成網(wǎng)機(jī)網(wǎng)帶張緊及糾偏裝置的調(diào)節(jié)及效果分析

司徒元舜+胡曉航

摘要：張緊及糾偏裝置是成網(wǎng)機(jī)的基本配置，主要由張緊機(jī)構(gòu)、糾偏裝置、檢測(cè)傳感裝置及控制裝置組成。張緊裝置使網(wǎng)帶保持預(yù)定的張力，用于傳遞力矩；糾偏裝置可使網(wǎng)帶自動(dòng)保持在正常位置運(yùn)行。本文對(duì)張緊及糾偏裝置的運(yùn)行原理、功能及調(diào)節(jié)進(jìn)行了較詳細(xì)的分析和評(píng)估。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)帶；張緊裝置；張緊輥；位移檢測(cè)；糾偏輥；中間位置

中圖分類號(hào)：TS173.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

On Adjusting the Tension Control Systems and Deviation Rectifying Device for Conveyer Belt of Web Former

Abstract： Tension device and deviation rectifying devices are basic configuration of a web former， and they are mainly composed of tensioner， steering roller， detecting and sensor device， controller， etc. Tension device keeps the conveyer belt under pre-set tension and it is used for torque transmission； the deviation rectifying device ensures the conveyer belt to automatically operate at the correct position. The paper analyzed and evaluated the operating principles， functions and adjustments of the tension device and deviation rectifying device in details.

Key words： conveyer belt； tension control system； tension roller； displacement detection； steering roller； central position

1 網(wǎng)帶的張緊裝置

1.1 張緊裝置的功能與調(diào)節(jié)范圍

網(wǎng)帶保持一定的張力，是網(wǎng)帶可以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是張緊裝置最重要的基本功能。張緊裝置還能有效改變成網(wǎng)機(jī)所有的輥筒間的總中心距，以適應(yīng)使用不同制造（出廠）長(zhǎng)度的網(wǎng)帶。

網(wǎng)帶的出廠長(zhǎng)度偏差一般規(guī)定為-0.25%～+0.8%，也就是不同批次的新網(wǎng)帶原始長(zhǎng)度最大偏差在1.05%的范圍，成網(wǎng)機(jī)必須適應(yīng)新網(wǎng)帶的長(zhǎng)度差異，并能順利安裝在偏差范圍內(nèi)的各種網(wǎng)帶。即要求成網(wǎng)機(jī)能在1.05%長(zhǎng)度范圍內(nèi)調(diào)整系統(tǒng)的周長(zhǎng)，這也是設(shè)計(jì)網(wǎng)帶張緊裝置調(diào)節(jié)行程的基本依據(jù)。

在安裝網(wǎng)帶時(shí)，網(wǎng)帶必須處于松弛狀態(tài)，以便將連接線穿入接頭環(huán)內(nèi)；而當(dāng)網(wǎng)帶偏離中線后，如需要在松弛狀態(tài)才能進(jìn)行人工移動(dòng)復(fù)位時(shí)，這就要求張緊裝置的調(diào)節(jié)范圍必須大于網(wǎng)帶的長(zhǎng)度偏差。

在不同的牽引張力和溫度下，網(wǎng)帶的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，在運(yùn)行過(guò)程中必須對(duì)網(wǎng)帶張緊力作必要的調(diào)整；在網(wǎng)帶出現(xiàn)固定的走偏傾向時(shí)，還可以通過(guò)改變其中一側(cè)的張力予以糾正，這是成網(wǎng)機(jī)必須具備的調(diào)節(jié)功能。

因此，網(wǎng)帶張緊裝置的實(shí)際有效調(diào)節(jié)量（即網(wǎng)帶的長(zhǎng)度變化量）既要大于網(wǎng)帶長(zhǎng)度允差，以便能裝上最短的網(wǎng)帶，或?qū)⒆铋L(zhǎng)的網(wǎng)帶張緊，還能在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行必要的調(diào)整，因此張緊裝置的有效調(diào)節(jié)量常取網(wǎng)帶名義長(zhǎng)度的1.5%～2%。

