CN103922186A - 一种细旦丝的双锥成形卷绕装置及卷绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细旦丝的双锥成形卷绕装置及其方法，包括人机接口装置、主控制器，与主控制器相连接的伺服驱动器和变频器，所述伺服驱动器连接有伺服电机和接近开关，所述变频器连接有卷绕电机，用于驱动卷取辊转动，所述卷取辊上方设置有弹簧纱架，所述弹簧纱架上用于卷取细旦丝的成纱管紧压所述卷取辊，通过人机接口设置参数，并将参数发送到主控制器；所述主控制器根据参数进行计算得到具体的成形控制参数，并控制伺服驱动器和变频器，使横动导丝机构和成纱管完成细旦丝的卷绕成型。本发明通过集中控制的方式实现细旦丝的双锥形卷绕成型，无网丝，在下道工序纱管易于退绕，可应用于其他纤度纱线的加捻，并且兼容直边纺纱成形需求。

Description

一种细旦丝的双锥成形卷绕装置及卷绕方法

技术领域

本发明涉及纺织机械领域，尤其是涉及一种细旦丝的双锥成形卷绕装置及卷绕方法。

背景技术

目前现有细旦丝的加捻设备，为防止出现网丝且后道工序退绕更少出现断丝，多采用双锥形成型，进一步的，现有技术多采用单锭控制的模式实现双锥形成型，在单锭上卷绕装置多、成本高，或采用机械齿轮传动实现卷取，极易机械件的磨损，目前成本较低的集中控制加捻设备的横动部分无法实现位置精确控制换向，对细旦丝而言，无法满足要求。

发明内容

本发明提供了一种适用于细旦丝加捻设备中的卷绕装置，以及在该卷绕装置配合下实现双锥形成型的卷取方法。通过伺服位置模式，实现集中控制横动导丝机构精确位置换向控制，通过分阶算法获得良好的双锥形卷绕成型。其技术方案如下所述：

一种细旦丝的双锥成形卷绕装置，包括人机接口装置、主控制器，与主控制器相连接的伺服驱动器和变频器，所述伺服驱动器连接有伺服电机和接近开关，分别用于驱动横动导丝机构前后往返运动和检测横动导丝机构位置，所述变频器连接有卷绕电机，用于驱动卷取辊转动，所述卷取辊上方设置有弹簧纱架，所述弹簧纱架上用于卷取细旦丝的成纱管紧压所述卷取辊。

所述人机接口装置通过CAN总线与主控制器相连。

所述主控制器通过RS485总线、IO接口与伺服驱动器和变频器相连接。

所述接近开关安装在所述横动导丝机构前后往返运动的最大极限位置处。所述接近开关为两只。

利用上述的细旦丝的双锥成形卷绕装置进行的卷绕方法，包括下列步骤：

（1）通过人机接口设置参数，所述参数包括卷装纱管直径的阶数、卷装纱管的初始直径和最大直径、横动导丝机构的初始动程和最终动程，并将参数发送到主控制器；

（2）所述主控制器根据参数进行计算得到具体的成形控制参数，并控制伺服驱动器和变频器，使横动导丝机构和成纱管完成细旦丝的卷绕成型。

其中，步骤（2）中，所述成形控制参数的计算方法如下所述，首先根据卷装纱管直径的阶数对卷装纱管直径的厚度进行分阶，在成纱管某一阶厚度内，所述成纱管的直径与横动导丝机构的往返动程之间有如下关系：

Nhd*Ln=k*Δφ*（φn-1+Δφ/2）=M

所述Nhd表示横动导丝机构按某动程运动的次数；所述Ln表示横动导丝机构此时的动程，其表示在较小的时间段内，动程不变时的长度；所述K为系数，按成纱管纱线的卷绕角为20°的交叉角时，k=π*tg20°/α，所述α为常数，对一种纱线而言，表示每层细旦丝的厚度；所述Δφ表示卷装纱管直径的增加厚度；所述φn-1表示上一阶的最终直径，也就是这一阶的初始直径；所述M为反比例系数。

