CN104729588A - 一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，包括弯曲传感器、扭曲传感器、弯扭传感器、三个加速度传感器和编码器等；弯曲传感器和扭曲传感器设在挑线杆连杆上，两个加速度传感器设在挑线杆挑线臂上，弯扭传感器和另一个加速度传感器设在挑线杆竖臂上，编码器设在缝纫机上轴的齿轮副上；弯曲传感器、扭曲传感器和弯扭传感器均通过信号采集放大器连接信号分析仪；三个加速度传感器分别通过对应的载荷放大器连接信号分析仪；编码器通过控制板连接信号分析仪，控制板与信号采集放大器连接，信号分析仪与显示屏连接。本发明通过分析测量得到挑线杆运行的动态数据，为缝纫机的改进或新设计提供测量数据，减少挑线杆在运动中多余的弯曲和振动。

Description

一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置

技术领域

本发明涉及一种挑线机构的挑线杆检测装置，应用在模板缝纫机的测量技术中，具体涉及一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置。

背景技术

在缝纫机的挑线机构中，挑线杆作平面往复运动，挑线杆在最低和最高位置都有一段准静止、速度为零的阶段，在收线、放线结束后挑线杆剧烈振动，运动中的挑线杆产生弯曲和扭曲。挑线杆在结构上分成连杆、竖臂和挑线臂三部分，挑线臂与连杆不在同一平面，面线张力作用在挑线臂的悬伸端，挑线臂是一悬臂梁。

挑线机构安装在模板缝纫机上轴与挑线杆之间，机构把上轴的回转运动转换成挑线杆的平面运动，面线经由针杆和挑线杆的孔眼，随孔眼的运动实现供送和收回面线的动作。模板缝纫机把针杆机构和挑线机构的曲柄结合成一整体，挑线杆的大幅振动经曲柄直接影响针杆运动的稳定性。

四杆挑线机构的挑线杆在收线过程中振动特别大。原设计的挑线机构是属于振动大、运动不平稳的机构。而高速工业机转速高，挑线机构在使用中最大问题是振动大，挑线机构中挑线张力过大引起的振动引起针迹歪斜。缝纫线产生方向不断变化的动载荷，缝纫线作用力作用在挑线臂的端部，竖臂和挑线臂产生弯曲，挑线臂呈扁平型，厚度最薄处仅2.6毫米，在挑线臂的扁平方向存在很大振动和变形。挑线杆的振型复杂并振幅大，尤其在挑线杆运动的横向产生大幅度振动。因此测量挑线杆的振动和弯曲扭曲，测量在上轴回转到哪个角度出现最大的弯曲、扭转是缝纫机一项重要的基础工作。

挑线杆作往复平面运动，挑线杆受力的方向从机针孔眼到挑线杆的孔眼，力的方向与挑线杆运动方向空间交叉，挑线杆运动的特征是在垂直于运动方向的另外两个方向也存在振动。测量挑线杆加速度，需要测量垂直于工作方向的振动数据，这些振动是多余的和有害的。

上轴运行速度应避开横向的临界速度，大大减少挑线杆弯曲和振动。通过应变片组测量得到挑线杆弯曲状态，通过加速度传感器测得挑线杆的振动状态，从挑线杆的变形量和振动量的实测数据就能正确了解挑线杆的受力和变形状态，用数据判断挑线工作过程是否正常。

发明内容

为了满足上述需求，本发明旨在提供一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，通过分析测量得到挑线杆运行的动态数据，为现有挑线机构技术的改造和新挑线机构的设计提供测量数据，减少挑线杆在运动中多余的弯曲和振动。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

    一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，包括弯曲传感器、扭曲传感器、弯扭传感器、信号采集放大器、第一、第二、第三加速度传感器、第一、第二、第三载荷放大器、编码器、控制板和信号分析仪；     所述弯曲传感器和所述扭曲传感器设置在挑线杆连杆上，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器分别设置在挑线杆挑线臂上，所述弯扭传感器和所述第三加速度传感器设置在挑线杆竖臂上，所述编码器设置在缝纫机上轴的齿轮副上；

所述弯曲传感器、所述扭曲传感器和所述弯扭传感器均通过所述信号采集放大器与所述信号分析仪连接；所述第一、第二、第三加速度传感器分别通过对应的所述第一、第二、第三载荷放大器与所述信号分析仪连接；所述编码器通过所述控制板与所述信号分析仪连接，所述控制板与所述信号采集放大器连接，所述信号分析仪与一显示屏连接。

