粗纱锭翼性能参数智能化测试系统.pdf

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1、第2 9 卷第2 期 2 0 0 8 年2 月 纺织学报 J o u m a lo f r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 2 F e b 2 0 0 8 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 “2 0 0 8 ) 0 2 0 0 9 4 一0 4 粗纱锭翼性能参数智能化测试系统 周国庆1 ，杨建成1 ，蒋秀明1 ，宋春梅1 ，冯广轩2 ，刘敦平2 ，申卫国1 ，王 宇1 ( 1 天津工业大学机械电子学院，天津3 0 0 1 6 0 ；2 天津宏大纺织机械有限公司，天津3 0 0 2 4 1 ) 摘要为了对粗纱锭翼性能参数进行测试，研制了一种新型

2、粗纱锭翼性能参数测试系统。研发混合驱动差动式 变径机构，在不同转速下，可模拟筒管卷绕直径的连续变化，测试粗纱卷绕过程中锭翼压掌对粗纱卷装的压力变化 规律。该系统由机械传动、控制和信号处理3 部分组成，可实现控制数据采集及处理的自动化。测试结果表明：该 测试系统达到设计要求，设备运转平稳，操作方便，自动化程度及测量精度均较高，可为锭翼性能测试和设计提供 依据。 关键词锭翼性能参数；混合驱动；变径机构；控制方法 中图分类号：眄1 0 3 6 4文献标识码：A I n t e l l i g e n tt e s t i n gs y s t e mo fi n t e r r e l a t e

3、dp a r a m e t e r so fn y e ro fn yf r a m e Z H O UG u o q i n 9 1 ，Y A N GJ i a n c h e n 9 1 ，J I A N GX i u m i n 9 1 ，S O N GC h u n m e i l ， F E N GG u a n 铲u o ，u uD u n p i n f ，s H E Nw e i g l l 0 1 ，w A N GY u l ( 1 s c 幻o z 矿舭胁泐z 。以E f e m r o n 如E 呼，聊 愕，彬nP o 加e c 疵跏沁m 妙，彬n3 0 0 1 6 0

4、 ，傩i n o ； 。 2 m 咖舶，础z 池讹曲i ，叫c o ，删，m 咖3 0 0 2 4 1 ，吼i ) A b s 仃a c tI no r d e rt ot e s ti n t e r r e l a t e dp a r a m e t e r so fn y e ro fn yf m m e ，an e wt e s t i n gs y s t e mw a sd e v e l 叩e d A d i f f e ：r e n t i a lm e c h a n i s m h y b r i dd r i v i n gw h i c hi m i t a t e

5、st h ev a r i a t i o no fc y l i n d e r 7sd i a m e t e rw a si n t r o d u c e df o r t h e6 r s tt i m es o a st ot e s tt h ec h a n g i n gl a wo fp r e s sp a l ms t r e n 殍ho ft h en y e ro fn yf r a m ea td i f 琵r e n tr o t a t i n g s p e e d sw h e n 诵n d i n g I ti n c l u d e st h em e

6、 c h a n i ct r a n s m i s s i o n ，c o n t r o la n ds i g n a lp m c e s s i n gs y s t e ma n dc a n r e a l i z ea u t o m a t i o no fc o n t r o la n dd a t ac o l l e c t i n ga n dp r o c e s s i n g T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a ti tm e e t st h e n e e d so ft e c

7、h n o l o g ya n dd e s i g n ，m n ss t e a d i l y ， o p e r a t e se a s i l y ，a n dh a sa c c u m t et e s t s K e yw o r d s i n t e n l 砒e dp a r a m e t e ro fn y e r ；h y b 而dd r i v i n g ；m e c h a n i s mo fc h a n g i n gc y l i n d e rd i a m e t e r ；c o n t r o l m e t h o d 锭翼是粗纱机的核心

8、专件。锭翼质量的优劣直 接影响粗纱机的生产效率和纺纱质量，因此，锭翼产 品的质量性能十分重要。而判定锭翼的质量性能优 劣，无论是锭翼生产厂家还是锭翼的使用厂家乃至 检测中介机构都离不开相关的锭翼性能检测仪器。 锭翼性能检测中的一个重要参数是锭翼压掌的压纱 力大小，即压掌力。压掌力的变化对粗纱卷装质量 有直接影响，从而直接影响细纱工序纱线退绕和条 干，特别是影响高支纱的条干，因此，在粗纱机安 装锭翼之前，检验其是否合格，是必需的工序。对于 粗纱锭翼性能( 压掌力) ，目前只能进行锭翼压掌力 的问歇定径检测，即测试筒管卷绕在大、中、小纱 3 种特定或某些特定卷装直径下锭翼压掌的压力 值，而不能连续

9、测量不同直径的压掌压纱力。文献 2 4 研究的粗纱锭翼性能参数测试仪，只能通过 更换事先制作的大、中、小3 个盘进行模拟纱管直径 变化的实验，或者采用手动调节，不能反映实际工作 状态下的压掌力并采用记录仪对实验数据进行分 析。另外，现有锭翼性能测试装置的结构设计亦不 太合理，每次换盘时都要拆卸连有导线的悬臂梁，不 仅耗时费力，操作不方便，而且也存有安全隐患，容 易造成故障。 收稿日期：2 0 0 7 一0 3 一1 5修回臼期：2 0 0 7 1 0 一1 5 作者简介：周国庆( 1 9 5 8 一) ，男，副教授，硕士生。主要研究领域为纺织机械设计，机械设计与传动，机电一体化技术。E m a

10、 i l ： z h o u g u o q i n 9 8 1 9 s i n a c o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期周国庆等：粗纱锭翼性能参数智能化测试系统 9 5 本文给出的测试系统采用混合驱动差动式变径 机构、传感器技术、动态应力应变检测技术、P L C 控 制变频调速啡6 1 及计算机图形处理技术，可实现模 拟筒管卷绕过程中压掌力变化的动态测量。这是国 内其它同类产品所不及的。 1 工作原理 测试系统的传动机构分为2

11、 部分：一部分是由 主电机通过l 对同步带带轮传动主轴和支撑盘，这 条传动路线是模拟粗纱机锭翼的正常工作状态；另 一部分是由辅助电机通过l 对同步带带轮、棘轮棘 爪、中心齿轮、行星齿轮、1 对行星伞齿轮、蜗杆蜗 轮，传动1 对斜齿轮。其中斜齿轮上安装传感器。 2 条路线通过由主轴、中心齿轮、行星齿轮、支撑盘 ( 系杆) 组成的差动机构彼此牵连，如图1 所示。 轮 齿轮 轮 同步带带轮 图l 测试系统传动机构筒图 F i g 1 S c h e m e t r a n s m i s s i o nm e c h a n i 8 mo ft e s t i n gs y s t e m 为了实现

12、单向传动，棘轮与被动的同步带带轮 用螺栓固接，棘爪通过棘爪轴固接在中心齿轮上。 只有当辅助电机顺时针旋转且中心齿轮转速大于支 撑盘的转速时，行星齿轮才可转动；反之，行星齿轮 不起作用，实现了单向传动。转动端面凸轮，可使 2 个行星齿轮脱开，实现手动控制传感器 复位。 安装有传感器的斜齿轮回转中心应与压掌回转 中心重合以便测量过程中使压掌始终与传感器 接触。 2 功能要求与设计 测试系统的功能要求：在不同转速下模拟粗纱筒 管卷绕直径变化( 即变径) 时连续检测锭翼的压掌压 力；同时应具有结构紧凑，检测精确，运行可靠等特点。 机构设计的功能要求：锭翼的转速范围为2 0 0 l5 0 0r 商n ，

13、卷装直径的变化范围为4 5 2 6 0m m ，以 满足粗纱各种卷绕工艺的设计要求；测试完毕后，卷 装直径能够复位到4 5m m 的初始卷绕位置，以便下 一次实验。传感器初始、终点位置应对应筒管直径 为4 5 、2 6 0m m 的位置。 设主轴转速为n 。，中心齿轮转速为n 。时，行星 伞齿轮自转转速为孔：，根据相对运动原理，三者关 系可用下式表示： 兰! 二! ! 一一兰三 n 22 l 即n 2 = ( n D 一， 。) ( 1 ) 2 式中：z 为中心齿轮齿数；z ：为行星齿轮齿数。 由式( 1 ) 知，只要n 。、n 。不相等，凡：便有输出， 但是n 与辅助电机通过棘轮棘爪连接，只

