近幾年來，隨著凹印機(jī)套色控制技術(shù)智能化、自動(dòng)化的迅猛發(fā)展，國內(nèi)一些高檔電腦套色凹印機(jī)均已采用了微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。另外，與之相適應(yīng)的一種嶄新的高精度,可重復(fù)的張力控制技術(shù)也取得了重大突破。這種先進(jìn)的張力控制系統(tǒng)采用了PLC可編程控制器進(jìn)行整機(jī)控制,觸摸式電腦屏人機(jī)界面操作,自動(dòng)化程度高,操作簡便,全方位參數(shù)設(shè)置,具有可操作性,高穩(wěn)定性和耐久性優(yōu)點(diǎn)。因此，由于兩者的同步發(fā)展, 大大提高了現(xiàn)代凹印機(jī)印刷品質(zhì)量。 . 一、影響凹印機(jī)張力控制的幾個(gè)因素 凹印機(jī)的張力控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種輸入量按某種可調(diào)節(jié)的衰減規(guī)律而變化的特殊的隨動(dòng)系統(tǒng)。張力的控制可以說是整機(jī)控制的核心，只要張力控制穩(wěn)定，張力變化小，凹印機(jī)的套色精度和廢品率就很容易控制。 因此，要想確保凹印質(zhì)量和效率必須配備功能完善的張力控制系統(tǒng)。然而，在印刷過程中，使凹印機(jī)張力產(chǎn)生波動(dòng)和變化的因素往往比較復(fù)雜，其主要影響因素大致有如下幾個(gè)方面： 1、 凹印機(jī)料卷在收，放卷過程中，收卷和放卷直徑是不斷變化的，直徑的變化必然會(huì)引起料帶張力的變化。放卷在制動(dòng)力矩不變的情況下，直徑減少, 張力將隨之增大。而收卷則相反，如果收卷力矩不變時(shí)，隨著收卷直徑增大，張力將減小。這是凹印機(jī)的固有特性所決定的，也是引起料帶張力變化的主要因素之一。 2、 凹印機(jī)各主要構(gòu)件如底座、墻板、導(dǎo)輥等的制造精度和裝配精度存在偏差，例如底座組裝的平面度和直線度，墻板與底座組裝的垂直度以及各版輥、導(dǎo)輥組裝的水平度和它們相互之間的平行度，它們各自的跳動(dòng)量偏差，質(zhì)量動(dòng)靜平衡偏差等等，都要求十分嚴(yán)格。否則料帶在版輥和眾多導(dǎo)輥上運(yùn)行時(shí)，料帶上的張力就會(huì)隨之發(fā)生微小變化。最終就會(huì)反映到整臺(tái)機(jī)上，導(dǎo)致張力產(chǎn)生無規(guī)律變化。另外，凹印機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各齒輪、減速箱應(yīng)做到無間隙精密傳動(dòng)，確保各印刷單元的版輥同步運(yùn)轉(zhuǎn)，如果印刷過程中引起傳動(dòng)同步誤差，也勢(shì)必使各印刷單元的張力產(chǎn)生變化。 3、料帶內(nèi)在材質(zhì)的不均勻性，如材料彈性模量的波動(dòng)，材料厚度沿寬度、長度方向變化等，料卷的質(zhì)量偏心，以及生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度變化，都會(huì)對(duì)整機(jī)的張力波動(dòng)帶來微妙的影響。 4、凹印機(jī)在不停機(jī)自動(dòng)接換料過程中，接料和斷料都會(huì)使整機(jī)原已穩(wěn)定的張力突然產(chǎn)生干擾變化。設(shè)備運(yùn)行速度愈高，干擾就愈大。此時(shí)，張力控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能迅速地根據(jù)料帶張力干擾情況自動(dòng)地隨機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使張力及時(shí)地恢復(fù)原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 二、凹印機(jī)放卷過程中的張力計(jì)算公式的推導(dǎo) 1、放卷過程中的力矩平衡方程 一般凹印機(jī)放卷部分的料卷往往都是采用被動(dòng)式工作方式，即不在放 卷軸上設(shè)置牽引動(dòng)力，而是安裝了一個(gè)磁粉制動(dòng)器。