CN101963517B - 一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，包括纺纱锭子驱动装置、测试传感器单元及性能综合评价单元。其中，纺纱锭子驱动装置包括纺纱锭子柔性安装装置、高速主轴驱动装置、工作台及其驱动装置；传感器单元包括转速、位移、声压、功率、拉压力和温度传感器；性能综合评价单元包括纱锭子信息获取模块、性能测试信号获取模块、信号预处理模块、性能评价模块和报表生成模块。通过纺纱锭子驱动装置模拟纺纱锭子的实际工况，利用传感器单元获取纺纱锭子实际工作中的参数，再由性能综合评价单元全面科学地评价高档纺纱锭子的各项性能指标及综合性能，分析影响关键性能指标的相关因素，从而提出提高国内纺纱锭子生产工艺的措施。

Description

一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统

技术领域

本发明涉及高档纺织机械专件测试领域，特别是涉及一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统。

背景技术

锭子是纺织机械设备中的重要部件之一，通过它带动纱管运转，从而完成加捻卷绕的任务，以满足棉、毛等各种纤维加工的需要，锭子性能的优劣对生产效率和纱线质量具有决定性的影响，锭子的好坏与纱线的质量、功率消耗、环境噪声、劳动生产率等密切相关。十九世纪中叶，美国人Fales和Jenks首创了机械锭子。随后，美国的Rabbeth对这种锭子结构作了重要的改进，将轴承等封闭在一个壳体内。尔后才逐步发展为由锭杆、锭盘、支承件、锭脚、锭钩等零件组成的部件。二十世纪初，德国SKF公司开始制造滚动轴承锭子。其上、下轴承与锭脚刚性联接，转速达8000-12000r/min，称刚性支承锭子，现已淘汰。之后国内外广泛使用的是弹性支承锭子，它问世于五十年代，它的下支承为弹性，外加油膜阻尼器，其转速达16000-18000r/min，称单弹性支承锭子。随着纺织技术的发展，锭子的运转速度不断提高，德国SKF公司CS1系统、SUESSEN公司HP-68型等国外先进的锭子转速已高达25000r/min。

在使用过程中，锭子高速旋转会因为极小的加工误差或变形而引起强烈的振动及其他影响因素。在不平衡量相同的情况下，锭子在高速旋转时将产生更大的激励力。相同故障程度的滚动轴承，在高速旋转时也将产生更大的冲击载荷。为了保证锭子的高速稳定旋转从而提高生产率且降低成本，锭子的制造及测量是两大重要因素。而国内外目前的锭子测量设备或理论都不够完善和标准。随着纺织工业的发展，企业对锭速提出了更高的要求，国内厂家急需自制出高速且平稳，使用寿命长，噪声低，功耗小，制造、维护方便的锭子。

目前颁布标准的动态指标，只有单一速度，单一振幅，单一功耗三个指标的检测，反映不出锭子的实际真实水平。多数锭子生产或研究单位使用的测试系统主要是测量锭杆的振幅，噪声以及功耗等。而锭子生产厂家现有的测试仅限于单项指标的测量，而指标间的联系关系如：转速与振幅，转速与噪音，转速与张力等的关系推测只处于经验判断阶段，没有标准可行的综合分析手段。

