CN107090627B - 须条断头检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种须条断头检测方法，其特征是，包括以下步骤：(1)纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器检测导纱板处的垂直力FZ测及与导纱板安装面垂直的水平力FY测，位置传感器检测导纱板的位置Zx；(2)力传感器的检测结果FZ测与气圈纱条质量m成正比关系，当环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头时，气圈纱条质量m变小，计算机数码显示结果FZ测也将会随之减小；当FZ测超出阈值范围后，CPU发出断头报警信号。本发明对导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当导纱板处的受力变化超出一定范围时，即发出环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统须条断头的警报，实现智能控制在线检测，该方案结构简单，成本较低，可提高生产效率，增加企业经济效益。

Description

须条断头检测方法
技术领域
本发明涉及一种须条断头检测方法，尤其是一种适用于环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统的须条断头检测方法，属于纺纱技术领域。
背景技术
环锭纺多通道牵伸系统是在一个细纱锭位上采用组合式后罗拉异步喂入多根粗纱，经中、前罗拉牵伸，然后汇合加捻形成1根细纱。对于三通道粗纱数码纺纱而言，原来的单一后罗拉被左、中、右3只同轴异速的组合式后罗拉所取代，纺纱时根据纱线设计要求程序控制驱动3只后罗拉的伺服电动机速度，经过后罗拉的3个通道输入不同量的纤维须条，实现对纤维组分比例和纱线线密度的在线控制。环锭纺纱系统是一个高速旋转的柔性、非线性加工系统，纺纱过程纱条所受张力的变化是一个及其复杂的力学和非线性数学问题。在纱线和织物的生产过程中，纺纱张力过大或不稳定，直接后果是造成纺纱断头，但如果多股粗纱须条中有一股断头，或者粗纱空管，而另一股在纺纱张力稳定的情况下不断头，则出现跑单纱的情况，造成错支纱，且断头不易被发现。经调研发现，各企业均采取值车工加强巡回，及时换粗纱，防止空粗纱，及时发现并处理粗纱断头以减少单股纱疵点，值车工的劳动强度很大，值车工看台面受限，用人多，后工序纱疵检测压力大，降低了生产效率，提高了企业成本。
环锭纺多通道牵伸系统是在普通环锭纺细纱机上通过适当的改进实现的，本身不具有断头检测装置。现有的细纱断头检测系统主要有光电检测及电磁检测。瑞士立达的ISM系统采用光电传感器监测钢丝圈运动；比利时巴可公司设计了导纱钩纱条运动光路遮断监测系统；上海纺织研究院研制了基于逻辑计数电路的光电式细纱断纱检测装置；王贤洁利用光电发射头和硅光电池光电检测方法检测细纱断头；光电式方法检测准确性较高，但安装精度要求较高，每个锭位都需安装1个传感器，成本较高。瑞士乌斯特公司的Ring Expert系统、德国Zinser公司的Fila Guard系统及印度普美瑞公司的RingI/Ringeye系统在监测头中设置1个固定的永磁磁场和感应线圈，当钢丝圈高速运动切割该磁场的磁力线时，感应线圈产生感应电势获得钢丝圈运动信息；该方案结构简单、工作可靠、寿命长，但对传感器的灵敏度、精度及安装要求均较高，传感器的成本较高。每台设备的变频器连同PLC的费用需近万元，众多使用老设备的纺织企业要实现这种方法控制是非常困难的，影响了这些企业的产品质量和产量。另一方面，飞花容易阻塞变频器的散热系统是老型号的细纱机用变频器控制的弊端，也是导致变频器长时间应用后容易烧坏甚至造成火灾的主要原因。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种须条断头检测方法，对环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当导纱板处的受力变化超出一定范围时，发出须条断头的警报，实现智能控制在线检测。
按照本发明提供的技术方案，所述须条断头检测方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器检测导纱板处的垂直力FZ测及与导纱板安装面垂直的水平力FY测，位置传感器检测导纱板的位置Zx；
(2)力传感器的检测结果FZ测与气圈纱条质量m成正比关系，当环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头时，气圈纱条质量m变小，计算机数码显示结果FZ测也将会随之减小；当FZ测超出阈值范围后，CPU发出断头报警信号。
进一步的，力传感器检测导纱板处张力的过程为：当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器和位置传感器发生形变，产生随力变化的模拟电压信号，位置传感器输出随导纱板位置变化的模拟电压信号；模拟电压信号经过过滤放大后，再经A/D转换器将模拟量信号转换成便于单片机处理的数字量信号，数字量输出到CPU运算控制形成张力波动曲线；当张力波动曲线超过阈值范围后，CPU发出断头报警信号。
进一步的，所述力传感器的检测结果FZ测：
Figure BDA0001345747960000021
其中：β为顶部气圈切线与Z轴的夹角，
Figure BDA0001345747960000022
μ为纱线与导纱钩的动摩擦系数；σ为纱线与导纱钩的包围角；γ表示导纱角；Gt为钢丝圈重力；Rg为钢领半径；ω为气圈回转角速度；f为钢领与钢丝圈间的摩擦因数；rx为管纱卷绕半径；θ为钢领对钢丝圈反作用力N的方向角；m为气圈纱条的线密度；αR为气圈底角。
