料卷輸送的張力控制執行設備專利技術綜述

李燕

摘 要： 張力控制系統具體涉及到張力控制技術、張力檢測技術和張力控制執行設備這三方面，本文主要針對料卷輸送的張力控制執行設備的關鍵專利技術進行技術分解，并就其專利技術發展路線進行了梳理。

關鍵詞： 張力控制；制動器；離合器；變頻

引言

張力控制通俗的定義，就是讓卷取的物料維持相互緊繃或者拉長的效果。張力控制系統是一種隨動的系統，料卷在收放卷的過程中半徑是不斷變化的，放卷時半徑逐漸變小，相反收卷時半徑逐漸變大。而卷徑的變化必然會引起張力的變化，如果張力過小，卷材不緊容易松弛甚至產生橫向移動；如果張力過大，容易導致卷材起皺甚至斷裂。因此在料卷收放卷的過程中，為了保證產品的品質以及生產效率，保持張力的恒定是非常重要的。

一、張力控制執行設備

為了保持卷繞過程中卷繞材料張力的恒定，大都在機械結構上添加各種輔助設備或采用其他傳動系統來實現。在柔性材料的張力恒定控制里，按控制的執行對象的不同可以分為：一種是以磁粉制動器/離合器為主要執行部件的張力控制設備，由于磁粉制動器的輸出轉距與通過其電感線圈的電流具有優良的線性關系，因而只要通過相應的壓力檢測器件檢測現場的壓力值對應此輸出相應的通過磁粉制動器的激勵電流就能實現動態控制，保持現場張力的恒定。這類張力控制系統主要用于低張力控制的造紙紡織等行業中；另外一種就是以變頻電機為執行部件的張力控制系統，其主要特點就是通過控制變頻器的勵磁電流或勵磁電機來控制電機的轉速，進而保持現場壓力的恒定，該類系統主要應用于對速度和張力都有較高要求的大規模工業系統中，如鋼鐵行業等。

為了明確專利分析的范圍，對張力控制執行設備進行分支的劃分并作出如下技術術語的界定：

二、張力控制執行設備技術演進路線

張力控制執行機構接收張力控制器的指令信號，改變卷軸速度進而實現對張力的控制。最早的張力控制執行機構是機械式的離合器/制動器，當卷軸的速度超過設定的最大值時，其發揮作用來斷開卷軸與電機的連接從而降低卷軸的轉速。

但是由于機械式的離合器噪音大且需要經常更換，同時其僅能保證卷軸的轉速不超過設定的最大值，不能實現轉速的勻速變緩，因此1936年9月14日，英國的ALFRED JOHNSON提出的申請GB453643A公開了在布料生產過程中，將螺旋彈簧與離合器連接來實現張力緩慢變化的方法；1942年1月20日，英國的GOSS打印機有限公司在其申請GB542618A中指出，利用液壓離合器來實現紙卷張力的控制，并且在同年2月18日的申請GB543300A中又提出利用渦流離合器來實現張力的恒定控制；直到1961年7月6日，德國的KUESTERS EDUARD在其申請DE1110294B中第一次提出了采用電磁離合器來對布卷進行張力控制，在1963年12月31日，美國的PACKAGE機械公司也提出了利用電磁離合器控制織物卷繞時的張力；隨著磁粉離合器的出現，1967年7月10日，法國的ETUDES DE MACHINES SPECIALES在其申請FR1537796中首次將磁粉離合器用于織物卷繞的張力控制裝置中；而隨著變頻技術的出現，1968年12月17日，美國的KARLSRUHE AUGSBURG IWEKA在申請US3416205中公開了利用變頻器來接受傳感器的信號并對電機轉速進行控制的技術方案，且公開了將該技術方案用于卷繞裝置的張力恒定控制中。

之后人們也對上述幾種張力控制執行裝置做了改進，例如1988年4月15日德國的蘇克-穆勒-哈科巴股份有限公司在其申請DE29806739中提出了一種利用翻轉杠桿配合彈簧來控制制動盤最終實現紗線卷繞過程中的張力控制的技術方案；2004年4月30日日本的小森公司在其申請JP2004-136128A中提出了一種氣動制動器，并配合同時提供驅動力和制動力的加速電機，來實現供紙裝置的張力控制，但是目前工業生產中使用的最多的張力控制執行裝置依然是磁粉制動器/離合器和變頻電機這兩種。

中國在張力控制執行裝置這一領域的發展相比于國外要晚30年左右。1990年3月7日，沈陽造紙廠在其申請CN2054026U中首次提出利用電磁轉差離合器來替代原有的機械式離合器，進而控制放紙輥的轉速達到紙卷張力均勻的目的；1992年2月26日，常州輕工機械廠在沈陽造紙廠的基礎上提出申請CN2097192U，并在該申請中提出了采用磁粉制動器、直流發電機、電磁離合器、氣缸或油缸為執行元件的摩擦式制動器、液力耦合器中的任一種來作為張力控制執行器；直到2002年1月9日，（湖北）三九長江實業集團武漢輕工業機械廠在申請CN2470325Y中首次提出利用矢量變頻器來連接張力檢測器和電機，進而對張力進行調節和控制，2008年10月8日，廣東東南薄膜科技股份有限公司在其申請CN201128637Y中提出了將電頻電機和閉環矢量控制裝置用于薄膜放卷過程以保持恒定的張力。

三、結語

張力控制系統技術是料卷輸送過程中的重要控制技術，其被廣泛的用于電子、鋼鐵、紡織等行業中。隨著電子技術和傳感器技術的快速發展，各個領域對自動化程度的要求越來越高，因此張力控制系統檢測與控制技術有著更高的發展方向。應從精度、性能、使用方便性以及環境適應性等方面著手，努力提升自己的核心競爭力以及專利保護意識。