這樣料帶就不能自由打開。料帶上的拉力（即張力）是由后面進(jìn)料輥的電動(dòng)機(jī)牽動(dòng)的。當(dāng)料帶在進(jìn)料輥拉力作用下逐漸打開時(shí)，因料卷直徑變化，張力就會(huì)相應(yīng)改變。這時(shí)張力控制器就對(duì)磁粉制動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，相應(yīng)改變料卷打開過程中的制動(dòng)力矩的大小，以保證料帶上張力恒定且大小適當(dāng)。 圖1. 放卷力矩平衡圖 如圖1所示，設(shè)料卷在料帶張力T作用下 對(duì)放卷旋轉(zhuǎn)軸的力矩為： M0 = TDex/2 式中：Dex 料卷的外徑（m） 此時(shí)磁粉制動(dòng)器對(duì)料卷產(chǎn)生的制動(dòng)力矩設(shè)定為：M1 ，它的作用是阻止料卷旋轉(zhuǎn),其作用方向與料卷角速度ω正好相反。由于料卷在打開過程中半徑r漸減少, ω不斷增大；故料卷將以某一角加速度ε加速旋轉(zhuǎn)。因此,料卷上必然產(chǎn)生一個(gè)與角加速度 ε 反向的慣性力矩 M2 ，企圖阻止料卷加速`旋轉(zhuǎn)。最后料卷在M0、M1、M2三種力矩作用下達(dá)到平衡。則求的料卷的力矩平衡方程如下： M0 = M1 + M2 ( 1 ) 方程式 (1) 表明料帶張力所產(chǎn)生的力矩,總是等于其慣性力矩與制動(dòng)力矩之和。 2. 在放卷過程中料卷的力學(xué)分析 圖2. 料卷的力學(xué)分析圖 如圖2.所示。通常料卷軸芯有兩種結(jié)構(gòu)型式：A型和B型。料卷外徑約為600—800mm, 料卷軸芯直徑僅為76mm ，且軸芯系鋼制件，制造精度要求非常嚴(yán)格，故軸芯的幾何軸中心O1與旋轉(zhuǎn)軸中心O可近似認(rèn)為是重合在一起的。料帶纏繞組成的料卷，因外徑尺寸較大，加之料膜的厚度和材料彈性模量的不均勻性以及料帶纏繞松緊的不一致等等，都會(huì)導(dǎo)致料卷的幾何軸中心 O1 與旋轉(zhuǎn)軸中心 O 偏移量增大。為保證料卷力學(xué)分析的精確性，我們?cè)O(shè)這一偏心量為 e ，料卷的初始半徑 ro =Dеχ/2 ，料帶厚度δ 0則在放卷打開后，料卷外徑逐漸變小。其半徑r與料卷轉(zhuǎn)角Ψ，可按阿基米德螺線的規(guī)律求得: r = r0 -δψ/2π (2) 料卷和其軸芯相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸中心 O的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為 ： Ja =(d1^2+d2^2)/8 *m1+ (D2^2+D2^2)/8*m2 (kgm2) (3) Jb = (di^2+d2^2)/8*m1+ d1^2/8*m2 +d2^2/8* m3 (kgm2) (4) Jc = 1/8*mc（Dex^2 + d2^2 + 8e^2） = 1/2* mc（r^2 + r2^2 + 2e^2） （kgm2） (5) Ja——A型軸芯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為常量； Jb——B型軸芯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為常量； Jc——料卷上料帶部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因其外徑、質(zhì)量、偏心距等均為變量，它將是時(shí)間t的函數(shù)； r——料卷部分幾何軸中心O1的半徑，因在放卷過程中逐漸變小，為變量； r2——為A、B型軸芯直徑d2的半徑； m1——為A、B型軸芯圓柱部分的質(zhì)量（kg）； m2——為A、B型軸芯左、右端蓋的質(zhì)量（kg）； m3——為B型軸芯左、右端軸的質(zhì)量（kg）； mc——料卷上料帶部分的質(zhì)量（kg）。 