《纺织机电一体化》教学课件-10细纱机机电一体化

第十章细纱机机电一体化第十章细纱机机电一体化1.了解细纱机机电一体化的特征。2.了解新型细纱机的传动与控制系统组成。3.掌握新型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.了解细纱机自动落纱机构及控制系统的组成。第十章细纱机机电一体化第一节

细纱机概述一、细纱机的机构及工艺流程二、新型细纱机的技术特征第二节

细纱机控制系统一、新型细纱机传动与控制系统的组成二、新型细纱机传动的数学模型三、细纱机的锭速与纺纱张力控制四、电子牵伸系统五、细纱电子成型控制六、自动落纱控制系统——思考题第十章细纱机机电一体化第一节

细纱机概述一、细纱机的机构及工艺流程环锭细纱机最为常见。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,其工艺过程如图。粗纱从粗纱架吊锭上的粗纱管上退绕出来,经过导纱杆及缓慢往复横动的导纱喇叭口,喂入牵伸装置完成牵伸。牵伸后的须条由前罗拉输出通过导纱钩、穿过钢丝圈,卷绕到紧套在锭子上的筒管上。锭子高速回转,通过有一定张力的纱条带动钢丝圈在钢领上高速回转,钢丝圈每一回转就给牵伸后的须条加上一个捻回。由于钢丝圈的回转速度小于纱管,使前罗拉连续输出的纱条卷绕到纱管上。钢丝圈与纱管的转速差,就是纱管单位时间的卷绕圈数。依靠成形机构的控制,钢领板按一定规律升降,使细纱绕成符合一定形状的管纱。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-粗纱架吊锭细纱机工艺过程图第十章细纱机机电一体化二、新型细纱机的技术特征（一）采用计算机控制细纱机一般是基于可编程控制器或单片机的计算机控制系统,采用触摸屏作为人机界面,可实现纺纱参数设定和显示、纺纱过程自动控制、定长落纱、锭子速度控制等功能。可按设定条件对纺纱过程的锭速、牵伸倍数、细纱特数、捻度等进行计算并自动显示,并依据机上各部分传感器自动协调控制,实现了纺纱过程自动控制。（二）多轴独立驱动现代细纱机主电机只传动锭子回转,钢领板升降由一部电机独立传动,实现细纱电子成形。牵伸机构中前罗拉由一部电机独立传动,中后罗拉由另一部电机独立传动,形成电子牵伸。多轴独立驱动技术的应用简化了细纱机机械结构。第十章细纱机机电一体化（三）自动化程度提高先进的细纱机均具有全自动自动落纱装置,有自动换筒管、落纱后启动、生头及管纱自动运输等功能。粗细联、细络联、粗细络联等联合机的形成,是纺纱技术的发展方向。配以计算机辅助生产,能检测满纱落纱和空管插入,监测机前机后断头并完整地收集与处理生产过程的有关数据。（四）小卷装高锭速由于自动落纱和空气捻接技术的成功,新型细纱机普遍采用小卷装高锭速。（五）龙带传动新型细纱机采用龙带传动,可适应高速以及超长细纱机的传动。（六）新型牵伸型式采用性能优良的牵伸型式,如德国SKF公司的SKF牵伸装置、INA公司的V型牵伸装置等。细纱机机电一体化第二节

细纱机控制系统一、新型细纱机传动与控制系统的组成以如转线的罗及中配动位第十 新型细纱机传动系统主要章 四轴独立驱动的形式为主，如图所示。①主电机M1:驱动锭子回，可根据设置的锭子变速曲线在纺小、中、大纱时以不同的锭速回转。②前罗拉电机M2:驱动前拉回转，控制细纱出条速度及细纱捻度。③中后罗拉电机M3:驱动后罗拉回转，与前罗拉电机配合，控制细纱牵伸倍数。④钢领板升降电机M4:驱钢领板升降，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十章细纱机机电一体化数学模型是现代控制的基础,建立数学模型就是建立系统输入和输出的关系,具体来说就是设备的基本工艺参数与传动电动机转速或频率的关系。（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／min；nM1—主电动机转速，r／min；D1—主动皮带盘直径，mm；D2—被动皮带盘直径，mm；D3—滚盘直径，mm；D4—锭盘直径，mm；δ—锭带厚度，mm；A—滑溜系数。第十章细纱机机电一体化（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；nf—前罗拉转速，r/min；nM2—前罗拉电动机转速，r/min；T—细纱捻度，捻/m；df—前罗拉直径，mm；B—细纱捻缩率，%；C—牵伸效率，%；i2—前罗拉减速器速比。第十章细纱机机电一体化（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，tex；Ntx—细纱号数，tex；nM3—中后罗拉电动机转速，r/min；db—后罗拉直径，mm；i3—中后罗拉减速器速比。第十章细纱机机电一体化（四）细纱成形与钢领板升降电机转速管纱卷装尺寸和容量,除直接纬纱受梭子内腔大小限制外,应尽量大一些,以减小落纱和后工序退绕时的换管次数。细纱管纱采用的圆锥形交叉卷绕形式,如图所示。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。第十章细纱机机电一体化1在数字式小样细纱机上,管底成形时,只要给定起始动程h和管身动程h、起始级升j