进一步的，步骤（2）中，所述伺服驱动器根据成形控制参数进行驱动，在位置控制模式下，找到每一阶的换向位置，以及在该换向位置时横动导丝机构的往返次数，其步骤如下所述：

（1）确定卷装纱管直径的阶数n；

（2）确定收边收缩量，对应伺服控制器的code码，根据伺服控制器的反馈编码器线数及实际传动比计算；

（3）确定每阶内的平均动程Ln，根据Δh=（250-190）/2n，可以得到每阶内的平均动程，所述Δh表示动程的变化值；

（4）以一个反比系数M（与α相关），按（1）式确定每阶内、每个收缩量对应的层数，将有n个不同的收边层数；

（5）设置合适的α，使得总横动往返次数与之前估算值接近；

（6）进一步线性处理，根据每一阶段内的横动次数，按n’次数平均分布设置该阶段内的收边层数;

（7）在实验后，适当调整code码、每阶收边层数。

本发明的有益效果：

1、通过集中控制的方式实现细旦丝的双锥形卷绕成型，相比单锭控制的方式可节省60%～70%的成本；

2、实现了细纱大卷装良好的双锥形卷绕成型，无网丝，在下道工序纱管易于退绕；

3、此系统可应用于其他纤度纱线的加捻，并且兼容直边纺纱成形需求。

附图说明

图1是本发明提供的细旦丝的双锥成形卷绕装置实施例的机构示意图；

图2是本发明的卷绕方法横动动程与卷装直径示意图；

图3是本发明的卷绕方法横动次数Nhd固定处理的弧形收边效果图；

图4是本发明的卷绕方法中调整横动次数使得卷装直径变化Δφ固定时的效果图；

图5是双锥成形正视图。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于细旦丝加捻设备中的卷绕装置，以及在该卷绕装置配合下实现双锥形成型的卷取方法。

图1表示了该细旦丝卷绕装置，如图1所示，所述卷绕装置包括人机接口1、主控制器2、伺服驱动器3和伺服电机31、变频器4和卷绕异步电机41、横动导丝机构7、接近开关32、卷取辊6、弹簧纱架51等。人机接口1通过CAN总线与主控制器2相连，主控制器2再通过RS485总线、IO接口与伺服驱动器3及变频器4相连；伺服驱动器3连接伺服电机31，并通过机械传动后驱动横动导丝机构7，使得细旦丝纱线随着横动导丝机构7往返运动；横动导丝机构7前后往返最大极限位置处安装两只接近开关32，接近开关32的信号线接入至伺服驱动器3，伺服驱动器3根据接近开关32的位置记录下横动导丝机构7往返时的最大行程；变频器4驱动卷绕异步电机41，通过机械传动，驱动卷取辊6转动。弹簧纱架51是机械卷取的成纱装置，安装在卷取辊6的上方，可产生静摩擦力使得成纱管5紧贴卷取辊6运转，并卷绕纱线形成卷装。

所述人机接口1采用基于ARM9设计的触摸屏，并搭载WinCE嵌入式操作系统，通过设计软件，可以将设置的工艺参数保存、发送到主控制器中。

所述主控制器2是基于TI公司28系列DSP控制器设计的控制平台，集成了CAN通讯总线、RS485通讯总线，同时扩展了IO模块控制变频器、伺服驱动器的启停，在同一平台上实现控制算法并实时改变横动导丝速度及卷绕速度。

伺服驱动器3、伺服电机31、接近开关32及横动导丝机构7：采用位置模式的伺服驱动及电机，通过采集记录前后两只接近开关32的位置，可以精确控制横动导丝机构7的及时往返，结合主控器的算法，实现最终卷装成形。