14、有单向传 动，因此，只有n ， n 。时，行星伞齿轮转速n ：才有 输出，n 。与、n ，转动方向相反；反之，行星伞齿轮 转速n ：没有输出。 行星轮轴与传感器输入、输出关系可由下式表 示： 臼4 = i l i 2 臼3 ( 2 ) 式中：口。为传感器所在的大斜齿轮转角，口，为行星 伞齿轮和蜗杆轴的转角，i 为蜗轮、蜗杆之间传动 比，i ：为斜齿轮之间传动比。 例如：当安装有传感器的斜齿轮与伞齿轮的设 计传动比为3 6 0 ：1 ，即当伞齿轮转l 圈( 3 6 0 j ) 时，传 感器应转过1 。，相当于筒管绕1 层纱。实际测量时 应根据粗纱直径，确定传感器的角位移。 3 控制部分 控制部分

15、主要为P L C 编程控制变频器。P L C 采 用台达D V P 2 0 E X 型，变频器采用2 台台达V F D B 型，分别控制2 个电机，即l 号变频器控制辅助电 机，2 号变频器控制主电机。变频器与P L C 之间通 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 9 6 纺织学报 第2 9 卷 过R S 4 8 5 接口进行通讯控制，2 台变频器的工作由 P L C 程序设定。2 号变频器的控制方式为外部端子 控制。l 号变频器的控制由P L C 程

16、序完成。通过变 频器上的位操作可实现锭翼的寸动，如图2 所示。 图2 控制系统框图 F i g 2 C o n t r o ls y s t e md i a g r a m 测试系统的P L c 程序设计如下：首先依据所要 达到的控制要求，定义) ( 0 为记数开关；x 。为主启 动；x 2 为停止；x ，为测试；x 4 为频率值传送；x ，为重 设；Y 0 为主电机；Y 为辅助电机。P L c 端子接线示 意图如图3 所示。 计数开关一x ( ， 主启动一x l 停止一x ， 测试一x ， 频率值传送一x 4 重设一xs R S 4 8 5 主电机 辅助电机 1 号变频器 2 号变频器 图

17、3P L C 端子接线不惹隘 F i g 3 C h a r to fj u n c t i o nw i r eo fP L Ct e 咖i n a l 在行星伞齿轮的附近安装了1 个霍尔传感器， 伞齿轮旋转1 周，霍尔传感器发出1 个脉冲信号，由 P L C 记数1 次，记数达到预先给定的次数后，P L c 输 出关断信号给变频器关断输出。差动传动主要是利 用双电机实现差动轮系的双自由度输入，并利用异 步电机的变频调速技术和P L C 控制技术，实现给定 规律，是一种混合驱动差动机构式的无极调速。 根据粗纱锭翼压掌力测试的控制要求写出流程 框图，如图4 所示。 4 测试过程 测试系统要将由

18、传感器检测到的动态压掌压力 信号不失真地传送给微机，通过微机把测得的压掌 压力信息以曲线图的形式表示出来。信号处理部分 包括电源、力传感器、变送器、A ，D 、测试软件等。 压掌力的数值标定采用静态法，即在压掌力作 用点施加1 个已知作用力P 。，得到输出电压值K ， 存入微机，当被测压掌力为P ，时，则： P 。= P o E = K P 圪 ( 3 ) 开始 通讯格式初始化及频率 初始化 枣频率吵 是否进行频率值传送二 二 、r 一 南批示灯亮l 主电机启动 延时1 0s 辅启 测试开始 型姬玉奎二怔 O F Fl 计数到指定值辅停 延时1 0 s 主停 结柬 型4 程序流程图 F i g

19、 4 F l o wc h a r to fp r o c e d u r e 式中：也表示压掌力为P 。时的电压输出值；K ，为 仪器测量灵敏度。 将待测的锭翼安装在该测试装置的锭杆上，使 粗纱锭翼压掌靠在传感器上，传感器与大斜齿轮相 连。检测开始后，由于差动机构的作用，使得传感器 绕回转点向外转动，即随着测试时间的增加，传感器 离回转中心的距离不断增大，直至设定的尺寸，即模 拟了粗纱筒管卷绕直径逐层增加的过程。由于离心 力作用，锭翼压掌紧紧压在传感器上，并随传感器一 起向外转动，压掌力同时发生变化，使得传感器上的 电压也发生变化，通过变送器将该信号转化为可视 的应力与应变值或图形，即完成了

