一种趋稳态的纸材张力控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种趋稳态的纸材张力控制系统，包括沿纸路设置的第一和第二送纸辊，第一送纸辊对应一个与其配合送纸的挤压辊，第一送纸辊连接一送纸驱动电机；第一和第二送纸辊间设有一张紧辊，张紧辊的辊面与纸材表面相贴合并跟随第一和第二送纸辊间纸材的张力变化相对其所设定的基础位置沿两侧移位，还包括用于识别张紧辊偏移至第一设定位置的第一传感器和偏移至第二设定位置的第二传感器，第一传感器和第二传感器分别连接控制送纸驱动电机加速和减速的控制电路，第一设定位置和第二设定位置均偏移所述基础位置。它可以实现纸张、薄膜类材料输送机构在工作过程中清除张力骤然变化的可能性，实现材料的均匀受力。
【专利说明】一种趋稳态的纸材张力控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种趋稳态的纸材张力调节控制系统，例如通过该控制系统的控制保持灌装机原料纸材在传输送料过程中纸材张力的基本稳定。
【背景技术】
[0002]在液态食品包装机械中，需要将片状的包装纸材通过一定的机构使之成型，然而包材在成型的过程中，由于产品的其他技术要求(例如传送过程中片料的稳定性及传送速度的均匀性等)，需要通过自动控制的形式使包材的张力变动控制在极小范围之内。
[0003]在包装【技术领域】，尤其涉及到一种将平面的片材经过一系列滚筒传送，经过(或不经过)灭菌消毒处理后，通过一些成型装置使平面片材卷成筒状，并通过封合装置将其密封后，逐袋分成大小，重量等规格基本一致的产品的包装机械。为了得到均一的产品，就必然需要对在传送路径上片材传送的稳定性提出一定的要求。
[0004]由于片材传递过程中引起片材张力变化的原因很多。例如片材传递的动力源波动，或多辊筒系统中各辊筒之间的平行度公差，或各辊筒自身的圆柱度，直线度公差，或辊筒两侧轴承润滑状况的不同，等等。上述情况都会直接导致片材张力变化。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以将纸材张力的波动控制在一定范围内的趋稳态纸材张力控制系统，它可以实现纸张、薄膜类材料输送机构在工作过程中清除张力骤然变化的可能性，实现材料的均匀受力。
[0006]其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
[0007]一种趋稳态的纸材张力控制系统，包括沿纸路设置的第一送纸辊和第二送纸辊，所述第一送纸辊对应一个与其配合送纸的挤压辊，所述第一送纸辊连接一送纸驱动电机；所述第一送纸辊和第二送纸辊间设有一张紧辊，所述张紧辊的辊面与纸材表面相贴合并跟随第一送纸辊和第二送纸辊间纸材的张力变化相对其所设定的基础位置沿两侧移位，该系统还包括用于识别所述张紧辊偏移至第一设定位置的第一传感器和偏移至第二设定位置的第二传感器，所述第一传感器和第二传感器分别连接控制所述送纸驱动电机加速和减速的控制电路，所述第一设定位置和第二设定位置均偏移所述基础位置。采用上述技术方案的纸材张力控制系统，通过两个传感器分别识别的两个设定位置形成一个控制区间，保证了该区间内纸材张力的稳定，并在偏移该区间两端时实现有效调节。如果是采用一个传感器进行位置识别控制，由于实际位置和状态很难稳定在一个点上，因此实际上处于持续不停止的调节控制当中，进而纸材无法保持一个平稳的输送和张力状态。
[0008]作为本技术方案的进一步改进，所述张紧辊连接一汽缸，所述汽缸的腔室连接一控制汽缸气压的电气转换器，所述汽缸推力与张紧辊及其摆臂的重力在张紧辊处沿摆动方向的分力合成了所述张紧辊的辊面作用于所述纸材表面的一个预紧力。通过汽缸的驱动连同张紧辊及其摆臂的重力作用，共同形成了张紧辊的驱动力。[0009]作为本技术方案的更进一步改进，所述张紧辊的各位移点处于一个平面上或一个圆柱面上。
[0010]或者，所述张紧辊为一钟摆辊，该钟摆辊的安装轴定位于一摆杆的一端，该摆杆的另一端连接于摆轴。