由于e/r值很小，料卷相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸O的半徑ρ ，可近似求 得： ρ = r + e cosψ (6) 這樣 ，料卷的角速度： ω= dψ/dt= υ/ρ 料卷的角加速度：ε= dω/d t=α/ρ-υ/ρ^2*dρ/dt 式中：υ——料卷C點(diǎn)的線速度； a——料卷C點(diǎn)的線加速度； dρ/dt= （r + e cosψ） = dr/dt-edψ/dt*sinψ = - υ/ρ*（δ/2π+ e sinψ） 則 ε=a/ρ+ υ^2/ρ^3（δ/2π+ e*sinψ） 若料卷軸芯為B型結(jié)構(gòu)。為便于理論推倒導(dǎo)現(xiàn)假定在放卷過程中，制動(dòng)力矩M1 = O ，料卷以υ的線速度逐漸打開，則打開的動(dòng)力矩Mo = M2 ，可得： M2 =（Jb + Jc ）•ε = 〔Jb +1/2*mc（r2^2 + r^2 + 2e^2）〕• 〔 a/ρ+ υ^2/ρ^3*（δ/2π + e*sinψ）〕 （ 7 ） 設(shè)料帶每平方米的重量為G0 ，料帶寬度為b ，則料卷質(zhì)量為： mc = [π（r^2-r2^2）*b]/(δ•g)*G0 （ 8 ） 將（8）式代入（7）式 ，由于e比r小得多 ，故有： (r^2+2e^2)/(r+ecosψ)^2≈ 1； [r^2(r^2+2e^2)]/(r+ecosψ)^4≈ 1 并令： k1 = r2^2/(r+ecosψ)^2 k2 = [r2^2*(r2^2+2e^2)]/(r+ecosψ)^4 經(jīng)整理得： M2 =*ρ{ 1/2 mca(1+k1)+Jb*a/ρ+ Jb•δ/2πρ+ bG0/4g*(1-k2) *υ^2 +Jb/ρ^4+〔 πbG0/2δg(1-k2) 〕*υ^2*e *sinψ} (9) 以速度υ打開料卷所需作用在料帶上拉力（即張力）T應(yīng)等于： T = M2/ρ = 1/2*mca（1 + k1）+Jb*a/ρ^2+〔Jb•δ/2πρ^4 　+bG0/4g*(1-k2)*υ^2+〔Jb/ρ^4 + πbG0/2δg(1-k2) 〕*υ^2*e *cosψ (10) 設(shè)備啟動(dòng)后，在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)期間a = O ，張力T為： T =〔 Jb•δ/2πρ^4+bG0/4g (1-k2) *υ^2+〔 Jb/ρ^4 + πbG0/2δg(1-k2) 〕*υ^2*e *sinψ (11) 若料卷無偏心時(shí) ，e = O ，則 T = 〔 Jb•δ/2πr^4 + bG0/4g*（1- r^2/r ）〕*υ^2 (12) 由（11）、（12）式可以看出，為了使料帶速度恒定，除了有一個(gè)無偏心料卷的張力（即拉力）外，還有一個(gè)按正弦規(guī)律變化的力。該力在料卷每轉(zhuǎn)一圈過程中，大小和方向都發(fā)生變化。 三、 凹印機(jī)張力控制的類型、檢測(cè)方式及應(yīng)用 1. 張力控制的主要類型和特點(diǎn) 張力控制是指能夠持久的控制料帶在設(shè)備上輸送時(shí)的張力的能力。這種控制對(duì)機(jī)器的任何運(yùn)行速度都必須保持有效，包括機(jī)器的加速、減速和勻速。既使在緊急停車情況下，它也有能力保證料帶不產(chǎn)生絲毫破損。凹印機(jī)張力控制基本上分手動(dòng)張力控制，開環(huán)式半自動(dòng)張力控制和閉環(huán)式全自動(dòng)張力控制三大類。手動(dòng)張力控制就是在收卷或放卷過程中，當(dāng)卷徑變化到某一階段，由操作者調(diào)節(jié)手動(dòng)電源裝置，從而達(dá)到控制張力的目的。不過現(xiàn)代凹印機(jī)手動(dòng)張力控制系統(tǒng)已基本被淘汰，而僅僅作為閉環(huán)式全自動(dòng)張力控制系統(tǒng)中的一種操作模式存在。開環(huán)式半自動(dòng)張力控制又稱卷徑檢測(cè)式張力控制，它是用安裝在卷軸處的接近開關(guān)檢測(cè)出卷軸的轉(zhuǎn)速，并通過所設(shè)定的卷軸直徑初始值和材料厚度，累積計(jì)算求得收卷或放卷筒當(dāng)前的直徑，相應(yīng)卷徑的變化輸出控制信號(hào)，以控制收卷轉(zhuǎn)矩或放卷制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)整料帶的張力。因?yàn)榫磔S