CN104909215A - 一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，包括线轴架、转动设置于线轴架上的工字轮，线轴架上设置有用于供电的电源，线轴架的一侧设置有电机，电机的电机轴与丝杠相固定连接，丝杠上设置有丝杠螺母副，线轴架另一侧设置有拉力传感器，丝杠螺母副与拉力传感器之间通过阻尼绳相连接，拉力传感器与阻尼绳之间连接有弹簧，工字轮上固定设置有与阻尼绳相配合的转轮，线轴架上还设置有张力控制器，拉力传感器以及电机均与张力控制器相连接，通过丝杆步进电机来控制阻尼绳的松紧度的控制方法，保持每股钢丝的张力在传输过程保持恒定，各钢丝间的张力也趋于一致的恒张力控制装置。

Description

一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置

技术领域

本发明涉及钢丝绳加工设备，特别涉及一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置。

背景技术

目前，在国内绝大部分钢丝绳生产厂家所用的生产设备,不管是捻股机还是成绳机, 都是采用简易阻尼带,在捻制时，依靠工人手工调整张力,通过调节螺母与弹簧之间的压紧程度来调节阻尼轮上的阻尼绳自由端松紧，以调节各放线工字轮上钢丝或绳股的张力。放线张力一经调整完毕，开机后就无法再调整了，只能听其自然。在放线过程中，随工字轮卷径的减小使放线速度又降低的趋势，为保证恒线速度和恒张力需加快工字轮的转速，由于此时的阻尼绳对阻尼轮的制动力矩没有改变，无法因工字轮的容量减小而使其转速自动提高，从而不足以保证放线速度的不变和恒张力放线。同时，此调节张力控制方式主要依靠人工的熟练程度和责任心，因此受人为因素影响大，张力控制精度低，从而导致钢丝绳捻制不均匀、钢丝绳的表面平整度及不松散程度均得不到保证，进而影响了钢丝绳的外观质量和承载能力，大大缩短了钢丝绳的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，从而提供一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，控制方便，且张力控制精度高。

本发明所采用的技术方案是这样的：一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，包括线轴架、转动设置于所述线轴架上的工字轮，所述线轴架上设置有用于供电的电源，所述线轴架的一侧设置有电机，所述电机的电机轴与丝杠相固定连接，所述丝杠上设置有丝杠螺母副，所述线轴架另一侧设置有拉力传感器，所述丝杠螺母副与所述拉力传感器之间通过阻尼绳相连接，所述拉力传感器与所述阻尼绳之间连接有弹簧，所述工字轮上固定设置有与所述阻尼绳相配合的转轮，所述线轴架上还设置有张力控制器，所述拉力传感器以及所述电机均与所述张力控制器相连接。

进一步改进的是：所述张力控制器包括单片机、带有转换器的微步驱动器、串行显示驱动器、LED数码管, 单片机为ATMEGA8-5型单片机，微步驱动器为A3984型带转换器的DMOS微步驱动器，串行显示驱动器为MAX7219型串行显示驱动器，ATMEGA8是一种非常特殊的单片机，芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，包括定时器、PWM通道、片内模拟比较器等功能部件，能够为张力控制系统提供所需的大部分模拟和数字外设，A3984用于驱动步进电机，省去了专门的步进电机驱动器，既降低了成本又减小安装空间，简单的步进输入只需“STEP”(步进)和“DIR”(方向)2条输入线,输出由DMOS的双H桥完成。通过“STEP”脚简单的输入1个脉冲就可以使电机完成1次步进,省去了相序表,高频控制线及复杂的编程接口，MAX7219芯片是用来驱动LED数码管的数字显示，可以显示当前的工作时间、张力值大小。

进一步改进的是：所述张力控制器上还设置有用于手动调节阻尼绳松紧度以及钢丝的初始张力大小的手调按钮。

进一步改进的是：所述线轴架上固定设置有传感器安装架，所述拉力传感器固定设置于所述传感器安装架上，所述拉力传感器上具有用于连接所述阻尼绳的吊耳。

进一步改进的是：所述线轴架上固定设置有安装板，所述安装板上设置有电机架以及夹持板，所述电机固定设置于所述电机架上，所述夹持板位于所述丝杠两侧，所述夹持板上具有刻度。

进一步改进的是：钢丝在所述工字轮上的缠绕模型为并列型。

进一步改进的是：所述电机为步进电机。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：通过丝杆步进电机来控制阻尼绳的松紧度的控制方法，保持每股钢丝的张力在传输过程保持恒定，各钢丝间的张力也趋于一致的恒张力控制装置。

