中心卷取和表面卷取的张力控制

　　概述：本篇讲述印刷、分切等设备的两种卷取方式：中心卷取和表面卷取，并介绍其张力控制的应用情况。
　　关键词：卷取方式，中心卷取，表面卷取，驱动，张力控制
　　常见适用于凹版印刷的材料有塑料薄膜、卷筒纸、铝箔等。这些年来，印刷材料的种类越来越多，人们对包装的需求和要求都在提高，设备的张力控制精度也在不断地提高。低精度、控制方式落后的设备将逐渐被淘汰。所以近年的设备向高速自动化、材料多样化发展，各种材料的厚度、特性不一，增加了张力控制的难度。如果张力控制不好，生产过程中会出现卷料端面收取不整齐、起皱、内外松紧不一或突然断料等现象，产生废料，影响生产效率和产品质量。只有稳定的张力系统，才会有好的印刷效果。特别是收卷的张力，因为卷取的效果将直接影响到成品的质量以及送到复合、分切、制袋等下道工序。
　　现阶段，印刷、分切等设备主要有两种卷取方式：中心卷取和表面卷取。
　　一、中心卷取
　　大部分设备都采用这种方式。中心卷取是指执行器直接驱动纸管上的中心轴。以我司的立式分切机的张力控制系统为例（如图一），先设定薄膜的厚度，放卷采用自动卷径计算的方式将计算出来的张力大小传输到可编程控制器（PLC），可编程控制器把收集到的放卷张力信号通过锥度张力的计算方式，计算出收卷中心轴所需的张力大小，然后发出信号通过执行器驱动收卷中心轴。这种卷取方式里中心轴为主动轴，有直接的动力驱动。这样就可以保持放卷张力和收卷张力一致，保证整机的张力在稳定的状态。
　　
　　图一
　　收料卷取执行器过去使用摩擦式控制方法而现在采用的是自动，高性能的电气控制方法，常见的手段大概有以下几种：
　　1、磁粉离合器，磁粉离合器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的机电产品，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点，使用比较广泛；
　　2、力矩电机，当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。力矩电机的堵转转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点；
　　3、变频电机，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，使机械自动化程度和生产效率大为提高，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。具有宽范围恒转矩与功率调速特性，调速平稳，无转矩脉动等优点。配合矢量控制，可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置控制及快速动态响应控制。在当今的控制系统上应用相当广泛。
　　一般来说，收卷的张力是通过锥度张力计算的。设备运转的过程中，在卷径增大的同时需要调整张力。随着料卷的增大相对于内侧材料的力矩变大，产生打滑即卷料会向内收缩，造成收卷起皱，内紧外松。再有由于材料的收缩和空气的放出指向中心的压力加大材料被挤坏或被横向挤出，产生所谓的竹笋现象。靠近卷芯的地方产品皱褶，表面凹凸不平。要解决这样的问题，就必须要在卷径逐渐变大时，张力相应的逐渐减少，这就是所谓的锥度张力。卷取时的初始张力决定了卷取终了时的张力。一般使用10%～50%的锥度。例如用30%锥度，假设初始张力为10kgf，则以7kgf的张力结束。这些变化比率因材料和机构的性能而不同，但采用的锥度可以是一样的。
　　这种卷取方式也常应用于凹版印刷机上（如图二）：
　　
　　图二
　　凹版印刷机上检测装置为浮辊系统，通过浮动辊检测张力的偏差，把信号传输到可编程控制器，可编程控制把计算出来的张力传输到执行器（变频电机），由执行器驱动收卷中心轴。
　　二、表面卷取
　　这种卷取方式适用于厚度变化大，大卷径，大张力的情况。例如印刷分切纸张，铝箔等材料。以表面卷取分切机为例（如图三），放卷采用卷径计算的方式把张力大小信号传输到可编程控制器，可编程控制直接把计算出来的张力大小输出到动力辊上。依靠动力辊与收卷卷料之间的摩擦和对压张力实现收料。收卷分左右收卷，其动力来源于中间的钢辊，钢辊的转速则由可编程控制器控制，由执行器驱动。由于动力辊的直径大小恒定，所以不受收卷卷径大小的影响，始终能保持与放卷张力大小一致。只要收卷卷料和动力辊之间保持恒定的摩擦和对压张力，这样收卷卷料的卷取张力就可以保持稳定。执行器不直接驱动收料轴，利用动力辊的转速带动收料轴，从而控制收料的张力大小，使卷料收取无皱褶、无划痕、端面整齐、卷取表面硬度适当。
　　
　　图三
　　表面卷取张力控制的执行器和中心卷取的一样，可以是磁粉制动器、力矩电机或变频电机等。由于动力辊的直径是恒定的，就算收卷的卷径很大，也不需要用很大功率的执行器，这是表面卷取张力的优点。也因为动力辊的直径是恒定的，所以收卷的张力就不需要用锥度张力来计算，只需要与放卷张力保持一致就可以了。但由于收卷卷料的动力是被动的，所以两收卷卷料和压辊间压力显得非常重要，这是表面卷取张力控制中需要特别注意的。
　　三、总结
　　中心卷取张力控制方式应用非常广泛，主流的凹版印刷机、复合机、分切机都采用这种控制方式，它具有控制精度高，安装简易，但如果收卷卷径很大，那就需要很大功率的执行器，这会增加设备的功率和安装空间。故在收卷卷径较大的情况下，可以考虑采用表面卷取的方式。