CN101633451A

CN101633451A - 线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法

Info

Publication number: CN101633451A
Application number: CN200910181988A
Authority: CN
Inventors: 陈永耀
Original assignee: SUZHOU INDUSTRY ZONE HUIBO AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU INDUSTRY ZONE HUIBO AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: CN101633451B

Abstract

本发明涉及线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，机架上安置一伺服电机和一放线轮，伺服电机驱动放线轮，在放线轮后方的机架上设置有两个定滑轮和一个动滑轮的滑轮组，动滑轮介于两定滑轮之间，动滑轮安装在摆杆上，摆杆与机架相铰接，并在机架上铰接一气缸，气缸的活塞杆与所述摆杆驱动连接；在滑轮组后方的机架上还设置有张力传感器，滑轮组对放线轮输出的线绳导引进入张力传感器，经张力传感器的线绳牵引于收线主机。气缸的加载力与作用在摆杆动滑轮上的力与力臂存在比例关系，小角度保证恒张力；当摆杆低于平衡位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆高于平衡位置时输出正电压控制伺服电机放线，该装置在使用中具有较高的稳定性。

Description

线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法

技术领域

本发明涉及放线控制设备，尤其涉及一种线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法。

背景技术

现有技术中，金属线(丝)或非金属线(丝)制成工业或民生用编织品的实施方式，均是将卷绕于卷收轮的各种线、丝，预先通过一放线机逐一牵引、输送于收线主机，使各线、丝可平顺、不纠结的实施编织动作。其中，该放线机还设有张力控制装置。

现有运用于放线机的张力控制装置的设置和运作，如图1a、图1b所示，主要设有一摆杆10，是借一枢轴A活枢并致两端可行上、下摆动运作，其一端安设有一压轮11并枢接有一刹车杆12，另端是受一弹性元件13往下牵引并安设有数导线轮14；该压轮11的周面是与一偏心轮15相触压，在偏心轮15处安置有一张力杆16，并在张力杆16另端安设有一导线轮17；该刹车杆12另端是安设有一刹车皮带18，该刹车皮带18环设于一刹车轮19周面；该弹性元件13将摆杆10一端下拉后，该摆杆10另端安置的压轮11随时上顶，使得相触及的偏心轮15推动转动，及致安置在偏心轮15的张力杆16做上摆动作，同时，该与压轮11安置于摆杆10同端的刹车杆12乃是一同做上拉动作，使刹车皮带18是随时以较大触压力施于刹车轮19；另，该刹车轮19安置于一卷收轮轴20上，该卷收轮轴20一端安设有一被动齿轮21，其与一主动齿轮22啮合并被感应马达23驱动，另端是供一卷绕编织线、丝B的卷收轮24安置。该卷绕在卷收轮24的编织线、丝B是逐一历经摆杆10上的导线轮14、张力杆16上的导线轮17导引，而牵引进入收线主机(图未示)；在收线主机逐一实施收线动作时，该放线机的感应马达23同时转动，并驱动卷收轮轴20，使该安置于上的卷收轮24可连带转动释出编织线、丝B。又，收线主机对编织线、丝B产生瞬间拉力时，利用编织线B会对张力杆16上的导线轮17瞬间施予较大拉力，并致张力杆16下摆作动，则该编织线B便可借以得到缓冲，达到防止瞬间断裂情形。再，当张力杆16下摆时，该偏心轮15是一同被驱动转动，而与其相接触的压轮11将会被逐一下压，并致同端安置的刹车杆12亦一并做下压作动，而该安置在刹车杆12的刹车皮带18，则可借以呈较松弛形态触压刹车轮19，使感应马达23设定的较快转速，可瞬即提供给卷收轮轴20及卷收轮24，进而，该卷收轮24便可以较快转速释出编织线、丝B，使张力杆16可逐一做上摆复归动作。当然，当张力杆16上摆复归后，该刹车杆12也会做上拉动作，使刹车皮带18可以设定触压力施于刹车轮19，并迫使感应马达23的转速降低，进而使放线机的放线速变相同于收线主机的收线速度。即，利用上述张力杆16的上、下摆动运作，该编织线、丝B便可以张力状态输送于收线主机，且可达到降低断裂的效果。只不过，该技术在历经长时的使用后，发现仍有下述缺失：

1)由于该张力杆16上、下摆动的幅度有限，大约局限为90度，当遇到收线主机施予编织线、丝B的瞬间拉力过大时，该张力杆16极易因瞬间下摆至极限，而发生编织线B断裂或线径改变现象；

2)如上项所述，由于编织线、丝B经常发生断裂或线径改变现象，操作者不但有接线的麻烦、不便性，对于制成的编织品，亦会造成密度不均、阻抗不均甚而张力不均的品质欠佳缺点；