综上所述，现有的锭子性能测量方法与仪器存在主要问题如下：

1)缺乏科学、可行的纺纱锭子测试标准，动态性能测试指标不全面，目前标准中的动态指标，只有单一速度，单一振幅，单一功耗三项检测指标；

2)缺乏纺纱锭子相关动态性能的测试仪器；

3)缺乏多功能的纺纱锭子测试仪器；

4)缺乏科学的纺纱锭子各项性能指标及其综合性能的评价方法与系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，能够全面科学地评价高档纺纱锭子的各项性能指标及其综合性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，包括纺纱锭子驱动装置、测试传感器单元及性能综合评价单元，所述的纺纱锭子驱动装置包括纺纱锭子柔性安装装置、高速主轴驱动装置、工作台及其驱动装置；所述的纺纱锭子柔性安装装置包括前支架、前工作台板和柔性可换装夹机构；所述的前支架安装在主板块上的前侧；所述的前支架上方装有所述的前工作台板；所述的前工作台板上设有所述的柔性可换装夹机构；所述的工作台及其驱动装置包括一级滑动导轨和二级滑动导轨；所述的一级滑动导轨位于主板块上的后侧，在其上方设有一级滑块；所述的一级滑块通过连杆与带有手柄的拉杆盘相连；所述的一级滑块上的前侧固定有后支架；所述的后支架与所述的前工作台板处于同一平面，并且两者之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角；所述的一级滑块上的后侧安装有所述的二级滑动导轨；所述的二级滑动导轨上设有二级滑块；所述的二级滑块的侧边连有重锤；所述的重锤通过设置在主板块边缘的带有滑轮的重锤支架悬挂在所述的主板块的一侧；所述的高速主轴驱动装置包括伺服电机、锭带和皮带轮；所述的伺服电机安装在所述的二级滑块上；所述的皮带轮安装在所述的伺服电机的输出轴上；所述的锭带用于连接所述的皮带轮和安装在所述的柔性可换装夹机构中的纺纱锭子；所述的传感器单元安装在所述的工作台及其驱动装置上用于检测纺纱锭子的状况；所述的性能综合评价单元与所述的传感器单元相连。

所述的连杆与一级滑动导轨的附滑座之间设有垫块，使得工作台板和后支架之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角。

所述的传感器单元包括转速传感器、位移传感器、声压传感器、功率传感器、拉压力传感器和温度传感器；所述的转速传感器和位移传感器安装在位于前支架边角的传感器安装支架上，用于测试纺纱锭子的转速和锭杆上的径向振幅；所述的声压传感器通过三角架单独安装在离纺纱锭子300mm-1200mm处，用于测试纺纱锭子工作时的噪音；所述的功率传感器通过固定板安装在所述的伺服电机和皮带轮之间，测量所述的伺服电机的输出扭矩与转速值；所述的拉压力传感器用铁丝固定在所述的重锤和二级滑块之间，测量所述的皮带轮的张紧力；所述的温度传感器通过三角连杆安装在手柄上，用来测量纺纱锭子上轴承处温度和下轴承处温度。

所述的性能综合评价单元包括纺纱锭子信息获取模块、性能测试信号获取模块、信号预处理模块、性能评价模块和报表生成模块；所述的纺纱锭子信息获取模块用于获取合格纺纱锭子的信息；所述的性能测试信号获取模块用于获取传感器单元所测得的信号；所述的信号预处理模块用于对所述的性能测试信号获取模块获取的信号进行预处理；所述的性能评价模块根据所述的纺纱锭子信息获取模块和所述的信号预处理模块输出的信息进行综合评价和分析；所述的报表生成模块根据所述的性能评价模块输出的结果生成报表。

所述的伺服电机由运动控制卡控制，从而实现模拟纺纱锭子的实际工况。

所述的位移传感器为高精密激光位移传感器；所述的高精密激光位移传感器通过精密调整滑块调整测试位置。

所述的温度传感器为精密集成红外非接触式温度传感器；所述的精密集成红外非接触式温度传感器通过接触式铂电阻温度传感器进行校准。

所述的拉压力传感器控制所述的二级滑块在所述的一级滑动导轨上无阻力运动。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明可在锭子高速旋转和匀速上升的状态下同时对锭子的振幅，转速，噪音，温度，张力，功率各测试指标进行测试，并形成转速-振幅，转速-噪音，转速-支撑部位温度，转速-功率，转速-锭子所受张力，振幅-锭子所受张力的关系图等锭子运转性能报表。

由于采用了柔性可换装夹机构并在各个测试单元的选用和安装结构的设计上充分考虑了不同锭子的测试需要，所以本发明可适用于各种不同系列的锭子，实现方式相当灵活。

采用了高精密激光位移传感器，精密集成红外非接触式温度传感器，功率传感器等一系列高精密仪器以及特殊的仪器安装方法，使锭子的测试精度大幅提高，可对高品质的锭子进行精密测试。

本发明选用高性能伺服电机和控制卡能平稳的控制锭子在高速和匀速上升状态下的转速，同时采用散光测速仪对锭子的实际转速测试实时检测，通过两组数据的对比可以准确的反应锭子的转速。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明的传感器单元安装位置示意图；

