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凹印机放卷张力系统控制策略的研究.pdf59页
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西安理工大学硕士学位论文
II 西安理工大学硕士学位论文
IV 目录 目录
1 绪论........................................................................1 1.1 课题研究背景及意义....................................................1 1.2 影响凹印机张力控制的几个因素..........................................1 1.3 张力控制系统组成......................................................2 1.4 国内外张力控制策略研究状况............................................2 1.5 论文研究内容及章节安排................................................4
2 凹印机张力系统耦合建模......................................................7 2.1 引言..................................................................7 2.2 张力系统建模分析......................................................7 2.2.1 张力模型理想假设................................................7 2.2.2 两辊筒张力系统建模..............................................8 2.2.3 放卷机构数学模型...............................................10 2.2.4 收卷机构数学模型...............................................12 2.2.5 摆棍机构数学模型...............................................13 2.3 凹印机张力系统耦合模型...............................................14 2.4 本章小结.............................................................16
3 放卷张力系统解耦及Simulink 建模 ............................................17 3.1 引言.................................................................17 3.2 放卷张力系统模型解耦.................................................17 3.3 Simulink 建模.........................................................19 3.4 本章总结.............................................................21
4 放卷张力系统控制器设计.....................................................23 4.1 引言..................................
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柔版印刷机，包装印刷行业最领先的印刷利器！
当前印刷行业发展迅速，而其中的包装印刷行业更是日新月异。2013年，权威部门统计数据显示，包装印刷行业最领先的工艺技术是柔版印刷，占全球市场大约38%的份额。胶版印刷是折叠纸箱最主要的印刷方式，市场份额为25%。数字印刷也凭借着其小批量印刷的特点以及强大的适用范围，正在迅速抢占市场，根据新机器的安装数量，它已经超过了柔版印刷，其中7%的市场份额还将用于不断刺激和加速这种增长趋势。
纵观数据，柔版印刷必定成为主流，而柔版印刷机，则是包装印刷行业最领先的印刷利器！
柔版印刷机是以柔性感光树脂版、橡胶版为基材，通过网纹辊传墨，用液体油墨对承印物进行印刷的印刷机。
在涌入市场的众多印刷系统中有一款产品很引人注目，那就是方邦机械最新推出的YT-1300C 机组式柔版印刷机。
它的特点非常明显，主要体现在以下八个方面：
1.放卷单元采用单工位液压升降结构；3″凸键式气胀轴装料方式；自动纠偏与恒张力控制；具有换料预警，断纸停机及除尘装置。
2.主电机采用变频控制，同步带传动。
3.放卷牵引采用双胶辊压合送纸，压力大小由气动元件控制；利用锥度控制技术控制张力大小，保证后套印精度。
4.印刷单元采用陶瓷网辊传墨，单刀逆向刮墨方式，供墨泵自动供墨；网辊、版辊气动离合，停机自动分离；独立电机驱动网辊，防止油墨在网辊表面凝固堵塞网穴别墅门乳化泵两翼旋转门乳化机汽水混合器静态混合器 ；纵向自动套印；横向手动套准。
5.收卷牵引采用双胶辊压合送纸，压力大小由气动元件控制；具有静止画面彩色检测系统。
6.收料单元采用单工位液压升降结构；3″凸键式气胀轴装料方式；使用电机驱动，具有摆臂浮辊，闭环张力控制及断纸停机装置。
7.独立烘干系统：内置红外线短波加热烘干（温度可调），外置加热器可送热风及冷风（二次回风利用）；废气集中排放出口（废气鼓风排放由客户自己处理）。
8.整机由PLC系统集中控制；触摸屏输入并显示整机工作状态；可实现自动计米及多点调速。
在消费者观念发生巨变的时候，包装总是首当其冲受到关注，而包装产品对环境的污染也是人们不得不面对的。 柔版印刷技术的应用，多方面使得生产制造出来的产品，无污染，可以多次使用。因此，柔版印刷机，当然就是包装印刷行业最领先的印刷利器！
