线缆放出过程中的恒张力控制机构_盛广权

光纤与电缆及其应用技术Optical Fiber &Electric Cable

2008年第5期No.5　2008

生产设备

线缆放出过程中的恒张力控制机构

盛广权

(中国电子科技集团公司第二十三研究所,上海200437)

[摘　要]　控制线缆产品质量的重要措施之一是恒定控制线缆制造过程的放出张力。介绍了一种具有该功能的恒张力控制机构的基本组成,阐述了恒张力控制的基本原理以及恒张力控制过程中误差的估算方法。最后,展望了使用该原理而设计的恒张力控制机构在一些线缆设备上获得成功应用后的社会经济意义。 [关键词]　线缆放出;恒张力控制;张力误差

[中图分类号]　TM248 [文献标识码]　B [文章编号]　100621908(2008)0520019202

Control Mechanism for Constant T ension

during C able Paying 2off

SH EN G Guang 2quan

(The 23rd R esearch I nstitute ,CETC,Shanghai 200437,China)

Abstract :One of the important measures for controlling the quality of wire and cable products is to constantly control the paying 2off tension during the manufacturing of wires and cables.The basic composition of a constant tension control mechanism is presented ;the basic principles of constant tension control and the error estimation during constant tension control are described.Finally the social and economic significance of applying this constant tension control mechanism ,which is designed on the basis of these principles ,in some wire and cable making equipments is expected.

K ey w ords :cable paying 2off ;constant tension control ;tension error

[收稿日期]　2008207201[作者简介]　盛广权(1943-),男,中国电子科技集团公司

第二十三研究所高级工程师.

[作者地址]　上海市逸仙路135号,200437

0　引　言

为了不断增强自身产品的市场竞争能力,线缆制造厂商们正尽力完善线缆的制造工艺,提升线缆产品的制造质量。恒定控制成缆、绞合或者绕包等线缆设备上线缆的放出张力,是确保线缆产品制造质量的重要措施之一。在一些比较陈旧的线缆设备上仍可常见采用各种摩擦盘、摩擦带等机构来控制线缆的放出张力,由于这些机构的张力控制精度较差,因而对线缆产品的制造质量影响较大;在许多比较先进的线缆设备上已经使用了一些机电相结合的张力控制机构来控制线缆的放出张力,虽然这些机构的张力控制精度较高,使线缆产品的制造质量有了保障,但这些机构往往结构复杂、体积庞大而无法在某些设备(如多头绕包机)上使用,而且造价偏高,

日常操作维护有可能不很方便,有些机构的张力控

制精度也不够稳定。针对上述线缆设备中张力控制机构的诸多不足,笔者利用跳舞杆对线缆或绕包带的放出张力变化进行动态反馈,维持其张力稳定,根据纯机械结构的恒张力控制原理,设计了一种控制方法简单,控制效果较好,成本较低而又实用的恒张力控制机构,现已经在多种线缆设备上得到了成功的应用。

1　恒张力控制机构的组成

用于控制线缆放出张力的机械式恒张力控制机构的基本组成如图1所示。该机构由三个相互关联的部分组成:线缆盘(绕包盘,下同)的制动系统;控制张力的跳舞杆系统;对线缆(绕包带,下同)、闸带导向的导向轮系统(导向轮1和导向轮2)。1.1　线缆盘的制动系统

线缆盘的制动系统是在线缆放出时产生张力的一个基本组成部分,它主要由制动轮和制动闸带组成。制动轮须与线缆盘同轴配置,且随线缆盘一同

旋转。紧贴于制动轮圆周表面的制动闸带的紧边一

端固定于机架,松边一端与跳舞杆相连

。

图1　恒张力控制机构的组成

1.2　跳舞杆系统

跳舞杆系统是在线缆放出时对线缆张力进行控制并维持其恒定的一个关键组成部分,它主要由可绕支点偏摆的跳舞杆、跳舞轮和弹簧机构组成。为了不使跳舞杆系统自身的重力及其绕线缆芯线旋转而产生的离心力影响跳舞杆在工作过程中的力系平衡,跳舞杆必须与线缆芯线放线速度方向垂直配置。1.3　导向轮系统

导向轮系统是合理配置张力控制机构力系方向的重要结构,是为提高张力控制机构的恒张力控制精度而设计的一个不可缺少的组成部分。导向轮系统主要由控制线缆放出方向的导向轮1和导引闸带方向的导向轮2组成。它们在张力机构中的安装位置,能确保张力机构在恒张力控制过程中,跳舞杆上平衡力系中的各矢量具有合适方向并在宏观上使其始终保持方向不变。

2　恒张力控制原理

恒张力放线机构工作时,线缆先后绕过导向轮1和跳舞轮后被牵引出,线缆放出时的张力大小是由弹簧机构中的弹簧工作负荷P 设定的。

图2　恒张力控制机构的受力分析

如图2所示,在弹簧力P 作用下,与跳舞杆一端相连的闸带对跳舞杆端部产生拉力Q 。设线缆的放出张力为T ,且作用于跳舞杆上三个力(2T ,Q ,P )的力臂分别为a ,b,c ,则有:

cP =2aT +bQ

(1)又设线缆盘上的线缆放出半径为R ,制动轮半径为r ,闸带在制动轮上的包角为α,闸带与制动轮间的摩擦因数为f ,放线机构工作时线缆盘制动系统对线缆放出过程所产生的阻力矩为M ,则根据欧拉公式,有:

Q =M/[r (e f α

-1)](2)M =TR

(3)

由式(1)～式(3)可得到线缆放出机构在对线缆

的张力控制过程中,弹簧力P 与线缆放出张力T 之间存在如下关系:

P =T 2a +

bR r (e f α

-1)

c =T (2a +bRQM

-1

)/c (4)

在式(4)中,若令K =RQ/M ,则得张力控制关系式:

T =cP/(2a +bK )

(5)

由式(5)可知,在线缆放出过程中,在弹簧力P

保持不变的前提下,若K 值能保持恒定,则其放出张力T 为常数,即线缆在放出过程中的张力始终保持恒定,从而实现了线缆放出过程的恒张力控制。在线缆放出之初,线缆的放出半径R 为定值,由于跳舞杆上的力系是平衡的,P ,Q ,T 必然满足式(4)的关系,所以此时线缆的放出张力是恒定的。然而,在线缆从线缆盘上放出的过程中,其放出半径R 是个变量,在线缆盘从满盘至空盘过程中,R 将由R max 逐渐变化为R min ,致使线缆的放出张力T 在瞬间有增大趋势,跳舞杆上的力系平衡便遭到破坏,此时闸带对制动轮的抱合力即刻松解,对跳舞杆的拉力Q 同时减小,从而使线缆盘制动系统对线缆放出所产生的阻力矩M 减小,随即线缆的放出张力T 减小,跳舞杆在瞬间便又重新获得了力系平衡。由于这一张力动态反馈过程是在瞬时完成的,控制张力的设定弹簧力P 值未发生宏观量的改变,因而线缆的放出半径R 虽然变小了,线缆的放出张力T 却仍能维持原有的设定值不变。由于上述过程是通过跳舞杆系统对线缆放出张力的微观变化进行即时动态反馈,跳舞杆上的力系便始终处于动态平衡,使K 值保持恒定,从而确保线缆的放出张力T 维持不变。

3　张力误差的估算方法

跳舞杆上的静态平衡力系可根据放线盘处于满

盘时的条件进行设计。在线缆放出过程中,跳舞杆上的力系维持着动态平衡。在动态平衡过程中,由于线缆的放出张力在瞬间会产生张力增量ΔT ,致

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