变频器4、卷绕异步电机41、卷取辊6：变频器4驱动卷绕异步电机41，通过减速传动，最终驱动卷取辊6。

所述弹簧纱架51是通过弹簧压力设计，使得成纱管5紧压在卷取辊6上，卷取辊6在转动过程中，摩擦力作用带动成纱管5，最终纺纱获得大卷装纱管产品。

在下述方法中的描述中，所述横动导丝机构7简称为横动，所述伺服驱动器3简称为伺服，所述位置模式指代利用位置控制模式。

本发明的卷绕方法的实现方法如下所述：

首先通过人机接口1设置参数和完成相关参数计算，并将参数发送给主控制器2。主控制器2根据核心算法进行计算得到具体的成形控制参数，并控制伺服和卷绕驱动机构完成细旦丝的卷绕成型。所述卷绕驱动机构指代变频器4、卷绕异步电机41、卷取辊6。

细旦丝双锥成形的核心算法是，计算得到成纱管5的直径与横动导丝机构7的往返动程之间的关系。这种算法无需传感器采集卷装直径，通过分阶，研究在成纱管5某一小层厚度内的微分关系，从而达到线性双锥成形，可应用在集中控制的卷绕装置中。

横动动程与卷装直径示意图如图2所示，在图2中：

Njr——卷装纱管转数，单位：转。表示卷装纱管在一定时间内纱线卷绕的层数，考虑到卷绕密度，Njr必须是一段时间内的层数。

Nhd——横动按某动程运动的次数，单位：次。

Ln——横动此时的动程，单位：mm。表示在较小的时间段内，动程不变时的长度。

φ——卷装纱管直径，单位mm。

在较小的时间段内，即成纱管纱线卷绕的一小层厚度内，可认为φ、Ln为固定值，此段时间内的纺纱总长度为L，成纱管纱线的卷绕角为20°，根据工艺，则此时有如下关系：

横动此段时间内走过的总动程Lhd，有：

Lhd=L*sin20°；

卷绕此段时间内绕出的总长度Ljr，有：

Ljr=L*cos20°=Lhd*ctg20°；

以上两个关系式是合成恒定线速度的基本模型。而，卷装转数与卷装直径的关系：

Njr=Ljr/(π*φ)

=Lhd*ctg20°/(π*φ)------------------------------------------(1)

另，横动动程与横动次数有如下关系：

Nhd*Ln=Lhd；------------------------------------------(2)

由（1）（2）式可以得到：

Nhd*Ln=Njr*π*φ*tg20°---------------------------------(3)

从（3）式可以看出，某段动程内，卷装直径φ越大时，卷装转数Njr对应的横动往返次数Nhd越大，也就是说，随着φ的增大，相同次数Nhd对直径的影响将越来越小。

（3）式为卷装与横动动程、次数的数学模型，双锥成形，要求横动导丝机构的往返动程逐渐缩小，通过收边控制达到锥形效果。对于收边算法，将要重点分析φ与Ln之间的关系。纺纱过程中，为了达到收边效果，横动动程Ln应该越来越小，但是动程的变化值（Δh）每改变一次对应的时间间隔应该越来越长，也就是说，随着直径的增大，Ln的变化越来越慢。如果将Ln的变化时间当作不变的值，最终将成一个弧形收边。图3是横动次数Nhd固定处理的弧形收边效果图，如图3，Nhd一定，但Δφ越来越小。最终将成一个弧形收边。

为达到比较接近直线的收边效果，显然要根据直径φ的变化，来调整Ln、Nhd的大小。如图4，相同的Δφ对应相同的Δh，但是又对应不同Nhd，即在相同的动程时横动往返次数不同，这是成形为双锥成弧形还是直线形最大的区别。因此横动在运动过程中要调整相同动程时的往返次数，趋势是随着直径增大，同一动程内往返次数增加。

图5为双锥成形正视图，如图5所示，成形常规数据：下底250mm，上底190mm，空管直径65mm，满管直径265mm，定长设为100000m。

在细旦丝收边处理时，可以根据纺纱总长估算横动总的往返次数。如图5，横动收边可按中间值取平均动程，按纱线成形数据，通常为220mm。纺纱总长Ls取100000米，横动在整个卷装纺纱过程中往返次数N：