图4是本发明的系统框图；

图5是本发明中声压传感器测量示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，如图1和图2所示，包括纺纱锭子驱动装置、测试传感器单元及性能综合评价单元。所述的纺纱锭子驱动装置包括纺纱锭子柔性安装装置、高速主轴驱动装置、工作台及其驱动装置。所述的纺纱锭子柔性安装装置包括前支架4、前工作台板5和柔性可换装夹机构。所述的前支架4安装在主板块2上的前侧，所述的前支架4上方装有所述的前工作台板5，所述的前工作台板5上设有所述的柔性可换装夹机构，所述的柔性可换装夹机构用于安装待测试的纺纱锭子6，并可根据不同的型号的纺纱锭子选择不同的装夹机构，从而满足了对不同系列纺纱锭子的测试。所述的工作台及其驱动装置包括一级滑动导轨12和二级滑动导轨11，两者决定了工作台的位置。所述的一级滑动导轨12位于主板块2上的后侧，在其上方设有一级滑块。所述的一级滑块通过连杆16与带有手柄的拉杆盘3相连。所述的一级滑块上的前侧固定有后支架8，所述的后支架8与所述的前工作台板5处于同一平面，并且两者之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角(如90度)。所述的一级滑块上的后侧安装有所述的二级滑动导轨12，所述的二级滑动导轨12上设有二级滑块，所述的二级滑块的侧边连有重锤14，所述的重锤14通过设置在主板块2边缘的带有滑轮的重锤支架13悬挂在主板块2的一侧。主板块2放置在铸件底座1上。所述的高速主轴驱动装置包括伺服电机10、锭带7和皮带轮9；所述的伺服电机10安装在所述的二级滑块上；所述的皮带轮9安装在所述的伺服电机10的输出轴上；所述的锭带7用于连接所述的皮带轮9和安装在所述的柔性可换装夹机构中的纺纱锭子6；所述的传感器单元安装在所述的工作台及其驱动装置上用于检测纺纱锭子6的状况；所述的性能综合评价单元与所述的传感器单元相连。

为了能够使工作台板5和后支架8之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角(如90度)，通常可以在连杆16与一级滑动导轨12的附滑座之间设有垫块24满足以上要求，若仍然无法满足要求还可以采用在垫块24上加垫片的方式满足以上要求。所述的伺服电机10由运动控制卡控制，用于驱动纺纱锭子6的匀速或匀变速旋转运动，其变速范围为3000～25000r/min，从而实现模拟纺纱锭子的实际工况。

如图3所示，所述的传感器单元包括转速传感器19、位移传感器20、声压传感器17、功率传感器22、拉压力传感器23和温度传感器18；所述的转速传感器19和位移传感器20安装在位于前支架4边角(即以纺纱锭子中心线为轴，离它为300mm的距离处)的传感器安装支架21上，用于测试纺纱锭子6的转速和在锭杆上的径向振幅；所述的声压传感器17通过三角架单独安装在离纺纱锭子300mm-1200mm处，如图5所示，声压传感器17安装在离纺纱锭子1000mm处，用于测试纺纱锭子6工作时的噪音；所述的功率传感器22通过固定板安装在所述的伺服电机10和皮带轮9之间，测量所述的伺服电机10的输出扭矩与转速值，以此推算出纺纱锭子6的功率；所述的拉压力传感器23用铁丝固定在所述的重锤14和二级滑块之间，测量所述的皮带轮9的张紧力；所述的温度传感器18通过三角连杆安装在手柄上，用来测量纺纱锭子6上轴承处温度和下轴承处温度。

其中，所述的位移传感器20为高精密激光位移传感器，所述的高精密激光位移传感器通过精密调整滑块调整测试位置；所述的温度传感器18为精密集成红外非接触式温度传感器，所述的精密集成红外非接触式温度传感器通过接触式铂电阻温度传感器进行校准，如此可在较恶劣的测试环境下，通过对小直径锭子的外表面进行实时检测来推算锭子轴承的温度；所述的拉压力传感器23控制所述的二级滑块在所述的一滑动级导轨12上无阻力运动。