    进一步的，所述弯曲传感器粘贴在所述挑线杆连杆中部2mm厚度处的一侧，测量挑线杆连杆两孔中心连线方向的弯曲变形；所述弯曲传感器由一片0.5毫米厚的第一铜片以及粘贴在所述第一铜片上的四片第一应变片组成，所述四片第一应变片的粘贴方向平行于挑线杆连杆两孔中心连线。

    进一步的，所述扭曲传感器粘贴在所述挑线杆连杆中部2mm厚度处的另一侧，测量连杆两孔中心连线方向的扭曲变形；所述扭曲传感器由一片0.5毫米厚的第二铜片以及粘贴在所述第二铜片上的四片第二应变片组成，所述四片第二应变片的粘贴方向与挑线杆连杆两孔中心连线成45o夹角。

    进一步的，所述弯扭传感器粘贴在所述挑线杆竖臂中部3.8mm厚度处的外侧面，所述弯扭传感器由一片0.5毫米厚的第三铜片以及粘贴在所述第三铜片上的八片第三应变片组成，四片所述第三应变片的粘贴方向与所述挑线杆竖臂的竖直方向平行，测量竖臂的弯曲变形，另四片所述第三应变片的粘贴方向与所述挑线杆竖臂的竖直方向成45°夹角，测量竖臂的扭曲变形。

    进一步的，所述第一加速度传感器吸附在一块测量弯板的侧面，所述测量弯板固定在所述挑线杆挑线臂上，所述测量弯板将所述挑线杆的挑线臂夹在中间，并通过螺栓、螺母和垫套夹紧所述挑线杆挑线臂。

    进一步的，所述第二加速度传感器吸附在所述挑线杆挑线臂的顶面，测量方向垂直于挑线臂的运动方向。

    进一步的，所述第三加速度传感器吸附在所述挑线杆竖臂的侧面，测量方向垂直于挑线杆的运动方向。

进一步的，所述信号采集放大器内包括电桥、变送器、信号辨识器和信号放大器，所述电桥分别为所述弯曲传感器、所述扭曲传感器和所述弯扭传感器供电，所述弯曲传感器、所述扭曲传感器和所述弯扭传感器分别经所述变送器与所述信号辨识器连接；所述编码器和所述控制板组成时序信号控制装置，所述编码器经所述控制板与所述信号辨识器连接；所述信号辨识器经所述信号放大器与所述信号分析仪连接。编码器产生缝纫机上轴回转的角度信号，控制板的输出信号分别进入信号采集放大器和信号分析仪，控制各信号的记录和显示时序。

本发明的有益效果如下：

本发明为缝纫机提供了一种测量挑线杆弯扭和振动状态的手段和方法，利用桥式应变片原理测量挑线杆的弯扭，从三个方向测量挑线杆振动状态。通过分析本发明测量得到挑线杆运行的动态数据，可以为高速缝纫机的机构设计改进提供根据，尽可能减少运动中挑线杆多余的扭曲和弯曲。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构框图；

图2为挑线杆的正视图；

图3为挑线杆的俯视图；

图4为本发明弯曲传感器、扭曲传感器和弯扭传感器在挑线杆上的安装位置示意图；

图5为图4的C向视图；

图6为图4的B向视图；

图7为图4的A向视图；

图8为本发明弯曲传感器的结构示意图；

图9为本发明扭曲传感器的结构示意图；

图10为本发明弯扭传感器的结构示意图；

图11为本发明第一加速度传感器安装位置的正视图；

图12为本发明第一加速度传感器安装位置的俯视图；

图13为本发明测量弯板的左视图；

图14为本发明测量弯板的俯视图；

图15为本发明第二、第三加速度传感器安装位置的正视图；

图16为本发明第二加速度传感器安装位置的正视图；

图17为本发明挑线杆弯扭测量信号的工作框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，包括弯曲传感器1、扭曲传感器2、弯扭传感器3、信号采集放大器4、第一、第二、第三加速度传感器5，6，7、第一、第二、第三载荷放大器8，9，10、编码器11、控制板12和信号分析仪13；所述弯曲传感器1、所述扭曲传感器2和所述弯扭传感器3均通过所述信号采集放大器4与所述信号分析仪13连接；所述第一、第二、第三加速度传感器5，6，7分别通过对应的所述第一、第二、第三载荷放大器8,，9，10与所述信号分析仪13连接；所述编码器11通过所述控制板12与所述信号分析仪13连接，所述控制板12与所述信号采集放大器4连接，所述信号分析仪13与一显示屏19连接。

