陳 哲 王 昆

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1 張力控制的定義

張力控制是指能夠持久維持基材(極片)在設(shè)備上輸送，卷繞等工藝時(shí)所需張力的能力。在極片卷繞中，合理的張力能避免帶材因部分金屬延伸不均而造成波浪，并保證極片平整，同時(shí)還能減少單位軋制應(yīng)力和帶材的寬展。另外，保持帶材所受張力的穩(wěn)定，可避免因張力過大而導(dǎo)致極片產(chǎn)生塑性變形，張力太小而使卷材出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象而影響繞卷的質(zhì)量。因此，卷繞過程控制好張力對(duì)卷繞的順利進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量的保證具有關(guān)鍵的作用。

2 張力控制研究的目的

a)控制整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，即設(shè)備在啟動(dòng)、停止、加速、減速和恒速運(yùn)行過程中保證整個(gè)系統(tǒng)的張力穩(wěn)定，保證繞卷的質(zhì)量。

b)隨著極片(鋁箔，銅箔)的厚度越來越薄，設(shè)備在啟停，加減速階段以及卷繞設(shè)備的機(jī)械精度、材料的幾何缺陷工藝、工藝條件等因素的影響下均會(huì)產(chǎn)生張力波動(dòng)，如果張力波動(dòng)過大，則會(huì)更加容易導(dǎo)致極片發(fā)生塑形變形或者被拉斷的狀況，影響收卷的質(zhì)量。

3 張力產(chǎn)生機(jī)理

設(shè)薄膜張力為T，薄膜從放卷端放卷的線速度V1，經(jīng)對(duì)輥拖動(dòng)后薄膜運(yùn)行線速度為V2，料軸與對(duì)輥之間薄膜原長(zhǎng)為L(zhǎng)，如圖1.1所示。在放卷過程中，如果V2〉V1，薄膜內(nèi)應(yīng)力增大，將被拉伸；如果V2〈V1，薄膜內(nèi)應(yīng)力減小，產(chǎn)生收縮。只有V2＝V1，薄膜內(nèi)應(yīng)力不發(fā)生改變，保持平穩(wěn)狀態(tài)。

圖1.1 放卷系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

根據(jù)胡克定律有

式中:E為彈性模量，ε為變形量，A為極片橫截面截面積，t1為薄膜從放卷端放出的時(shí)刻，t2為薄膜到達(dá)對(duì)輥的時(shí)刻。

張力產(chǎn)生原因是由于放卷端與對(duì)輥之間存在速度差(V2―V1)，使薄膜發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的張力。若在放卷過程中，(V2―V1)的差值越來越大，則對(duì)應(yīng)的的張力T會(huì)越來越大，則會(huì)導(dǎo)致極片的張力持續(xù)增大而導(dǎo)致極片斷裂。若(V2―V1)的差值越來越小，則對(duì)應(yīng)的張力會(huì)越來越小，從而導(dǎo)致薄膜堆積發(fā)生皺褶，影響后續(xù)工序。因此，要保證放卷過程的張力恒定，需控制(V2―V1)的差值恒定(此過程假設(shè)極片的整個(gè)放卷過程中截面不發(fā)生形變或者形變量極小)。

4 加減速放卷數(shù)學(xué)建模

由于分切機(jī)在執(zhí)行換卷，取卷以及啟停等操作時(shí)，設(shè)備在啟停階段的存在加減速過程，此過程將會(huì)產(chǎn)生張力波動(dòng)，對(duì)卷繞過程造成影響，需要對(duì)加減速階段的張力進(jìn)行研究，動(dòng)態(tài)力矩平衡方程為:

轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩為:

對(duì)Jk關(guān)于時(shí)間t求導(dǎo)，得

式中，J1為料卷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，隨時(shí)間t變化，J1＝J0+Jk，Jk為卷材轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J0為料軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量且為常數(shù)。

當(dāng)料卷卷徑很大時(shí)，在啟動(dòng)的加減速階段卷徑變化很小，可近似認(rèn)為dD1/dt＝0，設(shè)牽引輥在啟動(dòng)進(jìn)給階段的進(jìn)給加速度為a1，則有dJk/dt＝0

式(3―4)代入式(2―14)中，可得

式(3―5)表明加減速階段張力同樣受到放卷速度V1、卷徑D1、磁粉輸出轉(zhuǎn)矩Md、料軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0、料軸直徑d0、薄膜密度ρ、摩擦系數(shù)Bf等因素影響，此外還與加速度a1有關(guān)。

5 結(jié)束語

本文論述了卷對(duì)卷設(shè)備加減速過程的張力形成及張力波動(dòng)的有關(guān)因素，對(duì)實(shí)際工程中張力的控制具有一定的參考價(jià)值。