所述的性能综合评价单元包括纺纱锭子信息获取模块、性能测试信号获取模块、信号预处理模块、性能评价模块和报表生成模块；所述的纺纱锭子信息获取模块用于获取合格纺纱锭子的信息；所述的性能测试信号获取模块用于获取传感器单元所测得的信号；所述的信号预处理模块用于对所述的性能测试信号获取模块获取的信号进行预处理；所述的性能评价模块根据所述的纺纱锭子信息获取模块和所述的信号预处理模块输出的信息进行综合评价和分析；所述的报表生成模块根据所述的性能评价模块输出的结果生成报表。生成的报表包括转速-振幅，转速-噪音，转速-支撑部位温度，转速-功率，转速-锭子所受张力的关系图。

图4所示的是性能综合测试系统框图。利用性能综合评价单元可以检测锭子灵活性指标(空载)，锭子振幅-转速动态指标(满载、空载)，锭子功耗指标(满载、空载)，工作噪音指标(满载、空载)，锭子支撑轴承温度-时间动态指标(满载)，锭子运转下受皮带的压力指标(空载)，锭子受外涨力变化与速度，振幅的动态指标。

锭子灵活性检测(空载)：当锭子在最佳工作转速下稳定工作一段时间(10s)后，锭子经过1min达到额定转速后将皮带轮快速松开，通过测试锭子在无传动力的状况下从工作转速到停止状态所需要的时间，记录锭子的转速与时间的关联图。

锭子振幅-转速动态指标(满载、空载)检测：

1)单一转速：锭子转速稳定后，测20s内的锭子振幅，锭子运转过一段时间(半个小时或1一个小时)再测试20s内的锭子振幅；

2)转速匀速上升：转速从1000r/min开始匀速上升到锭子额定转速，估计匀速上升时间为1min左右，测试此时间段内振幅；

3)转速阶梯式上升：从1000r/min开始隔20s转速上升1000r，测试此期间的振幅。由于高精密激光位移传感器本身测试精度高，分辨率高，高响应频率，适合对高速旋转的各种不同金属进行检测，适用于对高性能纺纱锭子进行测试。

锭子功耗指标(满载、空载)检测：通过测试电机端的扭矩值推断出锭子所受的扭矩值并进一步推断出锭子的扭矩值。锭子最高转速(额定转速)下与重锤拉力的关系。

锭子运转功耗＝电机带动锭子功耗-电机空转功耗。

锭子运转扭矩＝电机带动锭子扭矩-电机空转扭矩。

下面以两个具体的实施例进一步说明本发明。

实施例1：加一定质量的重锤14，使二级滑动导轨11上的滑块和附滑座在一级滑动导轨12上无阻力的来回移动。在轴承和轴承套15套上锭带7后，将带有手柄的拉杆盘3通过连杆16带动一级滑动导轨12上的滑块移动，通过计算在一级滑动导轨12(上滑块和附滑座)的附滑座上放置一个相应的垫块24，使前工作台板5与后支架8间的距离能够保证锭带包角为90度。在重锤14上加载一定的砝码保证纺纱锭子6的锭盘受到一定的张力。启动伺服电机10后，控制其转速，使纺纱锭子6的转速从0r/min连续升到30000r/min，通过数据采集卡记录此时间段所对应的位移传感器20所测振幅、转速传感器19所测转速、功率传感器22所测功率，声压传感器17所测数据及拉压力传感器23所显示数据。运行2小时后，停止运行并由温度传感器18采集纺纱锭子6上轴承处和下轴承处的温度。由性能综合评价单元处理所得到的数据，生成包含振幅与转速相对应的数据图、功率与转速相对应的数据图、噪音与转速相对应的数据图和拉压力与转速相对应的数据图；生成包含振幅、转速、功率、噪音、温度、张力参数的报表。

实施例2：驱动系统的调试与实施例1相同，不同之处在于，直接将伺服电机10启动到最高转速，让纺纱锭子6在工作转速下稳定工作一段时间后，通过数据采集卡读取纺纱锭子正常工作下锭子振幅、功率、噪音、温度和锭子所受张力并生成相应的数据报表。

不难发现，本发明能够全面科学地评价高档纺纱锭子的各项性能指标及其综合性能，从而可对国外纺纱锭子与国内纺纱锭子进行测试对比，找出国内锭子与国外高性能的纺纱锭子的区别，从而提出提高国内纺纱锭子生产工艺的措施。

