粗纱机机电一体化

粗纱机机电一体化

纺082 0815012043 王婷婷

摘要：机电一体化技术的发展和应用，使粗纱机的机电一体化水平得到了跨越式的发展和

提高。粗纱机的机电一体化给生产带来了很大的帮助，不仅提高了机构之间的传动精度，传动效率和可靠性，而且大大提高了纱线的质量，降低了成本，美化了工作环境。

关键词：粗纱机；机电一体化；计算机控制 引言

随着纺织产业的工业化，机电一体化技术在纺织设备上广泛应用，以采用计算机控制多电 动机分部传动为典型标志的新一代粗纱机，以其优质、高速、高产、低耗、智能化、易管理维修的优越性能受到纺织企业的广泛青睐。文章将通过新老粗纱机的对比，介绍新型粗纱机机电一体化的技术特征，再从机电一体化的五大要素(控制器、执行器、传感器、动力源、机械结构)来浅谈粗纱机的机电一体化。

一、 粗纱的目的和任务

粗纱工序是在并条工序与细沙工序之间来承担纺纱中的一部分牵伸负担的工序。其主要任务是分担从并条到细纱的部分牵伸，给粗纱施加适当的捻度并将粗纱卷绕在筒管上，形成卷绕成形良好的粗纱管，适应细纱机上喂入和退绕的需要，提高细纱的质量。 二、 传统粗纱机 传统粗纱机采用一台主电动机传动，为了实现对棉条的牵伸、粗纱的加捻以及粗纱在筒管上的卷绕与成形，粗纱机的机械传动系统异常复杂。特别是卷绕与成形，必须满足4个条件：筒管转速大于锭翼或管导；筒管转速逐层减小；下龙筋升降速度逐层减小；下龙筋升降动程逐层减小。为了达到以上各部分变速的要求，通常采用锥轮，即铁炮变速机构，并采用差动机构将主轴的恒速与铁炮的变速进行运动合成，以减轻锥轮负担。此外，还采用了复杂的摆动装置、升降及换向装置、成形装置及许多辅助机构，各机构还存在各种协调同步关系。这种传动方式的缺点很多，机构复杂，机构之间的传动精度不稳定，可靠性差，齿轮传动级数多，累积齿隙误差大，传动精度低，传动效率低。因此，粗纱机技术改造的重点是传动系统的机电一体化。

三、粗纱机采用机电一体化技术带来的技术进步

1、简化复杂的机械传动系统

新型粗纱机采用机电一体化技术，由计算机控制多电动机分部传动，去掉了原有的锥轮机构和成形等机构，使复杂的机械传动系统大为简化，消除了机械传动系统中不必要的动力消耗，并从根本上降低了噪声，而且使传动系统的可靠性、控制精度和传动效率大大提高。 现有2、3、4、5 甚至7台电动机同步传动的多种方案。

2、控制器和执行器更先进

近年来，国内外许多机电一体化技术的开发都开始以工控机为平台，一方面使控制系统占地面积减小，结构紧凑，另一方面降低成本，减少了编写程序代码的工作量。

另外，执行器也不再以模拟控制的变频调速电动机为主，而是以精度和响应度高得多的数字控制伺服电动机为主。此外，还广泛采用旋转光电编码器分别检测锭翼、罗拉、筒管和龙筋的实时速度，组成闭环的速度反馈控制系统，从而更精确的控制各电动机的同步运行。

3、采用触摸屏人机界面使操作更方便 采用彩色液晶触摸屏作为人机对话界面，界面生动直观，各种纺纱工艺参数均可在触摸屏上实时显示、输入、查询、修改和设定，并具有产量统计、故障诊断和报警等功能，可自动设定最佳卷绕张力和最小粗纱断头的变速形式，调节方便，简单易用。

4、更换品种十分方便

新型粗纱机大多采用计算机数据管理系统储存多品种的最佳工艺参数，可节约更换品种的时间，且操作高度灵活可靠，使机器具有非常高的生产效率。

5、自动控制最佳卷绕张力

新型粗纱机大多采用号称“电子眼”的CCD张力检测和微调装置。CCD输出的电流模拟信号经A/D转换并及时反馈给计算机，计算机随时进行粗纱张力的计算和调整，保持稳定的卷绕张力。这大大提高了张力调节的精度，而且，计算机记忆着适应于各个品种纺纱条件的张力状态，当更换品种时，可自动选择最佳张力状态。

6、防细节功能更可靠

由电脑控制的多电动机分部传动能方便地解决关车细节这个难题。停车时，前罗拉送纱和筒管卷绕可不同步停止，让卷绕先停，送纱后停。这样，前罗拉和翼之间的粗纱产生松弛，再开车时张力又趋正常，不会造成过大张力，由此可以从根本上防止关车细节的发生。

7、定长和定位自停与全自动集体落纱

操作人员只要预先输入粗纱长度和停止位置，新型粗纱机便可采用较精确的检测通讯记录粗纱的卷绕层数，规定粗纱两端的成形角度，计算机可按设定的纺纱长度和停止位置命令落纱，使实际的纺纱长度非常接近于设定长度。为提高生产效率，减少落纱停机时间，节约用工，越来越多的粗纱机采用了全自动集体落纱装置。 三、 粗纱机系统五大要素

1、 控制单元

在前些年，粗纱机主要采用PLC(可编程控制器)做控制器取代原来的继电器，PLC大大简化了原电控制系统，可靠性高，但往往还达不到系统最佳化的目的。近年来，由于工控机(工业控制计算机)功能的不断完善，以及成本大幅度降低，国内外许多机电一体化技术的开发都开始以工控机为平台，一方面使控制系统面积减小，结构紧凑；另一方面降低了成本，缩短了开发周期，同时增强了抗干扰能力。目前的粗纱机控制器通常用工控机作主控，PLC作为工控机的下位机，接受工控机的指令后再控制下级执行器。

2.传感器

（1）CCD摄像传感器

CCD摄像传感器具有优异数码摄像、在线检测和图像识别功能，在粗纱工艺中，用于在线检测粗纱张力。CCD张力传感器安装于前罗拉与加捻器之间，检测前罗拉与加捻器之间粗纱的位置，通过检测前后排粗纱的悬垂度，反映纺纱张力的大小。CCD张力传感器属于光电型的位置传感器，其检测范围在0．00255mm之间，检测精度为0．1mm。计算机记忆着适应于各个品种纺纱条件的张力状态，当更换品种时，可自动选择最佳张力状态，消除了各机台之间出现张力和卷绕长度不均匀现象。如日本丰田的FLl00型、青岛环球FA493型粗纱机等。

（2）旋转编码器 作为光电传感检测元件的旋转编码器，具有精度高、响应快、抗干扰能力强、性能稳定可靠等显著的优点。在粗纱机上，旋转编码器用来对前罗拉输出速度、卷绕电机转速和下龙筋运动的位置进行检测，并经过软件运算和分析处理后，对筒管卷绕和龙筋升降的驱动系统作相应的控制输出，实现对各运动的实时监测和控制，保持各运动之间的同步关系，按数学模型严格控制粗纱张力。独特的防止粗纱在开关车、点动过程中产生细节的控制系统，确保粗纱成形正确，纺纱质量高。

3、执行器

前几年，粗纱机主要采用交流变频调速电动机作为执行器。变频调速成本低，通用性好，能平滑无级数调速，在工业控制中应用广泛，但控制精度不够高。随着对技术要求的日益提高，执行器不再以模拟控制的扁平调速电动机为主，而是以精度和响应度高得多的数字控制

伺服电动机为主。此外，还和旋转光电编码器组成闭环的速度反馈控制系统，检测锭翼、罗拉、筒管和龙筋的实时速度，从而更精确地控制各电动机的同步运行。

4、动力源

新型粗纱机采用计算机控制多电机分部传动技术，目前以四电机分部传动居多，四电机分部传动由一台主电机和其它三台电动机辅助配合提供动力。主电机传动锭翼，锭翼在纺纱过程中转速恒定，消耗整机大部分功率；辅助电机之一负责传动罗拉牵伸系统以适应粗纱捻度、线密度等工艺参数的改变；辅助电机之二负责传动下龙筋升降，并控制下龙筋升降速度逐层减小，下龙筋升降动程逐层减小；辅助电机之三负责传动筒管，使筒管转速按程序控制逐层减小。主电机转速和三台辅助电机的转速存在着函数关系，由这种函数关系建立起来的数学模型编程后由工控机或PLC、伺服驱动器或变频器总控制协调，使各电动机按照程序设定的规律自动变速，牵伸、加捻、卷绕、升降四大运动同步匹配并利用旋转编码器分别检测锭翼、罗拉和龙筋的实时速度组成闭环的速度反馈控制系统。如德国的BF260型、青泽668型、青岛环球的FA498型等。

5、机械结构

由于动力源采用多电机分部传动，由此淘汰了传统粗纱机的锥轮变速机构、锥轮皮带复位控制机构、张力微调装置、成形机构等，使机械系统结构大为简化，并取消了牵伸变换齿轮以外的所有变换齿轮，取而代之的是高精度斜齿轮传动，封闭式油浴润滑，或计算机控制定时，定量注油润滑，从而消除了机械传动系统中不必要的动力消耗，从根本上降低了噪声，又可防止进入飞花，大大延长保养周期。在主要传动路线上大部分应用圆弧同步齿形带，由于同步齿形带综合了齿轮传动和带传动的优点，克服了它们的缺点，是比较先进和精密的传动方式。此外，由于传统粗纱机锭翼的风阻转矩消耗了整机大部分功率，为了减小功率的消耗，新型粗纱机锭翼翅膀的断面已设计成风阻很小的流线型，同时提高翼臂表面的光洁度以加强风阻，为加强翼臂刚性，有的采用全封闭锭翼，锭翼的纱条通道采用不锈钢管，通道光洁，使粗纱质量不受气流飞花影响。机械结构上所作出的这些改进，使传动系统的可靠性、控制精度和传动效率大大提高。

结论

机电一体化技术的发展和应用，使粗纱机的机电一体化水平得到了跨越式的发展和提高。粗纱机的机电一体化给生产带来了很大的帮助，不仅提高了机构之间的传动精度，传动效率和可靠性，而且大大提高了纱线的质量，降低了成本，美化了工作环境。

参考文献

[1] 肖卫兵，张智明. 粗纱机智能控制系统 [J].微计算机信息，2008（24）：72 [2] 穆征，张冶. 粗纱机的机电一体化 [J].上海纺织科技，2005（33）:4-6 [3] 刘源. 机电一体化技术在纺织粗纱工艺中的应用 [J].山东纺织科技，2010（1）:33-34

[4] 马崇启.纺织机电一体化[M].北京：中国纺织出版社，2010