CN105420875A - 控制平行合股纱长短均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制平行合股纱长短均匀性的装置，它主要由纱团架、调速单元、速度反馈单元、牵引动力单元和PLC控制单元组成，所述纱线固定在纱团架上，并且依次穿过调速单元、速度反馈单元和牵引动力单元，所述PLC控制单元分别与调速单元、速度反馈单元和牵引动力单元进行通讯，通过调整调整单元的速度，使每两个调速滚筒之间的没跟纱线处于微张紧状态，从而能保证每根纱线独立的运行状态，以及在单位时间内通过的长度的一致性，可有效防止纱线运行时互相干扰，降低平行合股纱的加捻程度。

Description

控制平行合股纱长短均匀性的装置

技术领域

本发明涉及纱线加工设备技术领域，具体涉及一种控制平行合股纱长短均匀性的装置。

背景技术

随着航空业的不断发展，新型材料的需求不断扩大，以增强纤维和非金属基体组成的复合材料顺应市场而生。具有高模量、高强度、低重量的纤维产品成为各国研发的主力产品。最早用作增强材料的纤维是玻璃纤维，后来又陆续开发出了碳纤维、芳纶纤维等高强度纤维。随着环境保护的呼声越来越高，玄武岩纤维在众多高性能纤维中脱颖而出，其质轻、具有优越的抗拉伸强力、抗腐蚀性、耐候性，尤其具有出色的耐热性能，同时，玄武岩纤维是由天然矿石熔融拉制而成，不会产生对环境有害的物质，是制作高端复合材料的优质增强原材料。复合材料的常用加工工艺有缠绕成型、拉挤成型、缠绕制管等。上述成型方式对合股纱的长短均匀性、加捻程度有要求。如果合股纱长短不均匀，在与树脂复合的过程中，会出现堵塞加工设备、单根纤维凸起、复合材料出现气泡等问题，严重影响其强力；如果合股纱加捻，会出现浸胶不彻底的问题。所以，生产长短均匀性良好的无捻平行合股纱成为提高复合材料性能的重要指标之一。

目前市场上在售的平行合股设备，多以XL901型大卷装粗纱机为主，其对平行合股纱的长短均匀性控制较为粗犷，为提高平行合股纱的性能，对新的生产工艺以及设备的研发迫在眉睫。

发明内容

本发明提供一种控制平行合股纱长短均匀性的装置，以解决现有设备对玄武岩纤维或其它纤维平行合股纱长短均匀性控制不足，从而影响产品质量等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种控制平行合股纱长短均匀性的装置，它主要由纱团架、调速单元、速度反馈单元、牵引动力单元和PLC控制单元组成，所述纱线固定在纱团架上，并且依次穿过调速单元、速度反馈单元和牵引动力单元，所述PLC控制单元分别与调速单元、速度反馈单元和牵引动力单元进行通讯。

更进一步的技术方案是，所述调速单元包括张力控制调整架，所述张力控制调整架上设置有分纱梳、调速滚筒、调速电机和调速变频器，所述分纱梳设置在调速滚筒旁，所述调速电机通过同步带轮与调速滚筒连接，所述调速变频器与调速电机电连接。

更进一步的技术方案是，所述分纱梳为四个，四个分纱梳分别为第一分纱梳、第二分纱梳、第三分纱梳和第四分纱梳，所述调速滚筒为四个，四个调速滚筒分别为第一调速滚筒、第二调速滚筒、第三调速滚筒和第四调速滚筒，所述调速电机为两个，两个调速电机分别为第一调速电机和第二调速电机，所述调速变频器为两个，两个调速变频器分别为第一调速变频器和第二调速变频器，所述第一调速滚筒、第二调速滚筒、第三调速滚筒和第四调速滚筒分别安装在张力控制调整架的正面，第二调速滚筒位于第一调速滚筒下方、第四调速滚筒位于第二调速滚筒下方，第三调速滚筒位于第四调速滚筒下方，并且该第一调速滚筒、第二调速滚筒、第三调速滚筒和第四调速滚筒呈平行四边形排列，所述第一分纱梳安装在第一调速滚筒的一侧、所述第二分纱梳安装在第一调速滚筒和第二调速滚筒之间、所述第三分纱梳安装在第四调速滚筒和第三调速滚筒之间，所述第四分纱梳安装在第三调速滚筒的一侧，所述第一调速电机通过同步带轮与第四调速滚筒连接，第四调速滚筒通过同步带轮与第一调速滚筒连接，所述第二调速电机通过同步带轮与第三调速滚筒连接，第三调速滚筒通过同步带轮与第二调速滚筒连接，所述第一调速变频器与第一调速电机电连接，所述第二调速变频器与第二调速电机电连接，所述纱线依次穿过第一分纱梳、第一调速滚筒、第二分纱梳、第二调速滚筒、第四调速滚筒、第三分纱梳、第三调速滚筒和第四分纱梳。