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浮动辊在印刷机收放卷张力控制中的应用
在卷材的生产加上中比如成卷薄膜或纸张等的印刷、涂布，有放卷、收卷等有关卷取操作的工序，卷材张力在动态地变化。而在张力控制系统中，会包含以下气动产品：气动三联件、精密调压阀、等，其中最重要是部件精密调压阀、低摩擦气缸。就是在卷取过程中，为保证生产效率和卷材的表面质量保持恒定的张力是十分必要的。本文介绍一种在工作中经常采用的张力自动控制方法——浮动辊式张力自动控制系统。
在卷取操作工序中卷筒的直径是变化的直径韵变化会引起卷材张力的变化：张力过小 卷材会松弛起皱 在横向二也会走偏。张力过大。会导致卷材拉伸过度，在纵向上会出观张刀线，在膜卷的表面上会出现隆起的筋条：甚至会使卷构变形断裂。影响张力控制的主要因素有机械损耗、薄膜拉伸弹性率、加减速时膜卷惯性引起的张力变化、卷取电机和驱动装置的特性等。在卷取的过程中，为保证生产效率和卷材的表面质量，保持恒定的张力是十分必要的．
　　张力自动控制系统的分类
　　 在实际生产中，如果以中心收卷方式来卷取薄膜，膜卷的角速度是动态变化的，同时前面输送来的薄膜的速度也是随着生产速度而改变，这些都造成膜卷的张力是动态变化的。为了使薄膜的张力保持恒定，就必须使到卷筒的转速能够根据膜卷张力的大小自动调整。按控制原理基本上可以分为开环控制和闭环控制两种。
　　 1．开环控制
　　 所谓开环控制就是在控制系统中，没有张力检测装置和反馈环节，或者只有检测装置而没有反馈环节的控制形式，该方式通常采用力矩控制模式，直接控制电机转矩，控制过程中需要对机械损耗、静态惯量、动态惯量、加减速等做补偿，控制精度和稳定性较差。
　　 2．闭环控制
　　 闭环控制就是具有检测装置和反馈环节的控制系统。闭环控制的随机性很强，具有较高的控制精度，闭环控制的反馈方式很多，常用的有桥式压力传感器和浮动辊式张力传感器两种。这里介绍的就是采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案，该方式通常采用伺服控制模式，直接控制电机转速。
　　浮动辊张力检测控制原理
　　 1．单浮动辊张力控制系统
　　 单浮动辊张力控制系统如图1所示，该系统主要由浮动辊3、4、电位器5等组成。当气缸上腔接入压缩空气时，作用于薄膜上的张力为辊重力垂直分力与气缸垂自作用力之和。由于浮动辊摆角较小．摆动过程中垂直分力基本不变，因此，直接改变气缸的压力就能调整薄膜的张力，张力大小与膜卷直径无关。在卷绕过程中，当张力发生变化时，浮动辊相应摆动，电位器间接检测出张力变化，经PID调整后控制卷取速度，保持薄膜张力恒定。
在应用于中心卷取过程中，除了上述实时张力控制外，还存在随着膜卷直径增大、膜卷线速度不变的情况下，角速度逐渐减小的过程。开始时卷材作用在浮动辊上的拉力与辊自身的重力、气缸的推力相平衡，浮动辊处于中间的平衡位置。随着膜卷6直径的增大。浮动辊3向上摆动，带动电位器5旋转，使反馈信号偏离了原平衡点电压值。该信号与给定电压信号相比较，得出偏差值，经积分运算后，调整电机速度，使电机的转速下降，卷材的张力恢复到给定值，浮动辊又回到原来的平衡位置。在整个卷绕过程中随着膜卷直径的增大， 电机转速不断进行调整，使薄膜张刀保存恒定。通常情况下膜卷直径变化范围—般为5-8倍，采用伺服驱动模式时，调速范围可以达到10倍左右。
　　2．双浮动辊控制方式
　　 在高速运行或低张力收卷过程中，对张力的要求更为突出，单浮辊控制虽然可以吸收一些张力波动，但浮动辊运动过程中本身重量引起的惯量变化也会使薄膜张力发生变化。如图2所示，采用双浮动辊方式相对于单浮动辊来说，辊摆动幅度为单根的一半，同时由于每根浮动辊重量可以做得较轻。惯量引起的张力变化也小。如每根浮动辊重量为原来 1／2，可使得张力变化量为原来的1／4，使薄膜收卷过程中张刀更为稳定。
浮动辊安装的注意事项
　　 浮动辊在张力的自动控制过程中起到检测张力变化的作用，同时浮动辊可以吸收或缓冲张力跳变对系统稳定性的影响。浮动辊正确的安装、使用对整个控制系统的反应灵敏度有很大的关系．下面是浮动辊系统安装酬一些需要注意的环节．
　　 (1)张力辊在工作状态下只承受单向的压力，气缸可以单边接压缩气体，出气孔可以直通大气，这样只需要控制进气口的压力。气缸的出气孔安装一个节流阀，可以通过它来控制排气的速度，使气缸有一个背压，可以防止气缸前冲速度过快而产生冲击。使用时节流阀应调整到合适位置，兼顾张力检测的灵敏度．浮动辊的气动原理如图3所示。
　　 （2)气缸采用低摩擦气缸()，可以减小活塞跟缸体的摩擦力，提高气缸的反应灵敏度。当作用在浮动辊上的拉力有较小的波动时，也能够产生波动而引起电位器做出反应。
　　 (3)调压阀必须采用精密调压阀。精密调压阀酌稳压精度高，可以减小进气口气体压力的波动而引起摆辊的跳动导致张力的变化。同时，当膜卷的张力增大时逆时针方向的转矩大于顺时针方向的转矩时，气缸向上运动。则气缸进气口到调压阀之间的气体受到压缩，压力增大，精密调压阀通过排气口迅速将气体排出，使气缸内的气体压力保持不变。在需要锥度控制场合，经常将精密调压阀改为E／P转换阀，通过控制气缸不同压力来改变卷绕过程中的张刀变化。
　　 (4)膜卷在浮动辊上要有足够大的包角．如图4所示，薄膜在辊上的包角为α，膜上酌张力在辊上酌有效合力Fα=FCOSα1，+FCOSα2： 且α1，十α2=π-α。如果α越小，α1与α2之和越大，则Fα也会越小，因而必须有较大的张力变化才能引起浮动辊的摆动，减低了浮动辊对张力变化反应的灵敏度．
浮动辊的摆动范围内安装机械限位缓冲装置。可以在气缸的行程的终点起到缓冲的作用，避免活塞在行程的终点撞击缸体从而可以延长气缸的使用寿命。　　电位器采用度旋转的导电电位器．其有效摆角为°，设计时旋转角度应小于°，且留有一点余量，以免摆动幅度较大时进入死区影响控制，同时齿轮传动间隙应尽量小，以保证检测精度。　　采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案控制较为简单，调整方便，工作稳定，常用于印刷机等机械中需要收放卷张力自动控制的场合。
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