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机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
力矩电机在收卷放卷结构中的应用
王文亚1,李金龙
(1.山西大同大学,山西大同037000:2.北京泰拓精密清洗设备有限公司,北京1000
摘要:目前收放卷结构存在于很多领域中,由于收卷放卷机构中最重要的是对张力的恒定要求,此时力矩电机可以满足
其要求,并对力矩电机的选型与控制以及在新型领域中的应用做详细的介绍。
关键词:收放卷结构;张力恒定;力矩电机;选型;控制
中图分类号:TM359.6
文献标志码:B
文章编号:1002-233312017)01-0073-02
0引言
则必须根据放卷直径的变化来实时调整放卷电机的转速
收卷、放卷结构在很多行业中都会使用,如造纸工业以实现V1与v2的同步。
中的收卷机与放卷机。现在市面上有很多不同尺寸与形
所以对于收放卷的电机要求必须具有软特性才能保
状的纸,其来源就是把造好的纸修剪或者分切成所需要证张力恒定,所谓软特性就是当负载大小变化时,电机的
的长度与宽度,这时会用到放卷与收卷的动作。纸的印刷转速也随着变化较大。这样的电机有转子回路串入电阻
机械中对纸的印刷过程也会出现放卷与收卷;组成电路的绕线型异步电动机、滑差电动机、直流串激电动机、力
板的铜箔,其生产过程中收放卷是其非常重要的环节;冷矩电动机。
带钢卷的成卷过程;纺织机械中的浆纱机、浆染机、涂布
前三种电动机控制系统相对力矩电动机要复杂,所
机中对布料的处理都存在收卷的动作;胶带行业中,半成以现在很多卷绕设备上面都选择力矩电动机,因为力矩
品与成品都需要卷取动作;清洗行业中,带状产品的清洗电动机,当负载增加时,电动机的转速能自动随之降低,
必然也会遇到收放卷的操作。总的来说,只要设计中存在输出力矩会增加,保持与负载平衡。同理负載减少时,电
对卷状物体的生产与处理就必然会用到收卷与放卷的结动机的转速能自动随之增加,输出力矩减少
构
力矩电动机在收卷与放卷过程能保持张力恒定,张
收卷放卷结构的力矩电机
力调节方便,结构可靠,维护方便,控制简单。
1)收卷放卷结构的特性要求。收卷与放卷虽然动作
2)力矩电机的选型。假设卷取机的最大直径为D,最
简单,由电机带动轴或者辊筒旋转,就可以实现,但是整小卷径为以最大卷重为G,被卷产品的行走速度为V,卷取
个设备对其收放动作是有一定的要求,首先看张力形成张力为F。最小卷径的转速Nn=VImd),最大卷径的转速
的原因,如图1。薄膜放卷结构示意图,图中薄膜张力为T,N、=V(mD),卷径比A=DM,电机有不同的同步转速,假设
放卷的最大直径为Dの,源膜放卷前端为一对牵引轮对薄膜选择为根据力矩电机的巻绕特性曲线,最佳速度范围
进行牵引,牵引轮为(18-29)れ此转速范围内基本上使产品保持恒张力和
前方的速度为v
恒线速度,所以尽量使电机的最高转速(空载吋)和最低
此速度一般恒定
转速(满载时)处于(1/3~2/3)n0范围内,此范围卷径比为
ノ面放卷时鮮线速度2,如果4大于2速度需要向两边合理延伸。巻绕时电动机
阳1放卷结构示意图
为2,L为牽引轮到的输出力矩公式为
放卷位置的距离
张力是由两者之间的薄膜伸长量△L产生,在这里假设薄
2
膜的横截面积为A,弹件模量为E。由胡克定律得T=(A式中:沩传动减速比;m为减速装置效率,一般取08-09
L)△L,△L「.(v-V2)dt。所以张力公式为
或按实际选取;κ为折算至额定力矩的系数,K=n。-n'ho,n
AE