参见图2、3所示，挑线杆由连杆14、竖臂16和挑线臂15等部分组成，挑线杆的主要部分是连杆14，连杆14就是四杆挑线机构的运动杆件，挑线臂15是连杆14的延伸臂，挑线臂15的端部安装挑线杆销，挑线杆销的孔径为2毫米，长度为3毫米，缝纫线从孔眼中绕过。挑线臂15与连杆14不在同一平面上，连杆14经竖臂16连接到挑线臂15。连杆14有两孔，大孔孔径为8毫米，是曲柄与连杆14的铰链点，曲柄与连杆14组成转动副，曲柄与连杆14之间有轴瓦、滚针轴承；小孔孔径为5.2毫米，是摆杆与连杆14的铰链点，摆杆与连杆14组成转动副，摆杆与连杆14之间有轴瓦。

本发明是一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，利用桥式应变片原理测量挑线杆的弯扭,从三个方向测量挑线杆振动状态。动载荷带来的挑线杆振动和弯曲会造成挑线机构各部件的变形和损坏，通过测量得到挑线杆运行的动态数据，可以为高速缝纫机的机构设计或改进提供根据，尽可能减少挑线杆运动中多余的扭曲和弯曲。

1、测量的第一部分是采用弯曲传感器1、扭曲传感器2和弯扭传感器3来测量挑线杆各部分的变形。

参见图4-7所示，挑线杆的形变测点选择在连杆14和竖臂16上。所述弯曲传感器1粘贴在所述挑线杆连杆14中部2mm厚度处的一侧，测量连杆14的弯曲变形；所述扭曲传感器2粘贴在所述挑线杆连杆14中部2mm厚度处的另一侧，测量连杆14的扭曲变形；所述弯扭传感器3粘贴在所述挑线杆竖臂16中部3.8mm厚度处的外侧面，测量竖臂16的弯曲变形和扭曲变形。

进一步的，参见图8所示，所述弯曲传感器1由一片0.5毫米厚的第一铜片101以及粘贴在所述第一铜片101上的四片第一应变片102组成，所述四片第一应变片102的粘贴方向平行于挑线杆连杆两孔中心连线，测量连杆14在连杆两孔中心连线方向的弯曲变形，也是连杆14运动方向的弯曲变形。

进一步的，参见图9所示，所述扭曲传感器2由一片0.5毫米厚的第二铜片201以及粘贴在所述第二铜片201上的四片第二应变片202组成，所述四片第二应变片202的粘贴方向与挑线杆连杆两孔中心连线成45o夹角，测量连杆14在连杆两孔中心连线方向的扭曲变形，也是连杆14运动方向的扭曲变形。

弯曲传感器1和扭曲传感器2分别粘贴在挑线杆连杆14的中部2mm厚度处的两侧面上，2mm是连杆14厚度的最薄处，应变片的反应最灵敏。

进一步的，参见图10所示，所述弯扭传感器3由一片0.5毫米厚的第三铜片301以及粘贴在所述第三铜片301上的八片第三应变片302组成，四片所述第三应变片302的粘贴方向与所述挑线杆竖臂16的竖直方向平行，测量竖臂16竖直方向的弯曲变形；另四片所述第三应变片302的粘贴方向与所述挑线杆竖臂16的竖直方向成45°夹角，测量竖臂16竖直方向的扭曲变形。

挑线杆的连杆支承在两孔上，大孔孔径为8mm，小孔孔径为5.2mm。相对于两支承竖臂和挑线臂都是挑线臂，空间悬臂梁。缝纫线从挑线臂的孔眼中绕过，挑线臂的孔眼受到缝纫线的作用力，作用力的方向是向下向内，作用力不垂直于挑线杆的运动平面。参见图2、3所示，缝纫线绕过孔眼，缝纫线途经挑线孔销，挑线孔销的高度为3毫米，因此缝纫线的作用力经挑线孔销全部作用在挑线臂的悬伸端部。