更进一步的技术方案是，所述PLC控制单元由相互电连接的触摸屏和PLC组成，所述PLC通过RS485总线分别与第一调速变频器和第二调速变频器通讯。

更进一步的技术方案是，所述速度反馈单元包括编码器，所述牵引动力单元包括牵引变频器，所述编码器与牵引变频器电连接，所述PLC通过RS485总线与牵引变频器通讯。

更进一步的技术方案是，还包括断线检测单元，所述断线检测单元包括传感器，所述PLC通过RS485总线与传感器通讯。

更进一步的技术方案是，还包括工控机，所述工控机用于控制装置运行数据和运行状态的监控。

更进一步的技术方案是，所述调速滚筒采用聚四氟乙烯材料制成，并且其表面光滑。

更进一步的技术方案是，所述调速电机为异步电机，所述调速变频器为艾默生EV1000，所述调速变频器安装在变频器控制箱内。

本装置主要涉及一种控制玄武岩纤维或其它纤维合股纱悬垂度的装置。悬垂度，即平行合股纱长短均匀性的量化指标，该指标定义为：将所检测平行合股纱退解并水平悬在两个相距10m的夹具上，在一端施加相应重量的砝码，将缠绕在一起的纤维纱分离开，测量最上面一根纤维纱与最下面一根纤维纱之间的垂直距离，该距离即为悬垂度，单位使用mm。依照平行合股纱股数的多少可将该指标分为4个区段：4股以下≤15mm；4～6股≤20mm；7～9股≤40mm；10～18股及以上≤50mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过调整四个调速滚筒的速度，使每两个调速滚筒之间的没跟纱线处于微张紧状态，从而能保证每根纱线独立的运行状态，以及在单位时间内通过的长度的一致性，可有效防止纱线运行时互相干扰，降低平行合股纱的加捻程度；

本发明提高了产品的质量与合格率，同时本发明提供的装置适用于玄武岩合股纱的生产，也可以作为其他高性能纤维合股纱生产的装置，应用范围广。

附图说明

图1为本发明一种实施例的控制平行合股纱长短均匀性的装置的整体结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1中调速单元的结构示意图。