20、锭翼压掌力的动 态测试。测量完成后，依靠手动，反向旋转手柄，可 使传感器复位，以备其他锭翼检测。 5 测试结果及分析 在锭翼转速为6 0 0 和7 0 0r ，m i n 的条件下，对天 津宏大纺织机械有限公司生产的A 4 5 4 锭翼进行测 试，测得的压掌力相对值曲线如图5 所示。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期周国庆等：粗纱锭翼性能参数智能化测试系统 9 7 一l 画一2 脚一3 睦兰竺塑 U24681 01 21 41 61 82

21、0 时间s ( b ) 锭翼转速7 0 0r ，m i n 图5 压掌力的动态测试结果 F 唔5T e s t i n gr e s u l t so fd y n a m i cp r e s sp a l ms t r e n 殍ho fn y e r ( a ) n y e rs p e e do f6 0 0r ，m i n ；( b ) n y e rs p e e do f7 0 0 “m i n 由图可知，随着转速的增加，压掌力增大，但变 化规律基本不变。进行标定后，得出粗纱压掌力与 卷绕直径的关系曲线，如图6 所示。 注：曲线1 为理论计算卷绕直径与压掌力的关系； 曲线2 、3

22、 分别为锭翼转速在6 0 0 、7 0 0 “m i n 时卷绕 直径与压掌力的关系。 图6 锭翼压掌力与卷绕直径关系 F i g 6R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r e s sp a l ms t r e n g t ho f n y e ra n dt l l ec y l i n d e r 7sd i a m e t e r 从测试结果可以看出，压掌力随卷绕直径增大 略有减小，实测值( 曲线2 、3 ) 与计算值( 曲线1 n 1 ) 的 规律基本一致。 6结论 1 ) 测试装置可模拟粗纱筒管直径的变化，测试 锭翼动态压掌力，达到

23、了预计的设计要求。 2 ) 与现有技术相比，该粗纱锭翼压掌力测试系 统最大的优点是能够检测粗纱筒管卷绕过程中压掌 施加给筒管粗纱的压力连续变化情况，实现全过程 智能化测试。 3 ) 基于P L c 编程控制和变频调速控制的测试 系统，只须改变程序，无须改变机构就可实现给定变 速规律，运行稳定，操作方便。 4 ) 该测试系统自动化程度、测量精度均较高， 为锭翼性能参数测试和进行锭翼设计提供帮助，具 有较好的应用前景。龋 参考文献： 1 刘裕埴，陈人哲纺织机械设计原理 M 2 版北 京：纺织工业出版社，1 9 9 2 ：1 8 0 2 蒋宗豪，俞焕祥F L N 一1 型智能化粗纱锭翼动态参数 测定

24、仪 J 上海纺织科技，1 9 9 0 ，1 8 ( 5 ) ：4 3 4 7 3 裴咏之粗纱机锭翼扩张量及转速的微机测试 J 。 连云港职业大学学报，1 9 9 6 ，9 ( 4 ) ：4 5 4 6 4 俞焕祥，黄俊锭翼压掌质心位置及压掌力的测 定 J 中国纺织大学学报，1 9 9 1 ，1 7 ( 6 ) ：9 7 1 0 3 5 黄惟一，胡生清控制技术与系统 M 北京：机械工 业出版社，2 0 0 2 ：1 4 0 6 贾贵玺，贾淑娅，车学哲基于P L c 的计量加料自动 控制系统 J 纺织学报，2 0 0 7 ，2 8 ( 2 ) ：8 5 8 8 7 宋春梅，杨建成，何辉粗纱锭翼性能参数测试仪变 径机构的设计研究 J 天津工业大学学报，2 0 0 6 ，2 5 ， ( 2 ) ：7 8 8 1 ， 加 悸m nm他旭问m 时速转 。 锻 6 ( 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark