一種墊膠卷取小車襯布恒張力控制器的設計

顧建，張劍

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

在輪胎制造過程中，許多部件都是采用擠出工藝制造出來的，例如墊膠、三角等。而且在擠出過程中，都是采用雙條同時擠出的方式擠出。在收取時，則采用同時卷入小車的方式進行收取。在成型過程中，需要保證兩側的材料重量分布均勻、對稱，且整條長度上的各個截面形狀要均勻一致。所以在生產過程中，對此類部件的質量管控非常嚴格。按我公司的質量標準，要求重量公差控制在±2%以內，墊膠全寬度公差控制為±4 mm，局部關鍵點公差控制在1 mm，厚度公差控制在3 mm。所以需要我們在生產過程中，尤其是制品卷取過程要對制品的尺寸改變盡量減少。本文主要介紹墊膠卷取小車襯布張力是如何實現在恒張力控制的。

1 設計背景介紹

墊膠卷取工位襯布的張力是通過氣動剎車盤控制，制動力恒定，隨著制品的卷入，卷徑變大，襯布的張力也會變大，最終導致卷入的制品被襯布壓變形，尺寸偏差大，超出工藝標準公差，見圖1。

圖1 襯布卷取墊膠示意圖

墊膠卷取恒張力控制裝置解決了張力不均的問題，實現襯布張力恒定，制品卷入后尺寸不受襯布影響，滿足工藝要求。

2 恒張力裝置介紹

2.1 結構組成

本裝置包括：襯布、張力傳感器、張力輥、伸縮氣缸、裝置立柱、氣缸支撐橫梁、張力控制面板、伸縮導軌滑塊、剎車盤、比例控制閥、剎車盤、剎車支架立柱、氣動剎車、剎車中心軸、卷取卡盤、傳動銷軸、墊膠卷取小車等。本裝置工作示意圖見圖2。

圖2 恒張力裝置工作示意圖

2.2 使用方法

墊膠卷取小車推入工位后，卷取卡盤通過傳動銷軸與工裝小車聯接。同時伸縮氣缸會伸出，將張力輥向前推進200 mm,位于1#輥和2#輥之間，與襯布接觸（見圖3）。隨著卷取小車的轉動，襯布的張力也會隨之變化，通過張力傳感器，襯布的張力將傳輸至張力控制面板，面板上設置一個標準值，比如100 kN。當張力傳感器實際張力大于100 kN時，表明襯布張力過大，張力控制面板會傳輸信號給比例控制閥，比例閥會降低氣動剎車的進氣壓力，剎車阻力變小，襯布張力也隨之降低。反之，當張力控制器實際張力小于標準100 kN時，表明襯布張力過小，張力控制面板會傳輸信號給比例控制閥，比例閥會增加氣動剎車的進氣壓力，剎車阻力變大，襯布張力也隨之提高，直至張力穩定在100±10 kN之間，實現襯布張力的恒張力。

圖3 恒張力裝置工作示意圖（側視）

2.3 控制原理

目前張力控制的方法分為扭矩控制和速度控制兩種。考慮到我們墊膠卷取時的速度是恒定的，再根據現場實際使用情況，我們選用扭矩控制的方式。在扭矩控制中，襯布運行速度恒定，則因加減速所產生的慣性影響及摩擦阻力基本恒定，所以只要施加一定的制動器，扭矩就能簡單的控制張力。卷軸的旋轉速度則由卷取小車進給速度和襯布卷徑的變化過程決定。在制動器的選擇上，可以采用磁粉制動器和盤式制動器。我們現場采用的是盤式制動器。下面分別介紹該控制系統的張力傳感器、張力控制操作裝置和制動裝置。

2.3.1 張力傳感器

張力傳感器是將襯布的張力先轉換為負載，然后再將該負載作為電氣信號傳出的設備。在張力檢測器上部設置檢測輥，張力檢測器前后設置導輥，讓襯布通過每個輥。由此，襯布上的張力會通過檢測輥作為負載施加到張力檢測器上。本項目中，我們選用三菱LX7-F型法蘭式張力傳感器（圖4）。該類型的傳感器采用的是差動變壓器式傳感器。其特點是：①傳感器部分為非接觸式，抵抗撞擊的能力強（現場小車進出時，操作不當都會對張力輥產生碰撞）。②與其他傳感器相比，輸出電壓較高，所以抵抗電噪聲能力強。③增幅時誤差小。④需要對溫度變化進行補償。LX7-F 型張力傳感器，必須在兩端各使用 1 臺，共 2臺（圖 5）。

圖4 LX7-F型法蘭式張力傳感器

圖5 張力傳感器安裝示意圖

2.3.2 張力操作控制裝置

張力操作控制裝置是收集張力檢測器傳遞的張力信號，然后根據設定的標準值，調節制動裝置的氣壓，松緊卷取的剎車盤，增減襯布的張力，從而能夠確保襯布的張力保持穩定。我們選用E+L公司DC62型控制器（圖6）。兩個測力傳感器測量出張力的實際值，張力值跟標準值進行對比，并形成控制差值傳送給張力控制裝置的PID控制器。控制器生成用于后面變換器的調節信號。變換器的輸出端提供控制氣動制動器的壓力，從而調整實際的張力，最終趨于平衡，在標準值之間波動。波動的范圍可以通過界面設置進行自行設定。

2.3.3 制動裝置

制動裝置包括比例閥、空壓盤式制動器、剎車盤等部件。比例閥主要是通過張力控制器輸出的電壓值來精確調節氣壓大小；制動器采用臺灣堂瑩 DBF系列空壓盤式制動器，可根據不同氣壓，對剎車盤實施不同的抱緊力。電壓值越大，抱緊力越緊，卷取襯布的張力就越大。

圖6 DC62型張力操作控制裝置

2.3.4 操作界面介紹

操作界面分為三個操作層面（圖7）：①主屏幕：主要顯示張力的實際值、目標值、襯布運行速度、當前制動器的壓力、當前配方；②信息菜單：主要顯示E+L維修公司的聯系資料，在設備出現異常無法解決時，可聯系廠家技術人員協助；③主菜單：主要顯示控制器配置設置以及軟件版本信息。

圖7 操作界面

實際正常運轉時，員工只需在右側的白色框內輸入設定的張力值即可。目前，我們設置的張力是100 N。

3 前后數據分析對比

圖8為生產線數據采集表，經對比分析前后數據，可得出結論：恒張力計設定為100 N，墊膠厚度變化量在1.3 mm；非恒張力工位厚度變化量在1.6 mm，恒張力工位要比正常工位少變形0.3 mm。

圖8 生產線數據采集表

4 常見故障及排除方法

各部位常見的故障及其對應的排隊方法見表1。

5 應用前景

該裝置主要運用在墊膠卷取小車上。安裝尺寸改造后，該裝置也可以用于斜裁卷取塑料紙張力控制。目前該裝置已獲得實用新型申請專利，專利號是ZL 2018 2 1777599.X。

表1 常見故障及排隊方法