CN103241575B

CN103241575B - 自动纠偏恒速恒张力复卷机

Info

Publication number: CN103241575B
Application number: CN201310206943.5A
Authority: CN
Inventors: 赵武; 王晨; 李小明; 樊小西; 曾杰; 杨凯; 夏鹏; 李小龙; 胡炳星; 尚万; 郭鑫; 张君松; 张永备; 牛振宇; 张凯; 陈领
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: CN103241575A

Abstract

自动纠偏恒速恒张力复卷机。在机架上装磁粉制动器、悬臂式放卷气胀轴；放卷膜穿过放卷力传感器辊、放卷导向辊，送入膜加工装置，形成放卷张力控制装置。在机架上固定丝杆滑台和步进电机，台面上固定变频电机、磁粉离合器和悬臂式收卷气胀轴；收卷膜顺次穿过光电位置传感器、收卷力传感器辊、编码器辊，最后穿入膜加工装置，形成收卷张力、速度和纠偏等控制装置。且采用有预设值程控的放卷力、收卷力和纠偏控制器，自动控制膜恒张力、自动纠偏。设可编程控制器PLC、变频器和变频电机控制膜传送恒速。本机实现多功能控制，解决了应力变形大、粘度不均、跑偏等，质量及效率高。整机简单、设计合理、操作维护方便。特别适用于聚四氟乙烯胶带卷的复卷。

Description

自动纠偏恒速恒张力复卷机

(一)技术领域

本发明是一种复卷机,尤其是涉及一种胶带和包装行业生产聚四氟乙烯胶带的复卷机。属薄料的传送类(B65H)。

(二)技术背景

现有的聚四氟乙烯胶带产品，是将聚四氟乙烯原料膜经膜加工装置在其表面经过特殊处理后涂覆有机硅压敏胶粘剂，进而制成聚四氟乙烯胶带卷。因为聚四氟乙烯在所有塑料制品中，它的性能最为稳定：无毒害、耐酸、耐碱、耐高温、耐介电、不易与其他物质化学反应，摩擦系数极低，理想涂料。有塑料王的美称。正是它的化学稳定性导致了这种材料的惰性，很难与其他材质进行粘合，因表面必须经过特殊处理后才能涂覆有机硅压敏胶粘剂，进而制成聚四氟乙烯胶带卷。

基于上述状况，在对聚四氟乙烯原料膜涂胶处理时，需要将原料膜送入膜加工装置中进行放卷处理，以及将处理完的胶带卷成卷状的过程进行收卷处理，这两种处理均需要特制的复卷机来完成。

现有的复卷机存在如下问题：1)因为传送中的膜的张力波动大，应力累积，胶带严重变形；当应力过大、胶带拉坏。2)因收放卷时原料膜卷径变化带来膜传送速度不均，涂胶不均匀，粘结度不均。3)传送中入卷位置不稳定，导致胶带在卷筒上位置严重跑偏。4)胶带产品质量合格率低，生产效率低。5)应用范围有限：不能用于聚四氟乙烯胶带卷的复卷。

(三)发明内容

本发明提供的自动纠偏恒速恒张力复卷机，就是要解决现有复卷机生产的胶带严重变形、跑偏、粘结度不均、合格率低、生产效率低、不能用于聚四氟乙烯胶带卷等问题。

技术方案如下：

自动纠偏恒速恒张力复卷机，包括：膜加工装置；其特征是:

1)在膜加工装置放卷端，设放卷张力控制装置，包括：固定在机架右中架上的输出可控阻尼的磁粉制动器，与磁粉制动器传动连接的悬臂式放卷气胀轴，放卷气胀轴外的放卷膜顺次穿过固定在机架左中架上的放卷力传感器辊、放卷导向辊，最后送入固定于机架左上架的膜加工装置内；设放卷力控制器：其信号输入端接放卷力传感器，输出端接磁粉制动器。2)在膜加工装置收卷端，设收卷张力控制装置、速度控制装置和纠偏装置，包括：固定在机架右上架的丝杆滑台和步进电机；在丝杆滑台台面上固定顺次传动连接的变频电机、输出受控转矩的磁粉离合器、悬臂式收卷气胀轴，收卷气胀轴外的收卷膜顺次穿过固定在机架右外侧的光电位置传感器、收卷力传感器辊、固定在机架左下台面上的编码器辊，收卷膜最后穿入膜加工装置；设收卷力控制器：其信号输入端接收卷力传感器，输出端接磁粉制动器；设可编程控制器PLC、变频器、电源，可编程控制器PLC信号输入端接编码器，变频器输出端接变频电机；设纠偏控制器：其信号输入端接光电位置传感器，输出端接步进电机。3)上述放卷力控制器、收卷力控制器和纠偏控制器分别采用对张力和位置参数设预设值的程控控制器。

上述程控控制器可采用单片机。上述机架可由工业铝型材和紧固件组成。

在上述磁粉制动器与放卷气胀轴之间装设支撑的双轴承座，放卷气胀轴外端悬臂放置。在上述磁粉离合器与收卷气胀轴之间装支撑的双轴承座，收卷气胀轴外端悬臂放置。上述丝杆滑台的结构在后面实施例结合附图说明。

本发明有益效果：

1)本复卷机同时实现了放卷张力、收卷张力、传送速度、入卷纠偏等多功能控制。控制放卷端张力恒定，使聚四氟乙烯原料膜在膜加工装置中受力均匀。控制收卷端张力恒定，有利于入卷时张力稳定，应力不大。总体实现张力平稳，进而彻底解决了因张力波动大导致胶带应力过大、严重变形的问题。彻底解决了速度不均，粘结度不均的问题，以及解决了入卷膜严重跑偏的问题，极大地提高了复卷产品质量及生产效率，满足了聚四氟乙烯胶带加工的工艺要求。2)机构简单、设计合理：选择在机架右中架固定放卷端磁粉制动器和放卷气胀轴。机架右上架固定收卷端丝杆滑台、步进电机、变频电机、磁粉离合器、收卷气胀轴，这五个放于一处的收卷端的机构完成张力，速度和纠偏三个功能的控制。原料膜依次经过放卷气胀轴、放卷力传感器辊、放卷导向辊、膜加工装置、编码器辊、收卷力传感器辊、光电位置传感器和收卷气胀轴，这个膜传送路径是合理的较短距离。各种控制器集中放置在膜加工装置后侧，使机架利用率高。3)操作维护方便：由于放卷和收卷端均采用气胀轴以及悬臂式结构，其上料、卸料非常简便。由于采用预设参数的程控控制器，实现一键式启动，操作维护方便。4)本发明复卷机控制精度高，可靠性高。

(四)附图说明

图1本发明整体机构正视示意图(Y-Z)。

图2图1A向视图，收卷端机构轴向视图(Z-X)。

图3图2A-A剖视图，丝杆滑台4.4结构图。

图4放卷张力控制装置1控制原理框图。

图5收卷张力控制装置2控制原理框图。

图6速度控制装置3控制原理框图。

图7纠偏装置4控制原理框图。

图8本发明整体机构正面斜立体图。

图9本发明整体机构后面斜立体图。

(五)具体实施方式

本实施例自动纠偏恒速恒张力复卷机，用于聚四氟乙烯胶带加工，如下组成：

见图1，在膜加工装置5放卷端，设放卷张力控制装置1，如下组成：见图8，固定在机架6右中架6.1上的输出可控阻尼的磁粉制动器1.3，与磁粉制动器传动连接的悬臂式放卷气胀轴1.4，磁粉制动器1.3与放卷气胀轴1.4之间装支撑的双轴承座1.7，放卷气胀轴外端悬臂放置。见图1、图8，放卷气胀轴外的放卷膜1.5顺次穿过固定在机架左中架上的放卷力传感器辊1.11、放卷导向辊1.6，最后送入固定于机架左上架6.3的膜加工装置5内。

