凹印機印刷過程中張力控制的類型及應用
2019-05-07
一、影響凹印機張力控制的幾個因素
凹印機的張力控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一種輸入量按某種可調(diào)節(jié)的衰減規(guī)律而變化的特殊的隨動系統(tǒng)。張力的控制可以說是整機控制的核心。只要張力控制穩(wěn)定，張力變化小，凹印機的套色精度和廢品率就很容易控制。
因此，要想確保凹印質(zhì)量和效率必須配備功能完善的張力控制系統(tǒng)。然而，在印刷過程中，使凹印機張力產(chǎn)生波動和變化的因素往往比較復雜，其主要影響因素大致有如下幾個方面：
1、凹印機料卷在收、放卷過程中，收卷和放卷直徑是不斷變化的，直徑的變化必須會引起張力的變化。放卷在制動力矩不變的情況下，直徑減少，張力將隨之增大。而收卷則相反，如果收卷力矩不變時，隨著收卷直徑增大，張力將減少。這是凹印機的固有特性所決定的，也是引起料帶張力變化的主要因素之一。
2、凹印機各主要構件如底座、墻板、導輥等的制造精度和裝配精度存在偏差。例如底座組裝的平面度和直線度，墻板與底座組裝的垂直度以及各版輥、導輥組裝的水平度和它們相互之間的平行度，它們各自的跳動量偏差，質(zhì)量動靜平衡偏差等等，都要求十分嚴格。否則料帶在版輥和眾多導輥上運行時，料帶上的張力就會隨之發(fā)生微小變化。最終就會反映到整臺機上，導致張力產(chǎn)生無規(guī)律變化。另外，凹印機主傳動系統(tǒng)中的各齒輪、減速箱應做到無間隙精密傳動，確保各印刷單元的版輥同步運轉(zhuǎn)，如果印刷過程中引起傳動同步誤差，也勢必使各印刷單元的張力產(chǎn)生變化。
3、料帶內(nèi)在材質(zhì)的不均勻性。如材料彈性模量的波動，材料厚度沿寬度、長度方向變化等，料卷的質(zhì)量偏心，以及生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度變化，都會對整機的張力波動帶來微妙的影響。
4、凹印機在不停機自動接換料過程中，接料和斷料都會使整機原已穩(wěn)定的張力突然產(chǎn)生干擾變化。設備運行速度愈高，干擾就愈大。此時，張力控制系統(tǒng)應當能迅速地根據(jù)料帶張力干擾情況自動地隨機進行調(diào)整，使張力及時地恢復原來的穩(wěn)定狀態(tài)。
二、凹印機張力控制的類型、檢測方式及應用
1.張力控制的主要類型和特點
張力控制是指能夠持久地控制料帶在設備上輸送時的張力的能力。這種控制對機器的任何運行速度都必須保持有效，包括機器的加速、減速和勻速。即使在緊急停車情況下，它也有能力保證料帶不產(chǎn)生絲毫破損。凹印機張力控制基本上分手動張力控制，開環(huán)式半自動張力控制和閉環(huán)式全自動張力控制三大類。手動張力控制就是在收卷或放卷過程中，當卷徑變化到某一階段，由操作者調(diào)節(jié)手動電源裝置，從而達到控制張力的目的。不過現(xiàn)代凹印機手動張力控制系統(tǒng)已基本被淘汰，而僅僅作為閉環(huán)式全自動張力控制系統(tǒng)中的一種操作模式存在。開環(huán)式半自動張力控制又稱卷徑檢測式張力控制，它是用安裝在卷軸處的接近開關、檢測出卷軸的轉(zhuǎn)速，并通過所設定的卷軸直徑初始值和材料厚度，累積計算求得收卷或放卷筒當前的直徑，相應卷徑的變化輸出控制信號，以控制收卷轉(zhuǎn)矩或放卷制動轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)整料帶的張力。因為卷軸每轉(zhuǎn)一圈，卷徑會發(fā)生2倍于料帶厚度的變化。此種張力控制不受外界剌激的影響，能實行穩(wěn)定的張力控制。但是，由于受傳動裝置的轉(zhuǎn)矩變化、線性變化和機械損耗等因素影響，這種張力控制的絕對精度較差。閉環(huán)式全自動張力控制是由張力傳感器直接測定料帶的實際張力值，然后把張力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成張力信號反饋回張力控制器，通過此信號與控制器預先設定的張力值對比，計算出控制信號，自動控制執(zhí)行單元則使實際張力值與預設張力值相等，以達到張力穩(wěn)定目的。它是目前較為先進的張力控制方法。另外，在我國制造和銷售的中、高檔印刷機張力控制系統(tǒng)中，由于更高的印刷速度及生產(chǎn)工藝對張力控制提出了更高的要求，使得磁粉離合器已不能勝任該類系統(tǒng)的執(zhí)行單元。因此在現(xiàn)代凹印機、高速分切機、高速涂布復合機中已被交、直流伺服電機執(zhí)行單元所取代，實現(xiàn)了更加先進的張力伺服控制。
