Контроль натяжения в рулонном печатном и отделочном оборудовании

Натяжение полотна: основные положения

Методы измерения натяжения

Системы контроля натяжения полотна

Одним из необходимых условий качественного выполнения технологических операций в рулонном оборудовании является стабильное и контролируемое натяжение полотна. Система контроля натяжения — неотъемлемая часть любой рулонной машины или технологической линии, от качества работы которой в значительной мере зависит качество конечной продукции.

Натяжение полотна: основные положения

Натяжение определяется как растягивающее усилие, приложенное к полотну (ленте) в машинном направлении. Натяжение обеспечивает управляемую проводку полотна, без него движение ленты становится неконтролируемым и непредсказуемым. Один из основных принципов управления лентопроводкой — полотно выравнивается под углом 90 ° к оси направляющего или ведущего валика — работает только в том случае, если обеспечивается плотный контакт между поверхностями валика и полотна. Если трение между валиком и полотном низкое, положение последнего в поперечном направлении и скорость движения будут неконтролируемыми. Точность приводки при печати, лакировании, тиснении фольгой, высечке, а также положение линии разрезки полотна — вот функции натяжения.

Натяжение создается разностью скоростей лентоведущих валиков (рулоны на размотке и намотке также следует считать лентоведущими валиками). Натянутая лента растягивается в машинном направлении на величину, зависящую от силы натяжения и от упругости ленты, и сжимается в поперечном направлении. Поскольку растяжение полотна затрудняет контроль приводки при печати и отделке, а поперечное сжатие может вести к морщению полотна, оптимальной следует считать минимальную силу натяжения, которая обеспечивает управляемую проводку полотна через машину.

Разные материалы имеют различные упруго­эластические свойства, соответственно будут различными и оптимальные значения натяжения. Для разных машин оптимальные значения натяжения при обработке одинаковых материалов также могут различаться. В качестве отправной точки при определении оптимального натяжения следует использовать рекомендации поставщиков материалов, а также технологических институтов. Обычно искомая величина составляет 10­25% предела прочности материала на разрыв.

При работе с несколькими лентами, например при ламинации, их натяжение должно быть одинаковым, в противном случае склеенное полотно будет скручиваться в сторону той ленты, которая на момент склейки была натянута сильнее.

Натяжение полотна должно контролироваться не только в технологических секциях, но и на рулонных установках, иначе на размотке возможен обрыв ленты, а форма наматываемого рулона будет далека от цилиндрической.

Натяжение в каждой из зон контроля должно регулироваться независимо от других зон. Поэтому на размотке, в технологических секциях и на намотке оно может иметь различные значения.

В установившемся режиме работы машины натяжение в технологических секциях, как правило, достаточно стабильно. На размотке и намотке регулировать натяжение сложнее, поскольку диаметры и массы рулонов в процессе работы машины изменяются. На размотке натяжение должно поддерживаться постоянным, поэтому по мере уменьшения диаметра рулона частота его вращения увеличивается, а тормозной момент на валу должен снижаться. Намотку рулона часто принято выполнять с уменьшающимся по мере увеличения диаметра рулона натяжением ленты, поэтому частота вращения рулона должна изменяться с учетом заданного уменьшения натяжения.

Методы измерения натяжения

Существует несколько способов измерения и расчета оценки натяжения полотна. Самый точный из них — измерить натяжение тензометром, который может работать как элемент системы контроля натяжения или может быть установлен отдельно от нее.

Если датчика нет, но система контроля натяжения содержит амортизирующий колебания плавающий (танцующий) валик, то натяжение можно вычислить из значения нагрузки на валик с учетом геометрии проводки полотна через амортизатор. Следует учесть, что данная оценка не будет корректной в случае, если валик находится в одном из крайних положений.

Грубо оценить натяжение на размотке, оснащенной рулонным тормозом, можно с помощью обычного безмена. Для этого следует пропустить конец ленты через направляющий валик, зацепить ее безменом и потянуть. Вес, который покажет безмен в момент, когда рулон начнет вращаться, позволит рассчитать натяжение ленты при данной установке тормоза. Этот метод нельзя применять для оценки натяжения на устройствах намотки и на размотках, оснащенных двигателем, а не тормозом.

В случае если известно значение тормозного момента на размотке, оценку натяжения можно аппроксимировать из частного тормозного момента и радиуса рулона.

Системы контроля натяжения полотна

Самым дешевым методом управления натяжением полотна является ручная установка параметров двигателей или тормозов, регулирующих скорости вращения лентоведущих валиков и рулонов. Однако очевидно, что подобный метод регулировки может быть основан только на опыте обслуживающего оборудование персонала и риск ошибки при его использовании очень велик. Регулировать параметры приводов размотки и намотки вручную вообще крайне сложно из­за постоянного изменения масс и диаметров рулонов. Поэтому экономия на стоимости автоматических контрольных устройств скорее всего обернется потерями вследствие большого процента брака. Рассмотрим основные типы автоматических устройств.

Системы контроля диаметра рулона

Системы контроля диаметра рулона эффективны для управления натяжением ленты на размотке и намотке. Их общим недостатком является невозможность учета всего комплекса факторов, влияющих на натяжение ленты, а также невозможность контроля натяжения в технологических секциях. В настоящее время в таких системах применяются три вида датчиков:

•  механические;

•  ультразвуковые;

•  тахометрические.

Механические датчики измерения диаметра рулона

Механический датчик измерения диаметра рулона представляет собой качающийся ролик или валик, который с помощью пружины или пневматического устройства прижимается к внешней поверхности рулона. Диаметр рулона оценивается исходя из углового положения рычага, на котором закреплен ролик или валик. Обычно для измерения угла применяется потенциометр.

