Тяговое устройство при экструзии листов: контроль натяжения и синхронизация скорости

Каждая экструзионная линия для вытягивания единичных листов зависит от механического моста между стопкой каландров и последующим оборудованием, который оттягивает охлажденный лист от каландровых валков с контролируемой скоростью, сохраняя при этом постоянное натяжение по ширине полотна. Экструзия вытягиваемого единичного листа требует особых соображений, которые отличаются от обычных процессов экструзии. Несмотря на кажущуюся простоту (пара приводных валков, захватывающих лист), поведение натяжения и скорости тянущего устройства напрямую определяет, прибудет ли лист на намоточную станцию ​​плоским и стабильным по размерам или с краевыми волнами, центральными мешками и остаточными напряжениями, которые вызовут проблемы при термоформовании.

Функция вытягивания вписывается в более широкую Технологическая цепочка технологии экструзии листов , в которой скорость и натяжение каждой секции должны точно согласовываться, чтобы поддерживать качество продукции от штампа до конечного рулона.

Конструкция зазора резинового валика и механика захвата

Приспособление для транспортировки состоит из ведущего стального ролика и обрезиненного ролика с пневматической нагрузкой, которые вместе сжимают лист с контролируемой силой. Резиновое покрытие валов — обычно нитриловое (NBR), неопреновое (CR) или силиконовое — обеспечивает податливость, необходимую для поддержания равномерного контактного давления по всей ширине листа, компенсируя незначительные прогибы валков и изменения толщины листа.

Выбор давления зажима предполагает компромисс. Слишком малое давление — и лист скользит по валкам, что нарушает синхронизацию скорости и создает нестабильность натяжения. При слишком сильном давлении резиновое покрытие чрезмерно деформируется, выделяя тепло в зоне контакта, которое может оставить следы на термочувствительных полимерах, таких как ПЭТ, и со временем вызвать разрушение покрытия валков.

Типичные диапазоны нагрузки зажима:

Диаметр рулона также влияет на производительность транспортировки. Ролики большего диаметра (150–300 мм) обеспечивают более длинную дугу контакта с листом, улучшая сцепление и снижая давление в линии, необходимое для предотвращения скольжения. Ролики меньшего диаметра занимают меньше места на полу, но требуют более высоких прижимных усилий для достижения эквивалентного сцепления.

Методы контроля напряжения

Натяжение листа на участке вытягивания должно поддерживаться в узком диапазоне — обычно +/- 5–10 % от заданного значения. Ниже этого диапазона лист провисает и на его краях появляются волны. Над ним лист постоянно растягивается или сужается вниз, вызывая уменьшение толщины и ширины.

Обычно используются три стратегии контроля напряжения:

Управление рисованием — самый простой подход. Вытягивание происходит с фиксированной скоростью, немного превышающей выходную скорость каландра, создавая постоянную степень вытяжки, которая создает напряжение за счет разницы скоростей. Это работает адекватно для толстых, жестких листов, где небольшие изменения натяжения оказывают минимальное влияние на качество размеров. Ограничением является то, что натяжение варьируется в зависимости от температуры листа, его толщины и вязкости полимера — ни один из этих факторов не измеряется и не компенсируется методом управления вытяжкой.

Управление с обратной связью датчика нагрузки размещает ролик, чувствительный к натяжению, на пути листа между каландром и зазором для тяги. Тензодатчик измеряет общую направленную вниз силу, действующую на валок, которую контроллер преобразует в натяжение (силу на единицу ширины) путем деления на длину контакта листа. Затем контроллер модулирует скорость тяги для поддержания заданного значения натяжения. Этот подход с замкнутым контуром позволяет обрабатывать изменения процесса, которые не могут быть реализованы при управлении вытяжкой с разомкнутым контуром, включая постепенный температурный дрейф и незначительные изменения толщины.

Для управления танцовщиком используется утяжеленный или пневматически нагруженный натяжной ролик, который перемещается вертикально, чтобы компенсировать изменения натяжения. По мере увеличения напряжения танцор поднимается; по мере уменьшения напряжения оно падает. Датчик положения на танцоре управляет скоростью тяги через контур ПИД. Системы Dancer обеспечивают превосходную стабильность натяжения во время ускорения и замедления, что делает их популярными на линиях, которые часто запускаются и останавливаются.

Синхронизация скорости с каландром и намоточным устройством

Тяговое устройство работает в составе трехсекционной скоростной цепи: каландровой, тяговой и намоточной. Каждая секция должна работать с точно согласованной скоростью, чтобы поддерживать равномерное натяжение на всем пути следования.

В установившемся режиме работы тяга обычно работает на 0,5–2,0% быстрее, чем каландр, чтобы установить натяжение листа. Затем намоточное устройство работает со скоростью, рассчитанной на основе скорости тяги за вычетом небольшой разницы натяжения, необходимой между тягой и намоткой. Эти соотношения скоростей должны сохраняться во всем диапазоне производственных скоростей — от скорости нарезания резьбы (2–5 м/мин) до полной производственной скорости (50–150 м/мин в зависимости от конфигурации линии).

Синхронизация скорости становится критически важной при изменении скорости линии. Если тянущее устройство ускоряется быстрее, чем каландр, натяжение листа резко возрастает и полотно может порваться. Если он ускоряется медленнее, лист провисает и на нем появляются морщины. В современных системах используется электронное управление редуктором или электронным линейным валом (ELS), при котором все последующие приводы следуют одному главному заданию скорости с индивидуально регулируемыми заданными значениями передаточного числа. Это гарантирует, что переходы скорости происходят одновременно на всех участках, сохраняя стабильность натяжения на всех этапах ускорения и замедления.

Распространенные конфигурации выдачи

Различные применения листовой экструзии требуют разных механизмов транспортировки. Наиболее распространенные конфигурации включают в себя:

Вытягивание с одним зазором — одна пара приводных валков. Самая простая и экономичная схема, используемая на линиях по производству листового проката, где требования к точности натяжения умеренные. Хорошо подходит для толстых листов (более 1 мм), где собственная жесткость листа помогает поддерживать стабильность полотна.

Отвод с двойным зажимом — две последовательные пары зажимов, разделенные коротким свободным промежутком. Первый зажим обеспечивает основную тяговую силу, а второй действует как точка изоляции натяжения и обеспечивает стабильное сцепление на более высоких скоростях лески. Конфигурации с двумя зажимами обрабатывают листы тонкой толщины (менее 0,5 мм) более надежно, чем устройства с одним зажимом, поскольку второй зажим предотвращает распространение вниз по потоку любого проскальзывания, которое может произойти при первом зажиме.

Горизонтальная и вертикальная ориентация. Вертикальная тяга (лист движется вверх от каландра) экономит пространство на полу и обеспечивает короткий путь прохождения листа, уменьшая потери тепла при работе с термочувствительными материалами. Горизонтальные вытягиватели (лист движется горизонтально) облегчают заправку нити во время запуска и обеспечивают лучший доступ для обслуживания.

Очень важно понимать, как отводящая жидкость поступает в последующее оборудование. Как центральная, так и поверхностная намотка, а также намоточные машины с поверхностной намоткой зависят от приема листа с постоянным натяжением и скоростью — дефекты, возникающие на этапе вытягивания, распространяются непосредственно на намотанный рулон в виде телескопирования, сморщивания или повреждения от раздавливания.

Устранение неполадок, связанных с вывозом

Большинство проблем с тягой возникают либо из-за механического износа, либо из-за дрейфа системы управления. Резиновые покрытия валов затвердевают с возрастом и воздействием ультрафиолета, теряя свои характеристики сцепления. Когда на ранее стабильной леске начинает происходить проскальзывание, в первую очередь следует задуматься о состоянии покрытия ролика. Большинство резиновых чехлов требуют замены каждые 12–24 месяца в зависимости от рабочей температуры и типа полимера.

Список проблем с натяжением намоточного устройства часто возникает на входе в секцию вытягивания, даже если симптомы проявляются на намоточном устройстве. Скачки натяжения, колебания или постепенное смещение рулона при натяжении непосредственно приводят к дефектам намотки, которые могут не проявиться до тех пор, пока рулон не будет размотан на предприятии по термоформованию клиента.

Устройство вытягивания служит мостом критической скорости и натяжения между каландром и намоточной станцией — роль, которая напрямую влияет на плоскостность листа, стабильность размеров и качество конечного рулона. Вытягивающие устройства JWELL оснащены резиновыми прижимными устройствами с сервоприводом и обратной связью по натяжению с обратной связью, поддерживающими натяжение листа в пределах ±0,5 Н при скорости линии от 5 до 100 м/мин — уровень постоянства, который предотвращает дефекты краевой волны и центральной упаковки в мешки, типичные для плохо синхронизированных систем.

Часто задаваемые вопросы

Что вызывает краевые волны в экструдированном листе на выходе?

Краевые волны обычно возникают в результате недостаточного или неравномерного натяжения по ширине листа. Если давление захвата при отрыве слишком низкое, лист может соскользнуть по краям, захватываясь в центре, создавая дифференциальное напряжение, которое притягивает центр сильнее, чем края. Износ покрытия валков, дисбаланс давления зажима или выпуклый валок, который больше не соответствует ширине листа, могут способствовать этому. Равномерное увеличение давления зажима и проверка состояния покрытия ролика обычно решают проблему.

Как скорость вытягивания синхронизируется с каландром?

В современных системах используется электронное управление линейным валом (ELS), при котором все приводы следуют одному главному заданию скорости. Привод тяги получает сигнал основной скорости, умноженный на заданное значение передаточного числа (обычно 1,005–1,020x скорости каландра). Во время ускорения и замедления все приводы увеличивают скорость одновременно с согласованной скоростью, чтобы поддерживать постоянное натяжение. На старых линиях могут использоваться аналоговые задания скорости с ручной регулировкой передаточного числа.

Какой резиновый материал лучше всего подходит для чехлов тянущих роликов?

Нитриловые (NBR) покрытия выдерживают экструзию большинства листов общего назначения и обеспечивают хорошую стойкость к истиранию. При более высоких температурах покрытия из неопрена (CR) или EPDM обеспечивают лучшую термостойкость. Силиконовые чехлы используются там, где важен не оставляющий следов контакт, например, лист оптического качества. Выбор твердости (60-90 Шор А) должен соответствовать жесткости листа: более мягкие покрытия для тонких гибких листов и более твердые покрытия для толстых и жестких листов.

Может ли один тянущий механизм обрабатывать листы различной ширины?

Да, при условии, что ширина резинового рулона превышает максимальную ширину листа. Некоторые тянущие устройства имеют регулируемое боковое положение для оптимизации захвата листов различной ширины. На линиях с широким диапазоном ширины сегментированная загрузка, когда резиновый валок разделен на независимо находящиеся под давлением секции, предотвращает чрезмерную краевую нагрузку на узких листах, сохраняя при этом достаточную общую силу захвата.