[發(fā)明專利]微張力監(jiān)控裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710092467.3
• 申請日: 2007-07-20
• 公開（公告）號: CN101109964A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周憶;梁德沛;董元偉;彭萬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G05D15/01
• 分類號: G05D15/01
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉小紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對被卷繞材料進(jìn)行微張力控制的機(jī)構(gòu)，尤其是能對被卷繞材料進(jìn)行微張力(0.03N以內(nèi))精確控制并對張力突變起緩沖作用的微張力控制器。

背景技術(shù)

在紡織、拉膜、拉絲、電纜等工業(yè)生產(chǎn)中，常常要對一些材料進(jìn)行卷繞。在卷繞過程中，要求保持被卷繞材料的張力保持不變或者近似恒定，這是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，公知的張力控制裝置，是采用張緊輥、固定輥、傳感器及其控制裝置器來配合磁粉制動器而構(gòu)成，主要有負(fù)載測量型(Load?Cell)、擺臂式浮輥型(Dance?Arm)、自由式浮輥型(Free?Loop)和電流間接控制型幾種。由于各種原因，生產(chǎn)線上常用前三種張力控制方式。

負(fù)載測量型通過張力傳感器直接測量，并反饋控制。測量輥是固定的，對其安裝精度要求非常高。并且由于測量輥是固定的，不能吸收張力峰值，因此設(shè)備運(yùn)行的加速度有一定限制。

擺臂式浮輥型是一種間接張力測量系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上是位置控制。兩邊為固定輥，中間為擺動式浮動輥。在擺臂上有一個(gè)可調(diào)整壓力的氣缸和一位移傳感器。被卷繞材料的張力與擺臂的位移量成正比。將張力的調(diào)整變成了位移量的調(diào)整。但此種方式應(yīng)用于較大的張力控制場合。

自由式浮輥型實(shí)際上是擺臂式浮輥型的一種特例，不同的是其浮輥的位置測量裝置是用超聲波傳感器來完成的。其主要難點(diǎn)是浮輥位置的測量精度不是很高，相應(yīng)的張力控制的精度受到影響。

以上幾種方式均不能進(jìn)行0.03N以內(nèi)微張力的精確控制并緩沖微張力的突變，給實(shí)際應(yīng)用帶來一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容

由于現(xiàn)有的張力控制裝置存在不能進(jìn)行微張力精確控制的不足，本發(fā)明的目的是提供一種微張力控制裝置，它不僅能進(jìn)行微張力的精確控制，而且還能夠吸收張力峰值，避免因微張力突變而引起的被卷繞材料的斷裂。

為實(shí)現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的：即本發(fā)明包括一個(gè)具有線性扭轉(zhuǎn)特性的彈簧軸，兩個(gè)分別用來測量所述彈簧軸兩端轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角測量裝置，一個(gè)扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其控制器；其中，所述彈簧軸的兩端分別連接線輪和扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，線輪在被卷繞材料的帶動下轉(zhuǎn)動。

由上述兩轉(zhuǎn)角測量裝置測量出的轉(zhuǎn)角反映彈簧軸兩端的相對扭轉(zhuǎn)角度，根據(jù)虎克定律：當(dāng)剪應(yīng)力不超過材料的剪切比例極限時(shí)，剪應(yīng)變γ與剪應(yīng)力τ成正比，可以得出彈簧軸兩端承受的扭矩，從而求出張力的大小。即遵循以下公式：

f＝T/r，T＝φ×G×I_P/L????(I)

公式中，f為被卷繞材料的瞬時(shí)張力，r為線輪的半徑與纏繞在其上的剩余的被卷繞材料的厚度之和，T為彈簧軸兩端承受的力矩，φ為彈簧軸發(fā)生彈性形變部分兩端的相對扭轉(zhuǎn)角度(即扭轉(zhuǎn)角度的差值的絕對值)，G×I_P為彈簧軸的抗扭剛度(與橫截面積及其形狀和材料有關(guān))，L為彈簧軸發(fā)生彈性形變部分兩端的距離。

將求出的張力值和預(yù)期的張力值進(jìn)行比較，若張力過大，則立即通過控制器向扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，降低其提供的阻力矩；反之若張力過小，則向扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，提高其提供的阻力矩。

系統(tǒng)控制器核心是一個(gè)能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù)處理的微處理器，該系統(tǒng)通過控制扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所提供的阻力矩的大小，使被卷繞材料的張力維持為用戶期望值。

本發(fā)明由于上述可控制結(jié)構(gòu)而獲得的有益效果是顯而易見的，即可以進(jìn)行微張力的精確控制，同時(shí)對張力的突變起緩沖作用，從而避免了因微張力突變而引起的被卷繞材料的斷裂。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)施例1的裝配圖；

圖2為本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)施例2的裝配圖；

圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；

圖中，1、線輪，2、軸承，3、轉(zhuǎn)角測量裝置，4、彈簧軸，5、支架，6、連軸器，7、安裝板，8、扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，9、摩擦盤，10、微位移器，11、支撐板板，12、限位板。

具體實(shí)施方式

參見附圖1，圖中包括一個(gè)具有線性扭轉(zhuǎn)特性的彈簧軸4，兩個(gè)分別用來測量所述彈簧軸4兩端轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角測量裝置3，一個(gè)扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8及其控制器；其中，所述彈簧軸4的兩端分別連接線輪1和扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8，線輪1在被卷繞材料的帶動下轉(zhuǎn)動。

實(shí)施例中，所述彈簧軸4由兩軸承2支撐在支架5上，線輪1直接固定在彈簧軸4上，扭矩調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8和彈簧軸4連接。兩轉(zhuǎn)角測量裝置3分別安裝在支架5上，用來測量彈簧軸4兩端的相對轉(zhuǎn)角，將測量的數(shù)據(jù)反饋給控制器。