CN101289775A - 用于细纱机的逐层调速装置 - Google Patents

Abstract

一种细纱机逐层调速纺纱装置，其包括：成型凸轮、升降摆臂、牵吊链条、钢领板、棘轮棘爪级升机构、卷绕链轮、控制单元、显示输入单元、变频器、电机、传感控制单元、显示屏、变频器、电机、编码器等。编码器安装在成形凸轮、卷绕链轮和电机上，通过显示屏输入设定的纺纱品种及工艺参数可得到根据设定纺纱张力的调速曲线，实现恒张力纺纱。减少纺纱断头，减少用工，提高产量，增加经济效益。

Description

用于细纱机的逐层调速装置

技术领域

本发明专利涉及纺织机械领域，具体涉及到用于细纱机上的逐层调速装置及采用逐层调速装置的细纱机。利用该装置可实现恒张力纺纱，降低纺纱断头率，提高产量。

背景技术

现有的环锭细纱机纺纱速度主要受细纱断头的约束。细纱断头是细纱生产最主要的危害，直接影响细纱质量、产量及生产效率。减少断头率是细纱机生产的关键。细纱断头的主要因素是气圈张力值瞬时超过纱线的抱合强力值造成的。纺纱速度的提高主要受到纺纱气圈张力的牵制。环锭细纱机的气圈张力变化主要受三个因素的影响：(1)气圈角速度ω；(2)卷绕半径R；(3)气圈高度H。由于环锭细纱机的卷绕形式为锥形卷绕，在纺纱过程中钢领板每一次升降短动程h使得卷绕半径R从大半径到小半径再到大半径的周期变化以及气圈高度H由高到低再到高的不断变化(钢领板升降短动程是指成型凸轮每转一圈，使得升降摆臂上下摆动一次，牵吊链条拉动钢领板升降一次称为升降短动程)。由于上述的变化使得气圈张力随钢领板升降动程一直呈周期性变化，气圈张力的波动也造成纺纱过程中断头的增加。

为了减少纺纱过程中的断头，目前常用的办法有两种：

1、采用4/6极双速电机。在纺纱开始阶段由于气圈高度大，采用6极低速运行，到中纱、大纱阶段采用4极高速运行。

2、采用变频器控制电机的运行速度，也是根据气圈的高度设定不同的纺纱速度，比较平缓的变速。

上述两种调速方法只是考虑了在纺一落纱中，将气圈高度分为几个阶段，进行简单调速，而没有考虑钢领板升降短动程中卷绕半径的变化和气圈高度的变化，没有解决钢领板一个短动程升降气圈张力的变化，因此不能达到很好的效果。

发明内容

本发明的目的，在于克服上述调速方法的不足，提供一种能够实现恒张力纺纱的逐层调速装置。在本文中，所谓逐层调速，是指钢领板随着成型凸轮的旋转，由卷绕大半径上升到卷绕小半径、气圈角速度由高到低；反之，在钢领板下降时，气圈角速度由低到高，每纺一层纱都实现一次调速。根据本发明的逐层调速装置完全根据钢领板升降短动程气圈张力的变化来进行调速，因此能够实现气图的恒张力纺纱，降低纺纱过程中的断头，有效地提高效率和产量。

本发明系依据纱线力学气圈理论，设计一套细纱机逐层调速控制装置。将纺纱工艺参数通过显示单元键盘输入后，由控制单元计算出气图形态及最大气圈张力值。根据计算结果设定适当的气圈张力值，通过由实验或计算出来的调速规律计算出设定张力条件下的调速曲线、由编码器给出精确的钢领板位置及根据不同的卷绕半径和气圈高度将运行指令输出到变频器控制主电机变速运行，通过逐层调速装置实现恒张力纺纱。

根据本发明，提供一种逐层调速装置，其主要包括：输入单元、控制单元、变频器、电机和凸轮传动机构，所述输入单元与控制单元以可通信的方式相连接，所述控制单元又以可通信的方式与所述变频器相连接，所述变频器与电机相连接，以根据所述控制单元发出的指令控制电机的转速；所述凸轮传动机构通过传动部件与钢领板相连接。

根据本发明的逐层调速装置，所述传动部件包括传动链条11和第一传动链轮29。

根据本发明的逐层调速装置，所述凸轮传动机构为电子凸轮传动机构或机械式凸轮传动机构。

根据本发明的逐层调速装置，所述电子凸轮传动机构主要包括伺服电机和伺服驱动器，所述伺服驱动器以能够对伺服电机的转速和转动方向进行控制的方式与伺服电机相连接，所述伺服电机通过所述传动部件与钢领板相连接。