图4为本发明一种实施例的控制平行合股纱长短均匀性的装置中PLC控制单元的结构框图。

如图所示，其中对应的附图标记名称为：

1纱团架，2断线检测单元，3调速单元，31张力控制调整架，32第一调速滚筒,33第一分纱梳,34第二分纱梳,35第二调速滚筒,36第三调速滚筒,37同步带轮,38第四分纱梳,39第三分纱梳,310第二调速电机,311第一调速电机,312第四调速滚筒,313第一调速变频器,314第二调速变频器，4速度反馈单元，41编码器，5牵引动力单元，51牵引变频器，6纱线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1-3所示，一种控制平行合股纱长短均匀性的装置，它主要由纱团架1、调速单元3、速度反馈单元4、牵引动力单元5和PLC控制单元组成，纱线6固定在纱团架1上，并且依次穿过调速单元3、速度反馈单元4和牵引动力单元5，PLC控制单元分别与调速单元3、速度反馈单元4和牵引动力单元5进行通讯，调速单元3包括张力控制调整架31，张力控制调整架31上设置有分纱梳、调速滚筒、调速电机和调速变频器，分纱梳设置在调速滚筒旁，调速电机通过同步带轮37与调速滚筒连接，调速变频器与调速电机电连接，分纱梳为四个，四个分纱梳分别为第一分纱梳33、第二分纱梳34、第三分纱梳39和第四分纱梳38，调速滚筒为四个，四个调速滚筒分别为第一调速滚筒32、第二调速滚筒35、第三调速滚筒36和第四调速滚筒312，调速电机为两个，两个调速电机分别为第一调速电机311和第二调速电机310，调速变频器为两个，两个调速变频器分别为第一调速变频器313和第二调速变频器314，第一调速滚筒32、第二调速滚筒35、第三调速滚筒36和第四调速滚筒312分别安装在张力控制调整架31的正面，第二调速滚筒35位于第一调速滚筒32下方、第四调速滚筒312位于第二调速滚筒35下方，第三调速滚筒36位于第四调速滚筒312下方，并且该第一调速滚筒32、第二调速滚筒35、第三调速滚筒36和第四调速滚筒312呈平行四边形排列，第一分纱梳33安装在第一调速滚筒32的一侧、第二分纱梳34安装在第一调速滚筒32和第二调速滚筒35之间、第三分纱梳39安装在第四调速滚筒312和第三调速滚筒36之间，第四分纱梳38安装在第三调速滚筒36的一侧，第一调速电机311通过同步带轮37与第四调速滚筒312连接，第四调速滚筒312通过同步带轮37与第一调速滚筒32连接，第二调速电机310通过同步带轮37与第三调速滚筒36连接，第三调速滚筒36通过同步带轮37与第二调速滚筒35连接，第一调速变频器313与第一调速电机311电连接，第二调速变频器314与第二调速电机310电连接，纱线依次穿过第一分纱梳33、第一调速滚筒32、第二分纱梳34、第二调速滚筒35、第四调速滚筒312、第三分纱梳39、第三调速滚筒36和第四分纱梳38，调速滚筒采用聚四氟乙烯材料制成，并且其表面光滑，调速电机为异步电机，调速变频器为艾默生EV1000，调速变频器安装在变频器控制箱内。

如图4所示，PLC控制单元由相互电连接的触摸屏72和PLC71组成，PLC7通过RS485总线分别与第一调速变频器313和第二调速变频器314通讯，速度反馈单元包括编码器41，牵引动力单元包括牵引变频器51，编码器41与牵引变频器51电连接，PLC7通过RS485总线与牵引变频器51通讯。

根据本发明的一个实施例，还包括断线检测单元2，断线检测单元2包括传感器，PLC7通过RS485总线与传感器通讯。

根据本发明的一个实施例，还包括工控机，工控机用于控制装置运行数据和运行状态的监控。

首先将纱团架1上固定的若干根纱线6(优选的，所述纱线为玄武岩纤维)依次穿过断线检测单元2、调速单元3、速度反馈单元4和牵引动力单元5，该纱线6在调速单元3上的走向为依次穿过第一分纱梳33、第一调速滚筒32、第二分纱梳34、第二调速滚筒35、第四调速滚筒312、第三分纱梳39、第三调速滚筒36、第四分纱梳38，然后集束后缠绕到XL901型大卷装络纱机的机头上，开启装置，PLC71通过RS485总线与牵引变频器51(优选的，牵引变频器51使用的是XL901型大卷装络纱机的变频器)进行通讯，从而可以设定牵引变频器51的速度，该牵引变频器51采用闭环速度矢量控制，并设置牵引变频器51的斜坡加速度时间为t1，然后设定调速滚筒的线速度，通过调整调速变频器的频率，从而可以调整调速电机的转速，由于调速电机通过同步带轮37与调速滚筒连接，进而可以通过调速电机调整调速滚筒的线速度，调速滚筒采用低摩擦系数材质聚四氟乙烯；调速变频器器采用的是高精度矢量控制，使其在作业时，将纱线6的线速度控制在设定运行速度的±1m/min的范围内，调速电机为异步电机，调速变频器控制采用V/F控制方式，也就是一个频率对应一个线速度值，由于调速滚筒的机械尺寸为固定值，所以可以用手持测速仪放在调速滚筒上边缘，来调整调速变频器的频率，使手持测速仪的速度显示值为上述设定牵引变频器的速度(±0.3m/min)范围内即可，得出调速变频器的频率值，而此刻的调速变频器的频率值即为其运行时的频率值，并设置调速变频器的斜坡加速时间t2，此时t1小于t2，这样当同时启动牵引动力单元5与调速单元3，牵引动力单元5的线速度比调速单元3的线速度快，原因在于：启动加速过程是一个从零到设定值的变化过程，我们把这个过程近似于直线运动，那么根据公式V＝at(a为加速度，t为加速时间)，当V一定时，t小a大，这样牵引动力单元的线速度比调速单元的线速度快，从而形成速度差。由于速度差的存在，牵引动力单元与调速滚筒之间的纱线6产生张力，使每根纱线6处于微张紧状态。由于每团纱线6退绕方式为轴向退绕，产生的气圈会使纱线6加捻，而速差产生的张力以及纱线在调速滚筒上平行排列的方式，可有效防止纱线6运行时的相互干扰，降低平行合股纱的加捻程度。固定牵引变频器斜坡加速时间，如果调速变频器的斜坡加速时间过长，则在某一段时间牵引动力单元的速度会远大于调速滚筒的速度，纱线6张力就会变大，反之，纱线6张力变小，而张力过大或过小都会对产品成型产生较大影响。

根据本发明的一个实施例，以卷绕18股线束为例，PLC设定牵引变频器51的线速度为120m/min，牵引变频器51采用闭环速度矢量控制并设置牵引变频器51的斜坡加速时间为3.5秒，斜坡加速时间设置操作为：根据牵引变频器说明书(本发明采用艾默生EV1000变频器)，设置斜坡加速时间参数F0.10为3.5。然后设定调速滚筒的线速度，调速变频器控制采用V/F方式，也就是一个频率对应一个线速速度值，由于滚筒的机械尺寸为固定值，用手持测速仪放在调速滚筒上边缘，来调整调速变频器的频率，使其手持测速仪的显示值为120m/min(±0.3m/min)范围内即可，得出此刻的调速变频器的频率，而此刻的调速变频器的频率值即为其运行时的频率值。固定牵引变频器斜坡加速时间，根据所述发明运行时纱线6的运动状态以及产品成型，不断调整调速变频器的斜坡加速时间，得出调速变频器的斜坡加速时间为6秒。

速度反馈单元4由编码器41构成，编码器41采用增量式A、B、Z三相组成，编码器41上连接有测速轮，该装置工作时，由于纱线6通过测速轮在连接到牵引动力单元5上，所以纱线6移动时，会带动测速轮转动，测速轮转动一圈编码器41也转动一圈，编码器41转动一圈就可以输出1000个脉冲，此脉冲通过PLC71直接传输到牵引变频器51从而形成闭环速度矢量控制。

PLC单元由PLC71和触摸屏72组成，PLC71主要是采集断线检测单元2的断线信号及通过PLC71的输出开关量从而控制牵引动力单元5及调速单元3的开启或关闭；PLC71通过RS485总线与牵引变频器51连接实现其线速度的设定以及实时进行线速度的读取；PLC71通过RS485总线与调速变频器连接来实现对其频率值的设定。PLC71同时采集编码器41的脉冲信号并计算出测速轮转动的圈数，从而得到纱线6通过的长度；同时，在触摸屏72上设定所需的绕线长度值，当纱线6通过的长度达到设定绕线长度时，PLC71的输出开关量同步停止牵引动力单元5及调速单元3；触摸屏72主要是设置牵引变频器51的线速度值和调速变频器的运行频率值和显示实时牵引变频器51的线速度以及绕线长度。

断线检测单元2由传感器组成，多股纱线6运行时，其中任意一股纱线6断裂后，此时传感器同步发出断线检测信号给PLC71，PLC71接收信号后同步停止调速单元3和牵引动力单元5。