Достоинствами механических датчиков является простота, дешевизна и легкость установки. Недостатки: невозможность компенсировать отклонения рулона от цилиндричности (при овальной форме поперечного сечения); устройство затрудняет процесс замены рулона; меньшая по сравнению с другими системами надежность; механическое воздействие на поверхность материала.

Система контроля положения качающегося плавающего валика

Ультразвуковые датчики­измерения диаметра рулона

Ультразвуковой датчик состоит из источника и приемника ультразвука. Источник генерирует сигнал, который после отражения от поверхности рулона фиксируется приемником. Диаметр рулона рассчитывается на основе времени, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти от источника до приемника.

Достоинства ультразвуковых датчиков: простота конструкции; относительная дешевизна; компактность; легкость установки; возможность учета отклонения рулона от цилиндричности; надежность; наличие дополнительных функций, например предупреждения о скором окончании рулона; отсутствие контакта с поверхностью полотна.

К недостаткам ультразвуковых датчиков относятся ошибки измерения при попадании каких­либо объектов между датчиком и поверхностью рулона, при работе с поглощающими ультразвук материалами (например, с некоторыми современными неткаными синтетическими материалами), а также при отклонениях углового положения датчика от позиции, в которой осуществлялась калибровка.

Система контроля положения линейно перемещающегося плавающего валика

Тахометры

Пара тахометров, измеряющих частоту вращения рулона и лентоведущего или направляющего валика, позволяет управлять работой привода рулона на основе сравнения этих частот.

Достоинствами подобных систем являются: относительная дешевизна; легкость установки; надежность; наличие дополнительных функций; отсутствие контакта с поверхностью полотна.

Системы контроля положения плавающего валика

Плавающие валики устанавливаются на качающихся, перемещающихся линейно или ротационных опорах. При изменении натяжения ленты валик отклоняется от нулевой позиции, компенсируя отклонение натяжения. Измерение отклонения (позиции) валика позволяет, скорректировав параметры привода лентоведущих валиков и рулонов, нормализовать величину натяжения. Величина натяжения поддерживается постоянной, пока плавающий валик находится в рабочей зоне — между крайними положениями. По достижении валиком крайнего положения величина натяжения выходит из­под контроля.

Системы с качающимися валиками имеют простую конструкцию, дешевле других систем с амортизатором и характеризуются большой рабочей зоной. К их недостаткам относится необходимость учета веса валика и относительно большие габариты.

Системы с линейно перемещающимся валиком характеризуются компактностью и большой рабочей зоной валика. Они идеально подходят для устройств с автоматической склейкой ленты. Недостатки: необходимость учета веса валика; относительная сложность конструкции; дороговизна.

Ротационные системы включают пару уравновешивающих друг друга валиков, что позволило исключить необходимость учета их веса. Инерционность этой компактной системы минимальна. Недостатки конструкции: высокая стоимость и невозможность увеличения рабочей зоны.

Системы с плавающими валиками универсальны и позволяют скомпенсировать действия всех факторов, влияющих на величину натяжения полотна. Для снижения ошибок, вызванных инерцией плавающих валиков, их следует делать как можно более легкими. Рекомендуется использовать валики с пониженным трением. Для исключения влияния веса валиков на точность контроля натяжения полотна следует использовать ротационные конструкции или линейную схему с перемещением валиков в горизонтальной плоскости.

Величина натяжения ленты определяется усилием, приложенным к оси валика (или пары валиков в ротационных устройствах). Нагружение плавающих валиков раньше осуществлялось с помощью грузов, сейчас — посредством пневматики. Пневматические цилиндры снабжаются электронными системами управления, которые позволяют плавно регулировать давление воздуха и соответственно плавно менять величину натяжения.

Для определения позиции валика в старых системах использовались аналоговые потенциометры. Поскольку эти приборы содержат механические элементы и их точность со временем уменьшается, в современном оборудовании применяются цифровые датчики разных типов.

Система контроля положения ротационной пары плавающих валиков

Тензометрические системы контроля

В тензометрических системах контроля датчики подключаются к направляющему валику и измеряют нагрузку на него, обусловленную натяжением полотна. Натяжение рассчитывается с учетом угла обхвата валика полотном. После сравнения измеренного значения с заданным при необходимости выполняется коррекция параметров приводов лентоведущих валиков и рулонов.

Достоинства тензометрических систем: высокая точность измерения; универсальность; компенсация всех факторов, влияющих на натяжение ленты; большой выбор моделей разной стоимости, включая системы с автоматической калибровкой; простота установки. Однако при работе с рулонами большого диаметра системы этого типа не всегда обеспечивают достаточную стабильность натяжения в устройствах размотки и намотки.

Тензометрическая система контроля натяжения

Комбинированные системы контроля

Комбинированные системы, объединяющие устройства контроля диаметра рулона, и системы с плавающим валиком или тензометром, позволяют добиться наибольшей стабильности натяжения. Их целесообразно применять при большом диапазоне скоростей машины, при работе с рулонами большого диаметра, а также при работе с эластичными материалами.

В комбинированных системах оценки натяжения устройств разного типа дополняют друг друга. В 90% случаев для регулирования натяжения достаточно информации от устройств контроля диаметра рулонов, в оставшихся 10% она дополняется и корректируется информацией от систем с плавающим валиком или тензометром.

Недостатками комбинированных систем являются высокая стоимость и сложность конструкции.

***

Применение автоматических систем контроля натяжения полотна позволит обслуживающему оборудование персоналу сосредоточиться на узких местах технологического процесса и уделять больше внимания качеству печатной продукции. В конечном счете это будет способствовать увеличению эффективности производства.

Мир Этикетки 11'2005