3)由于刹车皮带18施予刹车轮19的触压力，会随时迫使感应马达23做减速动作，而此，感应马达将极易产生发热所致的影响使用寿命缺点。

由此可见，上述现有的动力放线机的张力控制装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而巫待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的动力放线机的张力控制装置，实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，可以控制一根或多根线绳的张力，在机架上安置一伺服电机和一放线轮，伺服电机驱动放线轮，线缠绕于放线轮上，特点是：在放线轮后方的机架上设置有两个定滑轮和一个动滑轮的滑轮组，动滑轮介于两定滑轮之间，动滑轮安装在摆杆上，摆杆与机架相铰接，并在机架上铰接一气缸，所述气缸的活塞杆与所述摆杆驱动连接；在滑轮组后方的机架上还设置有张力传感器，所述滑轮组对放线轮输出的线导引进入张力传感器，经张力传感器的线牵引于收线主机；另外，所述气缸的控制信号线连接电气转换器，电气转换器连接触摸屏，触摸屏设定的张力通过电气转换器加载到气缸上；所述张力传感器的信号线连接张力放大器，张力放大器连接显示装置，张力传感器的信号通过张力放大器变送给显示装置；所述伺服电机根据摆杆位置调节放线轮的速度，在控制过程中有一稳态设定位置即放线系统运行时的平衡位置，当摆杆低于稳态设定位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆高于稳态设定位置时输出正电压控制伺服电机放线；气缸的作用是设定需要的张力后，在PLC中预设一个值通过电气转化器控制气缸的作用力，根据气缸摆杆的位置，设计程序自动调整气缸的作用力；通过气缸和摆杆的位置控制张力稳定，气缸的作用力由PLC程序和电气转换器进行控制，伺服电机主动放线控制张力，设定需要的张力后，根据张力传感器的实际张力控制气缸的作用力，并根据张力传感器的实际张力微调，使线绳实际张力与设定张力一致，在3N～200N内控制张力稳定。

进一步地，上述的线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，其中，在张力传感器的顶端设有导线轮，在张力传感器的两侧架设有过线轮。

更进一步地，上述的线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，其中，所述张力传感器顶端的导线轮与两侧的过线轮呈高低排布，其进线与出线之间的夹角呈120度，传感器受力方向与两根线之间的夹角都为60度。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

伺服电机根据摆杆位置进行主动放线，并调节相应放线轮的速度，使得线绳从线盘放出时，保持线绳的张力稳定，有效地解决了当系统加减速、线盘轴径变化、线速度的变化等各种因素对线绳张力的影响。气缸的加载力在小角度范围内在各个点的力可近似相等，与作用在摆杆动滑轮上的力与力臂存在比例关系，小角度保证恒张力。控制过程中有一稳态设定位置即放线系统运行时的平衡位置。当摆杆低于平衡位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆高于平衡位置时输出正电压控制伺服电机放线。在线绳过渡段装有张力传感器，张力传感器的信号通过张力放大器变送给显示装置。该装置设计新颖，在实际使用中具有较高的理论性和稳定性，功能卓越，使用简洁，堪称是具有新颖性、创造性、实用性的好技术。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1a：现有技术放线机张力控制装置的主视示意图；

图1b：图1a中刹车轮及卷收轮的侧视示意图；

图2：本发明装置的主视示意图；

图3：本发明装置的左视示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义	31	侧支架	32	上支架	33	伺服电机
34	放线轮	35	第一定滑轮	36	动滑轮	31	侧支架	32	上支架	33	伺服电机
34	放线轮	35	第一定滑轮	36	动滑轮	37	摆杆	38	气缸	39	过线轮
40	支座	41	张力传感器	42	第二定滑轮	37	摆杆	38	气缸	39	过线轮
40	支座	41	张力传感器	42	第二定滑轮	43	导线轮

具体实施方式

针对现有的动力放线机的张力控制装置存在的缺陷，本发明设计一种新型结构的动力放线机的张力控制装置的设计方法，使其更具有实用性。

如图2、图3所示，线缠绕系统中的放线恒张力控制装置，可以控制一根或多根线绳的张力，机架的底部安装一伺服电机33和一放线轮34，伺服电机33通过驱动元件驱动放线轮34，线缠绕于放线轮34上；在放线轮34后方的机架上设置有两个定滑轮和一个动滑轮的滑轮组，即第一定滑轮35安装在侧支架31上，第二定滑轮42安装在上支架32上，动滑轮36介于第一定滑轮35与第二定滑轮42之间，动滑轮36安装在摆杆37上，摆杆37与上支架32相铰接，并在侧支架31上铰接一气缸38，气缸38的活塞杆与摆杆37驱动连接；在滑轮组后方的机架上还设置有张力传感器41，即张力传感器41通过支座40与上支架32相固定，张力传感器41的顶端设有导线轮，在张力传感器41的两侧架设有过线轮，导线轮与两侧的过线轮呈高低排布，其进线与出线之间的夹角呈120度，张力传感器受力方向与两根线之间的夹角都为60度，这样张力传感器上承受的压力P₁与线绳张力P₂关系为：P₁＝2×P₂×COS 60°＝P₂，保证传感器的测量值与实际张力值为1∶1；滑轮组对放线轮输出的线导引进入张力传感器41，经张力传感器41的线牵引于收线主机。还在侧支架31上安装有过线轮39和导线轮43。另外，气缸的控制信号线连接电气转换器，电气转换器连接触摸屏，触摸屏设定的张力通过电气转换器加载到气缸38上；张力传感器的信号线连接张力放大器，张力放大器连接显示装置，张力传感器的信号通过张力放大器变送给显示装置；伺服电机33根据摆杆37的位置调节放线轮的速度，在控制过程中有一稳态设定位置即放线系统运行时的平衡位置，当摆杆低于平衡位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆高于平衡位置时输出正电压控制伺服电机放线。