附图说明

图1是控制器原理图；

图2是本发明示意图一；

图3是本发明示意图二。

其中：1-线轴架，2-安装板，3-电机架，4-电机，5-丝杆螺母副，6-夹持板，7-丝杆，8-电源，9-阻尼绳，10-控制器，11-工字轮，12-钢丝，13-传感器支架，14-拉力传感器，15-吊耳，16-弹簧。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

本发明是通过以下措施实现的，其方法是，建立工字轮11上钢丝12的缠绕模型，在放线过程用基于时间的方法来计算实时卷径值的大小，然后，将计算的卷径值放入控制程序中，发出控制信号，控制丝杆步进电机4的旋转方向和步距，从而调节阻尼绳9的松紧度，达到恒张力控制。

具体而言，各步骤实施过程包括如下:

1.确定钢丝12的缠绕模型

钢丝12缠绕在工字轮11上是采用排线机构，排线机构的作用就是为了使钢丝12沿轴线均匀、有规律地缠绕在工字轮11上，收线工字轮11上钢丝12之间没有间隙、排列整齐、不紊乱，在没有滑移的情况下，钢丝12排列紧密，同一层面高低一致，分层有序，所以说钢丝12在工字轮11上缠绕模型是有规律的，其缠绕模型有并列绕和交叉绕两种，经过计算分析知，并列型的钢丝12缠绕模型的填充系数不超过0.785，一般在0.7-0.785之间；交叉型的钢丝12缠绕模型的填充系数可高达0.9，主要集中在0.759-0.902，钢丝12缠绕容量越大，填充系数就越大，排列的越密集。在实际生产中，钢丝12缠绕的填充系数在0.7-0.76。由实际数据可知，实际生产的钢丝12缠绕模型主要是并列型，可根据并列型模型计算钢丝12的长度。

2.列出时间与卷径的函数关系

工字轮11上的钢丝12放卷和卷绕是一个逆过程，在有张力放卷过程中，其模型是不会改变的，当钢丝12的传输速度恒定时，钢丝12放卷的时间t与卷径D的关系成某种函数关系；

   （ ），其中，d为钢丝12直径，m为工字轮11上钢丝12牵数，通过上式可验证时间t与卷径D的关系是否正确，是否与实际的生产过程相符合，在工厂生产过程中，每隔半个小时停机一次测量卷径的大小。

3.机械结构的设计

对放卷工字轮11和钢丝12在传输过程受力可知，制动力矩是与工字轮11积线卷积成非线性函数关系的，随着卷径的减小，若适时适当改变阻尼绳9的制动力，将可以保证张力的恒定，在GGTN-7-165管式捻股机上对原先的张力控制系统进行改造，将原有张力控制系统中的调节螺栓换成丝杆电机4，通过电机4驱动螺母副的移动，从而改变对阻尼绳9的拉紧或放松的程度，还具有自锁保持功能，本套张力控制系统装置主要有丝杆电机4组成，此控制系统结构简单，方便有效，不需要改变原有线轴架1的尺寸，降低了成本。

如图1-图3所示，本发明的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，包括线轴架1、转动设置于所述线轴架1上的工字轮11，所述线轴架1上设置有用于供电的电源8，所述线轴架1的一侧设置有电机4，所述电机4的电机4轴与丝杠7相固定连接，所述丝杠7上设置有丝杠螺母副5，所述线轴架1另一侧设置有拉力传感器14，所述丝杠螺母副5与所述拉力传感器14之间通过阻尼绳9相连接，所述拉力传感器14与所述阻尼绳9之间连接有弹簧16，所述工字轮11上固定设置有与所述阻尼绳9相配合的转轮，所述线轴架1上还设置有张力控制器10，所述拉力传感器14以及所述电机4均与所述张力控制器10相连接，拉力传感器14通过传感器支架13设置于线轴架1上。

所述张力控制器10包括单片机、带有转换器的微步驱动器、串行显示驱动器、LED数码管，单片机为ATMEGA8-5型单片机，微步驱动器为A3984型带转换器的DMOS微步驱动器，串行显示驱动器为MAX7219型串行显示驱动器，ATMEGA8是一种非常特殊的单片机，芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，包括定时器、PWM通道、片内模拟比较器等功能部件，能够为张力控制系统提供所需的大部分模拟和数字外设，A3984用于驱动步进电机4，省去了专门的步进电机4驱动器，既降低了成本又减小安装空间，简单的步进输入只需“STEP”(步进)和“DIR”(方向)2条输入线,输出由DMOS的双H桥完成。通过“STEP”脚简单的输入1个脉冲就可以使电机4完成1次步进,省去了相序表,高频控制线及复杂的编程接口，MAX7219芯片是用来驱动LED数码管的数字显示，可以显示当前的工作时间、张力值大小。