根据本发明的逐层调速装置，所述机械式凸轮传动机构主要包括：成形凸轮、升降摆臂及级升机构，所述成形凸轮通过所述传动部件11与升降摆臂、级升机构及钢领板可操作地连接，所述成形凸轮设置有编码器或传感器，所述编码器或传感器可将检测到的所述成形凸轮的位置信号传输给所述控制单元。

根据本发明的逐层调速装置，所述凸轮与一传动轴相连接并可在该传动轴的驱动下而转动，所述升降摆臂在其一端以可转动的方式安装有第二传动链轮32和摆臂转子；所述升降摆臂的另一端以可转动的方式连接有第三传动链轮31，而且该端通过支撑轴承连接在机架上；所述摆臂转子与所述成形凸轮相接触并可在凸轮的转动过程中因受到凸轮的抵压作用而带动所述升降摆臂围绕所述支撑轴承上下摆动；所述传动链条的一端与钢领板相连接，所述传动链条的另一端通过所述传动链轮与所述级升机构相连接。

根据本发明的逐层调速装置，所述传动轴为所述电机减速箱的输出轴。

根据本发明的逐层调速装置，所述级升机构包括：棘轮和棘爪组件、传动蜗轮和蜗杆组件、级升摆臂及卷绕链轮，所述级升摆臂的一端通过铰链连接在机架上，另一端与棘轮和棘爪组件可操作地连接，所述级升摆臂还与升降摆臂可操作地连接；所述传动蜗轮和蜗杆组件与棘轮和棘爪组件可操作地连接，所述传动蜗轮上设置有卷绕链轮，所述卷绕链轮与传动链条相连接，所述传动链条可随级升摆臂的摆动而卷绕传动链条。

根据本发明的逐层调速装置，所述卷绕链轮上设置有编码器，所述编码器可将检测到的位置信号传输给所述控制单元。

根据本发明的逐层调速装置，所述电机上安装有编码器，所述编码器可将检测到的位置信号传输给所述控制单元。

根据本发明的逐层调速装置，所述控制单元可以是工控机、单片机、ARM板、FPGA板、DSP板或PLC可编程控制器。

根据本发明的逐层调速装置，所述输入单元设置有一显示部件，该显示部件可以是文本显示器、图形显示器、LCD或液晶屏。

本发明还提供一种带有上述逐层调速装置的细纱机。

具体而言，本发明可采用下述几种技术方案：

方案一：

采用显示输入单元28、控制单元27、变频器26、电机24和凸轮传动机构组成逐层调速控制装置，其中凸轮传动机构可以采用机械式凸轮传动机构，其包括：成型凸轮13、升降摆臂15及级升机构，而级升机构又包括：棘轮棘爪组件10、21，级升摆臂19，蜗轮蜗杆组件18、20及卷绕链轮17，传动链条或牵吊链条11的一端与钢领板9相连接，其另一端经过传动链轮32、31与卷绕链轮17相连接，级升摆臂19的一端通过铰链连接在机架上，另一端与棘轮和棘爪组件可操作地连接，该级升摆臂19还与升降摆臂15可操作地连接；传动蜗轮和蜗杆组件与棘轮和棘爪组件可操作地连接，传动蜗轮上设置有卷绕链轮，卷绕链轮可随传动蜗轮一起转动，卷绕链轮与传动链条相连接，传动链条可随升降摆臂的摆动而卷绕传动链条或将传动链条从卷绕链轮上放出。在成型凸轮13上设置有编码器12，在卷绕链轮上设置有编码器16，在电机25上设置有编码器24，由成型凸轮、升降摆臂、牵吊链条、钢领板、棘轮棘爪级升机构组成的装置可实现钢领板的短动程升降及卷绕级升；工艺参数及三个编码器的位置信号输入控制单元，控制单元经过计算发出调速指令给变频器，变频器控制电机的转速，电机经过传动机构分别传动锭子旋转和成型凸轮的转动；控制单元完成整机动作逻辑控制及纺纱张力计算与控制；显示输入单元完成生产数据及图形显示和工艺参数输入；变频器根据控制单元发出的指令控制电机的运行速度；电机根据变频器指令进行调速运行；一编码器装在细纱机钢领板升降短动程成型凸轮处，以确定钢领板升降短动程h中各点的位置。一编码器装在钢领板卷绕链轮处，以确定纺一落纱中钢领板在细纱卷装高度L各点的位置。另一编码器安装在电机上，可实施闭环控制。