缝纫线对挑线杆的作用力是动载荷，产生动载荷的原因有二，一是四杆机构杆件的运动产生动载荷，尤其是收线时间。二是缝纫线的工作路线是从针杆的孔眼到挑线杆的孔眼，该路线不垂直连杆的运动平面；挑线杆的运动是平面运动，挑线杆孔眼的位置一直在变动，缝纫线在挑线孔销眼中的路程即接触长度为3毫米。针杆孔眼的位置同样一直在变动，因此缝纫线作用在挑线孔销上力的方向一直在变动，缝纫线一会儿收紧，一会儿松弛，收紧时力大，松弛时力小，载荷大小一直在变动，且载荷的峰值很大。

缝纫线作用力作用在挑线臂的端部，挑线臂与连杆不在同一平面上，挑线臂经竖臂与连杆连接，竖臂垂直于连杆的运动平面。变化的缝纫线作用力呈现出空间特性，就是力方向是空间变化的。动载荷方向不垂直挑线臂的运动平面。挑线杆销眼在动载荷的作用下，挑线臂向下悬伸达0.5毫米。在连杆截面和竖臂截面上不仅有弯曲还有扭曲，因此测量挑线杆在运动中弯曲和扭曲，用传感器测量竖臂和连杆上的弯曲和扭曲。

挑线杆受到很大的动载荷，且挑线杆振型复杂并振幅大，生产使用中，挑线杆折断和针迹歪斜现象时有发生。

2、测量的第二部分是用三个加速度传感器测量挑线杆各部分的振动，振动测试信号的特点如下:

1）测量对象是挑线杆的加速度曲线,是时域曲线；

2）信号是周期信号；

3）使用压电加速度传感器，加速度计是最可靠、用途最广、最精确的振动传感器，加速度测试信号的精度高,加速度信号所含信息最丰富。

挑线杆的运动以连杆的运动方向为主，挑线杆运动的特点在垂直于运动方向的另外两个方向也存在振动，因此测量挑线杆加速度，需要测量三个方向。用加速度传感器测量挑线杆运动方向、挑线臂顶面和竖臂侧面的加速度。

参见图11-14所示，测量挑线杆加速度的第一测点选择在挑线杆的运动方向，第一加速度传感器5吸附在挑线臂15的扁平位置, 但扁平方向的厚度仅2.6mm，因此做一测量弯板20。测量弯板20把挑线臂15夹在中间，用螺栓21、螺母22和垫套23夹紧挑线臂15，第一加速度传感器5吸附在测量弯板20的侧面。连杆14在工作方向刚度大，而挑线臂15在工作方向上厚度仅2.6mm，刚度很小。

缝纫机的运行速度在22-90HZ范围内，挑线臂横向振动（第二测点）的固有频率较低，挑线臂横向弯曲振动的前几阶固有频率接近缝纫机运转频率，振动幅度大，挑线杆运行环境很差。

参见图15、16所示，测量挑线杆加速度的第二测点选择在挑线臂15的宽度方向，所述第二加速度传感器6吸附在挑线臂15的顶面，测量Z轴方向即垂直于挑线臂15运动的X轴方向。Z轴方向的振动称为横向振动，挑线臂15在宽度方向是悬臂梁，挑线臂在动载荷的作用下显得很软，端部的振动量大。

测量挑线杆加速度的第三测点选择在竖臂16上,所述第三加速度传感器7吸附在所述挑线杆竖臂16的侧面，测量Y方向垂直于挑线杆运动的X方向。缝纫线作用力作用在挑线臂15的端部，挑线臂15与连杆14不在同一平面上，挑线臂15经竖臂16与连杆14连接，竖臂16垂直于连杆14的运动平面。

进一步的，参见图17所示，所述信号采集放大器4内包括电桥401、变送器402、信号辨识器403和信号放大器404，所述电桥401分别为所述弯曲传感器1、所述扭曲传感器2和所述弯扭传感器3供电，所述弯曲传感器1、所述扭曲传感器2和所述弯扭传感器3分别经所述变送器402与所述信号辨识器403连接；所述编码器11经所述控制板12与所述信号辨识器403连接；所述信号辨识器403经所述信号放大器404与所述信号分析仪13连接。

所述第一、第二、第三应变片102,202,302的信号分别进入所述变送器402，经信号辨识和放大后，信号从所述信号采集放大器404输出，进入所述信号分析仪13。

所述编码器11和所述控制板12组成本发明的时序信号控制装置，所述编码器11可以采用分辨率1o或2o的编码器，所述编码器11产生时序即测量曲线的横坐标。

缝纫机上轴17回转，齿轮副18安置在车头后侧，上轴17通过齿轮副18带动编码器11回转，回转角度经编码器11转换成角度，编码角度进入控制板12转换成数字信号，控制板12按角度发出指令，提供测量时序，指令控制信号的记录，控制板12的输出信号分别进入信号采集放大器4和信号分析仪13，控制各信号的记录和显示时序。