以上具体实施方式对本发明的实质进行详细说明，但并不能对本发明的保护范围进行限制，显而易见地，在本发明的启示下，本技术领域普通技术人员还可以进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，它主要由纱团架(1)、调速单元(3)、速度反馈单元(4)、牵引动力单元(5)和PLC控制单元组成，所述纱线(6)固定在纱团架(1)上，并且依次穿过调速单元(3)、速度反馈单元(4)和牵引动力单元(5)，所述PLC控制单元分别与调速单元(3)、速度反馈单元(4)和牵引动力单元(5)进行通讯。

2.根据权利要求1所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述调速单元(3)包括张力控制调整架(31)，所述张力控制调整架(31)上设置有分纱梳、调速滚筒、调速电机和调速变频器，所述分纱梳设置在调速滚筒旁，所述调速电机通过同步带轮(37)与调速滚筒连接，所述调速变频器与调速电机电连接。

3.根据权利要求2所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述分纱梳为四个，四个分纱梳分别为第一分纱梳(33)、第二分纱梳(34)、第三分纱梳(39)和第四分纱梳(38)，所述调速滚筒为四个，四个调速滚筒分别为第一调速滚筒(32)、第二调速滚筒(35)、第三调速滚筒(36)和第四调速滚筒(312)，所述调速电机为两个，两个调速电机分别为第一调速电机(311)和第二调速电机(310)，所述调速变频器为两个，两个调速变频器分别为第一调速变频器(313)和第二调速变频器(314)，所述第一调速滚筒(32)、第二调速滚筒(35)、第三调速滚筒(36)和第四调速滚筒(312)分别安装在张力控制调整架(31)的正面，第二调速滚筒(35)位于第一调速滚筒(32)下方、第四调速滚筒(312)位于第二调速滚筒(35)下方，第三调速滚筒(36)位于第四调速滚筒(312)下方，并且该第一调速滚筒(32)、第二调速滚筒(35)、第三调速滚筒(36)和第四调速滚筒(312)呈平行四边形排列，所述第一分纱梳(33)安装在第一调速滚筒(32)的一侧、所述第二分纱梳(34)安装在第一调速滚筒(32)和第二调速滚筒(35)之间、所述第三分纱梳(39)安装在第四调速滚筒(312)和第三调速滚筒(36)之间，所述第四分纱梳(38)安装在第三调速滚筒(36)的一侧，所述第一调速电机(311)通过同步带轮(37)与第四调速滚筒(312)连接，第四调速滚筒(312)通过同步带轮(37)与第一调速滚筒(32)连接，所述第二调速电机(310)通过同步带轮(37)与第三调速滚筒(36)连接，第三调速滚筒(36)通过同步带轮(37)与第二调速滚筒(35)连接，所述第一调速变频器(313)与第一调速电机(311)电连接，所述第二调速变频器(314)与第二调速电机(310)电连接，所述纱线依次穿过第一分纱梳(33)、第一调速滚筒(32)、第二分纱梳(34)、第二调速滚筒(35)、第四调速滚筒(312)、第三分纱梳(39)、第三调速滚筒(36)和第四分纱梳(38)。

4.根据权利要求3所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述PLC控制单元由相互电连接的触摸屏(72)和PLC(71)组成，所述PLC(7)通过RS485总线分别与第一调速变频器(313)和第二调速变频器(314)通讯。

5.根据权利要求4所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述速度反馈单元包括编码器(41)，所述牵引动力单元包括牵引变频器(51)，所述编码器(41)与牵引变频器(51)电连接，所述PLC(7)通过RS485总线与牵引变频器(51)通讯。

6.根据权利要求4所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，还包括断线检测单元(2)，所述断线检测单元(2)包括传感器，所述PLC(7)通过RS485总线与传感器通讯。

7.根据权利要求1所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，还包括工控机，所述工控机用于控制装置运行数据和运行状态的监控。

8.根据权利要求2所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述调速滚筒采用聚四氟乙烯材料制成，并且其表面光滑。

9.根据权利要求2所述的控制平行合股纱长短均匀性的装置，其特征在于，所述调速电机为异步电机，所述调速变频器为艾默生EV1000，所述调速变频器安装在变频器控制箱内。