则△L(tf)应为常数,即v2(t)=v1(t),这说明,张力控制系统属线速度跟随系统。然而,从传送织物长度分析,△L(tf)为常数,张力控制系统又是位置随动系统。


卷绕传动分表面传动和中心传动。传统的收卷采用表面传动,凭驱动辊通过摩擦力驱动卷筒的表面而进行收卷。由于驱动辊的半径始终不变,因此速度与电动机的转速成固定关系。但是,由于摩擦力的大小与卷筒的质量有关,并非常量;而摩擦力的大小影响打滑的程度。所以,当电动机转速恒定时,线速度也不可能完全不变。此外,其张力不易控制,在冷轧堆收卷时,碱氧工艺液易挤压流失。再者,摩擦对某些织物亦容易发生损伤或产生静电。这样,收卷应用中心传动得到工程师们的关注。
(1)收卷机构的张力控制
在图3—11卷绕系统示意的系统中,卷筒直径为D;织物张力F;M1单元织物线速度v1;收卷单元M2运行的线速度v2。显而易见,当v2<v1,织物将松弛悬帘;若v2>v1,织物则张紧,根据胡克定律,织物内的张力F为

式(3-1)中可见,织物在作为张力调节对象时,是一个积分环节,图3—12是其信号传递函数。显然,在稳定运行中,不论v1或v2有任何波动,都将引起织物张力的波动。

图3-11 卷绕系统示意 图3-12 张力环节传递函数
①传动电动机为了驱动卷筒,并使织物保持所需张力,必须平衡下列阻转矩:卷绕力矩Mf=F·D/2等,电动机传动机构及卷筒支承轴上的摩擦力矩Mm,卷绕机构在加、减速过渡过程所需的动态力矩Md。因此,电动机输出的电磁转矩MD=Mf+Mm+Md。
从自动调节原理的角度看,不管卷径D的变化,还是Mm或Md、v1的变化,都得引起张力的波动,它们都是对张力的扰动量。
②图3-11所示卷绕系统,两个传动点M、N间的速度差将引起织物张力的变化。设织物的弹性系统数为Kf,根据胡克定律有

式中,tf是织物由拖引辊传送到卷轴所用的时间;△L(tf)是两个传动点之间织物的伸长量。由此可知,在整个卷绕过程中,如能保证v3(t)-v1(t)三常数,则dF(f)/dt≡O,即张力是恒定不变的。而实际上有两种情况会引起张力的变化。其一是加速与减速引起张力变化,当M点送布速度v1(t)加速或减速时,由于卷绕系统的转动惯量不同,v2(t)可能跟不上v1(t)的变化,即[v2(t)-v1(t)]发生变化,因此将导致张力的变化。为了M、N两点间的速差Av等于常数,在加、减速过程中必须对收卷机构的惯性进行补偿,也就是说对动态力矩进行补偿,简称动态补偿。再有的是随着卷径变化引起的张力变化。在卷绕过程中,卷轴越卷越大,卷绕线速度v2(t):w2(t)·r2(t)不变的条件下,则随收卷卷筒半径(r2)的增大而升高,致使张力增大。因此对卷径的变化也需进行补偿。由前述所知,若希望以恒张力收卷,则△L(tf)应为常数,即v2(t)=v1(t),这说明,张力控制系统属线速度跟随系统。然而,从传送织物长度分析,△L(tf)为常数,张力控制系统又是位置随动系统。


(2)中心传动收卷机构
在推广应用冷轧堆碱氧一浴工艺过程中,打卷时大量工艺液因表面摩擦驱动流失而造成损失。为改善工艺适应性,可采用中心传动大卷装双工位不停机换卷方案。
如联合机的最高车速为25m/min,最低工艺车速3m/min,工艺车速的调速比25:3;收卷辊直径200mm,工艺要求卷简直径不小于1200mm,卷径比6:1,按以上参数得出联合机中收卷单元机的调速比为1:50。这样,收卷单元采用交流变频调速传动时,变频器将相应输出1~50Hz范围的无级调频。在设计方案中,线速度跟随调节,由升降式松紧架传感器控制。