[0011]作为本实用新型的优选实施例之一，在垂直于摆轴轴线的面上设有一以摆轴轴线为轴线的凸扇形块；所述扇形块的扇面两侧的其中一个端头位形成所述第一传感器识别所述张紧辊偏移至所述第一设定位置的识别临界点，另一个端头位形成所述第二传感器识别所述张紧辊偏移至所述第二设定位置的识别临界点。利用扇形块作为识别的具体结构部件不仅与摆轴自身的运动特征相匹配，并且便于加工，同时具有较易识别变动幅度的优点。
[0012]也作为本实用新型的优选实施例之一，所述第一传感器和第二传感器均为接近开关、光电传感器或磁性传感器。其中，采用接近开关来识别相关的变化情况具有简单、直接和低成本的优点。
[0013]还作为本技术方案的更进一步改进，所述第一设定位置和第二设定位置分处所述基础位置的两侧。
[0014]采用上述技术方案的趋稳态纸材张力控制系统，实现了片材传送过程中张力变化的趋稳态调节，避免纸材张力变化幅度过大引发的纸路故障。同时也解决了包装设备中包装纸材成型和标记图案绝对位置捕捉不均匀的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作一详细说明。
[0016]图1为本实用新型实施例1所述调稳张力控制系统的结构示意图；
[0017]图2为实施例1中电机匀速送纸时的状态结构示意图；
[0018]图3为实施例1中电机减速送纸时的状态结构示意图；
[0019]图4为实施例1中电机加速送纸时的状态结构示意图；
[0020]图5为本实用新型实施例2中压紧辊的变化状态示意图；
[0021]图6为本实用新型实施例3中压紧辊的变化状态示意图；
[0022]图中:I—送纸电机Ia—挤压辊筒lb、lc——送纸辊筒2——纸材3——电气转换器4—汽缸4a—汽缸活塞杆5—活塞连杆6—摆臂7——凸块8a、8b——反馈传感器9—钟摆杆10—转轴11—钟摆辊12—安装轴13、14——张紧辊
【具体实施方式】
[0023]实施例1:
[0024]参照图1至图4所示的趋稳态纸材张力控制系统，用于调节送纸时纸材的张力稳态传输，具体结构如下:
[0025]作为张紧辊的钟摆辊11设置在送纸辊筒Ib和相邻的纸路后续送纸辊筒(图中未标出)之间，纸材2经送纸辊筒Ib和挤压辊筒Ia被送入送纸系统，送纸辊筒Ib经送纸电机I带动可以完成匀速送纸、加速送纸和减速送纸的变化；钟摆辊11安装在安装轴12上，安装轴12的两端与一对钟摆杆9连接定位，钟摆杆9的另一端连接于转轴10 ;钟摆辊11的辊面与纸材2保持贴合，两者的作用实现了钟摆辊11对纸面的张紧，为了防止纸材2传输过程中由于纸面抖动等引起钟摆辊11的抖动，在转轴10上通过作为扭矩传递件的摆臂6连接汽缸4，其中汽缸4通过活塞杆4a前部所设的活塞连杆5与摆臂6相连，其目的是为了实现汽缸4对钟摆辊11的一个有效控制，通过钟摆辊11的自重以及汽缸的推动实现对钟摆辊11的一个适当定位；同样，为了实现汽缸4对钟摆辊11的预紧力进行适当控制，在装机时汽缸4的腔室连接气管，气管连接一控制和改变气压的电气转换器3，以防止汽缸4本身所提供的气压波动大，实现对汽缸压力的稳定，进而使钟摆辊11对纸材2的张紧作用尽星稳定O
[0026]在转轴10的径向，设置了一个可以反映钟摆辊11摆动位置和摆动幅度的扇形凸块7，通过扇形凸块7的转动角度变化和扇形凸块7的位置变化便可基本判断出钟摆辊相对基础位置的摆动方向和摆动程度，进而判断纸材2的张力变大还是变小，进一步通过调整送纸力度的变化来实现纸材张力的稳态。为此，在凸块7的一侧设置了上下两个监测凸块7位置变化的反馈传感器8a和Sb (该实施例中采用的是接近开关)，凸块7扇面上下两侧的端头分别作为反馈传感器8a和Sb发出相关信号的临界监测点。
[0027]钟摆辊11浮在纸材2上的，由于纸材2的传递过程中张力的波动，会将钟摆辊11浮起或沉落。根据这一运动，钟摆辊11的浮沉，经过钟摆杆9的传递，基于转轴10的转动，带动一侧的摆臂6的摆动。摆臂6的凸块7在摆动过程中经过两个电机加减速反馈传感器8a和Sb时，发出的指令是互异的。一个指令使送纸电机I加速，另一个则是减速的指令。纸材2张力增加，送纸电机I增速运动；纸材2张力降低，送纸电机I减速运动。
