旋转式磁流变阻尼器用于卷料张力模糊控制

    磁流变阻尼器是一种新型的、阻尼连续可调的控制元件.这种阻尼器的阻尼力在一定范围内由外部磁场快速无级可调,而且这种变化是瞬时可逆的,因此,近年来对它的研究和应用开发比较重视.目前已有较为成熟的磁流变阻尼器产品应用于各工程领域,其中主要以直线往复式磁流变阻尼器为主.Nikolajsen J L等人首次将电流变液阻尼器应用于转子系统的振动控制,验证了旋转式电(磁)流变阻尼器的可用性^[1].磁流体产生的屈服应力是电流体的100倍,并且不需要高电压^[2],因此,人们对磁流变阻尼器的研究日趋增多.然而将磁流变液用于转子转动控制的研究还不多,并且这方面研究多为利用磁流变阻尼器对转子振动的控制.本文对旋转式磁流变阻尼器用于收、放料机构中的卷料张力控制进行了研究.

    1　旋转式磁流变阻尼器的可用场合

    在造纸、轻纺、印刷和包装机械行业当中,经常用到如图1所示的放料机构.在这种机构中,卷料的张力控制是重要的控制要求.在卷料的生产加工过程中,有卷入、卷出等卷取操作的工序,此时料辊的直径是变化的,直径的变化引起卷料张力的波动.此外,料辊缠绕不均匀、偏心以及管理不善等造成料辊外圆形状不规则,料辊实际轴线与理论轴线不重合,放卷时产生跳动也会产生张力波动.张力过大,会导致卷材过紧断裂,张力过小,卷材则会起皱松驰,因而在卷料加工过程中,为保持产品质量和效率,保持恒定的张力是十分必要的.以前,为使卷料中的张力F保持不变或变化较小,增设若干个张紧轮,这使得机构变得复杂、庞大,且控制效果不理想.现在较多采用摩擦带平衡卷料受到的张力F,在精度要求不高的场合中取得了较好的效果.但摩擦带平衡一般需要人工施加预压力,不适于张力幅值变化较大的工况.对于这种情况,可以采用新型的旋转式磁流变阻尼器控制张力F.将旋转式磁流变阻尼器安装在料辊的同轴上,与料辊同步运动,或通过变速机构使阻尼器与料辊以一定的传动比联接.这样,就可以通过改变阻尼器的阻尼力矩来控制卷料的张力.同时,阻尼能够吸收张力瞬时变化,对频率较高的小信号进行缓冲和滤除.

    2　旋转式磁流变阻尼器的结构及工作原理

    旋转式磁流变阻尼器的结构如图2所示,它由旋转盘片和静止盘片组成.旋转盘片跟随转轴运动,并与静止盘片及阻尼器壳体之间的磁流变液形成相对剪切表面.线圈中通入直流电时产生稳定的磁场作用于磁流体上,使磁流体的粘度及屈服强度变化,从而改变阻尼器的阻尼.壳体及盘片都采用导磁材料制造,支撑套和确定盘片位置的间隔环则用非导磁材料制造,以保证磁力线沿垂直于盘片表面的方向穿过磁流变液.