①收卷中,卷径D=f(t)是一个非线性函数,见图3—13。任一时问卷径D(t)的表达式为

式中,S是织物厚度;V为工艺速度;Dmin是最小织物筒径,即卷辊直径。
某一卷径D(t1)下,在△f时问内卷径增量虽然增加一个相同△D所需时间△t与当时的卷径D(t1)有关,即小卷径时电动机转矩调节频繁,随着卷径加大,调节频率下降,即△t是变量。
②中心传动的动态力矩补偿是一个重要因素。卷径达1.2m(或更大)的收卷机构,一旦中途停车再启动,或加、减速过渡过程,必须进行动态力矩的补偿,以期制约张力变化,而自动调节电动机的输出转矩(Md),最终就能控制张力F的变化。变频器供电,应用电流矢量控制技术,会使收卷机构动态力矩补偿简化,不需附加复杂的控制装置。
③电流矢量控制技术是以磁通监测、神经元等现代控制理论为基础的直接精密的转矩控制。例如VS-616G5安川变频器,无PG电流矢量控制,调速比可达1:100;有PG反馈高达1:1000。速度控制精度无PG为±0.2%,有PG电流矢量控制反馈高达±0.02%.始动转速无PG为1Hz,150%额定转矩;有PG为零速,额定转矩150%.PG是与电动机联轴的编码器,其反馈信号控制电动机转速恒定.当采用非安川标准电动机时,通过输入电动机的铭牌值,电压、额定电流、异步转速、空载电流、极数等参数,进行自适应操作(执行AUTOTURNING程序)后,电动机的运行就具有不带PG反馈的电流矢量控制功能,完成卷径的自动补偿。


由于联合机的启动,制动按时间函数实施“软起动”、“慢停车”,dv/dt值较小,因而筒辊上需要的动态补偿力矩10 -8可知也小了。
采用矢量控制技术,卷径达1.2m的卷筒,停车后大卷径再启动,能正常跟随联合机。

图3-14 渐减张力控制示意图
④中心传动渐减张力的实现见图3—14。升降式松紧架的初始张力设定是采用增减法码,确保收卷过程织物初始张力的恒定。中心传动渐减张力收卷,是将法码由磁粉制动器代替,对张力辊施加阻力矩,改变织物运行中的初始张力。工艺中随着卷筒直径的增大,张力辊作逐渐持续上升,使收卷线速度保持不变的同时,改变电位器Wr滑臂触点输出,控制器使磁粉制动器阻力矩渐减,最终使织物在卷筒上呈里紧外松状况,渐减张力“锥度”可按工艺设定。若Wr用非接触传感,使系统可靠性加强。
中心传动适用于短流程前处理的落布卷装,亦可应用于染整工艺的全过程。中心传动对改善工艺反应性能、节省染化料、实施清洁工艺均有实效。
矢量变频调速可使变频调速传动系统的平稳性、可靠性及调速范围得以提高。
(3)卷绕系统
卷绕系统是一个典型的非线性时变系统。严格来说不管是扰动补偿控制,还是张力闭环控制,都不能得到满意的控制效果,因为闭环控制中,调节器参数是根据系统的本身参数来设计的,但在卷绕过程中,系统本身的参数常常发生很大的变化,而调节器参数却不能随之变化,从而导致系统性能变化,甚至不能正常运行。
目前一些市售产品中,往往采用间接测径来控制线速度恒定,在计算机编程时,往往采用公式(3-3),其中S是织物厚度,二节过程中其反映的是卷轴上的层厚,而这S值层厚与织物纤维、织物的组织结构、织物的单位面积克重、织物运行张力、卷轴大小皆有关,因此S编程公式中的值是一个不定值,这样在实际应用中差异很大,因此,要做到卷绕系统呈现出恒线速度、恒张力、恒带液是不可行的;若要达到恒线速度,则必须实施直接测径。在选购设备时一定要问清实情;机械制造商设计时亦要注意到只有直接测径,才有可能达到恒线速度的控制。



              

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