1.2 常用張緊機(jī)構(gòu)

螺桿/螺母機(jī)構(gòu)是張緊裝置最常用的機(jī)構(gòu)，其中還分為螺母移動(dòng)、螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿移動(dòng)、螺母旋轉(zhuǎn)以及螺母固定、螺桿在旋轉(zhuǎn)時(shí)同時(shí)移動(dòng)等3種結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使張緊輥沿導(dǎo)軌移動(dòng)，便可改變網(wǎng)帶的張力，這是一種剛性的張緊裝置。

張緊裝置以網(wǎng)帶兩側(cè)同步動(dòng)作型較好，可避免由于不同步所產(chǎn)生的張力差異，甚至引起走偏。成網(wǎng)機(jī)的張緊動(dòng)作基本都是用人力進(jìn)行的。

利用成網(wǎng)機(jī)兩側(cè)的氣缸（或長(zhǎng)行程氣囊）推力也能張緊網(wǎng)帶，兩側(cè)氣缸一般共用同一個(gè)調(diào)壓氣源，控制壓縮空氣的壓力便能調(diào)節(jié)網(wǎng)帶的張力，并使運(yùn)行期間的張力保持在預(yù)定的范圍。這是一種“柔性”張緊裝置，能自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)帶長(zhǎng)度的變化，并實(shí)現(xiàn)近似的“恒張力”控制（圖1）。

隨著多紡絲系統(tǒng)的大型生產(chǎn)線出現(xiàn)，網(wǎng)帶的長(zhǎng)度也越來(lái)越長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)目前使用的網(wǎng)帶最大長(zhǎng)度已達(dá)77m。當(dāng)網(wǎng)帶的長(zhǎng)度較大（≥60m）時(shí)，為避免張緊裝置的調(diào)節(jié)行程過(guò)長(zhǎng)，可以配置兩套張緊裝置；也可以同時(shí)配置絲桿機(jī)構(gòu)與氣缸張緊裝置，其中的絲桿機(jī)構(gòu)主要用于調(diào)節(jié)網(wǎng)帶長(zhǎng)度，而氣缸則用于調(diào)節(jié)張力。

由于成網(wǎng)機(jī)網(wǎng)帶有“緊邊”和“松邊”之別，而運(yùn)行狀態(tài)的“緊邊”張力遠(yuǎn)比“松邊”大。因此，應(yīng)在網(wǎng)帶的“緊邊”檢測(cè)張力，當(dāng)張力超過(guò)設(shè)定值時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。

網(wǎng)帶張緊裝置應(yīng)設(shè)置在網(wǎng)帶的“松邊”，并靠近主驅(qū)動(dòng)輥，這樣能降低張緊裝置的負(fù)荷和受力，既可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以選用直徑較小的輥筒。張緊輥還常兼作導(dǎo)向輥，用于增加網(wǎng)帶在驅(qū)動(dòng)輥上的包角。

2 網(wǎng)帶糾偏裝置

2.1 引起網(wǎng)帶走偏的原因分析

來(lái)自設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)節(jié)等4個(gè)方面的偏差就是導(dǎo)致網(wǎng)帶走偏的根源。成網(wǎng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因輥面錐度、輥筒間軸線平行度、兩側(cè)張力差異、成網(wǎng)機(jī)水平度偏差等，會(huì)形成一個(gè)呈明顯傾向性的合力，使網(wǎng)帶向固定的一側(cè)偏移。對(duì)于這個(gè)有固定傾向性的走偏干擾力，可以通過(guò)調(diào)節(jié)糾偏機(jī)構(gòu)的“中間位置”消除。

而由網(wǎng)帶“熱定形”偏差、抽吸氣流的不均勻性、網(wǎng)帶與支承裝置的摩擦力等形成的走偏合力是隨機(jī)的。網(wǎng)帶是一種柔性傳動(dòng)件，無(wú)法采用強(qiáng)制限位或?qū)虻姆椒ㄊ蛊浔３衷谝?guī)定的位置運(yùn)行。因此，對(duì)于隨機(jī)產(chǎn)生的偏移干擾，需依靠糾偏機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤檢測(cè)，隨機(jī)糾正偏移，使網(wǎng)帶回復(fù)到正常位置運(yùn)行。

