纺织机电一体化-细纱机

细纱机机电一体化本章知识点:细纱机机电一体化1.了解细纱机机电一体化的特征。2.了解数控细纱机的传动与控制系统组成。3.掌握数控细纱机各运动控制的数学模型。4.掌握细纱机纺纱过程的张力变化和控制方法。5.了解细纱机集体落纱机构及控制系统的组成。一、细纱机

细纱机工艺过程图1-锭子2-细纱管

3-钢领板4-钢领5-钢丝圈6-导纱钩

7-前罗拉8-牵伸装置

9-喇叭口10-导纱杆

11-粗纱12-粗纱管

13-粗纱架吊锭传统的细纱机械为环锭细纱机。普通环锭细纱机为双面多锭结构，主要由喂入机构、牵伸机构、加捻卷绕机构、成形机构组成。第一节细纱机概述二、现代细纱机发展方向细纱机锭速已达到25000rpm???；向长车型方向发展，最长的青泽351型为1488锭；普遍采用PLC、变频、伺服控制、多电机独立驱动及触摸屏显示，工艺参数的在线检测和网络监控等功能；向高速、高效、优质、自动化、连续化、数字化、智能化、网络化方向迈进。

代表国内外细纱机先进水平的生产厂家有经纬纺机、上海二纺机股份有限公司、浙江日发、德国青泽、瑞士立达、日本丰田等。

第一节细纱机概述瑞士立达的G33环锭细纱机集成的INTERcool闭合循环冷却系统把所有马达和高频转换器产生的热量通过一个内部的热交换器直接送入空调系统。立达单锭监控(ISM)系统对细纱机上每个纺纱位置进行持续监控，它可以依靠3个不同级别的光导系统快速简单的探测出断纱和锭子打滑等异常情况。德国青泽351细纱机多马达驱动单根龙带，保证锭速一致，使捻度差降到最低。上海二纺机EJM138JL细纱机用伺服电动机驱动钢领板（导纱板、气圈环）实现上升和下降的积极运动，可满足了不同工艺、品种以及集体落纱相配套的要求。第一节细纱机概述二、现代细纱机发展方向第二节细纱机控制系统一、数控细纱机传动与控制系统的组成

数控细纱机传动系统以四轴驱动为主：主电机M1：驱动锭子纺小、中、大纱时以不同的锭速回转。前罗拉电机M2：控制出条速度及捻度。中后罗拉电机M3：与前罗拉电机配合，控制牵伸倍数。钢领板升降电机M4：控制细纱卷绕位置，实现细纱电子凸轮成形。细纱机系统传动与控制示意图

第二节细纱机控制系统二、数控细纱机传动的数学模型数学模型是现代控制的基础，建立模型就是建立系统输入输出的关系，即工艺参数与电机转速的关系。（一）主电机转速与锭子转速根据主电机M1到锭子传动的路线，得到主电机的转数：

式中：ns—锭子转速，r／minnM1—主电动机转速，r／minD1—主动皮带盘直径，mmD2—被动皮带盘直径，mmD3—滚盘直径，mmD4—锭盘直径，mmδ—锭带厚度，mmA—滑溜系数第二节细纱机控制系统（二）前罗拉传动前罗拉使用单独的电动机驱动，其转速及其驱动电动机转速的数学模型：

式中：Vf—前罗拉出条速度，m/min

ns—锭子转速，r／minnf—前罗拉转速，r/minnM2—前罗拉电动机转速，r/minT—细纱捻度，捻/mdf—前罗拉直径，mmB—细纱捻缩率，%C—牵伸效率，%i2—前罗拉减速器速比二、数控细纱机传动的数学模型第二节细纱机控制系统（三）牵伸分配与中后罗拉电机转速由于中后罗拉转速接近，后区牵伸倍数不大，且不经常变化，因此中后罗拉由同一台电动机驱动。牵伸分配与中后罗拉电机转速的数学模型：式中：Dz—总牵伸倍数Df—前区牵伸倍数Db—后区牵伸倍数Ntc—粗纱号数，texNtx—细纱号数，texnM3—中后罗拉电动机转速，r/mindb—后罗拉直径，mmi3—中后罗拉减速器速比二、数控细纱机传动的数学模型第二节细纱机控制系统（四）细纱成形与钢领板升降电机转速细纱管纱采用的圆锥形交叉卷绕形式，截头圆锥形的大直径即管身的最大直径d，小直径d0就是筒管的直径，每层纱的绕纱高度为h（即钢领板升降动程），管纱成形角为α。同时，钢领板每升降一次要有一个很小的升距j（称为级升）。细纱在纱管底部卷绕时，为了增加管纱的容纱量，钢领板升降动程和级升均较管身部分卷绕时要小。设从空管卷绕开始，钢领板经过n次升降后，其动程由h1逐渐增大至正常动程h，其级升由j1逐渐增大至正常级升j，直此管底卷绕完成，转变为管身成形，钢领板升降动程由h和级升j不再变化。二、数控细纱机传动的数学模型第二节细纱机控制系统（四）细纱成形与钢领板升降电机转速在数字式小样细纱机上，管底成形时，只要给定起始动程h1和管身动程h、起始级升j1和管身级升j以及管底成形所需钢领板往复次数n，由可编程控制器自动计算钢领板每次往复的目标高度：管底成形时，钢领板第i次升降的动程：钢领板第i次升降的级升：钢领板第i次升降的下降目标位置：钢领板第i次升降的上升目标位置：管身成形时，钢领板第i次升降的下降目标位置：钢领板第i次升降的上升目标位置：当钢领板上升目标位置高于满纱位置时即达到满纱，启动满纱自停程序。二、数控细纱机传动的数学模型第二节细纱机控制系统（四）细纱成形与钢领板升降电机转速在细纱成形过程中，钢领板上升时卷绕的纱层称为卷绕层，钢领板下降时卷绕的纱层称为束缚层，一般钢领板升降速度是上升慢而下降快，在电子凸轮成形细纱机上，可设置两个成形参数，一个是绕纱层卷绕圈数m（圈/层），另一个是钢领板下降速度与上升速度的比值k，则有：式中：Vd

—钢领板下降速度Vu—钢领板上升速度二、数控细纱机传动的数学模型第二节细纱机控制系统传统细纱机为提高车速、降低断头率，采取两级变速，即小、大纱段低速运行，中纱段高速运行。但锭速有突变，纱线张力也会突变，易导致小纱区和大纱区的断头。要降低断头就须稳定纺纱张力。纺纱过程中，小纱张力大，中纱张力小而稳定，大纱张力又有所增加，决定了小纱断头最多，中纱断头最少，大纱断头又有所增加。传统细纱机锭速变化曲线

三、细纱机的锭速与纺纱张力控制第二节细纱机控制系统三、细纱机的锭速与纺纱张力控制数字控制的细纱机一般采用变频调速器对锭子进行调速。由于小纱时断头率最大，故选择转速最低，而中纱时断头率最小，所以转速最高，当大纱时转速又变小。

数字细纱机锭子变速曲线

第二节细纱机控制系统细纱机的锭速实际控制采用的方法：（一）定长法根据所纺纱的特数按满纱的总长分为若干个区间，每个区间按实际断头的多少设定相应的速度，此种方法称为定长法。（二）定位法将一落纱过程中钢领板动程分为若干个区间，分别设定每个区间的锭速，这种方法称为定位法。（三）逐层调节法

按照卷装直径的大小来调节锭速，卷装直径小时降低锭速，卷装直径大时提高锭速。即在钢领板的每个动程内，根据卷绕直径来改变锭速。当钢领板上升时，卷绕直径逐渐减小，纺纱张力逐渐增大，应该逐渐降低锭速。反之，当钢领板下降时，逐渐增加锭速，从而保持纱线张力恒定，减少断头。

逐层调节法可与定长法或定位法结合使用。三、细纱机的锭速与纺纱张力控制第二节细纱机控制系统六、集体落纱控制系统国内外细纱机集体落纱的主要机构形式对比：

机型瑞士立达RieterG33德国青泽Zinser351德国绪森Fiomax1000日本丰田TOYOTARX240意大利马佐里MarzoliNSF4经纬榆次JWF1581J上海二纺机EJM138JL锭数/锭1200148811041200133412001008锭距/mm70,7570,75,82.570,7570,7570,7570,7570锭速/rpm25000250002100025000250002500022000落纱架摆动控制形式多汽缸单汽缸落纱架升降控制形式多汽缸丝杆传动伺服系统管纱输送系统凸盘半锭距钢带蝶盘组合式凸盘中间过渡抓取管纱形式气囊夹持顶部外抓气夹持顶部外抓气夹持内定心外抓气夹持顶部外抓气夹持中部外抓气夹持顶部外抓气夹持顶部外抓落纱时间＜2min＜4min＜3min细络联可以第二节细纱机控制系统（一）集体落纱机构组成

环锭细纱机的自动落纱系统包括空管摆放、纱管定位传送、集体落纱架、程序控制器及测量元件。六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（一）集体落纱机构组成空管摆放装置负责在自动落纱之前，将空纱管逐个自动摆放在定位输送钢带上。纱管定位传送装置的作用是输送纱管并在落纱时使空管处于固定位置上。集体落纱装置主要由驱动电机、气缸、人字臂、升降臂和行程开关等组成。

集体落纱装置

六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（一）集体落纱机构组成纱管架摆动1—机架锭子2—纱管架

3—气缸4—落纱电机在落纱过程中升降臂除完成上下运动外，还要完成一套摆进摆出的动作，以避开机架锭子。程序控制器发出指令，落纱电机带动丝杠转动，使升降臂上升或下降。程控器通过电磁阀控制气缸带动升降臂摆进或推出。两组行程开关将升降臂完成摆进摆出的动作信号送入程控器，为下道指令提供信息。纱管架摆动示意图六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（二）集体落纱过程1.细纱机满管，钢领板下降、关机，升降臂在初始位置。2.升降臂夹持空管后外摆，上升将空管卸放在寄放站。3.升降臂继续上升，摆进到拔纱位置，夹持满纱筒管上拔。123六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（二）集体落纱过程4.升降臂外摆、下降，摆进到存纱位置，将满管卸放到输送带凸盘上。5.升降臂外摆、上升，夹持空管后继续上升，摆进，卸放空管到锭子。6.升降臂外摆、下降，摆进到初始位置，细纱机重新启动。456六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（二）集体落纱过程六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（二）集体落纱过程集体落纱完成后，控制系统接到送纱信号，启动输送带使筒管凸盘托着管纱沿轨道向车尾运行，依靠轨道的升高段使管纱提升，然后由取纱铲子将管纱铲落，或者通过细络联装置直接连接络筒机。

管纱的送出和空管的补充都是在细纱机运行时进行，不另外占用纺纱时间，因此能大幅提高生产效率。六、集体落纱控制系统第二节细纱机控制系统（三）集体落