需要分析总动程次数N在卷装直径变化时的分布规律。卷装直径φ初始为65mm，最终为265mm，则增大部分为200mm，如果按n次平均分布，则可看作每次增大(200/n)mm，在每次阶段变化范围内，近似认为微小线性。阶次n越大，线性越好。算法里可确定阶数n，一旦阶数n确定，则每阶对应的直径变化Δφ也随之确定，且横动总次数N也可分为n阶，需要根据算法确定每阶里的横动往返次数。可以肯定，后阶次数大于前阶次数。

近似的将直径的变化Δφ与（3）式中的Njr对应起来。因为纱线纤度一定时，卷装层数越大，直径φ越大，也即是：卷装转数*每层厚度（α）=Δφ；对一种纱线而言，α为常数，近似为每层厚度（与纱线纤度相关），以目前工艺比较难以确定，可以取一段时间内的平均值来参与估算，比如，在最大卷装增大10mm时，纱管一共转了10000转，则α=10/10000=0.001mm。

则：

Njr=Δφ/α；

代入（3）式，得：

进而：

式中：

k为系数，按20°交叉角，k=π*tg20°/α；

为第n阶这一微小接近直线成形厚度内的平均直径，可取φn-1+Δφ/2，其中φn-1为上一阶的最终直径（也就是这一阶的初始直径），则（4）式为：

Nhd*Ln=k*Δφ*（φn-1+Δφ/2）=M；-------------------------------(5)

当阶数n确定时，（5）式右边是常数，则某一阶内的横动次数与动程成反比，M为反比例系数。可以固定Ln（即固定每次收边量），进而去估算该阶段的收边次数Nhd。对于伺服而言，需要找到位置模式下，每一阶的换向位置，以及在该换向位置时横动导丝机构的往返次数。按以下步骤处理：

第一步，确定阶数n；

第二步，确定收边收缩量，对应伺服code码，根据伺服控制器的反馈编码器线数及实际传动比计算，1code=1μm=0.001mm；

第三步，确定每阶内的平均动程Ln，根据Δh=（250-190）/2n，可以得到每阶内的平均动程；

第四步，以一个反比系数M（与α相关），按（5）式确定每阶内、每个收缩量对应的层数，将有n个不同的收边层数；

第五步，设置合适的α，使得总横动往返次数与之前估算值接近（如100000米对应155464次）；

第六步，进一步线性处理，根据每一阶段内的横动次数，按n’次数平均分布设置该阶段内的收边层数;

第七步，实验后适当调整code码、每阶收边层数。

表中，每一阶都有对应的总次数Nhd，且随着直径的增大，Nhd越来越大。但在每一阶里，可以近似的用平均分布来处理。比如，第0阶里，可以用20（n’=20）次收边，则横动每次动程周期里运动次数为2287/20=114，收边code码可设置为(250-190)/n/n’/2=0.075mm，近似code=75，即在第0阶里，伺服位置模式每往返114次后位置将减小75个code，以此运行20个周期往返次数后，将按第1阶的次数运动。类似，其后每阶里都可以按n’=20来分布收边次数，但程序里必须记录横动运动所在的状态，否则会出现网丝。

以上理论基础是相同动程内横动往返的次数（称为周期往返次数）随着直径的变化而变化。如果实际纺纱长度为180000米，则参数会有较大改动。现场根据实际情况修改。

人机界面里可以设置阶数、每层厚度α、初始直径、最大直径、初始动程、最终动程等，主控制器接收到这些参数，按每阶固定20个周期收边，计算出每个周期内横动往返次数，以RS485通讯协议发给伺服驱动器。伺服驱动器内编写了一段代码，在驱动横动导丝机构往返运动时记录换向的次数，当计满该阶总换向次数后，次数重新清零，直接进入下一阶的记录。所有阶数运行满足后，将得到基本符合设定需求的直线双锥成形大卷装。