[0028]送纸电机I根据反馈传感器8a和Sb所提供的反馈信号来执行加速送纸、恒速送纸、减速送纸三个运动状态，起到实时保持纸材2自动跟随调节状态。由于纸材2拉力致使钟摆辊11移动，致使两个电机加减速反馈传感器8其中的一个无信号时，控制器根据反馈信号使送纸电机I匀加速送纸从而使钟摆辊11回位；或使送纸电机I匀减速送纸从而使钟摆辊11回位。在回位过程中若两个电机加减速反馈传感器8a和Sb同时给出信号，则送纸电机I匀速送纸。所述过程中的往复调节从而使钟摆辊11在预定的范围内往复运动。从而实现了一种稳态的张力调节技术，解决液体食品包装设备中的包装纸材成型和标记图案绝对位置捕捉因张力变化波动剧烈而造成的固有误差过大的问题。
[0029]具体参照以下几个状态的详细描述。
[0030]如图2所示，纸材处于稳态送纸的状态，此时两个接近开关(即反馈传感器8a和Sb)都亮，送纸电机I匀速送纸；该匀速送纸的状态可以控制在钟摆辊11沿箭头R2在两个方向一定范围内波动的区间，具体可以通过两个接近开关(即反馈传感器8a和Sb)距离凸块7上下两个端头(即所谓的检测临界点)的位置调节来实现范围大小的设置，例如凸块7转动较大角度接近开关就可以感应到还是转动较小角度就可以感应到的区别，即两个接近开关都亮的状态下凸块7沿图中箭头D上下移位范围的大小取决于此。同样，汽缸活塞杆4a也会随之沿箭头C向两端伸缩。
[0031]如图3所示，纸材2张力变小，纸材2对钟摆辊11的作用减弱，钟摆辊11向下摆动，凸块7随转轴10的转动位置上升，凸块7扇面下部端头与反馈传感器Sb的关系发生变化，当接近开关感应到凸块7向上的位置变化超过预定值时，上面的接近开关(即反馈传感器8a)发亮，下面的接近开关(即反馈传感器Sb)不发亮，相关电路发生变化，并传递到送纸电机1，送纸电机I减速送纸，进而纸材2张力逐渐变大，钟摆辊11沿箭头Rl转动，凸块7沿箭头B向下复位，直至恢复到正常位置区间后，凸块7扇面下部端头与反馈传感器8b的位置恢复，上下两个接近开关全部变亮，电机减速指令解除。此复位过程中汽缸活塞杆4a也会沿箭头A伸长。
[0032]类似的，如图4所示，纸材2张力变大，纸材2将钟摆杆11抬起，此时，上面的接近开关(即反馈传感器8a)不亮，下面的接近开关(即反馈传感器Sb)发亮，根据两个接近开关的状态变化，相应的指令发出，进而控制送纸电机I加速送纸，此时，钟摆辊11沿图中箭头R3下转，凸块7沿箭头F上升至匀速送纸区间后，送纸电机I恢复匀速送纸，此时，汽缸活塞杆4a沿箭头E的方向收缩。
[0033]进而两个接近开关(即反馈传感器8a和Sb)形成控制送纸电机I加速、匀速、减速送纸的反馈传感器。当然，可以灵活设定接近开关与电机控制的信号，例如也可以设置成两个接近开关都灭时匀速送纸。
[0034]更准确的说，为了便于对纸材2的后续处理，在纸材2的传送过程中，我们会选定一个适宜的张力值，如图2所示。这个值的确定，是由多个因素综合确立的。如钟摆辊11的重量，电气转换器3的参数值，汽缸4的型号及行程，摆臂6上两个受力点所形成的力臂，钟摆杆9所形成的力臂等等。根据不同的张力值需要，可以调节以上因素以之达到我们希望的效果。但是，总的目的都是为了保证张力值是在我们需要的最优值附近趋稳态的波动。该例中钟摆辊11往复浮沉运动的阻尼是由电气转换器3和汽缸4决定，并且此阻尼值也可进行实时调节。
[0035]实施例2:
[0036]如图5所示，为本实用新型的第2实施例，此实施例中，张紧辊13设于送纸辊筒Ib和Ic之间，与实施例1相比，张紧辊13由于纸材2的张力变化沿竖直方向移位(波动)，两个识别张紧辊13位置变化的传感器分别在张紧辊13高于图中的Hl所表示的高度或低于图中的H2所表示的高度时启动相应的送纸电机控制电路,进行加速或减速送纸，以调整纸材的张力变化。张紧辊13在图中的Hl和H2之间时，送纸辊筒Ib匀速送纸，此时纸材2的张力趋于设定的稳态区间。
[0037]实施例3:
[0038]如图6所示，为本实用新型的第3实施例，与实施例2相比，张紧辊14由于纸材2的张力变化经作用沿水平位移位(波动)，可以通过设定相应的识别传感器对张紧辊14的位置变化进行检测，进而对纸材2的张力变化做出判断，例如，当张紧辊14经纸材2的作用向左移位到图中的Wl位置时，此时，纸材2张力相对于图中的基础位置(即图中用实线标示的纸材2和张紧辊14所在的位置)变大，相应的识别传感器激活相应电路做出电机启动送纸辊筒Ib加速送纸的指令；而当张紧辊14移位到图中W2所示水平位置时，纸材张力相对基准张力变小，相应的识别传感器通过识别张紧辊14的位置变化激活相应电路做出电机启动送纸辊筒Ib减速送纸的指令。当张紧辊14在Wl和W2所设定的区间波动时，送纸辊筒Ib匀速送纸，纸材张力属于稳态范围内。
[0039]其中，上述实施例中采用电气转换器加汽缸的控制结构，也可以仅采用汽缸进行精确控制或把汽缸改成弹簧，或者采用直线轴承进行简单调节的结构。
[0040]本实用新型提供的趋稳态纸材张力控制系统通过在多辊筒的片材传递机构中，在相邻的两个辊筒之间，增加一个轴线垂直于片材传递方向的新辊筒作为压紧辊(张紧辊)来挤压片材，以引起片材传递的张力增加，并根据挤压程度的不同，张力增加的大小不同的特性进行纸材的张力控制。即在系统中增加一个位置可调节的钟摆辊，一旦片材本身张力发生波动，便可以通过对钟摆辊位置的调节，吸收片材的张力波动。
[0041]本实用新型提供的趋稳态纸材张力控制系统解决了系统不稳定而造成的包材运动过程中张力变化幅度大，影响包材成型和整机设备产品合格率的问题。根据传感器的信号反馈自动调节机械、电气装置，使张力的变换不超过预定的范围。实质性的把张力控制在某一个预定值附近，实现了张力的趋稳态调节。具有结构简单可靠，使用方便的优点。
【权利要求】
1.一种趋稳态的纸材张力控制系统，包括沿纸路设置的第一送纸辊和第二送纸辊，所述第一送纸辊对应一个与其配合送纸的挤压辊，所述第一送纸辊连接一送纸驱动电机；所述第一送纸辊和第二送纸辊间设有一张紧辊，所述张紧辊的辊面与纸材表面相贴合并随第一送纸辊和第二送纸辊间纸材的张力变化相对其所设定的基础位置沿两侧位移，其特征在于，该系统还包括用于识别所述张紧辊偏移至第一设定位置的第一传感器和偏移至第二设定位置的第二传感器，所述第一传感器和第二传感器分别连接控制所述送纸驱动电机加速和减速的控制电路，所述第一设定位置和第二设定位置均偏移所述基础位置。
2.根据权利要求1所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述张紧辊连接一汽缸，所述汽缸的腔室连接一控制汽缸气压的电气转换器，所述汽缸推力与张紧辊及其摆臂的重力在张紧辊处沿摆动方向的分力合成了所述张紧辊的辊面作用于所述纸材表面的一个预紧力。
3.根据权利要求1或2所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述张紧辊的各位移点处于一个平面上或一个圆柱面上。
4.根据权利要求1或2所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述张紧辊为一钟摆棍，该钟摆棍的安装轴定位于一摆杆的一端，该摆杆的另一端连接于摆轴。
5.根据权利要求4所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，在垂直于摆轴轴线的面上设有一以摆轴轴线为轴线的凸扇形块；所述扇形块的扇面两侧的其中一个端头位形成所述第一传感器识别所述张紧辊偏移至所述第一设定位置的识别临界点，另一个端头位形成所述第二传感器识别所述张紧辊偏移至所述第二设定位置的识别临界点。
6.根据权利要求1或2所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器均为接近开关、光电传感器或磁性传感器。
7.根据权利要求5所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器均为接近开关、光电传感器或磁性传感器。
8.根据权利要求1或2所述趋稳态的纸材张力控制系统，其特征在于，所述第一设定位置和第二设定位置分处所述基础位置的两侧。
【文档编号】B65H23/26GK203806809SQ201420213012
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】孙志业, 赵丽焘, 方建忠 申请人:纷美包装（山东）有限公司