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染整企业数字化转型的基础构建(二) ——平幅联合传动的张力控制①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-10  作者:陈立秋  浏览次数:36
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1   染整平幅传动张力的形成
1.1 染整传动中的张力的分类
(1)初始张力,即维持织物正常平幅进给的牵引张力由张力辊设定。
(2)摩擦张力,即各种被动辊筒转动时,附加阻力矩给织物产生的附加张力。
(3)静态速差张力,指两单元间运行时速差所形成牵引张力。
(4)动态速差张力,指两单元间在过度过程(升、降及啟停车)时,因加速度差异所引起的牵引张力。
1.2 多异布辊的张力增量
导布辊是染整连续平幅加工联合机上应用最多的专件之一。
1.2.1 导布辊用来支撑织物和导向织物进给。被动导布辊由织物牵曳转动,因必须克服摩擦阻力矩而产生了附加张力。导布辊因采用不同的轴承,摩擦系数不同,滑动平面轴承的摩擦系数u=0.1,滚珠轴承的摩擦系数为0.0203,设导布辊自重50kg(W),导布辊直径120mm(D),导布辊轴径30mm(d),则滑动平面轴承张力增量系数f由式(1)计算:
令松紧架初始张力设置T0=5kg(织物进入第一根导布辊的张力),则:
T1=T0+f(W-2T0)=5.976kg
T2=T1+m(W-2T1)=6.292kg
T3=T2+f(W-2T2)=7.205kg
T4=T3+m(W-2T3)=7.533kg
T5=T4+f(W-2T4)=8.388kg
T6=T5+m(W-2T5)=8.729kg
T7=T6+f(W-2T6)=9.524kg
T8=T7+m(W-2T7)=9.877kg
上列式是4根下导布辊(滑动平面轴承)及4根上导布辊(滚珠轴承)组成的T1-T8多导布辊单元机,从第1根到第8根增量张力是9.877-5=4.877kg,此值为理想计算值,实际运行中,因工况不同,张力增量值会有变化。在传统的染整联合机中,各类多导布辊的阻力矩采用不同的补偿方法,由于欠补偿,在机张力大,联合机落布伸长率,5%~8%,极大增加了缩水达标难度,影响成品合格率。
1.2.2 74型染整设备的平洗槽,下排导布辊在液中,采用石墨滑动轴承,织物牵曳液下导布辊,因在线张力导布辊轴头摩擦,石墨致使轴孔变形,影响到上、下导布辊的平行度,织物进给极易形成皱纹;且因幅向牵曳力的不匀,织物进给因“游动”形成纬斜;96型染整设备平洗槽,下排导布辊轴头穿越箱壁装置改变滚珠轴承。导布辊箱外轴承有效解决了液下滑动轴承所引起的上、下导布辊不平行弊端,但也带来轴穿过箱壁上的密封圈附加阻尼的张力,调节密封令液下导布辊易转动,极低的附加张力,会漏水肯定让人不接受,若调节密封到不漏水,附加张力陡增,手盘导布辊都转不起来,可想而知,箱外轴承仅解决了上、下导布辊的不平行弊端,克服了因不平行引起的织物起皱、纬斜,而过大的经向牵曳力会使织物纬缩、皱条。
染整装备中的被动导布辊、网辊、滚筒摩擦阻力矩,给织物带来附加牵曳张力,影响织物的应力消除、变形、萃取、缩水率及织物尺寸的稳定性应予合理补偿。
1.3 单元间速差的张力增量
由胡克定律可知织物张力F为:
式(3)中: σ—织物的截面积
           y—织物的弹性模量
           L—两个传动点的距离
           t1—机器启动时间
           V2—进布单元线速度
           V1—出布单元线速度
连续平幅加工的染整联合机是由多单元机组合成立,式(3)中可知,织物张力调节是一个积分过程,显然在稳态运行中,只要V1或V2有任何波动,都将引起织物张力的变化。这就要求相邻的两个单元机的织物牵曳线速度恒稳不变,进布单元(V2)对出布单元(V1)的速度跟随敏捷,系统无速差协调运行,防止连续平幅加工织物张力增量。
2   单元间速差调节装备
2.1 多单元联合机中内松紧架作用
染整多单元联合机的单元间设置松紧架线速度微差调节装置,其实质就是一种简易的张力控制装置,其作用:
染整联合机中摆式松紧架用得最多,按不同工作情况要求,还可采用升降式贮布斗式和光电垂环式等装置。松紧架在多单元速度协调控制系统中,具有以下三大作用:
2.1.1 初始张力的设定
它是指松紧架摆臂处于水平位置的工作情况下,张力辊对织物所施加的力,可通过改变重锤至转轴的距离或气缸所施加的压力而确定。初始张力的大小,可根据松紧架所处位置,确保织物经此导布平稳、不起皱,且跟随协调灵敏而定。
松紧架摆臂的静态角位移(工作点),尽可能在“零”位上(可藉调节松紧架速差变送器中的“零”位设定)。减小织物张力可有效改善缩水率,因而不应将初始张力调得太大,更不允许重锤以外再悬挂重物。
2.1.2 有差调节
静态时两单元间出现速度微差,致使织物进出松紧架张力辊时张力发生变化;摆臂转轴角位移,转换成电信号输出,反馈给控制器;被控单元获得速差微调指令,直至协调两单元间无差运行。
松紧架摆臂在有差角位移时,TMS型重锤式摆臂松紧架从水平位置上,摆臂上摆35°,下摆35°(全程70°),上、下限位置张力变化4:1,这是织物在张力辊上包角变化所致。因此,若因两单元线速度设置不当,形成摆臂偏离水平位置时,应予以调整。
气动松紧架与重锤式摆臂松紧架的工作原理相同,前者以气缸代替重锤作平衡力,使装置更为精简,调节平衡力方便。不足之处是压缩空气压力变化,将影响平衡力的输出。
2.1.3 动态缓冲
过渡过程中,由于单元间动态惯量不一,引起两单元间因速率于扰引起速度变量差值加大,致使摆角加大。摆臂松紧架中的贮布量,就是用来补偿动态两单元间速差的,故可起到有效的缓冲作用。
有些区段,如退煮漂末道轧车与烘筒烘燥之间,常出现起动、停车、升速、降速过程,而使松紧架中贮布增多或拉尽,发生张力辊“越位”,再次开车便出现故障。其原因是未能按联合机中动态惯量最大的单元机来设置动态加、减速度过程的时间。最高车速70m/min的联合机,启动至“导布速”(17.5m/min),以烘筒烘燥为准,“软起动”过程时间设定在10~12S是可行的。
摆臂松紧架在多单元速度协调控制系统中必不可少,合理而正确的应用十分重要。
2.1.4 “越位”停车警报:当联合机因故导致摆式松紧架张力辊摆角“越位”(一般上下摆动各45度),及时发出故障停车信号防止扩大事故,安全生产。
2.2 松紧架的安置点及初始张力设定
2.2.1 在图1中,单元间呈现等线速度时,松紧架安置在a点。当织物进入处理单元后出布,基本上无伸缩现象,应考虑织物进入处理单元前应有一初始张力,以利平幅加工且不起皱。1#轧车跟随2#轧车,由松紧架速差变送器调节v1=v2。通常平洗槽与小轧车组合时,皆将松紧架设置在a点平洗槽进布处。
单元间织物发生明显伸缩时,则将松紧架安置在b点处。这是因为当处理单元使织物发生明显伸缩时(如棉布丝光浸碱后的收缩,或经大量导布辊摩擦阻力矩严重欠补偿的伸长等),1#轧车跟随2#轧车,此时进人2#轧车的织物线速度v'1高于或低于V2,织物皆会起皱,甚者则积布或拉断。所以,松紧架应安置在b点处。a、b两点松紧架的初始张力不等,b点初始张力还应包括增量张力。
2.2.2 松紧架线速度微差调节装置,其实质上亦是一种简易的张力控制装置。当相邻单元间发生线速度差时,产生张力,大于初始张力(由松紧架设定)时松紧架摆臂辊下摆(张力辊动作);小于初始张力时张力辊上摆,调节单元间速度微差,维持织物进给张力在初始张力周围。
2.2.3 两单元间当松紧架设置在织物出轧车进平洗槽(蒸洗箱、多导布辊装置)之间,则该松紧架的张力设定,仅须设定保证织物平幅进给过程不起皱的初始张力则可;当松紧架设在平洗槽(蒸洗箱、多导布辊装置)出布处,则松紧架对织物张力的设置,应该是在初始张力的基础上,还要加上织物进给途中因摩擦阻力矩而增加的附加张力。多单元紧式工况织物进给的初始张力不可减小,以防导布皱条的产生;而附加张力应控制得愈小愈好。
2.3 张力传感器能替代松紧架吗?
张力传感器位移量是μm级的,所以它又称作微位移型张力检测器,灵敏度高、分辨率高,适合对低张力进给系统的应用,一下几个方面需要重视。
2.3.1 张力传感器是通过平幅织物进给因速差所引起导布辊的微量位移,致使张力传感器微位移输出张力变化信号。而导布辊在制作过程,仅作静平衡的“校条”处理,在被织物带动旋转时,径向跳动是毫米级的,这样令张力传感器输出一种持迫振荡的干扰信号(见图2),极可能“淹没”正常速差信号,导致无法进行速度微差的纠偏工况。
必须对导布辊进行动平衡校正,若导布辊-工艺转数200r/min,则导布辊在动平衡校正设备上运转在2000r/min以上进行动不平衡校正,可有效防患张力传感器输出干扰的振荡信号。
2.3.2 张力传感器应具有摆式松紧架的初始张力设定,有差调节,“越位”停车警报(张力设定值的上、下限),但没有动态缓冲动能,在过渡过程升、降速,或启、停车,因单元电动机的加速度电磁力矩不一,而形成单元间瞬时线速度不一,导致动态速差张力,织物受到牵伸或松堆形变起皱,对独立传动的印花圆网,将出现“错花”。
摆式松紧架是在多单元协调传动系统中工作的,若换成张力传感器,则传动系统必须是多单元同步传动系统。也就是说在多单元协调传动系统中,由张力传感器取代摆式松紧架是不可行的。
 
 
 
 
 
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