此技术可应用到其他纤度纱线的加捻，当将初始动程、最终动程设置成相同数值，则最终成形的断面为直面，即直边成形。

Claims (8)

1.一种细旦丝的双锥成形卷绕装置，其特征在于：包括人机接口装置、主控制器，与主控制器相连接的伺服驱动器和变频器，所述伺服驱动器连接有伺服电机和接近开关，分别用于驱动横动导丝机构前后往返运动和检测横动导丝机构位置，所述变频器连接有卷绕电机，用于驱动卷取辊转动，所述卷取辊上方设置有弹簧纱架，所述弹簧纱架上用于卷取细旦丝的成纱管紧压所述卷取辊。

2.根据权利要求1所述的细旦丝的双锥成形卷绕装置，其特征在于：所述人机接口装置通过CAN总线与主控制器相连。

3.根据权利要求1所述的细旦丝的双锥成形卷绕装置，其特征在于：所述主控制器通过RS485总线、IO接口与伺服驱动器和变频器相连接。

4.根据权利要求1所述的细旦丝的双锥成形卷绕装置，其特征在于：所述接近开关安装在所述横动导丝机构前后往返运动的最大极限位置处。

5.根据权利要求4所述的细旦丝的双锥成形卷绕装置，其特征在于：所述接近开关为两只。

6.利用权利要求1-5任一所述的细旦丝的双锥成形卷绕装置进行的卷绕方法，包括下列步骤：

（1）通过人机接口设置参数，所述参数包括卷装纱管直径的阶数、卷装纱管的初始直径和最大直径、横动导丝机构的初始动程和最终动程，并将参数发送到主控制器；

（2）所述主控制器根据参数进行计算得到具体的成形控制参数，并控制伺服驱动器和变频器，使横动导丝机构和成纱管完成细旦丝的卷绕成型。

7.根据权利要求6所述的细旦丝的双锥成形卷绕方法，其特征在于：步骤（2）中，所述成形控制参数的计算方法如下所述，首先根据卷装纱管直径的阶数对卷装纱管直径的厚度进行分阶，在成纱管某一阶厚度内，所述成纱管的直径与横动导丝机构的往返动程之间有如下关系：

Nhd*Ln=k*Δφ*（φn-1+Δφ/2）=M   （1）

所述Nhd表示横动导丝机构按某动程运动的次数；所述Ln表示横动导丝机构此时的动程，其表示在较小的时间段内，动程不变时的长度；所述K为系数，按成纱管纱线的卷绕角为20°的交叉角时，k=π*tg20°/α，所述α为常数，对一种纱线而言，表示每层细旦丝的厚度；所述Δφ表示卷装纱管直径的增加厚度；所述φn-1表示上一阶的最终直径，也就是这一阶的初始直径；所述M为反比例系数。

8.根据权利要求5所述的细旦丝的双锥成形卷绕方法，其特征在于：步骤（2）中，所述伺服驱动器根据成形控制参数进行驱动，在位置控制模式下，找到每一阶的换向位置，以及在该换向位置时横动导丝机构的往返次数，其步骤如下所述：

（1）确定卷装纱管直径的阶数n；

（2）确定收边收缩量，对应伺服控制器的code码，根据伺服控制器的反馈编码器线数及实际传动比计算；

（3）确定每阶内的平均动程Ln，根据Δh=（250-190）/2n，可以得到每阶内的平均动程，所述Δh表示动程的变化值；

（4）以一个反比系数M（与α相关），按（1）式确定每阶内、每个收缩量对应的层数，将有n个不同的收边层数；

（5）设置合适的α，使得总横动往返次数与之前估算值接近；

（6）进一步线性处理，根据每一阶段内的横动次数，按n’次数平均分布设置该阶段内的收边层数；

（7）在实验后，适当调整code码、每阶收边层数。