织物染整工艺中的张力控制
染整多单元联合机在单元之间设有“弹力架”，其作用是协调单元间的速度差；缓冲动态过程，防止布匹积存或断布；设定单元送布的初张力；以及故障“越位”时安全停机，防止事故扩大。弹力架线速差调节装置其实就是一个简单的张力控制装置，当相邻单元间出现线速差时，就会产生张力，当大于初张力（由弹力架设定）时，弹力架摆臂辊向下摆动（张力辊动作）；当小于初张力时，张力辊向上摆动，以调节单元间的速度差，维持送布张力在初张力左右。
当张力架设置在两机组之间，织物出卷车进入平送洗涤槽（蒸汽洗涤箱、多导布辊装置）时，张力架的张力设定只需设定初张力，保证织物在平送过程中不产生褶皱即可；当张力架设置在平送洗涤槽（蒸汽洗涤箱、多导布辊装置）的织物出口处时，张力架对织物的张力设定应以初张力为基础，还要加上织物在送入过程中摩擦阻力矩所增加的附加张力。多机组紧密工况送布的初张力不能降低，防止产生导布褶皱，附加张力应尽量控制小，以减轻后整理预缩工序的负担。
染整工序中织物的卷染和卷取、堆放，都需要配合卷径的变化，实现恒线速运行。从自动调节原理来看，无论两机组之间的速度差有多大，或者卷径变化有多大，都会引起织物张力的波动，这些都属于对张力的扰动。因此，生产过程中需要对机台上织物的张力变化差进行监测和控制。
内容
卷染全张力控制设备
卷染过程中织物的张力是由卷取与放卷的线速度差、导布过程中的摩擦阻力矩以及张力架的附加张力引起的，使织物伸长，即弹性变形。织物的弹性模量决定了弹性变形产生的张力。织物张力的波动将决定卷染过程中染液的带液量，造成带液不均匀，从而产生头尾色差、左中右色差等不良品。因此，卷染过程必须实现全在线张力控制。
大型卷染机张力控制市场现状
1.速度控制不符合卷绕机械特性要求
图1为绕线机特性曲线与传动机特性曲线示意图。
图中，曲线1为卷绕特性曲线；曲线2为卷绕轴随布卷直径变化的速度曲线，两条曲线交于A、B点。当布轮从D0（卷绕辊直径）卷绕到D1时，布卷所需的速度应为n1，此时控制布卷速度为n1′。卷绕布卷速度较高，放卷与收卷之间的速度差会导致织物拉伸，张力增大。图1中A、B点之间，曲线2越靠近曲线1，工艺张力差越小。若两条曲线重合，则工艺张力相同。这样，在染色过程中，控制放卷与卷绕之间的速度差，可以有效防止因速度差波动引起张力变化而产生的色差疵点。
目前市面上的巨型染色机对于动态速度偏差的调整不够灵敏，造成曲线2与曲线1的偏差较大，体现在布卷头尾及生产中段出现颜色不均的问题。
2. 过程中张力的控制
1.卷布辊 2.布卷 3.压布辊 4.扩幅辊 5.臂 6.拉簧 7.旋转轴 8.浸没式导布辊
图2为拉簧式张力架工作原理示意图。布卷推动压布杆3，使架臂5运动至∠BOB’，拉簧6运动至B’A（A点为拉簧在机体上的固定点，B点为拉簧在架臂上的固定点）。设拉簧的拉力从BA到B’A呈线性恒定。
OB=AB·∠COSα , OB'=AB'·∠COSβ, ∵∠α>∠β,∴OB'>OB
由此可见，随着卷径的增大，张力弹簧作用于张力架的矢量力也增大。张力架上的涨布辊4为固定不旋转的弯辊，与压布辊3配合后对上卷织物产生挤压力。这样，随着布卷直径的增大，由于挤压力的增大，布面染液容易向边缘区域扩散，严重影响左中右色差。目前市面上的巨型染色机上，有两种张力弹簧张力架，根据以上分析，这两种张力架都会影响染色质量。有的厂家在放卷和卷取中间设置测速导布辊，并在导布辊两端的轴承座下方设置浮动压力传感器，目的是实现在线张力监测。实际上，从放卷布卷→拉簧张力架→导布辊（下液）→测速张力架→染布进给路线的一半，在压力传感器采样信号的反馈控制下，解决了中途张力的控制问题。而从测速张力架→导布辊（下液）→拉簧张力架→收卷布卷这一半程的张力变化是无法控制的。
全张力控制设备 卷染
1.布辊 2.摆臂装置 3.浸没式导布辊 4.速度张力导布辊 5.速度编码器 6.压力传感器
图3为卷染全过程张力控制示意图。
1.模糊控制交流伺服驱动系统
根据速度控制精度要求（线速度≤0.5%），选用数字控制系统，应用模糊控制技术，将测量的线速度与工艺设定值进行快速偏差反馈，并将偏差的变化率反馈给伺服驱动器，控制伺服电机。电机带有抗转矩扰动的速度闭环控制速度编码器，保证速度控制的稳定性。系统动态跟踪响应快，不会产生振荡，符合绕线机的机械特性，绕线线速度恒定。模糊控制绕线线速度恒定，无需在计算机上建立数字模型来间接测量卷绕直径，控制简单、快速、准确，满足绕线非线性时变系统的要求。
2. 完全控制工艺张力