2.2 網(wǎng)帶糾偏裝置

網(wǎng)帶糾偏裝置與在其他行業(yè)廣泛使用的糾偏裝置類似，由網(wǎng)帶位置檢測(cè)傳感裝置、糾偏機(jī)構(gòu)、越限保護(hù)及控制系統(tǒng)等組成。

位置檢測(cè)傳感裝置有機(jī)械接觸式（如擋板式、觸桿式、觸須式）、光電非接觸式、射流式等。由于被檢測(cè)對(duì)象是網(wǎng)帶兩側(cè)邊緣，為了避免因網(wǎng)帶邊緣的局部缺陷或其他干擾而導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作，控制系統(tǒng)要具備濾除這些瞬間出現(xiàn)的虛假走偏信號(hào)的功能。

成網(wǎng)機(jī)配置的糾偏機(jī)構(gòu)是利用一端作為固定支點(diǎn)，另一端可受控?cái)[動(dòng)的“糾偏輥”作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用糾偏輥擺動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的CD方向作用力，使網(wǎng)帶回到正常的位置，其工作原理如圖 2 所示。

如圖2所示，在網(wǎng)帶運(yùn)行期間，如果網(wǎng)帶處于正常位置，糾偏輥的軸線處于與網(wǎng)帶運(yùn)行方向相垂直的狀態(tài)，對(duì)網(wǎng)帶不會(huì)產(chǎn)生偏移力；當(dāng)糾偏輥繞支點(diǎn)O往右擺動(dòng)時(shí)，由于阻力發(fā)生了變化，網(wǎng)帶將沿CD方向朝張力較小的L側(cè)偏移（虛線箭頭所示）；同理，如果糾偏輥繞支點(diǎn)O往左擺動(dòng)，網(wǎng)帶將沿CD方的R側(cè)偏移（實(shí)線箭頭所示）。

在糾偏輥擺動(dòng)時(shí)，網(wǎng)帶的偏移方向除了與網(wǎng)帶的運(yùn)行方向有關(guān)外，還和糾偏輥與網(wǎng)帶的相對(duì)位置（網(wǎng)帶在糾偏輥上方或下方）相關(guān)。

對(duì)安裝質(zhì)量較高的系統(tǒng)，在400～500m/min的速度下，糾偏輥的擺動(dòng)角度在±0.4°～0.6°時(shí)，已能控制網(wǎng)帶在10～20 mm的偏移范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

糾偏裝置的性能（如反應(yīng)速度、糾偏能力、行程等）要與成網(wǎng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng)，網(wǎng)帶的運(yùn)行速度越快，對(duì)糾偏裝置的性能要求也越高。

2.3 糾偏裝置的其他設(shè)計(jì)要求

為了使糾偏輥有明顯的糾偏功能，網(wǎng)帶在糾偏輥上要有一個(gè)最佳的包角，包角太小，糾偏力不足，糾偏動(dòng)作遲鈍；包角太大，網(wǎng)帶的偏移速度會(huì)很快，容易產(chǎn)生局部的糾偏過(guò)量而難以控制。網(wǎng)帶包角α的推薦值一般≤25°。

糾偏輥多在水平面做前、后擺動(dòng)，也可在垂直面上做升、降擺動(dòng)。設(shè)計(jì)的擺動(dòng)幅度（行程）與網(wǎng)帶的寬度成正比，擺動(dòng)角度一般≤±1°，實(shí)際擺動(dòng)的幅度越大，網(wǎng)帶移動(dòng)的速度也越快。以3.2m生產(chǎn)線成網(wǎng)機(jī)為例，糾偏輥的最高擺動(dòng)速度在30mm/s左右，最大行程≤±50 mm。

一般的成網(wǎng)機(jī)配置一套糾偏裝置便能保證正常運(yùn)行，對(duì)長(zhǎng)度較大的成網(wǎng)機(jī)，可在回程（即“松邊”）網(wǎng)帶上多增設(shè)一套糾偏裝置，兩個(gè)裝置的相互間隔要盡量大一些，使網(wǎng)帶能在全長(zhǎng)范圍內(nèi)的規(guī)定位置運(yùn)行。

