料卷输送的张力控制执行设备专利技术综述

李燕

摘 要： 张力控制系统具体涉及到张力控制技术、张力检测技术和张力控制执行设备这三方面，本文主要针对料卷输送的张力控制执行设备的关键专利技术进行技术分解，并就其专利技术发展路线进行了梳理。

关键词： 张力控制；制动器；离合器；变频

引言

张力控制通俗的定义，就是让卷取的物料维持相互紧绷或者拉长的效果。张力控制系统是一种随动的系统，料卷在收放卷的过程中半径是不断变化的，放卷时半径逐渐变小，相反收卷时半径逐渐变大。而卷径的变化必然会引起张力的变化，如果张力过小，卷材不紧容易松弛甚至产生横向移动；如果张力过大，容易导致卷材起皱甚至断裂。因此在料卷收放卷的过程中，为了保证产品的品质以及生产效率，保持张力的恒定是非常重要的。

一、张力控制执行设备

为了保持卷绕过程中卷绕材料张力的恒定，大都在机械结构上添加各种辅助设备或采用其他传动系统来实现。在柔性材料的张力恒定控制里，按控制的执行对象的不同可以分为：一种是以磁粉制动器/离合器为主要执行部件的张力控制设备，由于磁粉制动器的输出转距与通过其电感线圈的电流具有优良的线性关系，因而只要通过相应的压力检测器件检测现场的压力值对应此输出相应的通过磁粉制动器的激励电流就能实现动态控制，保持现场张力的恒定。这类张力控制系统主要用于低張力控制的造纸纺织等行业中；另外一种就是以变频电机为执行部件的张力控制系统，其主要特点就是通过控制变频器的励磁电流或励磁电机来控制电机的转速，进而保持现场压力的恒定，该类系统主要应用于对速度和张力都有较高要求的大规模工业系统中，如钢铁行业等。

为了明确专利分析的范围，对张力控制执行设备进行分支的划分并作出如下技术术语的界定：

二、张力控制执行设备技术演进路线

张力控制执行机构接收张力控制器的指令信号，改变卷轴速度进而实现对张力的控制。最早的张力控制执行机构是机械式的离合器/制动器，当卷轴的速度超过设定的最大值时，其发挥作用来断开卷轴与电机的连接从而降低卷轴的转速。

但是由于机械式的离合器噪音大且需要经常更换，同时其仅能保证卷轴的转速不超过设定的最大值，不能实现转速的匀速变缓，因此1936年9月14日，英国的ALFRED JOHNSON提出的申请GB453643A公开了在布料生产过程中，将螺旋弹簧与离合器连接来实现张力缓慢变化的方法；1942年1月20日，英国的GOSS打印机有限公司在其申请GB542618A中指出，利用液压离合器来实现纸卷张力的控制，并且在同年2月18日的申请GB543300A中又提出利用涡流离合器来实现张力的恒定控制；直到1961年7月6日，德国的KUESTERS EDUARD在其申请DE1110294B中第一次提出了采用电磁离合器来对布卷进行张力控制，在1963年12月31日，美国的PACKAGE机械公司也提出了利用电磁离合器控制织物卷绕时的张力；随着磁粉离合器的出现，1967年7月10日，法国的ETUDES DE MACHINES SPECIALES在其申请FR1537796中首次将磁粉离合器用于织物卷绕的张力控制装置中；而随着变频技术的出现，1968年12月17日，美国的KARLSRUHE AUGSBURG IWEKA在申请US3416205中公开了利用变频器来接受传感器的信号并对电机转速进行控制的技术方案，且公开了将该技术方案用于卷绕装置的张力恒定控制中。

之后人们也对上述几种张力控制执行装置做了改进，例如1988年4月15日德国的苏克-穆勒-哈科巴股份有限公司在其申请DE29806739中提出了一种利用翻转杠杆配合弹簧来控制制动盘最终实现纱线卷绕过程中的张力控制的技术方案；2004年4月30日日本的小森公司在其申请JP2004-136128A中提出了一种气动制动器，并配合同时提供驱动力和制动力的加速电机，来实现供纸装置的张力控制，但是目前工业生产中使用的最多的张力控制执行装置依然是磁粉制动器/离合器和变频电机这两种。

中国在张力控制执行装置这一领域的发展相比于国外要晚30年左右。1990年3月7日，沈阳造纸厂在其申请CN2054026U中首次提出利用电磁转差离合器来替代原有的机械式离合器，进而控制放纸辊的转速达到纸卷张力均匀的目的；1992年2月26日，常州轻工机械厂在沈阳造纸厂的基础上提出申请CN2097192U，并在该申请中提出了采用磁粉制动器、直流发电机、电磁离合器、气缸或油缸为执行元件的摩擦式制动器、液力耦合器中的任一种来作为张力控制执行器；直到2002年1月9日，（湖北）三九长江实业集团武汉轻工业机械厂在申请CN2470325Y中首次提出利用矢量变频器来连接张力检测器和电机，进而对张力进行调节和控制，2008年10月8日，广东东南薄膜科技股份有限公司在其申请CN201128637Y中提出了将电频电机和闭环矢量控制装置用于薄膜放卷过程以保持恒定的张力。

三、结语

张力控制系统技术是料卷输送过程中的重要控制技术，其被广泛的用于电子、钢铁、纺织等行业中。随着电子技术和传感器技术的快速发展，各个领域对自动化程度的要求越来越高，因此张力控制系统检测与控制技术有着更高的发展方向。应从精度、性能、使用方便性以及环境适应性等方面着手，努力提升自己的核心竞争力以及专利保护意识。