和管身级升j以及管底成形所需钢领板往复次数n由1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。第十章细纱机机电一体化在细纱成形过程中，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十章细纱机机电一体化当前罗拉到导纱钩间纺纱段纱线的强力小于纺纱段所承受的张力时就发生断头,所以要降低细纱断头就必须稳定纺纱张力。用变频器控制细纱机主电机,在纺纱过程中根据小、中、大纱不同时段,设定不同的速度,稳定纺纱张力以提高纺纱速度,达到提高生产效率的目的。传统细纱机为提高车速、降低纱线的断头率,采取两级变速方案,即小纱段低速运行,中纱段速度升至最高速,而在大纱段,车速再降低。由此出现的问题是,从低速向高速或从高速到低速运行时,锭子速度有一突变,纱线张力也产生一突变,极易导致小纱区和大纱区的断头。在纺纱过程中,小纱张力大,中纱张力小而稳定,而大纱张力又有所增加,张力变化规律决定了小纱断头最多,中纱断头最少,大纱断头又有所增加的分布规律。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十章细纱机机电一体化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。锭子变速曲线第十章细纱机机电一体化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。这种方法就是在钢领板的每一个动程内,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,应逐渐增加锭速,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。第十章细纱机机电一体化四、电子式牵伸系统牵伸传动是环锭细纱机的心脏。在传统环锭细纱机的牵伸传动机构中,车尾主电机驱动主轴,主轴进入车头后经一系列的齿轮啮合来传动车头的牵伸机构。在600锭以上的环锭细纱长机中,增加了车尾中后罗拉同步传动机构,即由前罗拉从车头同步传动中后罗拉。在这种机构中,驱动源来自车尾主电机,纺纱工艺调整靠一系列的变换齿轮来完成,操作不便,且由于受自身结构的影响,不能满足某些特殊工艺的要求,而且车尾的同步牵伸机构是由前罗拉从车头传动的,增加了前罗拉的负荷,易产生前罗拉的扭变形。第十章细纱机机电一体化现代环锭细纱机的牵伸传动与主传动分离,三组罗拉分别由交流伺服电机或变频调速同步电机传动,电机转速完全按照工艺牵伸设计的要求回转,牵伸工艺的改变由原来靠调换齿轮变为人机对话完成。长车的牵伸靠车头车尾同步驱动,车头车尾各有一部电机从两侧同时传动,前罗拉不再承担中后罗拉的同步传动任务。克服了传统细纱机的不足,前罗拉负载过重问题也得到根本解决。数字化牵伸传动使纺纱工艺得到程序化控制,通过操作屏可方便地将牵伸倍数改变,甚至可以直接纺制竹节纱等特殊品种的纱线,实现纺纱产品的柔性切换。同时减少纺纱张力的变化,减少断头,提高成纱质量。第十章细纱机机电一体化五、细纱电子成形控制采用伺服电动机驱动电子凸轮来控制钢领板、导纱板及气圈环的升降,取消了原有的机械成形凸轮,管纱成形好。采用光电开关控制钢领板极限位置,钢领板升降平稳。可根据纺纱品种的要求,通过工艺参数设置,就可任意改变纺纱成形,以满足新产品开发的需要。在细纱成形参数确定后,可编程控制器根据输入的工艺参数,计算出钢领板升降速度和一个短动程运动中升降的目标位置。当细纱机启动后,控制器根据钢领板上升速度驱动钢领板升降电机M4回转,编码器实时反馈钢领板位置,当钢领板上升高度达到目标位置时,可编程控制器驱动钢领板升降电机M4换向并以计算的钢领板下降速度驱动钢领板升降电机M4回转,此时可编程控制器计算钢领板下一次上升的目标位置。当钢领板下降到目标位置时,可编程控制器驱动钢领板升降电机M4换向并计算钢领板下一次下降的目标位置,如此重复直至纺纱过程完成。第十章细纱机机电一体化六、自动落纱控制系统国内外细纱机自动落纱的主要机构形式对比:制造厂商瑞士立达Rieter

G

33德国青泽Zinser351德国绪森SuessenFiomax1000日本丰田TOYOTARX

240NEW意大利马佐里MarzoliNSF

4经纬榆次JWF

1581

J上海

二纺机EJM138

JL锭数/锭1200148811041200133412001008锭距（mm）70

,7570

,75

,82

.570

,7570

,7570

,7570

,7570锭速（r/m）25000250002100025000250002500022000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（min）＜2＜4＜3细络联可以第十章细纱机机电一体化（一）自动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、自动落纱架、程序控制器及测量元件。程序控制器向空管摆放、纱管输送、自动落纱架等部分发出动作指令,每个部分的工作情况通过测量元件反馈到程序控制器,为程序控制器发出下一道指令提供必要的信息。第十章细纱机机电一体化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。自动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。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,驱动电机带动丝杆转动,使升降臂上升或下降,如图。自动落纱装置第十章细纱机机电一体化1—机架锭子

2—纱管架3—气缸

4—落纱电机升降臂摆进摆出的动作,如右图所示。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。纱管架摆动示意图第十章细纱机机电一体化（二）自动落纱过程.细纱机满管，并完成钢领板下降等关机动作，升降臂在初始位置。（图1）.升降臂夹持空管后外摆，上升将空管卸放在寄放站。（图2）.升降臂继续上升，摆进到拔纱位置，夹持满纱筒管上拔。（图3）123第十章细纱机机电一体化.升降臂外摆、下降，摆进到