1 引言
交联电缆生产时的在线恒张力控制是保证线缆表面圆整、平滑的关键环节。我们知道,当线缆进入3层共挤机头进行包覆时需保证线缆稳定,不能产生上下振荡。若线缆出现上下振荡的现象就会使包覆后的线缆表面产生竹节状的波纹,不但影响线缆的美观和质量,竹节状波纹严重时造成线缆报废。
2 在线恒张力控制系统的分析
当某种规格的线缆通过上下牵引机夹持后,线缆自重与牵引皮带间产生的摩擦拉力已经固定不变,假定为,要保持的在线张力是,即要求。产生竹节状波纹的原因为,当时,由于上牵引齿轮传动间隙的存在,造成上牵引轮前后摆动[1],这样线缆产生水波纹振荡,包覆后就出现竹节状的波纹。
在线恒张力控制系统由双工位的主动放线架、20米水平安置的储线器、夹线器等部分组成,如图1所示。
3层共挤交联线是连续生产运行的,在生产过程中储线器正向运行,储存一定长度的裸铜线,储存的铜线长度可通过计算机设定。当A盘的裸铜线使用完时,夹线器夹紧,此时连续生产所需的裸铜线由储线器储存的线缆提供,同时接入B盘放线架,B盘放线架接入后松开夹线器,储线器重复储线过程,周而复始直至生产全部结束。
通过分析图1可知,
2.1 当动轮向设定的储线位
置点移动时,
式(1)中,
为实际的张力,
为移动摩擦力,
为动轮的片数
为电机驱动的动轮上的张力。
同时,我们知道储线电机转矩
和张力
满足下列关系式[3],
式(2)中,
为储线轮直径,
为电机转矩。
又因为电机转矩
与电枢电流
成正比,
式(3)中,
为电机转矩,
为电机的结构常数,
为电机的磁通,
为电枢电流。
将式(2)代入式(3)可得,
,由于
为常数,而储线轮直径
是不变的,
所以
为常数,令
,则
将式(4)代入式(1),可得,
式(5)中,
为常数,
为摩擦力,
为动轮片数,
为电机电枢电流。
分析式(5)可知,只要控制储线电机的电枢电流
,即可保证的在线张力
稳定。
2.2 当动轮向定轮
点移动时,
因动轮向设定的储线位置
点和定轮
点移动时,要求在线张力
是相同的,所以将式(1)代入式(6),可得,
由式(4)、(7)可知,只需将被控制的电机电枢电流减小,即可保证吐线状态时的在线张力的恒定。
3 在线恒张力控制系统设计
由图1可知,系统要控制的对象有储线器的位置、储线器储线和吐线时在线的张力、主动放线架的放线速度。储线器的位置
可通过计算机预先设定[2]。
当动轮向
点移动时,通过上位机设定适合要求的储线电机电枢电流
,同时设定储线器的初始移动速度
,对于主动放线架而言,放线速度应满足下式,
式(8)中,
代表放线速度,
代表生产线的线速度,
为设定的储线器移动速度,
为需控制的动态系数,
⑴ 当
时,
⑵ 当
时,
,
代表设定的位置,
代表实际位置,
代表储线器减速起始位置。在实际储线过程中控制储线器减速位置,可有效避免储线器动轮位置过冲。
⑶ 当
时,
,当储线器位置达到工艺要求的设定位置时
即放线速度与线速度相等。
⑷ 当夹紧设备处于吐线状态时,只需通过上位机自动设定较小的电流限幅值和较低的向
点方向的移动速度就可达到在线张力的稳定。
⑸ 制造每根电缆的储、吐线所需的张力值可通过计算机配方保存和下载[2],方便操作和使用。
对于主动放线架和储线器构成的系统,若要形成在线张力,需满足
,通过前节分析已知在线张力的数值可由电流限幅后的储线电机转矩确定。此时储线架实际的运行速度是由转矩限幅形成,并且根据实际张力
的变化自动调整储线器实际运行速度以满足在线张力的要求,但运行速度的极值为设定的移动速度。这样控制的目的,是将储线器动轮作为类似张力舞蹈器的摆轮来保证在线张力的稳定。实际运行中根据经验预设的电机电流限幅值可参考下列经验计算设置,
铜导体:
、铝导体:
4 结束语
3层共挤交联生产线的上牵引机采用机械齿轮啮合传动方式,因齿轮传动存在的齿间隙问题,若生产线运行过程中出现在线张力波动,会造成上牵引机主牵引轮轻微地来回摆动,这种摆动是造成交联电缆表面竹节的重要原因之一。为克服齿间隙的问题,在实际运行时需保持齿轮始终向同一方向持续转动,这就要求保证在线张力恒定。本文介绍了一种自主开发的新型3层共挤交联生产线在线张力恒张力系统,并阐述了该系统的软硬件设计。采用此恒张力控制系统的3层共挤交联生产线,在实际运行中有效地保证了在线张力的稳定,基本克服了电缆表面竹节现象,较好地满足了生产工艺要求。
参考文献:
[1] 尹征琦.自适应张力控制[J].电气传动,2001,(6):35-37.
[2] 陈黎敏等.PLC在复卷机张力控制中的应用[J].机械与电子,2001,(6):64-66.
[3] 张智密等.一种简单自适应算法在5机架冷连轧机张力控制系统中的应用[J].电气传动,2006,(9):32-35.
作者简介:盛天舒(1967-),男,工程硕士,高级工程师,研究方向:电气自动化。