方案二：采用成型凸轮13、升降摆臂15、牵吊链条11、钢领板9、棘轮21棘爪级升机构10、卷绕链轮17、控制单元、显示输入单元、变频器、电机、一个编码器组成逐层调速控制装置。由成型凸轮、升降摆臂、牵吊链条、钢领板、棘轮棘爪级升机构组成的装置可实现钢领板的短动程升降及卷绕级升；控制单元完成整机动作逻辑控制及纺纱张力计算与控制；显示输入单元完成生产数据及图形显示和工艺参数输入；变频器根据控制单元发出的指令控制电机的运行速度；电机根据变频器指令进行调速运行；编码器装在细纱机钢领板升降短动程成型凸轮处，以确定钢领板升降短动程h中各点的位置。省去钢领板卷绕链轮编码器及电机编码器，卷装高度L各点位置可由控制单元根据设定的卷装尺寸及棘轮棘爪级升机构计算得到。

方案三：采用成型凸轮13、升降摆臂15、牵吊链条11、钢领板9、棘轮棘爪级升机构10、卷绕链轮17、控制单元、显示输入单元、变频器、电机、传感器组成逐层调速控制装置。由成型凸轮、升降摆臂、牵吊链条、钢领板、棘轮棘爪级升组件、卷绕链轮等组成的装置可实现钢领板的短动程升降和卷绕级升；控制单元完成整机动作逻辑控制及纺纱张力计算与控制；显示输入单元完成生产数据及图形显示和工艺参数输入；变频器根据控制单元发出的指令控制电机的运行速度；电机根据变频器指令进行调速运行；传感器22装在细纱机钢领板升降短动程成型凸轮处，以确定钢领板升降短动程的最高点和最低点。当纺纱工艺参数确定后，主电机转速与成型凸轮转速比为一固定值。当成型凸轮的最高点和最低点已知后，电机编码器24可由传感器代替，通过检测主电机转速可精确计算出钢领板升降短动程的各点位置。卷装高度L各点位置可由控制单元根据设定的卷装尺寸及棘轮棘爪级升机构计算得到。

上述三种方案中由成型凸轮、升降摆臂、棘轮棘爪级升机构构成的机械式凸轮传动机构可由电子凸轮传动机构所代替。电子凸轮传动机构可由伺服电机、伺服驱动器和控制软件组成。伺服电机直接带动钢领板卷绕链轮，由牵吊链条拉动钢领板运动。伺服驱动器精确控制伺服电机的转速和正、反转来实现钢领板升降短动程及级升。

控制单元可由工控机、单片机、ARM板、FPGA板、DSP板、PLC可编程控制器等各种形式来完成。显示输入单元可由文本显示器、图形显示器、LCD、液晶屏等各种形式来完成。变频器可由矢量控制变频器、水冷变频器等各种形式来完成。电机可由变频电机、永磁同步电机、伺服电机、异步电机、水冷电机等各种形式来完成。编码器可由绝对式编码器、增量式编码器或角度传感器等形式来完成。传感器可由光电式、电磁式等形式来完成。

附图说明

图1为根据本发明设置有逐层调速装置的细纱机的示意图。纱线8从前罗拉7啮合点出来，经过导纱钩6穿过钢丝圈5绕到纱管3上。锭子2安装在机架1上，带动纱管3旋转，纱线带动钢丝圈5沿钢领4旋转形成气圈8，气圈高度为H，钢领4固定在钢领板9上。钢领板升降短动程为h，纱线随着钢领板短动程沿着圆锥面卷绕。纱管的卷装高度为L。成型凸轮13与电机减速箱(未示出)的输出轴相连接，凸轮13旋转一圈，带动升降摆臂15上下摆动一次，升降摆臂15在其一端可转动地安装有一第二传动链轮32，在其另一端以可转动的方式连接有一第三传动链轮31，而且该端通过支撑轴承连接在机架上。牵吊链条11通过转向链轮29拉动钢领板9实现升降短动程一次。工艺参数由输入单元28输入到控制单元27，成型凸轮编码器12、卷绕链轮编码器16、电机编码器24将各自的位置输入控制单元，控制单元27经过计算发出调速指令给变频器26，变频器控制电机25的转速，电机经过传动机构分别传动锭子2旋转和成型凸轮13的转动。

图2为机械式凸轮传动机构的结构示意图。凸轮13旋转与摆臂转子14啮合，带动升降摆臂15上下摆动，牵吊链条11带动钢领板4实现升降短动程。由于升降摆臂15上下摆动，带动级升摆臂19也上下摆动并使得棘爪10撑动棘轮21间歇单向旋转，棘轮21带动蜗杆20传动蜗轮18，蜗轮18带动卷绕链轮17间歇单向旋转，链轮卷绕链条11拉动钢领板逐步级升到纺纱卷装高度L。编码器12安装在凸轮13上。编码器16安装在卷绕链轮17上。

图3表示钢领板升降短动程的调速曲线23。调速曲线可由实验或计算得到。钢领板每一次短动程由卷绕大半径处开始向上运动到小半径处，气图角速度由高向低变速；当钢领板下降时，气圈角速度由低向高变速。

图4为电气控制方框图，图中示意性地示出了根据本实用新型的逐层调速装置的操作方式。控制单元根据输入的工艺参数、成型凸轮编码器给定的钢领板短动程位置、卷绕链轮给定的钢领板级升位置，通过计算输出调速曲线给变频器再控制电动机转速。

图5为电子凸轮传动机构的示意图。通过给定的成型凸轮位移曲线由伺服驱动器精确控制伺服电机的运行速度及正、反转，拉动钢领板运动实现钢领板升降短动程功能。

具体实施方式

本发明采用成型凸轮、升降摆臂、牵吊链条、钢领板、棘轮棘爪级升机构、卷绕链轮、控制单元、显示输入单元、变频器、电机、编码器或传感器组成细纱机逐层调速控制装置。根据不同的卷绕半径和气圈高度改变锭子运行速度，通过逐层调速法实现恒张力纺纱。

首先将纺纱品种及工艺参数输入显示单元，控制单元根据输入的参数、成型凸轮编码器给出的钢领板升降短动程位置、卷绕链轮编码器给出的钢领板级升位置、及根据实验或计算得到的调速曲线23，控制单元通过计算发出控制指令给变频器，变频器发出频率指令控制电动机的运行速度。

如图所示，在方案一中：编码器12安装在钢领板升降凸轮13上，可精确得到钢领板升降凸轮一个短动程中各点位置。另一编码器16安装在卷绕链轮17上，可精确得到纺纱级升高度L中各点的位置。当成型凸轮13旋转一圈，带动升降摆臂15上下摆动一次，并由牵吊链条11拉动钢领板9上下运动实现钢领板短动程一次。气圈角速度w随着钢领板短动程升降按曲线23进行调速。当升降摆臂15上下摆动一次，由级升摆臂19、棘爪10、棘轮21、蜗杆20、蜗轮18、卷绕链轮17、卷绕链条11组成钢领板级升机构，拉动钢领板逐步纺纱级升到卷装高度L。

在方案二中：编码器12安装在钢领板升降凸轮13上，可精确得到钢领板升降凸轮一个动程中各点位置。省去钢领板卷绕链轮编码器及电机编码器，卷装高度L各点位置可由控制单元根据设定的卷装尺寸及棘轮棘爪级升机构计算得到。当成型凸轮13旋转一圈，带动升降摆臂15上下摆动一次，并由牵吊链条11拉动钢领板9上下运动实现钢领板短动程一次。气圈角速度w随着钢领板短动程升降按曲线23进行调速。当升降摆臂15上下摆动一次，由级升摆臂19、棘爪10、棘轮21、蜗杆20、蜗轮18、卷绕链轮17、卷绕链条11组成钢领板级升机构，拉动钢领板逐步纺纱级升到卷装高度L。

在方案三中：传感器22装在细纱机钢领板升降短动程成型凸轮处，以确定钢领板升降短动程的最高点和最低点。电机编码器24由传感器来代替，取消电机、成型凸轮、卷绕链轮上的编码器。当纺纱工艺参数确定后，主电机转速与成型凸轮转速比为一固定值。当成型凸轮的最高点和最低点已知后，通过检测主电机转速，可精确计算出钢领板升降短动程的各点位置。卷装高度L各点位置可由控制单元根据设定的卷装尺寸及棘轮棘爪级升机构计算得到。当成型凸轮13旋转一圈，带动升降摆臂15上下摆动一次，并由牵吊链条11拉动钢领板4上下运动实现钢领板短动程一次。气圈角速度w随着钢领板短动程升降按曲线23进行调速。当升降摆臂15上下摆动一次，由级升摆臂19、棘爪10、棘轮21、蜗杆20、蜗轮18、卷绕链轮17、卷绕链条11组成钢领板级升机构，拉动钢领板逐步纺纱级升到卷装高度L。本方案成本较低。

控制单元、显示输入单元、变频器等装置集中安装在电气控制柜内，可避免棉纺厂棉絮及粉尘进入。

Claims (13)

1、一种逐层调速装置，其主要包括：输入单元、控制单元、变频器、电机和凸轮传动机构，所述输入单元与控制单元以可通信的方式相连接，所述控制单元又以可通信的方式与所述变频器相连接，所述变频器与电机相连接，以根据所述控制单元发出的指令控制电机的转速；所述凸轮传动机构通过传动部件(11，29)与钢领板相连接。

2、根据权利要求1所述的逐层调速装置，其特征在于：所述传动部件包括传动链条(11)和第一传动链轮(29)。

3、根据权利要求1或2所述的逐层调速装置，其特征在于：所述凸轮传动机构为电子凸轮传动机构或机械式凸轮传动机构。

4、根据权利要求3所述的逐层调速装置，其特征在于：所述电子凸轮传动机构主要包括伺服电机和伺服驱动器，所述伺服驱动器以能够对伺服电机的转速和转动方向进行控制的方式与伺服电机相连接，所述伺服电机通过所述传动部件(11，29)与钢领板相连接。

5、根据权利要求3所述的逐层调速装置，其特征在于：所述机械式凸轮传动机构主要包括：成形凸轮、升降摆臂及级升机构，所述成形凸轮通过所述传动部件(11)与升降摆臂、级升机构及钢领板可操作地连接，所述成形凸轮设置有编码器或传感器，所述编码器或传感器可将检测到的所述成形凸轮的位置信号传输给所述控制单元。

6、根据权利要求5所述的逐层调速装置，其特征在于：所述凸轮与一传动轴相连接并可在该传动轴的驱动下而转动，所述升降摆臂(15)在其一端以可转动的方式安装有第二传动链轮(32)和摆臂转子(14)；所述升降摆臂(15)的另一端以可转动的方式连接有第三传动链轮(31)，而且该端通过支撑轴承连接在机架上；所述摆臂转子与所述成形凸轮相接合并可在凸轮的转动过程中因受到凸轮的抵压作用而带动所述升降摆臂围绕所述铰链上下摆动；所述传动链条(11)的一端与钢领板相连接，所述传动链条的另一端通过所述传动链轮与所述级升机构相连接。

7、根据权利要求6所述的逐层调速装置，其特征在于：所述传动轴为所述电机减速箱的输出轴。

8、根据权利要求5至7之一所述的逐层调速装置，其特征在于：所述级升机构包括：棘轮和棘爪组件、传动蜗轮和蜗杆组件、级升摆臂及卷绕链轮，所述级升摆臂的一端通过铰链连接在机架上，另一端与棘轮和棘爪组件可操作地连接，所述级升摆臂还与升降摆臂可操作地连接；所述传动蜗轮和蜗杆组件与棘轮和棘爪组件可操作地连接，所述传动蜗轮上设置有卷绕链轮，所述卷绕链轮与传动链条相连接，所述传动链条可随升降摆臂的摆动而卷绕传动链条或将传动链条从卷绕链轮上放出。

9、根据权利要求5至8之一所述的逐层调速装置，其特征在于：所述卷绕链轮上设置有编码器，所述编码器可将检测到的位置信号传输给所述控制单元。

10、根据权利要求1至9之一所述的逐层调速装置，其特征在于：所述电机上安装有编码器，所述编码器可将检测到的位置信号传输给所述控制单元。

11、根据权利要求1至10之一所述的逐层调速装置，其特征在于：所述控制单元可以是工控机、单片机、ARM板、FPGA板、DSP板或PLC可编程控制器。

12、根据权利要求1至11之一所述的逐层调速装置，其特征在于：所述输入单元设置有一显示部件，该显示部件可以是文本显示器、图形显示器、LCD或液晶屏。

13、一种细纱机，其包括根据权利要求1至12之一所述的逐层调速装置。

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