變頻器在卷筒紙印刷機張力控制上的應用

0 引言

卷筒紙印刷機是一種高效印刷設備，在印刷機械設備中有著廣泛的用途，主要用于報紙、書刊和彩色商業印刷，是印刷工業的骨干設備之一。

印刷承印物的材料有多種形式，紙張印刷和加工占最大的份額。紙張的印刷和加工有兩種形態，一種是單張紙間歇式印刷，另一種是卷筒紙連續式印刷。在印刷和加工卷筒紙的過程中，紙帶在線速度不變的前提下，卷筒紙卷在放卷的過程中由大直徑向小直徑變化，也就是轉速逐漸加快，在完成印刷以后，再經過裁切、折頁、收頁，達到裝訂工序的要求。還有一種放卷和收卷的設備，紙卷收卷過程由小直徑向大直徑變化，也就是轉速逐漸減小，同時要求在放卷和收卷之間，紙帶張力的變化應該在允許的范圍之內。

1 傳統卷筒紙印刷機的張力控制系統

在傳統的卷筒紙印刷機上，印刷滾筒帶動紙帶運動，放卷軸上聯接磁粉制動器，并給予紙帶適當的制動扭矩，二者之間形成張力控制。卷筒塑料凹版印刷機、卷筒塑料柔性版印刷機、縱向分切機等設備，配備有收紙機構，收紙張力控制系統采用磁粉離合器。放卷的張力控制系統由磁粉制動器、傳感輥、電位器等組件構成。在給定張力值的基礎上，如果放卷紙帶張力發生變化，則傳感輥中心的位置發生變化，從而帶動電位器的阻值發生變化，使磁粉制動器的勵磁電流變化，改變磁粉制動力矩從而達到張力恒定的目的。相反，收卷過程也需要保持一定的張力，在收紙軸上連接磁粉離合器起到控制張力的作用。為達到張力控制作用，卷筒紙印刷機還可以用空氣摩擦盤裝置、機械摩擦盤裝置和抱閘式張力控制系統來實現。

2 變頻器控制張力的基本考慮

2.1 傳統張力控制系統的缺點

采用傳統結構的張力控制系統，有以下幾個缺點。

1)磁粉制動器和離合器的工作原理是在磁場作用下，使轉子和定子間的純鐵磁粉磁化，形成磁粉鏈對轉子產生拉力，從而對紙帶產生一定的阻尼轉矩，形成印刷紙張的張力控制系統。由于紙帶張力不斷波動，磁粉鏈在磁力變化的作用下，始終處在相互摩擦的狀態中，因此會不斷產生熱量，影響磁滯性能的穩定和印刷設備的正常工作。為此，設備還需要配備冷卻系統，以防止磁粉使用過程中會生銹和老化，影響張力控制的穩定性。

2)磁粉制動器和離合器的結構比較復雜，磁粉裝填量、轉子和定子之間的間隙和磁通量呈函數關系，更換磁粉可能影響原來設定的磁性能指標，從而造成調整張力過程時紙張的浪費。磁粉制動器的結構如圖1所示，電氣原理如圖2 所示。

3)傳統的張力控制系統工作原理是利用磁粉制動器和離合器的滑差控制紙帶的張力，滑差過程伴有大量的熱量產生，這種張力控制系統部分將電能轉化為熱能，因此還需要附加水冷卻系統或冷熱風交換系統，造成能源和資源的浪費。

2.2 采用變頻器控制的張力控制系統

采用變頻器控制的張力控制系統(見圖4)替代傳統的張力控制系統(見圖3)，就克服了以上的缺點，使卷筒紙印刷機的張力控制系統實現數字化。

采用變頻器控制張力完成印刷和收、放卷的過程，使設備的結構大大簡化，并可以達到節約大量資源和電能的目的(見圖5)。

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