见图1、图2、图8，在膜加工装置5收卷端，设收卷张力控制装置2、速度控制装置3和纠偏装置4。包括：见图1，固定在机架6右上架6.2的丝杆滑台4.4和步进电机4.3；见图2，在丝杆滑台台面4.41上固定顺次传动连接的变频电机3.4、输出受控转矩的磁粉离合器2.3、悬臂式收卷气胀轴2.4，在磁粉离合器2.3与收卷气胀轴2.4之间装支撑的双轴承座2.6，收卷气胀轴2.4外端悬臂放置。见图1，收卷气胀轴外的收卷膜2.5顺次穿过固定在机架右外侧的光电位置传感器4.1、收卷力传感器辊2.11、固定在机架左下台面6.4上的编码器辊3.11，收卷膜最后穿入膜加工装置5。

见图2、见图3，丝杆滑台4.4包括：丝杆滑台台面4.41、在平台下面两侧的导轨滑块机构4.44、固定于平台下面中部的螺母4.42以及由步进电机4.3驱动的与螺母内螺纹啮合的丝杆4.43。见图2，丝杆轴向X两端可设支撑丝杆的丝杆轴承4.45。导轨滑块机构4.44中上方滑块固定于丝杆滑台台面4.41，下方导轨固定于机架右上架6.2。

见图8，上述机架6由工业铝型材和紧固件组成。

见图4，设放卷力控制器1.2：其信号输入端接放卷力传感器1.1，输出端接磁粉制动器1.3。见图5，设收卷力控制器2.2：其信号输入端接收卷力传感器2.1，输出端接磁粉离合器2.3。见图6，设可编程控制器PLC3.2、变频器3.3、电源3.5(同时见图9)，可编程控制器PLC信号输入端接编码器3.1，变频器输出端接变频电机3.4。见图7，设纠偏控制器4.2：其信号输入端接光电位置传感器4.1，输出端接步进电机4.3。

上述放卷力控制器1.2、收卷力控制器2.2和纠偏控制器4.2分别采用对张力和位置参数设预设值的单片机。

见图9，上述放卷张力控制器1.2，收卷张力控制器2.2，控制速度的可编程控制器PLC3.2、变频器3.3、电源3.5，纠偏控制器4.2等均放于机架左上架膜加工装置5后侧。

见图8，图1，上述放卷力传感器辊1.11、收卷力传感器辊2.11和编码器辊3.11分别为放卷力传感器1.1、收卷力传感器2.1和编码器3.1装设的使放卷膜或收卷膜穿过并传送的辊。

下面通过安装启动控制过程进一步描述本发明的控制系统，步骤如下：

1)穿原料膜：见图1，首先把原料膜1.5安置于放卷气胀轴1.4，依次经过放卷力传感器辊1.11、放卷导向辊1.6、膜加工装置5、编码器辊3.11、收卷力传感器辊2.11、光电位置传感器4.1，最终原料膜的另一端粘接于收卷气胀轴2.4。本文为了区别，在放卷端的原料膜称为放卷膜1.5。在收卷端的涂覆有机硅压敏胶粘剂制成聚四氟乙烯胶带，称为收卷膜2.5。

2)设预设值：主机电源启动，通过放卷力控制器1.2设定放卷张力预设值；通过收卷力控制器2.2设定收卷张力预设值；通过纠偏控制器4.2设定收卷膜位置预设值。启动开关，复卷机开始工作。

3)复卷机开始启动后，首先在收卷侧，见图2、图5，变频电机3.4通过磁粉离合器2.3给收卷气胀轴2.4输出受控转矩，并传给收卷膜2.5，此时收卷力传感器2.1检测膜张力并给收卷力控制器2.2传递力信号，收卷力控制器接收力信号并与收卷侧张力预设值进行比较运算，然后给磁粉离合器输出控制模拟信号，磁粉离合器根据信号产生相应滑差，进而向收卷气胀轴2.4传递可控转矩和向收卷膜2.5传递可控张力，形成张力闭环控制系统。实现复卷机收卷端恒张力功能。

4)在放卷侧，见图8，磁粉制动器1.3与放卷气胀轴1.4、放卷膜1.5传动连接，输出可控阻尼。同时见图4，放卷力传感器1.1检测放卷膜张力并给放卷力控制器1.2传递力信号，放卷力控制器1.2接收力信号并与放卷侧张力预设值进行比较运算，并给磁粉制动器输出控制模拟信号，磁粉制动器根据信号产生相应滑差，进而向放卷气胀轴1.4、放卷膜1.5输出可控阻尼，形成张力闭环控制系统。由此实现复卷机放卷侧的恒张力功能。