该控制器10板可实现全过程自动调整，工作前预先标定，标定后一键操作即可工作，灵活标定零点，零点一旦标定合适，可连续使用，无需每次都重新标定。一键起停功能，自动复位灵活标定零点，零点一旦标定合适，可连续使用，无需每次都重新标定。在整个工作周期中，按F5键可随时查看该工作周期中已工作的时间、阻尼绳9的张力值、卷径值。在一个工作周期中一旦断电，原数据保留，重新给电后，按F4继续延续工作。

按键说明：F1键为电机4正转键，按下后电机4正转，抬起电机4停止；F2键为电机4反转键，按下后电机4反转，抬起电机4停止；F3键为零点标定键，在适当的位置按下此键作为零点；F4键为启动/暂停键，按一下启动，再按暂停，F5键为确认/数值切换键，在开机时为输入确认键，在工作时作为数值显示的切换键。

操作方法：

开机时，LED显示“---”后显示丝杆螺母副的位置，通过矩阵键盘设置初始卷径值的大小，按下F5确认，此时LED显示需要保证阻尼绳9的张力值，数值闪烁，然后通过F1, F2键调整丝杆螺母副到适当位置，按一下F3确认该位置为标定的零点。最后按一下F4, 启动工作，在工作周期内按照预先设定好的间隔时间调节电机4动作以便调节阻尼绳9的制动力矩，绿色指示灯闪烁表示一个工作周期完成。工作完成后，按F3键，丝杆螺母副将反向移动直到预先标定的零点位置。

所述张力控制器10上还设置有用于手动调节阻尼绳9松紧度以及钢丝12的初始张力大小的手调按钮。

所述线轴架1上固定设置有传感器安装架，所述拉力传感器14固定设置于所述传感器安装架上，所述拉力传感器14上具有用于连接所述阻尼绳9的吊耳15。

所述线轴架1上固定设置有安装板2，所述安装板2上设置有电机架3以及夹持板6，所述电机4固定设置于所述电机架3上，所述夹持板6位于所述丝杠7两侧，所述夹持板6上具有刻度。

初步开机前，通过控制器10上的手调按钮调节阻尼绳9的松紧度以调节钢丝12的初始张力大小，夹持板6带有刻度，便于观察丝杆螺母副在夹持板6的位置，从而推算弹簧16的伸长量,拉力传感器14可以测量阻尼绳9的张力，通过控制器10上的显示屏显示当前的张力值，当工字轮11上的积线卷径D随工作时间t而减小时，控制器10通过时间t与卷径D的关系式和内部程序算法即可计算当前时间的卷径大小，然后控制器10发出控制信号控制丝杆电机4的旋转方向和步距使得螺母副在夹持板6间移动，从而放松阻尼绳9，适当的减小阻尼绳9对工字轮11的阻力，控制器10又通过内部程序计算出阻尼绳9应该给工字轮11阻尼的大小，通过与拉力传感器14测量值进行对比，最后通过电机4进行微调，使得钢丝12的张力保持恒定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：包括线轴架、转动设置于所述线轴架上的工字轮，所述线轴架上设置有用于供电的电源，所述线轴架的一侧设置有电机，所述电机的电机轴与丝杠相固定连接，所述丝杠上设置有丝杠螺母副，所述线轴架另一侧设置有拉力传感器，所述丝杠螺母副与所述拉力传感器之间通过阻尼绳相连接，所述拉力传感器与所述阻尼绳之间连接有弹簧，所述工字轮上固定设置有与所述阻尼绳相配合的转轮，所述线轴架上还设置有张力控制器，所述拉力传感器以及所述电机均与所述张力控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器包括单片机、带有转换器的微步驱动器、串行显示驱动器、LED数码管。

3.根据权利要求2所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：所述张力控制器上还设置有用于手动调节阻尼绳松紧度以及钢丝的初始张力大小的手调按钮。

4.根据权利要求1所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：所述线轴架上固定设置有传感器安装架，所述拉力传感器固定设置于所述传感器安装架上，所述拉力传感器上具有用于连接所述阻尼绳的吊耳。

5.根据权利要求1所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：所述线轴架上固定设置有安装板，所述安装板上设置有电机架以及夹持板，所述电机固定设置于所述电机架上，所述夹持板位于所述丝杠两侧，所述夹持板上具有刻度。

6.根据权利要求1所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：钢丝在所述工字轮上的缠绕模型为并列型。

7.根据权利要求1所述的一种基于时间计算卷径的恒张力控制装置，其特征在于：所述电机为步进电机。