在卫生纸的生产加工过程中，加工设备扮演着核心角色，其性能直接决定了最终产品的质量、生产效率与生产成本。本文旨在对卫生纸加工设备，特别是其核心单元——卫生纸复卷机进行探究，并重点分析复卷过程中至关重要的纸幅张力计算问题。

一、卫生纸加工设备概述

卫生纸加工是一条从原纸（大轴纸）到成品小卷纸或平切纸的流水线。其主要设备包括：

1. 退纸架：用于承载和展开大轴原纸，是生产线的起点。
2. 压花单元：通过一对刻有花纹的钢辊对原纸进行压纹，以增加纸张的柔软度、松厚度和美观度。
3. 印花/涂胶单元（可选）：进行品牌印花或施加胶水以便于后续分切后纸巾的抽取。
4. 卫生纸复卷机：核心设备，负责将宽幅的原纸按预定层数（通常为2-3层）复合成型，并卷绕成符合直径要求的大卷纸（母卷）。此过程对张力的控制要求极高。
5. 分切机：将复卷机产出的大母卷，沿轴向分切成规定宽度的小卷纸。
6. 包装机：完成小卷纸的自动包装、贴标、装箱。

二、卫生纸复卷机及其张力系统的重要性

复卷机是连接原纸与成品的关键枢纽。其核心任务是在高速运行下，将多幅原纸平整、均匀、紧密地卷绕成圆柱形母卷，且需保证卷芯不塌陷、纸卷表面平整无皱、松紧度一致。

要实现这一目标，纸幅张力控制是决定性因素。张力过小，会导致纸卷松垮、不紧实，在后续分切和运输中易产生变形；张力过大，则可能引起原纸断裂（断纸）、卷芯被压溃，或造成纸卷内部产生过大的应力，影响使用时的易撕性和柔软度。因此，精确的张力计算与稳定的张力控制是复卷机设计、调试与操作中的核心技术。

三、纸幅张力的计算与分析

纸幅张力（T）通常是指在复卷过程中，施加在纸幅运行方向上的拉力，单位常用牛顿（N）或牛顿/米宽度（N/m）。其计算与控制是一个涉及多因素的动态过程。

1. 基本计算公式

静态或理想状态下，纸幅张力与驱动转矩的关系可表示为：
T = (2 * τ) / D
其中：

• T 为纸幅张力（N）。
• τ 为卷绕辊（或张力辊）的驱动转矩（N·m）。
• D 为当前卷绕直径（m）。

此公式表明，在恒定转矩驱动下，随着纸卷直径D的增大，张力T会成反比下降。因此，在实际生产中必须采用锥度张力控制。

2. 锥度张力控制与计算

锥度张力控制是指在复卷过程中，随着纸卷直径的增大，系统按预设曲线逐渐降低目标张力值。这既能保证卷芯紧实，又能避免外层因张力过大而内陷。常用的锥度曲线公式为：
T<em>d = T</em>s <em> [ (1 - k) + k </em> (D<em>s / D</em>d)^n ]
其中：

• T<em>d 为当前直径D</em>d下的目标张力。
• T<em>s 为初始卷绕（直径D</em>s时）的设定张力。
• D_d 为当前纸卷直径。
• k 为锥度系数（0 ≤ k ≤ 1）。当k=0时为恒张力，k=1时为恒转矩。卫生纸复卷通常取0.2~0.8之间的值，根据原纸特性调整。
• n 为指数因子，通常取1（线性锥度）或2。

3. 影响张力的关键因素

• 原纸特性：纸张的定量（克重）、抗张强度、伸长率、摩擦系数直接影响可承受的最佳张力范围。
• 运行速度：高速运行时，需考虑惯性力、空气阻力等动态效应，张力系统需具备快速响应能力。
• 设备机械结构：张力检测辊的惯量、轴承摩擦、传动系统的刚性等都会影响张力测量的准确性和控制的稳定性。
• 控制策略：现代高速复卷机普遍采用PLC或专用控制器，通过PID算法闭环控制驱动电机（如变频电机、伺服电机）的转矩或速度，并实时采集直径信号来动态调整张力设定值。

四、结论与展望

卫生纸加工设备，尤其是复卷机，是一个机电一体化的精密系统。对纸幅张力的精确计算与自适应控制，是保障产品质量与生产效率的关键。随着传感器技术、人工智能算法和工业物联网的发展，卫生纸加工设备的张力控制将朝着更智能化、预测性的方向发展。通过实时分析原纸材料数据、环境数据和设备运行数据，系统能够自主优化锥度曲线和PID参数，实现更优的卷绕质量与更低的能耗，进一步提升卫生纸加工行业的自动化与智能化水平。