伺服电机33根据摆杆37位置进行主动放线，并调节相应放线轮34的速度，使得线绳从线盘放出时，保持线绳的张力稳定，有效地解决了当系统加减速、线盘轴径变化、线速度的变化等各种因素对线绳张力的影响。加载气缸38的一端与摆杆37联接。气缸38的加载力在小角度范围内在各个点的力可近似相等，与作用在摆杆动滑轮上的力与力臂存在比例关系，小角度是恒张力的保证。摆杆上动滑轮36与定滑轮之间可缠绕多圈线绳，滑轮由多个并排组，并排的滑轮之间无接触。根据张力的要求，高张力时少绕几圈可增加扩大张力的上限范围。张力传感器41检测的信号变送到张力显示仪表显示张力数值。触摸屏设定的张力通过电气转换器加载到气缸38上。

伺服电机33主动放线来控制张力，设定需要的张力后，根据张力传感器41的实际张力来控制气缸38的作用力。通过气缸38和摆杆37的位置来控制张力稳定；气缸38的作用力是通过PLC程序和电气转换器进行控制；可以一根或多根线绳采用本控制系统。伺服电机33主动放线控制张力，设定需要的张力后，根据张力传感器41的实际张力来控制气缸38的作用力，能在3N-200N内控制张力稳定。气缸38的作用是设定需要的张力后，在PLC中预设一个值通过电气转化器来控制气缸的作用力，根据气缸摆杆的位置，设计程序自动调整气缸的作用力。

具体应用时，由触摸屏HMI设定相应的张力大小、单线或双线模式选择、平衡位置，PID参数等。设定的参数通过控制器转换为电信号(0-10V或4-20mA)，再经过电气转换器转换成气体压力信号加载到气缸38上作为张力的来源。张力力臂与气缸力臂按设定要求具有一定的比例关系。摆杆37摆动角度不超过30度，角位移不超过200度。在控制器控制过程中有一稳态设定位置即放线系统运行时的平衡位置。当摆杆37低于平衡位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆37高于平衡位置时输出正电压控制伺服电机放线。在线绳过渡段装有张力检测装置(张力传感器41)，张力传感器41的信号通过张力放大器变送给显示装置。该装置结构独特，在使用中具有较高的理论性和稳定性，简易适用，为一实用的新设计。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，机架上安置一伺服电机和一放线轮，伺服电机驱动放线轮，线缠绕于放线轮上，其特征在于：在放线轮后方的机架上设置有两个定滑轮和一个动滑轮的滑轮组，动滑轮介于两定滑轮之间，动滑轮安装在摆杆上，摆杆与机架相铰接，并在机架上铰接一气缸，所述气缸的活塞杆与所述摆杆驱动连接；在滑轮组后方的机架上还设置有张力传感器，所述滑轮组对放线轮输出的线绳导引进入张力传感器，经张力传感器的线绳牵引于收线主机；另外，所述气缸的控制信号线连接电气转换器，电气转换器连接触摸屏，触摸屏设定的张力通过电气转换器加载到气缸上；所述张力传感器的信号线连接张力放大器，张力放大器连接显示装置，张力传感器的信号通过张力放大器变送给显示装置；所述伺服电机根据摆杆位置调节放线轮的速度，在控制过程中有一稳态设定位置即放线系统运行时的平衡位置，当摆杆低于稳态设定位置时输出反电压控制伺服电机收线，当摆杆高于稳态设定位置时输出正电压控制伺服电机放线；通过气缸和摆杆的位置控制张力稳定，气缸的作用力由PLC程序和电气转换器进行控制，伺服电机主动放线控制张力，设定需要的张力后，根据张力传感器的实际张力控制气缸的作用力，并根据张力传感器的实际张力微调，使线绳实际张力与设定张力一致。

2.根据权利要求1所述的线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，其特征在于：在张力传感器的顶端设有导线轮，在张力传感器的两侧架设有过线轮。

3.根据权利要求2所述的线缠绕系统中的放线恒张力控制装置的设计方法，其特征在于：所述张力传感器顶端的导线轮与两侧的过线轮呈高低排布，其进线与出线之间的夹角呈120度。