纺织导报-络纱张力控制系统分析.pdf

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1、纺 纱 技 术S p in n in g T e c h n o lo a v 络纱张力控制系统分析 摘要:文章时德 国S c h l a t h o r a t 3 3 8 型和 日本Mu r a t a N o .2 1 C型自动络筒机的络纱张 力自动拉制系统进行 了深入分析，提 出混合环控制是自动络筒机络纱张力控制系 统的发展趋势。 关键词:自动络筒 机;络纱张力; 拉制;开环;闭环;混合环 中图分类号: T S 1 0 4 .3 2文献标识码: A 文章编号:1 0 0 3一3 0 2 5 ( 2 0 0 6 ) 0 5一0 0 4 7一0 4 南通纺织职业技术学院穆征张冶 络纱张力是

2、络筒工序中决定产品质量和生产效率的重 要参数。络筒张力适当， 能使络成的筒子成形良好 结构 紧密而不损伤纱线的物理机械性能， 并有利于筒子在后道 工序中能顺利退绕。 张力过大 将使纱线丧失弹性 不利 于织造; 若张力过小 会使筒子成形不良易塌边脱圈. 且 断头时纱线容易嵌入筒子内部接头时不易找头因而降 低工作效率。此外 在一定的络纱张力作用下， 络筒时可 以使弱捻和细节纱预先断裂经过重新捻接的纱线由于去 除了薄弱环节，可以提高后道工序的生产效率。因此 ， 保 持恒定适当的络纱张力非常重要 1 络 纱张 力 分析 络纱张力是由管纱轴向退绕产生的退绕张力和张力装 置产生的附加张力两部分组成。 1

3、. 1 退绕张力 影响退绕张力的主要因素: t )退绕高度 满管时张力极小 随着退绕进行. 退绕张力逐渐增加. 管纱退绕到管底时 张力急剧增大。 2 )络纱速度 车速越大 由于空气阻尼的影响 退绕张力也随之越大。 3 )导纱距离 随着导纱距离的增加退绕张力及张力波动幅度均逐 渐增加。 4 )纱线特数 由于离心力的原因 纱线的退绕张力与纱线的特数成 正比。 其实 络纱速度、 导纱距离和纱线特数等虽然都与退 绕张力成正比， 但影响较小 在整个退绕过程中 并不会引 起张力过多的波动而退绕高度的变化才是引起退绕张力 不匀的最主要因素。目前，自动络筒机上都装有气圈控制 器， 在气圈控制器之下保持单节气圈

4、 从而减小张力波动. 均匀纱线退绕张力 1 . 2 附 加张 力 管纱轴向退绕时产生的退绕张力的绝对值很小 若以 这样的张力水平去络筒将得到极其松软且成形不良的筒 子。因此，需要通过张力装里产生一定的附加张力来适 当增加纱线张力. 提高张力均匀程度， 以得到成形良 好、 密 度适宜的筒子。 早期的张力装置结构简单 不具有自动控制的功能 所产生的附加张力是事先设定的一个不变的张力补偿值. 它不会因纱线退绕张力的变化而变化因此由退绕张 力和附加张力两部分至加后实际运行的络纱张力必然是 波动的它会造成卷绕不匀和在下游工序退绕时纱线张 力的波动。 随着机电一体化技术的迅猛发展. 在新一代自动络简 机上

5、普遍采用张力自动控制装里，所产生的附加张力会 随退绕张力的变化而反向变化进行张力补偿使络纱张力 保持恒定。 作者简介:穆 征.男，1 9 6 3 年生，副教授，南通，2 2 6 0 0 7 控制系统简介 控制系统组成 纺织 导报 C h i n a T e x t i le L e a d e r . 2 0 0 6 N O . 5 47 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark - - S p i n n o n a T e c h n o l o g y纺纱技术

6、自 动控制系统一般由3 部分组成， 分别是: 检测部分 控制部分和执行部分 1 )检测 利用传感器将检测A( 络纱张力)转变成相应的电 信号。 2 )控制 将检测f与给定f相比较后得出 误差信号. 将误差信 号按比例放大、 积分、 微分 ( P I D控制)使它具有足够的 能t以控制执行机构( 张力器)进行张力调节。 3 )执行 张力器利用控制信号及时调节络纱张力. 以保持张力 恒定。 2 . 2 控制系统分类 自动控制系统可分为开环系统、 闭环系统以及混合环 系统。 2 . 2 . 1开环系统 开环系统是没有输出反馈的控制系统加 图1 所示。 开 环系统是按照预先设定的程序进行先检测后控制

7、由于只 进行调节不核实调节结果因此开环系统本身无法自 动校正 在使用前必须精确地校准 且在正常工作时也要 保证校准的参数不能变化。其优点是 简单、 经济. 容易 维修， 控制反应速度快. 针对性强: 缺点是: 精度低， 对 环境变化和干扰十分敏感运行稳定性差。 出值趋于理想值。由于闭环系统可对控制结果进行 “ 再检 测“ . 因此具有控制精度高、 动态性能好、 抗干扰能力强、 稳定性好等优点。其缺点是:结构复杂价格较贵不易 维修调节滞后控制反应速度慢. 2 .2 . 3混合环系统 混合环系统顾名思义就是同时采用开环和闭环的控制 系统 如图3 所示。它综合了开环和闭环两种控制系统的 优点 控制精

8、度高综合性能好 但结构复杂 不便于设 计制造。 常见的混合环控制系统有两种， 图3 ( a ) 表示两 处检测、1 处控制的混合环系统; 图3 ( b ) 表示1 处检测、 两处控制的混合环系统 下 t r 王 tf 口旦 龚 圭 9 s 执行 机 构检测机 构 执 行机构 设 定值 圈 3 控 制 器 卜 厦 b ) 混合环 系统 设 定值 圈1 开环系统 2 .2 . 2 闭环系统 闭环系统是将输出的全部或部分信号反馈到输入端的 控制系统如图2所示。闭环控制系统将检测部件测a出 的检测A反馈到输入端 与给定A相比较后得出差值信号 并利用这个差值信号去控制执行机构使控制后的实际输 图 2 闭

9、环系统 3 络纱张力的自动控制 为了提高络筒的产品质f在新一代自动络筒机上， 已广泛采用络纱张力自动控制装置. 且多采用混合环控制 它是机电一体化技术在纺织设备上的典型应用 3 . 1 S c h l a f h o r s t ( 踢来福) 3 3 8 型自 动 络筒 机的 络线 张力自动控制装t S c h l a fh o rs t A u to c o n e r 3 3 8 型自 动络筒机使用的络纱张 力自动控制装置 A u to te n s e )如图4 所示 两个张力圆盘在锭位计算机的控制下由步进电机经齿 轮同步积极传动。 纱线从两个同步转动的张力圆盘中通过 圆盘转动方向与纱线

10、运行方向相反 对纱线的压力通过张 力匀整系统控制的电磁力自动调整。 这种张力装置对纱线 张力有3 个方面的补偿和匀整作用。 3 . 1 . 1增减电磁力使纱线张力得到补偿和匀整的闭环系统 压电陶瓷的纱线张力传感器位于靠近卷绕筒子的纱路 中， 在此区域纱线的运行平稳。 由于纱线连续不断地与压 电式张力传感器发生接触因此，传感器可以对每一锭位 48 ! * I 1 *M C h i n a T e x t il e L e a d e r . 2 0 0 6 N o .5 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to

11、 remove the watermark - -S p i n 山l a T e c h n o l o a 丫纺 纱 技术 图4 S c h la f h o rs t 络纱张力自动控制装t 上的纱线进行连续的测t . 并将测量的张力电信号送锭给 位计算机 ( 单片机)与张力设定值相比较. 锭位计算机根 据张力波动来控制张力电磁铁电流 ( 或电压) 的强弱以增 减电磁力。 当张力增大时. 减小电磁力: 当张力减小时 增 大电磁力 从而利用累加法调节附加张力的大小口 显然. 这 是带检测反馈的闭环控制系统。 3 . 1 .2增减卷绕速度来增减纱线张力的开环系统 由于电磁式张力器所产生的附加张

12、力不能无限减小 否则将失去控制作用 因此 锭位计算机对电磁式张力器 进行张力控制的同时. 还对驱动槽筒的伺服电机进行速度 控制。 如接近空管时 张力传感器检测到张力增大较多. 锭 位计算机一面减小电磁力 另一面可以降低卷绕速度 从 而使纱线张力得到双重调节而保持稳定。由于速度控制是 先检测后控制. 而且不对控制结果进行 “ 再检测“ 因此构 成开环控制系统 显然 S c h l a lh o r s t 3 3 8 型自 动络筒机使用的络纱张力 自动控制装孟实际是 1 处检测两处控制的混合环控制系 统因此控制精度较高 3 . 1 . 3利用摩擦阻尼的变化自 动补偿张力的变化 络纱张力变化时 纱

13、线走向会相应变化 如图5 所示口 当纱线张力减小时.团盘推动纱线向圈盘边缘移动，由于 圈盘边缘的线速度大 对反向运动的纱线产生的摩擦阻尼 加大:反之当纱线张力增大时.纱线会自动向圆盘转动 中心靠拢圆盘对纱线产生的摩擦阻尼减小 结果是摩擦 阻尼的变化自 动补偿了张力的变化. 可以在一定程度上起 到稳定张力的作用。 由于两个圆盘没有芯轴 不会产生纱 线缠绕现象。又由于纱线运行方向与圃盘转动方向相反， 可有效防止飞花和尘埃的积聚和张力盘的磨损. 具有一定 的自清洁能力。 由于操作者可以方便地通过电脑对纱线张力和所有纱 线张力器的参数进行集中 设定. 并通过混合环控制系统来 保证所设定的张力大小使纱线

14、张力的所有变化都得到有 效的补偿. 从而确保了不同 筒子之间纱线张力最大限度的 均匀一致。压电式张力传感器测A的高度敏感、槽筒伺服 电 机的精确驱动以 及电磁式纱线张力器的快速响应确保了 整个络筒过程对纱线张力的及时精确调节. 意大利O R I O N型自动络筒机的纱线张力器由原先的 气动加压也改成类似S c h l a t h o r s t 的电磁加压以 提高控制 精度。 3 . 2 M u r a t a( 村田 ) N o . 2 1 C 型自 动 络筒 机的络 纱张力 自动控制装it Mu r a t a N o . 2 1 C型自动络筒机的络线张力自 动控制 装置由跟踪式气圈控制器

15、和栅栏式张力控制器两部分组 成 ( 图 6 ) 。 气 圈 控制 器 坟 气 圈 图6 M u ra t a 络线张力自动控制装I 圈5 张力回盘上的纱路变化 3 .2 . 1跟踪式气圈控制器构成的闭环系统 跟踪式气圈控制器 ( B a l一C o n )采用光电检测技术 50 纺织 导报 C h in a T e x t ile L e a d e r - 2 0 0 6 N o . 5 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 纱 技 术s o in n 山

16、, 山 n o lo a v , 将光电传感器与气圈控制器固装为一体。光电传感器实时 采集管纱的退绕位置信号， 若有纱线气圈控制器保持在 原位置不动若无纱线表明管纱的退绕面已经下移 通 过锭位计算机的控制电路和伺服电机的驱动使气圈控制器 跟踪下移， 直至再次检测到纱线为止。由 于是跟踪随动控 制.所以采用伺服电机。 显然 .气圈控制器的跟踪下移采用的是带检测反馈的 闭环控制系统。 由于气圈控制器可以跟随管纱退绕面的下降 而同步下降. 使管纱退绕点与气圈控制器之间的气圈形状几 乎保持不变. 不仅有利于纱线张力的稳定 减小空管时的张 力波动.还有利于管纱的高速退绕提高络筒机的产最 3 .2 .2栅

17、栏式张力器构成的开环系统 该系统由跟踪式气圈控制器上的 光电传感器探测管纱 余量然后锭位计算机根据残纱位置用张力数学模型自动 计算张力变化. 并通过电磁铁来调节活动栅栏的位里 以 改变纱线对栅栏的包围角 从而倍积法调节附加张力的大 小使实际运行的络纱张力自始至终保持稳定由于调节 活动栅栏的位置后没有对络纱张力进行 再检测 . 因此构 成开环控制系统。 显然， Mu r a t a N o . 2 1 C型自动络筒机的络纱张力自 动 控制装置也是 1 处检测、 两处控制的混合环控制系统因 此控制精度也较高。 采用跟踪式气圈控制器后，纱线退绕张力的波动比采 用固定式气圈控制器减小. 但并不恒定。

18、由于张力数学模型 主要是根据退绕张力的变 化规律反向确定 所以栅栏式张力 器所产生的附加张力会按跟踪式气圈控制器的退绕张力曲 线 同步反向变化。 结果由退绕张力和附加张力两部分叠加后 实际运行的络纱张力可始终保持稳定 如图7 所示。 实际 运行时 恒 定的 络纱张力 固 定式气圈 控 制 器退绕张力曲 线 跟踪式 气圈控制器 退绕张力曲线 栏 式 张力器产生 的附加张力曲 线 管 纱从头至尾 退绕过程 表 1 S c h l a f h o rs t 3 3 8 型和 M u ra ta N o , 2 1 C 型 自动络 筒机络纱 张力 自动控制 装it S c h l a th o rs

19、t 3 3 8 型M a ma N o .2 1 C 型 张力器圆 盘式电 磁加 压栅栏 式电磁加 压 加压 原理累加 法倍积法 张力器 的主控 制方 式闭 环控 制开环 控制 络 纱张力 的辅助 控v方 式佰 筒卷绕 速度开 环控 制跟 踪式 气圈控 制器闭 环控制 附加 张力的 大小根据 检测结 果实时 动态匀 整数 学模型 预先确 定 气 圈控制 器固 定式跟踪式 检测 装皿压电 式传 感器光电式 传感 器 检测 方式直接动 态检 测张力探 测管 纱余1间 接确 定张力 对 于无法 预见的 张力 波动可以 调 节无法 调节 接近空 管时槽 简速 度降速不降速 3 3 8 型自动络筒机采用

20、压电式传感器直接实时动态检测张 力波动并通过混合环控制系统自动补偿张力的变化因 而可以对无法预见的张力波动进行自动控制;而Mu r a t a N o .2 1 C 型自动络筒机采用光电式传感器探测管纱余量 由 张力数学模型预先确定附加张力的大小并通过开环控制 系统自动补偿张力的变化因而对于无法预见的张力波动 无能为力.且控制精度相对较低.但Mu r a t a N o .2 1 C型自 动络筒机采用闭环跟踪式气圈控制器 能有效地减小接近 空管时的张力波动， 接近空管时不必降速运行 有利于提 高络筒机的产f. 由上述分析可见 两种络纱张力自动控制装置各有千 秋 因此可以 考虑将两者综合. 即M

21、 u r a t a 跟踪式气圈控制 器与S c h la t h o r s t 回盘电磁式张力器配套使用 既提高张力 控制精度 又提高络筒机产t 4 结语 为了保持恒定适当的络纱张力新一代自动络筒机 的络纱张力自动控制装置都采用了混合环控制系统 . 由于 混合环综合了开环和闭环两种控制系统的优点， 因此 对 络纱张力波动能精确及时地进行补偿和匀整，控制精度 高 综合性能好. 代表了自动络筒机张力控制系统的发展 趋势e Ri l 图 7 络纱 张力随 退绕 过程的 变化曲线 3 . 3 两种络纱张力自动控制装里的比较 综合来看S c h l a t h o r s t 3 3 8 型和Mu

22、r a t a N o .2 1 C型自 动络筒机的络纱张力自动控制装置都采用了混合环控制系 统 但具体控制方法却存在很大区别 ( 表 I ) e S c h l a fh o r s t 参考 文献 1 1 杨公源 ，马会英 . 纷纱 设备机 屯一体化 【 M .北京 :中国fh a 出 版社 ，1 9 9 8 : 1 8 4 一 2 0 6 . 2 1朱 苏 康 ，陈元甫 . 织造 学 ( 下册 ) M .北京:中国纷 织 出 版社 ， 1 9 9 6 : 2 5 - 3 8 3 1张素俭. 络简 过程中自劝张力闭 环拉制系统的应用 J . 现代纷 p 技 术 ， 2 0 0 4 ( 5

23、) : 3 () 一 3 2 . 4 1秦0俊. pq外第 三代4 动络 S 机的技术进步l i l . 神纷织技术， 2 0 0 3 ( I ) : 6 3 - 6 4 . 5 )陈锡01. 4 动络4 9 机络纱张力 控制分析 j .苏州大学学 报:工 科版，2 0 0 2 ( t 0 ) : t o 一 2 2 . 纺织导报 C h in a T e x t il e L e a d e r - 2 0 0 6 N o . 5 5万 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark