成網機網帶張緊及糾偏裝置的調節及效果分析

司徒元舜+胡曉航

摘要：張緊及糾偏裝置是成網機的基本配置，主要由張緊機構、糾偏裝置、檢測傳感裝置及控制裝置組成。張緊裝置使網帶保持預定的張力，用于傳遞力矩；糾偏裝置可使網帶自動保持在正常位置運行。本文對張緊及糾偏裝置的運行原理、功能及調節進行了較詳細的分析和評估。

關鍵詞：網帶；張緊裝置；張緊輥；位移檢測；糾偏輥；中間位置

中圖分類號：TS173.3 文獻標志碼：B

On Adjusting the Tension Control Systems and Deviation Rectifying Device for Conveyer Belt of Web Former

Abstract： Tension device and deviation rectifying devices are basic configuration of a web former， and they are mainly composed of tensioner， steering roller， detecting and sensor device， controller， etc. Tension device keeps the conveyer belt under pre-set tension and it is used for torque transmission； the deviation rectifying device ensures the conveyer belt to automatically operate at the correct position. The paper analyzed and evaluated the operating principles， functions and adjustments of the tension device and deviation rectifying device in details.

Key words： conveyer belt； tension control system； tension roller； displacement detection； steering roller； central position

1 網帶的張緊裝置

1.1 張緊裝置的功能與調節范圍

網帶保持一定的張力，是網帶可以正常運行的基礎，也是張緊裝置最重要的基本功能。張緊裝置還能有效改變成網機所有的輥筒間的總中心距，以適應使用不同制造（出廠）長度的網帶。

網帶的出廠長度偏差一般規定為-0.25%～+0.8%，也就是不同批次的新網帶原始長度最大偏差在1.05%的范圍，成網機必須適應新網帶的長度差異，并能順利安裝在偏差范圍內的各種網帶。即要求成網機能在1.05%長度范圍內調整系統的周長，這也是設計網帶張緊裝置調節行程的基本依據。

在安裝網帶時，網帶必須處于松弛狀態，以便將連接線穿入接頭環內；而當網帶偏離中線后，如需要在松弛狀態才能進行人工移動復位時，這就要求張緊裝置的調節范圍必須大于網帶的長度偏差。

在不同的牽引張力和溫度下，網帶的長度會發生變化，在運行過程中必須對網帶張緊力作必要的調整；在網帶出現固定的走偏傾向時，還可以通過改變其中一側的張力予以糾正，這是成網機必須具備的調節功能。

因此，網帶張緊裝置的實際有效調節量（即網帶的長度變化量）既要大于網帶長度允差，以便能裝上最短的網帶，或將最長的網帶張緊，還能在運行過程中進行必要的調整，因此張緊裝置的有效調節量常取網帶名義長度的1.5%～2%。

1.2 常用張緊機構

螺桿/螺母機構是張緊裝置最常用的機構，其中還分為螺母移動、螺桿旋轉，螺桿移動、螺母旋轉以及螺母固定、螺桿在旋轉時同時移動等3種結構。調節機構使張緊輥沿導軌移動，便可改變網帶的張力，這是一種剛性的張緊裝置。

張緊裝置以網帶兩側同步動作型較好，可避免由于不同步所產生的張力差異，甚至引起走偏。成網機的張緊動作基本都是用人力進行的。

利用成網機兩側的氣缸（或長行程氣囊）推力也能張緊網帶，兩側氣缸一般共用同一個調壓氣源，控制壓縮空氣的壓力便能調節網帶的張力，并使運行期間的張力保持在預定的范圍。這是一種“柔性”張緊裝置，能自動適應網帶長度的變化，并實現近似的“恒張力”控制（圖1）。

隨著多紡絲系統的大型生產線出現，網帶的長度也越來越長，國內目前使用的網帶最大長度已達77m。當網帶的長度較大（≥60m）時，為避免張緊裝置的調節行程過長，可以配置兩套張緊裝置；也可以同時配置絲桿機構與氣缸張緊裝置，其中的絲桿機構主要用于調節網帶長度，而氣缸則用于調節張力。

由于成網機網帶有“緊邊”和“松邊”之別，而運行狀態的“緊邊”張力遠比“松邊”大。因此，應在網帶的“緊邊”檢測張力，當張力超過設定值時會發出報警信息。

網帶張緊裝置應設置在網帶的“松邊”，并靠近主驅動輥，這樣能降低張緊裝置的負荷和受力，既可降低勞動強度，還可以選用直徑較小的輥筒。張緊輥還常兼作導向輥，用于增加網帶在驅動輥上的包角。

2 網帶糾偏裝置

2.1 引起網帶走偏的原因分析

來自設計、制造、安裝、調節等4個方面的偏差就是導致網帶走偏的根源。成網機運行時，因輥面錐度、輥筒間軸線平行度、兩側張力差異、成網機水平度偏差等，會形成一個呈明顯傾向性的合力，使網帶向固定的一側偏移。對于這個有固定傾向性的走偏干擾力，可以通過調節糾偏機構的“中間位置”消除。

而由網帶“熱定形”偏差、抽吸氣流的不均勻性、網帶與支承裝置的摩擦力等形成的走偏合力是隨機的。網帶是一種柔性傳動件，無法采用強制限位或導向的方法使其保持在規定的位置運行。因此，對于隨機產生的偏移干擾，需依靠糾偏機構進行自動跟蹤檢測，隨機糾正偏移，使網帶回復到正常位置運行。

2.2 網帶糾偏裝置

網帶糾偏裝置與在其他行業廣泛使用的糾偏裝置類似，由網帶位置檢測傳感裝置、糾偏機構、越限保護及控制系統等組成。

位置檢測傳感裝置有機械接觸式（如擋板式、觸桿式、觸須式）、光電非接觸式、射流式等。由于被檢測對象是網帶兩側邊緣，為了避免因網帶邊緣的局部缺陷或其他干擾而導致系統誤動作，控制系統要具備濾除這些瞬間出現的虛假走偏信號的功能。

成網機配置的糾偏機構是利用一端作為固定支點，另一端可受控擺動的“糾偏輥”作為執行機構，利用糾偏輥擺動時所產生的CD方向作用力，使網帶回到正常的位置，其工作原理如圖 2 所示。

如圖2所示，在網帶運行期間，如果網帶處于正常位置，糾偏輥的軸線處于與網帶運行方向相垂直的狀態，對網帶不會產生偏移力；當糾偏輥繞支點O往右擺動時，由于阻力發生了變化，網帶將沿CD方向朝張力較小的L側偏移（虛線箭頭所示）；同理，如果糾偏輥繞支點O往左擺動，網帶將沿CD方的R側偏移（實線箭頭所示）。

在糾偏輥擺動時，網帶的偏移方向除了與網帶的運行方向有關外，還和糾偏輥與網帶的相對位置（網帶在糾偏輥上方或下方）相關。

對安裝質量較高的系統，在400～500m/min的速度下，糾偏輥的擺動角度在±0.4°～0.6°時，已能控制網帶在10～20 mm的偏移范圍內正常運行。

糾偏裝置的性能（如反應速度、糾偏能力、行程等）要與成網機的運行狀態相適應，網帶的運行速度越快，對糾偏裝置的性能要求也越高。

2.3 糾偏裝置的其他設計要求

為了使糾偏輥有明顯的糾偏功能，網帶在糾偏輥上要有一個最佳的包角，包角太小，糾偏力不足，糾偏動作遲鈍；包角太大，網帶的偏移速度會很快，容易產生局部的糾偏過量而難以控制。網帶包角α的推薦值一般≤25°。

糾偏輥多在水平面做前、后擺動，也可在垂直面上做升、降擺動。設計的擺動幅度（行程）與網帶的寬度成正比，擺動角度一般≤±1°，實際擺動的幅度越大，網帶移動的速度也越快。以3.2m生產線成網機為例，糾偏輥的最高擺動速度在30mm/s左右，最大行程≤±50 mm。

一般的成網機配置一套糾偏裝置便能保證正常運行，對長度較大的成網機，可在回程（即“松邊”）網帶上多增設一套糾偏裝置，兩個裝置的相互間隔要盡量大一些，使網帶能在全長范圍內的規定位置運行。

糾偏輥可以選用電動式、氣動式（氣缸或氣囊）、液壓式等形式的驅動裝置。驅動的推力與網帶的寬度相關，一般為1000～2000N，氣動糾偏系統的工作壓力一般為0.3～0.6MPa。

糾偏輥與上、下游導向輥間的中心距應與網帶的寬度W相關，為了使糾偏輥有較靈敏的糾偏效果，避免糾偏過程被上、下游導向輥牽制，常取L1=（0.3～0.5）W，L2=0.5×L1（圖3）。

一般情形下，當網帶較寬，又受成網機總體布置的結構限制，很難保持上述關系時，應盡量滿足L1>L2的要求。

2.4 糾偏機構的運動方式

當左側位置傳感器發現網帶向左偏移后，糾偏機構必須及時使網帶逆向（向右）移動返回中間位置，這是糾偏機構的基本運動方式。

如果糾偏機構不能在網帶離開左側、并返回中間位置后停止運動，網帶將在糾偏力的連續作用下向右運動，直至右側位置傳感器發現網帶偏移后，糾偏機構才換向，使網帶向左移動，并在超越中間位置后繼續移向左側，不斷在左右兩個方向的極限位置之間往復運動，導致網帶發生周期性左右偏移。

以氣缸為動力驅動糾偏輥動作是較常用的技術方案，由一個“兩位四通換向閥”來控制氣缸的動作方向，由于氣缸只能在最大行程的兩端才停止運動，而在運動中無法準確停留在行程的任意位置，因而產生糾偏過度現象，導致氣缸產生周期性的往復運動及網帶左右偏移現象。用閥門的開度與網帶偏移行程對應的“比例調節閥”（伺服閥）能消除網帶出現周期性的左右偏移，x比例調節閥的閥芯與網帶的機械式“檢邊機構”聯動

根據網帶的偏移方向和偏移量，調節閥能自動跟隨運動，并控制相應一側的氣囊（或氣缸）動作，糾正網帶的偏移，而閥門的開度則與偏移量成線性比例關系，也就是糾偏的速度與網帶的偏移速度相對應。

當網帶處于正常狀態時（圖4），閥芯處于中間位置，A、B兩側均處于既充氣、又邊排氣的浮動狀態，糾偏輥也處于中位，無糾偏作用，但這僅是一個過渡狀態，當網帶發生偏移時，閥芯的位置隨之發生變化。

當網帶向左偏移時，閥芯向左移動，A側的排氣口關閉，而與P聯通充氣；B側進氣通道被關閉，而處于排氣狀態，糾偏輥隨即也向左運動，糾正網帶的偏移（圖5）。

當網帶向右偏移時，閥芯向右移動，B側的排氣口關閉，而與P聯通充氣；A側進氣通道被關閉，而處于排氣狀態，糾偏輥隨即也向右運動，糾正網帶的偏移（圖6）。

由于糾偏機構一直頻繁動作，耗氣量多，磨損大。網帶的偏移量偏大，將導致成網機鋪網“虛寬”，廢邊料增加。

如果執行裝置可以在行程中的任何位置停留，就可避免出現糾偏過度現象、改善糾偏過程的可控性，使網帶的偏移量最小，機構的重復動作周期延長，提高了可靠性。使用絲杠/螺母機構或電動推桿（圖7）、比例調節閥的氣動糾偏裝置等，都可具備這種特性。

在一些高速成網機中，糾偏裝置能根據檢測出的網帶偏移速率自動調整糾偏速度，并具有“步進式”的分段糾偏模式。正常情況下，糾偏機構以較慢的速度和較小的幅度糾正網帶的偏移；當網帶仍有偏移趨勢時，糾偏機構將進一步以更大的幅度來糾正網帶的偏移。而當偏移速率較快時，糾偏機構會以最快的速度和更大的幅度對網帶的偏移做出反應，使網帶迅速回復到正常的位置。

2.5 網帶糾偏裝置的中位調整

網帶在運行期間，其走偏的概率應該是左右兩個方向基本相同的，如果某一方向的走偏概率明顯較大，就說明系統中存在一個固定的、朝這個方向的偏移力。由于這個引起網帶走偏的合力是單向的，糾偏系統應具備抵消這個偏移力的功能。

調整糾偏輥的動態“中間位置”就能實現這一功能。糾偏輥的“中間位置”即糾偏輥驅動機構處于行程中間，而網帶處于最穩定狀態時的位置，這時糾偏輥的軸線并不一定處于與網帶運行方向垂直的狀態，與其他輥筒的軸線也不一定是處于平行的狀態，由此將產生一個抵消系統中固定偏移力的糾偏力，使網帶能在中間位置較長時間穩定運行。

一般情形下，調節糾偏輥固定端軸承座的兩只頂緊螺栓，使軸承座前后移動，便能找到并確認這個“中間位置”（圖8）。另一種方法是利用調整軸承座與機座間的墊片厚度，也能尋找并確定這個中間位置。

調整好“中間位置”后，糾偏機構的運動行程將減少，動作頻率也會降低，網帶的運行狀態將得到明顯的改善。

作者簡介：司徒元舜，男，1944年生，高工。

作者單位：佛山市南海必得福無紡布有限公司。