为电机同步转速,n'为对应于最大卷绕直径时的电机转
速,当最低转速为x时为085,最低转速为时为
由式(1)可知,张力形成的原因是前后速度V1与V2的
不同步,刚开始放卷肯定要满足V>V2以便有合适的张力055,堵转吋为1.0。
拉动来放卷,当张力形成以后要保证=V2,这样就使被
最后根据式(2)算出来M,根据的大小来选取力矩电机。
放卷产品在恒张力作用下进行放卷。但是随着放卷过程
力矩电机型号国家没有强制执行标准,一般国内以
的进行,如果放卷的转速不变,随着放卷半径的减小,V2=YIJ系列为基础。
mDn将减小,将会导致张力增加,所以要想保证恒张力,
3)力矩电机的控制。力矩电机的控制主要分为开环
阿址:ww.xcs.com电邮:hrbengineera163cm2017年第1期173
万方数据
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控制与闭环控制。开环控制:利用电机本身的与收放卷
増量△D2A上,逐次送代,即可求得任一时刻卷径の的值。
特性相似的软机械特性,电机直接驱动收放卷装置,以获
mdt
得近似的恒张力控制,整个过程无检测与反馈。主要用
可以看出通过检查速度与电机转速是最简单的方法。
于卷径变化不大的场合,精度比较低。闭环控制:利用检2力矩电机在收放卷机构中的应用前景
测设备进行检测,且根据输出结果与理论要求的差异进
力矩电机与普通电机相比有很多优势,首先在性能
行修正。存在反馈电路,主要用于卷径变换大的场合,精方面,转速低转矩大,当负载转矩增大时能自动降低转
度高。闭环控制又分为直接张力控制、间接张力控制。
速,同时加大输出转矩;淇次在结构方面,力矩电机可以
a.直接张力控制。直接张力控制利用张力传感器来
直接与负载相连,而普通电机必须要先进行减速,即在电
机与负载之间必须要联接减速器,所以力矩电机结构节
测量实际张力,其输出信号作为张力反馈量经张力调节
控制张力恒定。图2为直接张力控制模型,TE为张力传総电,操作方便高效在未来有很大的应用前景。
1)清洗行业。带状的物体的清洗,在清洗设备中必
器,直接测量张力,再通过张力控制器TC进行控制。
须要有收放卷机构,这时力矩电机可以保证在整个清洗
b间接张力控制。间接张力控制的实质是通过电气过程中张力恒定,即使被清洗物体要经过清洗,烘干处理
传动理论对恒张力放卷机构的物理方程进行静态和动态也可以保证恒定速度,整个过程能保证被清洗产品变形
最小,清洗效率最高。
TC(张力控制器
力矩电机
2)多种卷状材质复合。在生活中可以看到双面胶是
由两种材质复合在一起,这样需要有2套放卷装置和1套收
卷装置,在未来可以把性能好的几种材质复合在一起,这
样的产品可以具有更好的性能,比如拉伸性能,不易变形
的性能等,这样就根据暠要增加收放卷结构以及力矩电
放卷
收卷
机
图2直接张力控制系统
参考文献
[1]蔡幼斋.力矩电机在维纶生产中的应用J].电气应用,1985(9):
的分析,从中找出影响张力的各电气物理量,传感器将测
26-27
得的物理量转变为电压信号传给控制器,控制器再根据[2]杨树生造纸机卷纸部力矩电机选型1.四川造纸,199(3
其设定的控制方法对其输出做出调整,使压力稳定在某
164-165.
个值附近从而分别对它们进行控制。根据控制要求的不[3沈洪助.力短电动机和张力控制[J.印染,1983(2):27-33
同可采用不同的方法,其中包括功率反馈、电流反馈、电
[4]王金和,李江.基于力矩电机收线的恒张力控制系統[J.金属制
枢反电势反馈和卷径反馈等。间接张力控制模型如图3<