李燕

摘 要： 張力控制系統(tǒng)具體涉及到張力控制技術(shù)、張力檢測(cè)技術(shù)和張力控制執(zhí)行設(shè)備這三方面，本文主要針對(duì)料卷輸送的張力控制執(zhí)行設(shè)備的關(guān)鍵專利技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分解，并就其專利技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞： 張力控制；制動(dòng)器；離合器；變頻

引言

張力控制通俗的定義，就是讓卷取的物料維持相互緊繃或者拉長的效果。張力控制系統(tǒng)是一種隨動(dòng)的系統(tǒng)，料卷在收放卷的過程中半徑是不斷變化的，放卷時(shí)半徑逐漸變小，相反收卷時(shí)半徑逐漸變大。而卷徑的變化必然會(huì)引起張力的變化，如果張力過小，卷材不緊容易松弛甚至產(chǎn)生橫向移動(dòng)；如果張力過大，容易導(dǎo)致卷材起皺甚至斷裂。因此在料卷收放卷的過程中，為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)以及生產(chǎn)效率，保持張力的恒定是非常重要的。

一、張力控制執(zhí)行設(shè)備

為了保持卷繞過程中卷繞材料張力的恒定，大都在機(jī)械結(jié)構(gòu)上添加各種輔助設(shè)備或采用其他傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在柔性材料的張力恒定控制里，按控制的執(zhí)行對(duì)象的不同可以分為：一種是以磁粉制動(dòng)器/離合器為主要執(zhí)行部件的張力控制設(shè)備，由于磁粉制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)距與通過其電感線圈的電流具有優(yōu)良的線性關(guān)系，因而只要通過相應(yīng)的壓力檢測(cè)器件檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的壓力值對(duì)應(yīng)此輸出相應(yīng)的通過磁粉制動(dòng)器的激勵(lì)電流就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制，保持現(xiàn)場(chǎng)張力的恒定。這類張力控制系統(tǒng)主要用于低張力控制的造紙紡織等行業(yè)中；另外一種就是以變頻電機(jī)為執(zhí)行部件的張力控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)就是通過控制變頻器的勵(lì)磁電流或勵(lì)磁電機(jī)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而保持現(xiàn)場(chǎng)壓力的恒定，該類系統(tǒng)主要應(yīng)用于對(duì)速度和張力都有較高要求的大規(guī)模工業(yè)系統(tǒng)中，如鋼鐵行業(yè)等。

為了明確專利分析的范圍，對(duì)張力控制執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行分支的劃分并作出如下技術(shù)術(shù)語的界定：

二、張力控制執(zhí)行設(shè)備技術(shù)演進(jìn)路線

張力控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收張力控制器的指令信號(hào)，改變卷軸速度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)張力的控制。最早的張力控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械式的離合器/制動(dòng)器，當(dāng)卷軸的速度超過設(shè)定的最大值時(shí)，其發(fā)揮作用來斷開卷軸與電機(jī)的連接從而降低卷軸的轉(zhuǎn)速。

但是由于機(jī)械式的離合器噪音大且需要經(jīng)常更換，同時(shí)其僅能保證卷軸的轉(zhuǎn)速不超過設(shè)定的最大值，不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的勻速變緩，因此1936年9月14日，英國的ALFRED JOHNSON提出的申請(qǐng)GB453643A公開了在布料生產(chǎn)過程中，將螺旋彈簧與離合器連接來實(shí)現(xiàn)張力緩慢變化的方法；1942年1月20日，英國的GOSS打印機(jī)有限公司在其申請(qǐng)GB542618A中指出，利用液壓離合器來實(shí)現(xiàn)紙卷張力的控制，并且在同年2月18日的申請(qǐng)GB543300A中又提出利用渦流離合器來實(shí)現(xiàn)張力的恒定控制；直到1961年7月6日，德國的KUESTERS EDUARD在其申請(qǐng)DE1110294B中第一次提出了采用電磁離合器來對(duì)布卷進(jìn)行張力控制，在1963年12月31日，美國的PACKAGE機(jī)械公司也提出了利用電磁離合器控制織物卷繞時(shí)的張力；隨著磁粉離合器的出現(xiàn)，1967年7月10日，法國的ETUDES DE MACHINES SPECIALES在其申請(qǐng)F(tuán)R1537796中首次將磁粉離合器用于織物卷繞的張力控制裝置中；而隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)，1968年12月17日，美國的KARLSRUHE AUGSBURG IWEKA在申請(qǐng)US3416205中公開了利用變頻器來接受傳感器的信號(hào)并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的技術(shù)方案，且公開了將該技術(shù)方案用于卷繞裝置的張力恒定控制中。

之后人們也對(duì)上述幾種張力控制執(zhí)行裝置做了改進(jìn)，例如1988年4月15日德國的蘇克-穆勒-哈科巴股份有限公司在其申請(qǐng)DE29806739中提出了一種利用翻轉(zhuǎn)杠桿配合彈簧來控制制動(dòng)盤最終實(shí)現(xiàn)紗線卷繞過程中的張力控制的技術(shù)方案；2004年4月30日日本的小森公司在其申請(qǐng)JP2004-136128A中提出了一種氣動(dòng)制動(dòng)器，并配合同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力的加速電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)供紙裝置的張力控制，但是目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的最多的張力控制執(zhí)行裝置依然是磁粉制動(dòng)器/離合器和變頻電機(jī)這兩種。

中國在張力控制執(zhí)行裝置這一領(lǐng)域的發(fā)展相比于國外要晚30年左右。1990年3月7日，沈陽造紙廠在其申請(qǐng)CN2054026U中首次提出利用電磁轉(zhuǎn)差離合器來替代原有的機(jī)械式離合器，進(jìn)而控制放紙輥的轉(zhuǎn)速達(dá)到紙卷張力均勻的目的；1992年2月26日，常州輕工機(jī)械廠在沈陽造紙廠的基礎(chǔ)上提出申請(qǐng)CN2097192U，并在該申請(qǐng)中提出了采用磁粉制動(dòng)器、直流發(fā)電機(jī)、電磁離合器、氣缸或油缸為執(zhí)行元件的摩擦式制動(dòng)器、液力耦合器中的任一種來作為張力控制執(zhí)行器；直到2002年1月9日，（湖北）三九長江實(shí)業(yè)集團(tuán)武漢輕工業(yè)機(jī)械廠在申請(qǐng)CN2470325Y中首次提出利用矢量變頻器來連接張力檢測(cè)器和電機(jī)，進(jìn)而對(duì)張力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，2008年10月8日，廣東東南薄膜科技股份有限公司在其申請(qǐng)CN201128637Y中提出了將電頻電機(jī)和閉環(huán)矢量控制裝置用于薄膜放卷過程以保持恒定的張力。

三、結(jié)語

張力控制系統(tǒng)技術(shù)是料卷輸送過程中的重要控制技術(shù)，其被廣泛的用于電子、鋼鐵、紡織等行業(yè)中。隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化程度的要求越來越高，因此張力控制系統(tǒng)檢測(cè)與控制技術(shù)有著更高的發(fā)展方向。應(yīng)從精度、性能、使用方便性以及環(huán)境適應(yīng)性等方面著手，努力提升自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力以及專利保護(hù)意識(shí)。