如果你的機器需要非常精確的張力控制，你必須采用閉環(huán)式全自動張力控制。其中一個很重要的環(huán)節(jié)就是如何合理地選擇張力檢測方式。目前，張力檢測方式基本上分三種： ?、購埩鞲衅鳈z測方式：它是對張力直接進行檢測，與機械緊密地結合在一起，沒有移動部件的檢測方式。通常兩個傳感器配對使用，將它們裝在檢測導輥兩側(cè)的端軸上。料帶通過檢測導輥施加負載，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測出實際張力值，并將此張力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成張力信號反饋給張力控制器。最終實現(xiàn)張力閉環(huán)控制。市場上彈力傳感器的類型較多，經(jīng)常采用的有板簧式微位移張力傳感器(如日本三菱LX-TD型)，應變電阻片張力傳感器(如美國蒙特福T系列)和壓磁式張力傳感器(如中國ABB枕式系列)等等。其優(yōu)點是檢測范圍寬，響應速度快，線性好。缺點是不能吸收張力的峰值，機械的加減速難以處理，不容易實現(xiàn)高速切換卷等。因此，當處于平衡狀態(tài)的張力控制系統(tǒng)受到較強的干擾時，系統(tǒng)瞬間來不及作出反應，料帶上張力變化的幅度值會較大，對張力控制盡快重新進入平衡狀態(tài)不利。
?、诟≥伿?Dancer?Arm)張力檢測方式：它是一種間接的張力檢測方式，實質(zhì)上是一種位置控制，當張力穩(wěn)定時，料帶上的張力與氣缸作用力保持平衡，使浮輥處于中央位置。當張力發(fā)生變化時，張力與氣缸作用力的平衡被破壞，浮輥位置會上升或下降，此時擺桿將繞M點轉(zhuǎn)動并帶動浮輥電位器一起轉(zhuǎn)動。這樣，浮輥電位器準確地檢測出浮輥位置的變化，它將以位置信號反饋給張力控制器，控制器經(jīng)過計算并輸出控制信號，控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)進行糾偏。然后浮輥恢復到原來的平衡位置。由于浮輥式張力檢測裝置本身是一種儲能結構，利用其自身的沉余作用，對大范圍的張力跳變有良好的吸收緩沖作用，同時也能減弱料卷的偏心（橢圓）以及速度變化對張力的影響。此系統(tǒng)要求氣缸磨擦系數(shù)小，響應速度快，氣源穩(wěn)定。浮輥和擺桿的重量要輕，轉(zhuǎn)動要靈活。
?、鄹≥?反饋復合式張力檢測方式：它可同時檢測由浮輥電位器輸出的浮輥位置信號和張力傳感器輸出的張力信號，從而可向系統(tǒng)提供更高精度的張力控制。其特點是：它不但具有浮輥控制對大范圍張力跳變的吸收或緩沖功能，而且還對機器加、減速時有很好的緩沖平穩(wěn)作用，并容易實現(xiàn)高速切換卷。具有張力傳感器閉環(huán)控制的高精度、高重復性的特點。例如美國蒙特福(MONTALVO)公司的X/D3000型浮輥/反饋復合式張力控制裝置就屬于該種類型。
2.張力控制的典型應用
①放卷、進料牽引、出料牽引、收卷采用主控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。四段張力即指放卷張力，進料牽引張力，出料牽引張力，收卷張力等四部分張力。所有四段張力均通過交流矢量變頻電機來實現(xiàn)張力自動控制。可進行速度、張力、卷徑等參數(shù)的設定，還可實時顯示速度、張力等參數(shù)狀況。系統(tǒng)控制精度高，反應快，穩(wěn)定性好。操作人員可在機器的任何部位進行啟動、加速、減速或停止操作，操作非常便利。在放料、收料墻板上除裝有張力控制操作盤外，還裝有整臺機器啟動、停止及緊急停止開關。由于采用交流矢量變頻電機收料，控制的速度范圍較寬，無論在低速還是高速都具有良好的性能，可實現(xiàn)錐度張力控制，收卷效果極佳。另外還包括高速不停機全自動接料及切料，收、放卷預驅(qū)動，安全自動報警及長度自動計數(shù)和顯示控制功能等。最大控制張力20kg，主機印刷速度0～200m/min。
②浮輥式張力伺服控制系統(tǒng)?浮輥式張力伺服數(shù)控裝置系統(tǒng)采用四段閉環(huán)式全自動張力伺服控制系統(tǒng)。四段張力即指放卷張力、進料牽引張力、出料牽引張力和收卷張力等四部分。四段張力控制均由每段設置的張力控制器，通過其浮輥位移檢測裝置的反饋構成閉環(huán)進行自動控制。所不同的是放卷和收卷單元采用了交流矢量變頻電機，而進料牽引和出料牽引單元卻采用了伺服電機。一方面，由于放卷和收卷單元采用了交流矢量變頻電機，控制的速度范圍較寬，精度高，無論是在低速還是在高速都具有良好的性能，只要閉環(huán)控制矢量變頻電機就可得到穩(wěn)定的放卷張力和收卷張力。另一方面，進料牽引和出料牽引單元選用伺服電機，是因為牽引張力控制器通過浮輥位移檢測裝置的反饋構成閉環(huán)，并根據(jù)主機設置線速度控制伺服電機得到穩(wěn)定的張力。正因為如此，必須與主機聯(lián)動，由中央控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。
另外，系統(tǒng)還具有高速運轉(zhuǎn)不停機切換卷，收、放卷預驅(qū)動，安全自動報警及長度自動計數(shù)和顯示控制等功能。該系統(tǒng)不但控制精度高，反應快，張力波動小，還能當蓄能器使用，可吸收系統(tǒng)中突然產(chǎn)生的張力峰值。并且它很容易實現(xiàn)高速切換卷，在機器加、減速時有很好的緩沖吸收作用。