5)为了克服收放卷时原料膜卷径变化对速度的影响。见图8，编码器辊3.11由收卷膜的摩擦力驱动，做无滑差转动。见图6，编码器3.1接收脉冲信号，转换为膜的线速度后，可编程控制器PLC3.2将脉冲信号与预设的速度值做比较运算，并给变频器3.3输出控制模拟信号，改变变频器的输出频率，(同时见图2)，控制变频电机3.4的转速，进而控制收卷气胀轴2.4的转速和收卷膜2.5的传送速度。形成速度闭环控制系统。

6)见图7，光电位置传感器4.1检测收卷膜2.5相对收卷气胀轴2.4的位置，并给纠偏控制器4.2发出脉冲信号，纠偏控制器比较运算后给步进电机4.3输出控制信号。同时见图2，步进电机4.3正转或反转。通过丝杆滑台4.4调整收卷气胀轴2.4的轴向X位置，达到精确控制收卷膜2.5入卷位置的目的，并形成位置闭环控制系统。

见图3，图2，步进电机旋转，带动丝杆4.43相对螺母4.42旋转，由螺纹作用推动螺母4.42和丝杆滑台台面4.41沿轴向移动，此时台面下的导轨滑块机构4.44中滑块同步在导轨上滑动。滑台台面上的变频电机3.4、磁粉离合器2.3、收卷气胀轴2.4、收卷膜2.5等随同轴向移动。

Claims

1.自动纠偏恒速恒张力复卷机，包括：膜加工装置；其特征是:

1）在膜加工装置放卷端，设放卷张力控制装置（1），包括：固定在机架（6）右中架上的输出可控阻尼的磁粉制动器（1.3），与磁粉制动器传动连接的悬臂式放卷气胀轴（1.4），放卷气胀轴外的放卷膜（1.5）顺次穿过固定在机架左中架上的放卷力传感器辊（1.11）、放卷导向辊（1.6），最后送入固定于机架左上架的膜加工装置（5）内；设放卷力控制器（1.2）：其信号输入端接放卷力传感器（1.1），输出端接磁粉制动器（1.3）；

2）在膜加工装置收卷端，设收卷张力控制装置（2）、速度控制装置（3）和纠偏装置（4），包括：固定在机架右上架的丝杆滑台（4.4）和步进电机（4.3）；在丝杆滑台台面（4.41）上固定顺次传动连接的变频电机（3.4）、输出受控转矩的磁粉离合器（2.3）、悬臂式收卷气胀轴（2.4），收卷气胀轴外的收卷膜（2.5）顺次穿过固定在机架右外侧的光电位置传感器（4.1）、收卷力传感器辊（2.11）、固定在机架左下台面上的编码器辊（3.11），收卷膜最后穿入膜加工装置；设收卷力控制器（2.2）：其信号输入端接收卷力传感器（2.1），输出端接磁粉离合器（2.3）；设可编程控制器PLC（3.2）、变频器（3.3）、电源（3.5），可编程控制器PLC信号输入端接编码器（3.1），变频器输出端接变频电机；设纠偏控制器（4.2）：其信号输入端接光电位置传感器，输出端接步进电机;

3）上述放卷力控制器、收卷力控制器和纠偏控制器分别采用对张力和位置参数设预设值的程控控制器。

2.按权利要求1所述复卷机，其特征是所述程控控制器采用单片机。

3.按权利要求1所述复卷机，其特征是机架由工业铝型材和紧固件组成。

4.按权利要求1所述复卷机，其特征是在磁粉制动器与放卷气胀轴之间装支撑的双轴承座（1.7），放卷气胀轴外端悬臂放置；在磁粉离合器与收卷气胀轴之间装支撑的双轴承座（2.6），收卷气胀轴外端悬臂放置。

5.按权利要求1所述复卷机，其特征是丝杆滑台包括：最上面的丝杆滑台台面（4.41）、在平台下面两侧的导轨滑块机构（4.44）、固定于平台下面中部的螺母（4.42）以及由步进电机驱动的与螺母内螺纹啮合的丝杆（4.43）。