[实用新型]微张力控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种对被卷绕材料进行微张力控制的机构，尤其是能对被卷绕材料进行微张力(0.03N以内)精确控制并对张力突变起缓冲作用的微张力控制器。

背景技术

在纺织、拉膜、拉丝、电缆等工业生产中，常常要对一些材料进行卷绕。在卷绕过程中，要求保持被卷绕材料的张力保持不变或者近似恒定，这是保证产品质量的关键。目前，公知的张力控制装置，是采用张紧辊、固定辊、传感器及其控制装置器来配合磁粉制动器而构成，主要有负载测量型(LoadCell)、摆臂式浮辊型(Dance Arm)、自由式浮辊型(Free Loop)和电流间接控制型几种。由于各种原因，生产线上常用前三种张力控制方式。

负载测量型通过张力传感器直接测量，并反馈控制。测量辊是固定的，对其安装精度要求非常高。并且由于测量辊是固定的，不能吸收张力峰值，因此设备运行的加速度有一定限制。

摆臂式浮辊型是一种间接张力测量系统，它实质上是位置控制。两边为固定辊，中间为摆动式浮动辊。在摆臂上有一个可调整压力的气缸和一位移传感器。被卷绕材料的张力与摆臂的位移量成正比。将张力的调整变成了位移量的调整。但此种方式应用于较大的张力控制场合。

自由式浮辊型实际上是摆臂式浮辊型的一种特例，不同的是其浮辊的位置测量装置是用超声波传感器来完成的。其主要难点是浮辊位置的测量精度不是很高，相应的张力控制的精度受到影响。

以上几种方式均不能进行0.03N以内微张力的精确控制并缓冲微张力的突变，给实际应用带来一定的困难。

发明内容

由于现有的张力控制装置存在不能进行微张力精确控制的不足，本实用新型的目的是提供一种微张力控制器，它不仅能进行微张力的精确控制，而且还能够吸收张力峰值，避免因微张力突变而引起的被卷绕材料的断裂。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的：即本实用新型包括一个具有线性扭转特性的弹簧轴，两个分别用来测量所述弹簧轴两端转角的转角测量装置，一个扭矩调节执行机构及其控制器；其中，所述弹簧轴的两端分别连接线轮和扭矩调节执行机构，线轮在被卷绕材料的带动下转动。

由上述两转角测量装置测量出的转角反映弹簧轴两端的相对扭转角度，根据虎克定律：当剪应力不超过材料的剪切比例极限时，剪应变γ与剪应力τ成正比，可以得出弹簧轴两端承受的扭矩，从而求出张力的大小。即遵循以下公式：

f＝T/r，T＝φ×G×I_P/L    (I)

公式中，f为被卷绕材料的瞬时张力，r为线轮的半径与缠绕在其上的剩余的被卷绕材料的厚度之和，T为弹簧轴两端承受的力矩，φ为弹簧轴发生弹性形变部分两端的相对扭转角度(即扭转角度的差值的绝对值)，G×I_P为弹簧轴的抗扭刚度(与横截面积及其形状和材料有关)，L为弹簧轴发生弹性形变部分两端的距离。

将求出的张力值和预期的张力值进行比较，若张力过大，则立即通过控制器向扭矩调节执行机构发出指令，降低其提供的阻力矩；反之若张力过小，则向扭矩调节执行机构发出指令，提高其提供的阻力矩。

系统控制器核心是一个能够进行高速数据处理的微处理器，该系统通过控制扭矩调节执行机构所提供的阻力矩的大小，使被卷绕材料的张力维持为用户期望值。

本实用新型由于上述可控制结构而获得的有益效果是显而易见的，即可以进行微张力的精确控制，同时对张力的突变起缓冲作用，从而避免了因微张力突变而引起的被卷绕材料的断裂。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的机械结构实施例1的装配图；

图2为本实用新型的机械结构实施例2的装配图；

图3为本实用新型的控制系统框图；

图中，1、线轮，2、轴承，3、转角测量装置，4、弹簧轴，5、支架，6、连轴器，7、安装板，8、扭矩调节执行机构，9、摩擦盘，10、微位移器，11、支撑板板，12、限位板。

具体实施方式

参见附图1，图中包括一个具有线性扭转特性的弹簧轴4，两个分别用来测量所述弹簧轴4两端转角的转角测量装置3，一个扭矩调节执行机构8及其控制器；其中，所述弹簧轴4的两端分别连接线轮1和扭矩调节执行机构8，线轮1在被卷绕材料的带动下转动。

实施例中，所述弹簧轴4由两轴承2支撑在支架5上，线轮1直接固定在弹簧轴4上，扭矩调节执行机构8和弹簧轴4连接。两转角测量装置3分别安装在支架5上，用来测量弹簧轴4两端的相对转角，将测量的数据反馈给控制器。