薄膜设备张力产生的原因及控制方法

薄膜设备张⼒产⽣的原因及控制⽅法

薄膜张⼒，是指在塑料薄膜在牵引、收卷过程中被拉紧的⼒。张⼒控制是薄膜在⽣产和加⼯过程中应⽤最⼴泛的技术，如流延⽣产、双向拉伸、纵向拉伸、薄膜的分切、复卷、薄膜涂布复合等⼯艺中，都涉及到张⼒控制问题。张⼒控制的好坏，直接影响关系到产品的⽣产效率的⾼低和质量的优劣，若张⼒不⾜，薄膜在运⾏中产⽣漂移，会出现收卷后成品起皱现象；若张⼒过⼤，薄膜⼜易变形甚⾄被拉断。本⽂将为⽤户介绍张⼒控制产⽣的原因及控制⽅式供参考。如果我们的内容对您有所帮助，希望您能够把这些知识传递给其他有需要的⼈。

薄膜张⼒控制波动及原因

在薄膜⽣产加⼯过程中，张⼒产⽣波动和变化的因素往往⽐较复杂，其主要影响因素⼤致有如下⼏个⽅⾯：

①薄膜加⼯设备的主要构件如底座、墙板、牵引辊、导辊等的制造精度和装配精度存在偏差。例如底座组装的平⾯度和直线度，墙板与底座组装的垂直度以及各版辊。导辊组装的⽔平度和它们相互之间的平⾏度，都有⼗分严格要求，但由于各种原因，实际上总存在不同程度的误差。加之各辊各⾃的跳动量偏差，质量动静平衡偏差等，运⾏时，会造成薄膜上的张⼒就会随之发⽣微⼩变化。最终就会反映到整条⽣产线上，导致张⼒产⽣⽆规律变化。

②传动系统中的各齿轮、减速箱因为⽆法做到⽆间隙精密传动，其各辊的动⼒驱动及控制系统由于规格、尺⼨、型号的不同，会引起传动同步误差，这些会使⽣产线各段的张⼒产⽣变化。

皱纹纸③收卷过程中，收卷直径是不断变化的，直径的变化必然引起薄膜张⼒的变化。收卷时，如果收卷⼒矩不变时，随着收卷直径增⼤，张⼒将减少。

④薄膜原料⾃⾝的性能。如薄膜弹性模量的波动，材料厚度、宽度、长度⽅向变化等也会影响张⼒变化。

⑤在薄膜加⼯中存在不停机⾃动换卷过程中，翻卷和断膜都会使整机原已稳定的张⼒突然产⽣⼲扰变化。设备运⾏速度越⾼，⼲扰就越⼤。

⑥薄膜周边环境，如⽣产环境温度、温度变化，空⽓湿度，都会对整机的张⼒波动产⽣微妙的影响。

张⼒控制的⽅法

由此可见，要获得好的收卷效果，必须对张⼒进⾏有效控制，⽽⽬前在机械设计中，常见的张⼒控制⽅法及其特点如下：

磁粉制动器/磁粉离合器张⼒控制

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硫化床⼯作原理是采⽤磁粉离合器控制输⼊收卷辊的转动⼒矩，即由张⼒检测器来直接测定卷料的张⼒，然后把张⼒数据经过处理后再去⾃动调整磁粉离合器或制动器的激磁电流来控制收卷的张⼒。

这种设备简单，价格便宜，可以正反转，适⽤于张⼒精度要求不⾼的场合。但在这种控制形式存在以下问题：

①调节速度不快，难以在⾼速流延机上应⽤；

②张⼒控制精度不⾼，线性不够好，控制的卷径变化范围不⼤；

③流延⽣产线上各张⼒段彼此独⽴，难以实现⾃动控制；

④磁粉离合器存在发热和磨损问题，维修困难。

浮动辊式张⼒控制⽅式

浮动辊式张⼒控制⽅式由主要由张⼒控制器、⽓压控制及⽓缸、摆杆。浮辊电位器、浮动辊、牵引电机及调速器、制动器和离合器构成。它是⼀种间接的张⼒检测⽅式，实际上是⼀种位置控制。⼯作原理是当张⼒稳定时，薄膜上的张⼒与⽓缸作⽤⼒保持平衡，使浮辊处于中央位置。当张⼒发⽣变化时，张⼒与⽓缸作⽤⼒的平衡被破坏，浮辊位置会上升或下降，此时摆杆将绕⽓缸轴顶部的销轴转动并带动浮辊电位器⼀起转动。这样，浮辊电位器准确地检测出浮辊位置的变化，它将以位置信号反馈给张⼒控制器，控制器经过计算并输出控制信号，控制牵引电机驱动系统进⾏纠偏。然后浮辊恢复到原来的平衡位置。铝方通吊顶工艺