糾偏輥可以選用電動(dòng)式、氣動(dòng)式（氣缸或氣囊）、液壓式等形式的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)的推力與網(wǎng)帶的寬度相關(guān)，一般為1000～2000N，氣動(dòng)糾偏系統(tǒng)的工作壓力一般為0.3～0.6MPa。

糾偏輥與上、下游導(dǎo)向輥間的中心距應(yīng)與網(wǎng)帶的寬度W相關(guān)，為了使糾偏輥有較靈敏的糾偏效果，避免糾偏過(guò)程被上、下游導(dǎo)向輥牽制，常取L1=（0.3～0.5）W，L2=0.5×L1（圖3）。

一般情形下，當(dāng)網(wǎng)帶較寬，又受成網(wǎng)機(jī)總體布置的結(jié)構(gòu)限制，很難保持上述關(guān)系時(shí)，應(yīng)盡量滿足L1>L2的要求。

2.4 糾偏機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式

當(dāng)左側(cè)位置傳感器發(fā)現(xiàn)網(wǎng)帶向左偏移后，糾偏機(jī)構(gòu)必須及時(shí)使網(wǎng)帶逆向（向右）移動(dòng)返回中間位置，這是糾偏機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)方式。

如果糾偏機(jī)構(gòu)不能在網(wǎng)帶離開(kāi)左側(cè)、并返回中間位置后停止運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)帶將在糾偏力的連續(xù)作用下向右運(yùn)動(dòng)，直至右側(cè)位置傳感器發(fā)現(xiàn)網(wǎng)帶偏移后，糾偏機(jī)構(gòu)才換向，使網(wǎng)帶向左移動(dòng)，并在超越中間位置后繼續(xù)移向左側(cè)，不斷在左右兩個(gè)方向的極限位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致網(wǎng)帶發(fā)生周期性左右偏移。

以氣缸為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)糾偏輥動(dòng)作是較常用的技術(shù)方案，由一個(gè)“兩位四通換向閥”來(lái)控制氣缸的動(dòng)作方向，由于氣缸只能在最大行程的兩端才停止運(yùn)動(dòng)，而在運(yùn)動(dòng)中無(wú)法準(zhǔn)確停留在行程的任意位置，因而產(chǎn)生糾偏過(guò)度現(xiàn)象，導(dǎo)致氣缸產(chǎn)生周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及網(wǎng)帶左右偏移現(xiàn)象。用閥門的開(kāi)度與網(wǎng)帶偏移行程對(duì)應(yīng)的“比例調(diào)節(jié)閥”（伺服閥）能消除網(wǎng)帶出現(xiàn)周期性的左右偏移，x比例調(diào)節(jié)閥的閥芯與網(wǎng)帶的機(jī)械式“檢邊機(jī)構(gòu)”聯(lián)動(dòng)

根據(jù)網(wǎng)帶的偏移方向和偏移量，調(diào)節(jié)閥能自動(dòng)跟隨運(yùn)動(dòng)，并控制相應(yīng)一側(cè)的氣囊（或氣缸）動(dòng)作，糾正網(wǎng)帶的偏移，而閥門的開(kāi)度則與偏移量成線性比例關(guān)系，也就是糾偏的速度與網(wǎng)帶的偏移速度相對(duì)應(yīng)。

當(dāng)網(wǎng)帶處于正常狀態(tài)時(shí)（圖4），閥芯處于中間位置，A、B兩側(cè)均處于既充氣、又邊排氣的浮動(dòng)狀態(tài)，糾偏輥也處于中位，無(wú)糾偏作用，但這僅是一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)帶發(fā)生偏移時(shí)，閥芯的位置隨之發(fā)生變化。

當(dāng)網(wǎng)帶向左偏移時(shí)，閥芯向左移動(dòng)，A側(cè)的排氣口關(guān)閉，而與P聯(lián)通充氣；B側(cè)進(jìn)氣通道被關(guān)閉，而處于排氣狀態(tài)，糾偏輥隨即也向左運(yùn)動(dòng)，糾正網(wǎng)帶的偏移（圖5）。