Claims (7)

1.一种面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，包括纺纱锭子驱动装置、传感器单元及性能综合评价单元，其特征在于，所述的纺纱锭子驱动装置包括纺纱锭子柔性安装装置、高速主轴驱动装置、工作台及其驱动装置；所述的纺纱锭子柔性安装装置包括前支架(4)、前工作台板(5)和柔性可换装夹机构；所述的前支架(4)安装在主板块(2)上的前侧；所述的前支架(4)上方装有所述的前工作台板(5)；所述的前工作台板(5)上设有所述的柔性可换装夹机构；所述的工作台及其驱动装置包括一级滑动导轨(12)和二级滑动导轨(11)；所述的一级滑动导轨(12)位于主板块(2)上的后侧，在其上方设有一级滑块；所述的一级滑块通过连杆(16)与带有手柄的拉杆盘(3)相连；所述的一级滑块上的前侧固定有后支架(8)；所述的后支架(8)与所述的前工作台板(5)处于同一平面，并且两者之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角；所述的一级滑块上的后侧安装有所述的二级滑动导轨(11)；所述的二级滑动导轨(11)上设有二级滑块；所述的二级滑块的侧边连有重锤(14)；所述的重锤(14)通过设置在主板块(2)边缘的带有滑轮的重锤支架(13)悬挂在所述的主板块(2)的一侧；所述的高速主轴驱动装置包括伺服电机(10)、锭带(7)和皮带轮(9)；所述的伺服电机(10)安装在所述的二级滑块上；所述的皮带轮(9)安装在所述的伺服电机(10)的输出轴上；所述的锭带(7)用于连接所述的皮带轮(9)和安装在所述的柔性可换装夹机构中的纺纱锭子(6)；所述的传感器单元安装在所述的工作台及其驱动装置上用于检测纺纱锭子(6)的状况；所述的性能综合评价单元与所述的传感器单元相连。

2.根据权利要求1所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的连杆(16)与一级滑动导轨(12)的附滑座之间设有垫块(24)，使得前工作台板(5)和后支架(8)之间的工作距离能够保证锭带包角为有效包角。

3.根据权利要求1所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的传感器单元包括转速传感器(19)、位移传感器(20)、声压传感器(17)、功率传感器(22)、拉压力传感器(23)和温度传感器(18)；所述的转速传感器(19)和位移传感器(20)安装在位于前支架(4)边角的传感器安装支架(21)上，用于测试纺纱锭子(6)的转速和锭杆上的径向振幅；所述的声压传感器(17)通过三角架单独安装在离纺纱锭子(6)300mm-1200mm处，用于测试纺纱锭子(6)工作时的噪音；所述的功率传感器(22)通过固定板安装在所述的伺服电机(10)和皮带轮(9)之间，测量所述的伺服电机(10)的输出扭矩与转速值；所述的拉压力传感器(23)用铁丝固定在所述的重锤(14)和二级滑块之间，测量所述的皮带轮(9)的张紧力；所述的温度传感器(18)通过三角连杆安装在手柄上，用来测量纺纱锭子(6)上轴承处温度和下轴承处温度。

4.根据权利要求1所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的性能综合评价单元包括纺纱锭子信息获取模块、性能测试信号获取模块、信号预处理模块、性能评价模块和报表生成模块；所述的纺纱锭子信息获取模块用于获取合格纺纱锭子的信息；所述的性能测试信号获取模块用于获取传感器单元所测得的信号；所述的信号预处理模块用于对所述的性能测试信号获取模块获取的信号进行预处理；所述的性能评价模块根据所述的纺纱锭子信息获取模块和所述的信号预处理模块输出的信息进行综合评价和分析；所述的报表生成模块根据所述的性能评价模块输出的结果生成报表。

5.根据权利要求1所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的伺服电机(10)由运动控制卡控制。

6.根据权利要求3所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的位移传感器(20)为高精密激光位移传感器；所述的高精密激光位移传感器通过精密调整滑块调整测试位置。

7.根据权利要求3所述的面向高档纺纱锭子的动态性能测试系统，其特征在于，所述的温度传感器(18)为精密集成红外非接触式温度传感器；所述的精密集成红外非接触式温度传感器通过接触式铂电阻温度传感器进行校准。

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