由于浮辊式张⼒检测装置本⾝是⼀种储能结构，利⽤其⾃⾝的升降作⽤，对⼤范围的张⼒跳变有良好的吸收缓冲作⽤，同时也能减弱料卷的偏⼼（椭圆）以及速度变化对张⼒的影响。由于受浮动辊⾃重及结构的影响，它不能⽤于低张⼒及变张⼒的控制。浮辊型张⼒控制⽅案是⼀种传动静电的张⼒控制⽅案，由于其成本较低，容易制作，因此在国内被应⽤⽐较⼴泛。但浮辊式型张⼒控制⽅案也存在着⼀些弱点，如浮辊式的张⼒设定是靠调节⽓压来实现的，实⽤中易受⽓源⽓压、浮辊⾃重、调节⼈的认为因素等影响。⽽且在⼩张⼒情况下（如⼩于1KG张⼒的PE薄膜）及张⼒等情况下使⽤效果不佳。

·湍流耗散率

张⼒传感器测控⽅式

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张⼒传感器安装在张⼒检测辊的轴承下⾯，将检测到的薄膜张⼒转换成电信号，送到张⼒调节器中，与原设定的张⼒信号⽐较后，进⾏PID计算，然后输⼊收卷电机控制器，达到控制收卷辊转速的⽬的。

⼀般收卷辊的线速度设定为牵引机输出速度的105%～110%，实际上，由于薄膜的弹性及张⼒⼒矩的影响，收卷辊的线速度不会超过牵引机的输出速度。这种⽅案的优点是控制精度⾼，检测范围宽，响

应速度快，线性好。缺点是不能吸收张⼒的峰值，机械的加速度难以处理，不容易实现⾼速切换卷等。因为，当处于平衡状态的张⼒控制系统受到较强的⼲扰时，系统瞬间来不及做出反应，薄膜上张⼒变化的幅度值会较⼤，对张⼒控制尽快重新进⼊平衡状态不利。

具有张⼒控制的变频器系统

该系统的特点是取消了张⼒控制器，将张⼒控制器的各项功能及参数，如卷径的计算功能，卷径输出，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，要进⾏相应的转矩静态及动态转矩补偿；断膜报警功能；系统急停时有效地防⽌系

统“飞车”功能等。全部内置于变频器种，⽤变频器做张⼒控制器，使得整个过程的张⼒很稳定。

全⾃动张⼒伺服控制系统

⽬前在国内外制造和销售的中、⾼档薄膜⽣产线张⼒控制系统中，由于更⾼的⽣产速度及⽣产⼯艺对张⼒控制提出了更⾼的要求，使得磁粉离合器已不能胜任该类系统的执⾏单元。因此在现在流延机、⾼速分切机、⾼速涂布复合机中已被交、直流伺服电机执⾏单元所取代，实现了更加先进的张⼒伺服控制。该系统由PLC可编程控制器对整机张⼒进⾏控制，采⽤LCD彩⾊⼤屏幕触摸屏进⾏⼈机界⾯通信。可对张⼒控制的速度、张⼒、卷径等参数进⾏设定、显⽰、修改。系统控制精度⾼，反应快，稳定性好。操作⼈员可在机器的任何部位进⾏启动、加速、减速或停⽌操作，操作⾮常便利。在放卷、收卷墙板上除装有张⼒控制操作箱外，还装有整台机器启动、停⽌及紧急停⽌开关。由于采⽤交流伺服电机牵引、收卷，控制的速度范围较宽，⽆论在低速还是⾼速都具有良好的性能，可实现锥度张⼒控制，精度⾼，效果好。另外还包括⾼速不停机全⾃动接料及断膜，收、放卷预驱动，安全⾃动报警及长度⾃动技术和显⽰控制功能等。

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