本发明为缝纫机提供了一种测量挑线杆弯扭和振动状态的手段和方法，利用桥式应变片原理测量挑线杆的弯扭，从三个方向测量挑线杆振动状态。通过分析本发明测量得到挑线杆运行的动态数据，可以为高速缝纫机的机构设计改进提供根据，尽可能减少运动中挑线杆多余的扭曲和弯曲。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：包括弯曲传感器（1）、扭曲传感器（2）、弯扭传感器（3）、信号采集放大器（4）、第一、第二、第三加速度传感器（5，6，7）、第一、第二、第三载荷放大器（8，9，10）、编码器（11）、控制板（12）和信号分析仪（13）；     所述弯曲传感器（1）和所述扭曲传感器（2）设置在挑线杆连杆（14）上，所述第一加速度传感器（5）和所述第二加速度传感器（6）分别设置在挑线杆挑线臂（15）上，所述弯扭传感器（3）和所述第三加速度传感器（7）设置在挑线杆竖臂（16）上，所述编码器（11）设置在缝纫机上轴（17）的齿轮副（18）上；

所述弯曲传感器（1）、所述扭曲传感器（2）和所述弯扭传感器（3）均通过所述信号采集放大器（4）与所述信号分析仪（13）连接；所述第一、第二、第三加速度传感器（5，6，7）分别通过对应的所述第一、第二、第三载荷放大器（8,，9，10）与所述信号分析仪（13）连接；所述编码器（11）通过所述控制板（12）与所述信号分析仪（13）连接，所述控制板（12）与所述信号采集放大器（4）连接，所述信号分析仪（13）与一显示屏（19）连接。

2.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述弯曲传感器（1）粘贴在所述挑线杆连杆（14）中部2mm厚度处的一侧，所述弯曲传感器（1）由一片第一铜片（101）以及粘贴在所述第一铜片（101）上的四片第一应变片（102）组成，所述四片第一应变片（102）的粘贴方向平行于挑线杆连杆两孔中心连线。

3.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述扭曲传感器（2）粘贴在所述挑线杆连杆（14）中部2mm厚度处的另一侧，所述扭曲传感器（2）由一片第二铜片（201）以及粘贴在所述第二铜片（201）上的四片第二应变片（202）组成，所述四片第二应变片（202）的粘贴方向与挑线杆连杆两孔中心连线成45o夹角。

4.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述弯扭传感器（3）粘贴在所述挑线杆竖臂（16）中部3.8mm厚度处的外侧面，所述弯扭传感器（3）由一片第三铜片（301）以及粘贴在所述第三铜片（301）上的八片第三应变片（302）组成，四片所述第三应变片（302）的粘贴方向与所述挑线杆竖臂（16）的竖直方向平行，另四片所述第三应变片（302）的粘贴方向与所述挑线杆竖臂（16）的竖直方向成45°夹角。

5.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述第一加速度传感器（5）吸附在一块测量弯板（20）的侧面，所述测量弯板（20）固定在所述挑线杆挑线臂（15）上，所述测量弯板（20）将所述挑线杆挑线臂（15）夹在中间，并通过螺栓（21）、螺母（22）和垫套（23）夹紧所述挑线杆挑线臂（15）。

6.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述第二加速度传感器（6）吸附在所述挑线杆挑线臂（15）的顶面。

7.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述第三加速度传感器（7）吸附在所述挑线杆竖臂（16）的侧面。

8.根据权利要求1所述的挑线杆在线振动和弯曲测量装置，其特征在于：所述信号采集放大器（4）内包括电桥（401）、变送器（402）、信号辨识器（403）和信号放大器（404），所述电桥（401）分别为所述弯曲传感器（1）、所述扭曲传感器（2）和所述弯扭传感器（3）供电，所述弯曲传感器（1）、所述扭曲传感器（2）和所述弯扭传感器（3）分别经所述变送器（402）与所述信号辨识器（403）连接；所述编码器（11）和所述控制板（12）组成时序信号控制装置，所述编码器（11）经所述控制板（12）与所述信号辨识器（403）连接；所述信号辨识器（403）经所述信号放大器（404）与所述信号分析仪（13）连接。