新型巨型卷染机的一大技术突破是删除了传统巨型卷染机的两个拉力弹簧，采用恒液摆臂装置（见图4）。由于恒液摆臂上的导布辊1在整个过程中始终与布卷保持一定的距离，两个展卷辊2、3及导布辊的摩擦阻力矩仅在织物上产生恒定的张力。压力传感器只需检测放卷辊的张力（阻力矩）并控制其恒定，从而实现了全程控制工艺总张力。
1.导布辊2、3.涨管4.左右套筒5.机架 7、17.齿轮
在此过程中，恒液摆臂装置的伺服电机接收到布卷增加信号，通过齿轮7、17（伺服传动输出轴齿轮）的啮合，带动传动摆臂做角位移，使导布辊1始终与布卷保持一定距离（不压住收布轴），从而在不施加额外张力的情况下完成导布。由于恒液摆臂装置解决了布卷增加引起的色差增大问题，使得新型巨型染色机的布卷直径可增大至1500mm。
恒应力（张力）分布卷绕控制系统的组成
间接恒应力分布卷绕控制系统
间接恒应力分布卷绕控制系统组成如图5所示。图中，TC为卷绕张力控制器，PC为光电编码器，NS为光电开关，LH为磁粉离合器，M为卷绕电机。其工作原理为：PC测得的线速度信号和NS测得的卷绕速度信号送入卷绕张力控制器，实时计算出当前的卷绕半径r。这种非接触式半径检测方法比直接检测方法优越得多。
间接恒应力分布卷绕控制系统的优点是结构简单、成本低、操作维护方便。缺点是由于通过磁粉离合器的输出转矩间接控制实际张力值，磁粉离合器的非线性特性以及机械部分的磨损都会影响实际卷绕张力值，从而影响控制精度。但在要求不是特别高的场合，该方法基本能够满足控制要求。图6为间接恒应力分布卷绕控制系统框图。
间接恒应力分布卷绕控制系统的优点是结构简单、成本低、操作维护方便。缺点是由于通过磁粉离合器的输出转矩间接控制实际张力值，磁粉离合器的非线性特性以及机械部分的磨损都会影响实际卷绕张力值，从而影响控制精度。但在要求不是特别高的场合，该方法基本能够满足控制要求。图6为间接恒应力分布卷绕控制系统框图。
闭环恒应力分布卷绕控制系统
闭环恒应力分布卷绕控制系统组成如图7所示。
图7中，TE为张力传感器，直接测量织物在线张力。TC控制器输入速度信号NS和线速度信号PG计算卷绕半径，得出布卷恒线速度的控制速度；TE反馈信号控制恒张力，二者计算后给予变频器VVVF主指令信号，使电机运行速度满足预设的工艺线速度和恒张力。图7所示控制系统控制精度高。
张力控制系统
该系统分为放卷组、送料组、收料组。
（1）放卷组：放卷的张力由安装在放卷组中的磁粉制动器的制动力矩决定。为了保持恒定的张力，随着卷径的减小，制动力矩必须减小。此时采用张力检测器检测材料的张力，并控制磁粉制动器的扭矩。
（2）送料组：送料马达用于将长尺寸材料由左向右送料。输送线速度由马达转速决定，与张力无关。但张力大时，马达的输出马力就要加大。
（3）收料组：收料组的收料速度需快于线速度，以确定磁粉离合器的输入速度。由于线速度由传递卷筒决定，离合器会产生打滑。因此，收料组的张力由磁粉离合器的传递扭矩决定。
为了保持恒定的张力，必须根据卷筒直径的大小增加或减少传递扭矩。此时，卷绕直径是通过卷筒的旋转量来检测的，并据此控制磁粉离合器。此外，磁粉离合器的手动转速大于最大输出转速（卷绕直径最小时）。因此，卷绕直径越大，输出转速越低，离合器滑差也越大。
张力控制器的选择过程
图9为张力控制器的选择流程图。
张力检测器的工作原理
张力检测器通过滚轮施加负载，使板簧如下图所示移动，然后通过差动变压器检测张力。由于板簧的位移量极小，约为±200μm，因此也称为微位移张力检测器。参见图10。
由于检测滚轮数量较多，即使张力为零，张力检测器实际上也会承受载荷。该载荷不是恒定的，而是随着机械因素的变化而变化的，例如不同安装型式检测滚轮检测器的载荷计算。
张力计的重量、检测器的安装角度等，且因各种机器的种类、材质不同、检测滚轮的角度不同，需要调整张力计或张力控制器侧的设定，称为零点调整或跨度调整。
张力检测器的安装方法
张力检测器可平放或壁挂安装。根据施加于产品力的方向，张力检测器可分为压缩式和升降式。图11示出了不同安装型式张力检测器的载荷计算。验布机放卷侧的磁粉离合器必须固定在电机侧，因此应使用带制动器的电机。安装在电机与卷筒之间的磁粉离合器可以控制卷筒的扭矩。布匹张力通过张力检测器反馈，磁粉离合器受张力控制器控制。
注意：负载G必须小于额定重量的1.6倍。
F = 线圈张力 G = 张力检测器的负载 K = 常数 W = 滚筒的重量 + = 压缩方向 - 提升方向，θ1，θ2 = 检测器和线圈之间的角度
本文原作者为陈立秋，如有侵权请联系 [email protected]