當(dāng)網(wǎng)帶向右偏移時(shí)，閥芯向右移動(dòng)，B側(cè)的排氣口關(guān)閉，而與P聯(lián)通充氣；A側(cè)進(jìn)氣通道被關(guān)閉，而處于排氣狀態(tài)，糾偏輥隨即也向右運(yùn)動(dòng)，糾正網(wǎng)帶的偏移（圖6）。

由于糾偏機(jī)構(gòu)一直頻繁動(dòng)作，耗氣量多，磨損大。網(wǎng)帶的偏移量偏大，將導(dǎo)致成網(wǎng)機(jī)鋪網(wǎng)“虛寬”，廢邊料增加。

如果執(zhí)行裝置可以在行程中的任何位置停留，就可避免出現(xiàn)糾偏過(guò)度現(xiàn)象、改善糾偏過(guò)程的可控性，使網(wǎng)帶的偏移量最小，機(jī)構(gòu)的重復(fù)動(dòng)作周期延長(zhǎng)，提高了可靠性。使用絲杠/螺母機(jī)構(gòu)或電動(dòng)推桿（圖7）、比例調(diào)節(jié)閥的氣動(dòng)糾偏裝置等，都可具備這種特性。

在一些高速成網(wǎng)機(jī)中，糾偏裝置能根據(jù)檢測(cè)出的網(wǎng)帶偏移速率自動(dòng)調(diào)整糾偏速度，并具有“步進(jìn)式”的分段糾偏模式。正常情況下，糾偏機(jī)構(gòu)以較慢的速度和較小的幅度糾正網(wǎng)帶的偏移；當(dāng)網(wǎng)帶仍有偏移趨勢(shì)時(shí)，糾偏機(jī)構(gòu)將進(jìn)一步以更大的幅度來(lái)糾正網(wǎng)帶的偏移。而當(dāng)偏移速率較快時(shí)，糾偏機(jī)構(gòu)會(huì)以最快的速度和更大的幅度對(duì)網(wǎng)帶的偏移做出反應(yīng)，使網(wǎng)帶迅速回復(fù)到正常的位置。

2.5 網(wǎng)帶糾偏裝置的中位調(diào)整

網(wǎng)帶在運(yùn)行期間，其走偏的概率應(yīng)該是左右兩個(gè)方向基本相同的，如果某一方向的走偏概率明顯較大，就說(shuō)明系統(tǒng)中存在一個(gè)固定的、朝這個(gè)方向的偏移力。由于這個(gè)引起網(wǎng)帶走偏的合力是單向的，糾偏系統(tǒng)應(yīng)具備抵消這個(gè)偏移力的功能。

調(diào)整糾偏輥的動(dòng)態(tài)“中間位置”就能實(shí)現(xiàn)這一功能。糾偏輥的“中間位置”即糾偏輥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于行程中間，而網(wǎng)帶處于最穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的位置，這時(shí)糾偏輥的軸線并不一定處于與網(wǎng)帶運(yùn)行方向垂直的狀態(tài)，與其他輥筒的軸線也不一定是處于平行的狀態(tài)，由此將產(chǎn)生一個(gè)抵消系統(tǒng)中固定偏移力的糾偏力，使網(wǎng)帶能在中間位置較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

一般情形下，調(diào)節(jié)糾偏輥固定端軸承座的兩只頂緊螺栓，使軸承座前后移動(dòng)，便能找到并確認(rèn)這個(gè)“中間位置”（圖8）。另一種方法是利用調(diào)整軸承座與機(jī)座間的墊片厚度，也能尋找并確定這個(gè)中間位置。

調(diào)整好“中間位置”后，糾偏機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程將減少，動(dòng)作頻率也會(huì)降低，網(wǎng)帶的運(yùn)行狀態(tài)將得到明顯的改善。

作者簡(jiǎn)介：司徒元舜，男，1944年生，高工。

作者單位：佛山市南海必得福無(wú)紡布有限公司。