В машинах и механизмах, предназначенных для перемотки полосовых материалов, таких, как листовой металл, бумага, раз­личные пленки и т. п., встает задача регулирования усилия в по­лосе, т. е. иатяження. В большинстве случаев точность поддержания натяжения (илн регулирования его по заданному закону) непосред­ственно влияет на качество продукта. На рис, 8-1, а показана ки­нематическая схема намоточного устройства: узел 1 может пред­ставлять собой валки последней клети стана холодной про­катки, последнюю секцию бумагоделательной машины нли другой узел механизма, из которого полоса 2 выходит с постоянной ско­ростью. На намоточном устройстве она наматывается в рулой 3.

Валки 1 и рулон приводятся во вращение электродвигателями, оборудованными собственными автоматическими системами управ­ления. Система управления электроприводам валков 1 осуществля­ет обычно стабилизацию скорости валков (см. гл. 5). Задачей электро­привода намоточного устройства является регулирование или под­держание натяжения. Еслн производится размотка рулона, то полоса движется в направлении, противоположном показанному

на рисунке, и двигатель намоточного устройства работает в режиме

торможения.

Поскольку момент, развиваемый двигателем намоточного устрой­ства, прикладывается к валу, на который наматывается полоса, скорость двигателя Ml, которая должна обеспечиваться в каждый даииый момент времени, определяется как скорость движения по­лосы V, так и текущим значением радиуса рулона гр. В ряде ме­ханизмов, обычно когда устройство работает только в режиме намотки, момент двигателя прикладывается к несущему валу 4, на который опирается наматываемый рулон (рис. 8-1,6), В этом случае при изменении радиуса гр не требуется изменения скорости двигателя и при V = const задача системы управления электро­приводом наматывающего устройства сводится к стабилизации скорости нли момента.

Момеит на валу наматывающего устройства включает в себя следующие составляющие:

М = МПол~Г Мцог + Лїдеф + МдЛП, (8-1)

где Л1|Ю1 — полезный момент, т. е. момент, необходимый для соз­дания заданного натяжения F; Л1пот — момент, необходимый для преодоления потерь в системе «двигатель — механизм»; Л1деф — момент, затрачиваемый на деформацию изгиба полосы при намотке рулоиа; Мяии — динамический момент, обусловленный ускорением намоточного устройства при разгоне и торможении и изменением угловой скорости рулона, связанным с изменением его радиуса.

В зависимости от условий работы соотношения между этими моментами могут быть различны. Полезный момеит определяется значением усилия і7 и в ряде случаев значительно превышает значение момента потерь, что позволяет пренебречь влиянием последнего на работу системы, Момеит Мд„ф тем меньше, чем тоньше перематываемая полоса металла; практически он равен нулю для материалов, имеющих малую жесткость, например для бумаги. Динамическая составляющая момента будет рассмотрена ниже.

В процессе намотки полезный момент определяется выраже­нием

Мпол = ^р. (8-2)

т. е. при постоянном усилии натяжения F = const он прямо про­порционален радиусу рулона.

Полезная мощность есть

PaJ, = FV (8-3)

и при постоянном натяжении полотна, независимо от радиуса, пропорциональна скорости полосы.

Если двигатель через редуктор вращает вал, на который нама­тывается рулой, то его скорость должна изменяться в соответствии

где і — передаточное число редуктора.

Отсюда видно, что при данном значении V диапазон регулиро­вания скорости двигателя равен диапазону изменения радиуса рулона.

Различают два способа управления натяжением: 1) по регули­руемому параметру, когда натяжение измеряется с помощью того или иного измерителя натяжения, выходное напряжение которого на входе замкнутой системы сравнивается с предписанным зна­чением; 2) по косвенно определенному значению натяжения, т. е. по одной из величин илн по их комбинации, меняющейся в функ­ции F.

Системы с косвенным измерением натяжения имеют широкое распространение, хотя их недостатком является необходимость введения поправки для учета статических потерь (Л1Л0Т), а при перемотке толстой полосы — и момента, необходимого для изгиба полосы при намотке и размотке (МД2(Ь). Если последняя составля­ющая поддается учету, то учет потерь вследствие их неопределен­ности и сложной зависимости от многих факторов часто оказывается затруднительным. Прн работе с большими значеннями натяжений потери составляют небольшую часть общей мощности и их измене­ние не влияет сколько-нибудь заметно на точность поддержания натяжения. При малых значениях натяжения роль потерь возра­стает н погрешность от их неточного учета может оказаться зна­чительной. С этой точки зрения наиболее перспективным является использование систем с прямым измерением натяжения.

Обычно даже натянутая полоса, проходящая между валками 1 и намоточным устройством (рис. 8-1, а), провисает под действием собственного веса. Изменение натяжения приводит к изменению положения полосы в пространстве. Это позволяет использовать в качестве датчиков натяжения устройства, измеряющие отклонение положения полосы от заданного и преобразующие его в электри­ческий сигнал. Другим распространенным способом измерения натяжения является такой, когда измеряется давление на под­шипники со стороны валика, который огибает натянутая полоса. Давление преобразуется в электрический сигнал, например, с по­мощью магннтоупругого датчика, принцип действия которого ос­нован и а изменении магнитных свойств сердечника из электро­технической стали под действием давления на сердечник.'

Выражения (8-2) и (8-3) могут служить основанием для оценки возможностей построения системы с косвенным измерением натя­жения. Если пренебречь разницей между моментом на валу дви­гателя и полезным моментом, считая, что влияние трех последних' слагаемых в выражении (8-1) либо ничтожно мало, либо будет скомпенсировано, а также пренебречь потерями вращения элсктро-. двигателя Ml, то можно сказать, что электромагнитный момент

двигателя должен изменяться по закону

— Frp/i.

' С другой стороны,

Мы — сяФік,

Б результате сравнения этих выражений может быть сформулиро­ван наиболее распространенный закон косвенного регулирования натяжения: при заданном постоянном натяжении F надо поддержи­вать постоянным якорный ток, меняя поток возбуждения двигателя пропорционально радиусу рулона.

Второй способ косвенного регулирования натяжения состоит в регулировании полезной мощности, которая должна поддержи­ваться постоянной при дайной скорости и натяжении и изменяться при изменении V илн заданного натяжения. Одним из путей реали­зации данного способа является измерение и регулирование пу­тем воздействия на напряжение преобразователя электромагнит­ной мощности двигателя, которая считается примерно равной по­лезной. В [49] показано, что в ряде случаев с точки зрения умень­шения значения габаритной мощности двигателя наматывающего устройства оказывается целесообразным применять комбинирован­ное управление, когда при изменении радиуса рулона от мини­мального значения до 65—80 % максимального скорость двига­теля изменяется за счет воздействия на его магнитный поток прн постоянном напряжении, а оставшаяся часть диапазона изменения радиуса рулона покрывается за счет изменения напряжения при постоянном магнитном потоке двигателя.