康文杰　王通　陈哲

摘  要：本文针对分切机在匀速运行时过辊轴的机械参数如偏心距，过辊轴直径，转动惯量等因素对分切机张力波动大小的影响进行了理论推导和计算，结果表明，分切机在匀速运行过程中，过辊轴的偏心量越大，转动惯量越大，造成的张力波动越大。

关键词：分切机;过辊轴;张力波动

1.引言

分切机是指将大宽度的成卷基材如铜箔，铝箔，塑料等分切成小直径小宽度的适用卷材的机器。其中，在分切机分切基材的过程中，张力波动会影响到整个基材的分切和收卷的质量[1]。随着锂电行业近些年来的飞速发展，对应的基材（铝箔，铜箔）的厚度越来越薄，基材在相应的张力作用下更加容易产生变形或者拉断现象，要求分切机在运行过程中允许张力波动的范围很小，进而对整个卷绕系统的张力要求越来越高。而设备在正常的运过程中，对应过辊轴的机械精度、材料的几何缺陷工艺、工艺条件，过辊轴的安装平行度，过辊轴的刚性变形等因素的作用下均会对整机的张力稳定造成影响。如果张力波动过大，则会更加容易导致极片发生塑形变形或者被拉断的状况，影响收卷的质量以及整台设备的正常运行，故要研究如何控制整个系统的张力波动。

目前，许多的文章主要针对分切机的整机张力控制系统进行研究，通过安装张力传感器，浮辊等张力闭环等方式来实现对整机的张力调节[2][3]，可以实现分切机张力的实时调节。但是，张力闭环控制只是解决张力控制的一方面，但从设计的角度来说，研究如何尽可能的减少分切机本身结构所造成的张力波动也非常重要。过辊轴在分切机上主要对极片起支撑跟导向作用，在分切机上的安装数量比较多，其自身的机械结构参数也会对分切机的张力波动造成影响。文主要针对过辊轴的机械参数对分切机正常运行状态下的张力波动影响进行数学建模和计算，计算结果表明分切机在匀速运行过程中，过辊轴的偏心量越大，转动惯量越大，造成的张力波动越大，可以分切机的过辊轴设计制造提供一定参考依据。

2.过辊轴的张力波动数学模型

在分切机上，为保证整个极片切边工艺的顺利实施，往往需要在机台上安装数量较多的过辊轴来进行支撑和导向。而实际的过辊轴加工与安装过程中，均无法保证其实际旋转中心与几何中心完全重合，存在一定的偏心，如图1所示，设旋转中心O'与几何中心O的距离为e，过辊相对于旋转中心半径为r，r2=R2+e2+2Recosφ;φ为辊转角，变量;J为辊轴转动惯量;v为辊轴线速度;R为过辊轴不偏心时的半径。

在风切机的正常运行过程中，过棍轴在极片摩擦力的作用下被动旋转，旋转过程中的转矩方程为：

3.过辊轴机械参数对张力波动的影响

3.1过辊轴偏心距对张力波动的影响

实际的辊轴加工与装配过程无法保证过辊轴中心与旋转中心完全重合，会存在一定的偏心，在连续放料过程中会对极片的走带产生张力波动。在不考虑分切机启动阶段的加速过程时，根据过辊轴偏心对张力的波动公式可以为整机的设计提供计算依据。下面通过案例计算来说明过辊轴机械参数对张力波动的影响。

如图2所示，设在某分切机上的某过辊轴的直径为110mm，对应的线速度为60m/min（可以理解成分切速度），转动惯量为7672.55 Kg/m2。

假设对应过辊轴在设计或者加工，安装过程中所产生的偏心量e分别为0.02mm，0.04mm以及0.08mm，分别将三个参数带入式（4）中，并通过设定不同的过辊转动角度φ计算出对应的张力波动值，最终通过EXCEL进行数据处理，可以得出张力波动ΔT随着过辊的转动角度变化的关系如图3所示。

从上图可以看出，单个过辊轴的偏心量对整机的张力波动随着其转过的角度呈正弦变化规律，对应的偏心距越大，造成整机张力波动的量就越大。

3.2过辊轴转动惯量对张力波动的影响

过辊轴的转动惯量与其半径以及质量相关，为研究转动惯量对分切机张力波动的影响，本文分别设定过辊的半径以及对应的转动惯量如表1所示，分别将对应的参数带入式（4）中，并通过设定不同的过辊转动角度φ计算出对应的张力波动值，通过EXCEL进行数据处理，可以得出张力波动ΔT随着过辊的转动角度变化的关系如图4所示。

从图4可以看出，单个过辊轴的转动惯量对整机的张力波动随着其转过的角度呈正弦变化规律，对应的转动惯量越大，造成整机张力波动的量就越大。

综上所述，过辊轴的机械参数会对分切机正极的张力波动造成影响，波动的规律成正弦变化，对应的偏心量越大，线速度越大，转动惯量越大，所造成的张力波动越大。

4.结论

文主要针对过辊轴的机械参数对分切机正常运行状态下的张力波动影响进行数学建模和计算，计算结果表明分切机在匀速运行过程中，过辊轴的偏心量越大，转动惯量越大，造成的张力波动越大，可以分切机的过辊轴设计制造提供一定参考依据。

参考文献

[1]刘晔.厚箔分切机张力控制系统的设计[J].轻合金加工技术，1999，027（012）：20-22

[2]陈建魁.非连续卷绕系统动力学建模与张力/位置控制及其应用.华中科技大学，2010.

[3]熊涛.卷绕放料系统的基板张力和横向偏移建模與控制研究[D].华中科技大学，2015.