进一步的，在所述步骤(1)力传感器和位置传感器进行检测之前需要设定数据采集的密度：数据采集密度设定为气圈回转速度的n倍或1/n倍。
进一步的，力传感器的检测结果FZ测的变化范围为：6.62-8.44cN，当计算机数码显示结果FZ测小于以上范围时，说明环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头，随即发出警告。
本发明所述须条断头检测方法，对导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当导纱板处的受力变化超出一定范围时，即发出环锭纺多通道牵伸系统须条断头的警报，实现智能控制在线检测，该方案结构简单，传感器灵敏度高，成本较低，可提高生产效率，增加企业经济效益。
附图说明
图1为本发明所述须条断头检测方法的原理框图。
图2为所述在线检测纺纱张力的装置的结构图。
图3为本发明所述须条断头检测方法的工作流程图。
图4为导纱钩和导纱板构建的坐标系中导纱钩处动态受力分析示意图。
图5为导纱钩处和纲领构建的坐标系中导纱钩处受力分析示意图。
图6为导纱钩受力分析示意图。
图7为图6中的I放大图。
图8为钢领位置处受力分析图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
目前的纺纱过程如图2所示，纱条从后罗拉1处喂入、经过中罗拉2牵伸到前罗拉3握持、纱条经过导纱钩8加捻、锭子7回转带动纲领6在钢丝圈11上旋转形成气圈、纲领板12升降最后卷绕到纱管10上。在纺纱时，前罗拉至导纱钩之间构成纺纱段，纱线所受张力称为纺纱张力Tf；导纱钩到钢丝圈之间构成气圈段，纱线所受张力分别为气圈顶部张力Tq、气圈底部张力Tr；钢丝圈到纱管之间构成卷绕段。
实施例一：
为能够实现环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统纺纱张力自动检测，需要满足四个功能要求：一是装置稳定，不影响员工接头、落纱和清洁工作；二是随纺纱张力的变化将信号自动采集的纺纱器材；三是将采集信号进行处理转换数据输出功能；四是得出测试结果在屏幕上显示、打印或应用于控制整机纺纱张力。如图1、图2所示，本发明所述纺纱张力检测装置包括力传感器、位置传感器、滤波放大器、A/D转换器、CPU、显示单元、以及稳压电源；其中，力传感器5内嵌在导纱板9上，导纱板9由基座4安装在细纱机导纱板升降杆横上，工作性能与同台其它导纱板一样；力传感器能够实现张力变化信号的自动采集，用于检测导纱板处的垂直力以及与导纱板安装面垂直的水平力，纺纱张力Tf加捻卷绕时与气圈顶部张力Tq的共同作用下，运动纱线经过导纱板时，对导纱板施加力，由于导纱板与力传感器联为一体，导纱板所受的力经力传感器产生信号；所述位置传感器设置在基座4上，位置传感器检测导纱板的位置，力传感器和位置传感器输出电压信号经滤波放大器过滤放大后，再经A/D转换器进行调理转换，输出到CPU形成纱线张力信号源，CPU根据按键命令将张力结果输出到显示单元进行显示；所述稳压电源用于给CPU等供电。
如图3所示，本发明所述须条断头检测方法，如图1所示，具体过程如下：
(1)首先由纺纱张力检测装置在线检测环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统纺纱张力：当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器和位置传感器将发生形变，产生随力变化的模拟电压信号，位置传感器输出随导纱板位置变化的模拟电压信号；模拟电压信号经过过滤放大后，再经A/D模数转换电路，将其模拟量信号转换成便于单片机处理的数字量信号，数字信号输出到CPU运算控制形成张力波动曲线；
(2)当纺纱张力波动超过一定范围后，CPU根据键盘命令以及程序将发出断头报警，通知值车工看台。
下面对步骤(1)纺纱张力检测装置在线检测环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统纺纱张力的原理进行详细阐述。
(1.1)纺纱过程动态即时检测方法：
如图4所示，设导纱钩中心为O点，取X轴为过O点且平行于导纱板安装面的水平直线，取Y轴为过O点且垂直于导纱板安装面的水平直线，取Z轴为过O点且垂直于X-O-Y平面的铅垂线，由此构建以导纱钩中心为原点的X-Y-Z三维空间坐标系。设力感应器与导纱板接触点为O’，取过接触点O’且与X轴平行的直线为X’轴，取过接触点且与Y轴延长线的直线为Y’轴，取Z’轴平行Z轴且垂直于X’-O’-Y’平面的铅垂线，由此构建以接触点O’为原点的X’-Y’-Z’三维空间坐标系。
导纱钩处动态受力分析由导纱钩8、导纱板9、以及力感应器5组成，力感应器受到力的作用经过信息转换，最后在显示单元显示的结果分别为FZ测、FY测，FZ测为导纱板处的垂直力、FY测为与导张板安装面垂直的水平力。在导纱钩处支撑力Q在Z轴上的投影QZ为：即
QZ＝FZ测 (1)。
如图5所示，设导纱钩中心为O点，取X轴为过O点且平行于导纱钩安装面的水平直线，取Y轴为过O点且垂直于导纱钩安装面的水平直线，取Z轴为过O点且垂直于X-O-Y平面的铅垂线，由此构建以导纱钩中心为原点的X-Y-Z三维空间坐标系。设纲领中心为O’，取过纲领中心O’且与X轴平行的直线为X’轴，取过纲领中心且与Y轴平行的直线为Y’轴，由此构建X’-Y’-Z三维空间坐标系。设加捻段纱线与Y轴的夹角为γ，顶部气圈切线与Z轴的夹角为β，气圈底部与纲领钢丝圈的交叉点为P，则O’P与X’轴的夹角为α。图6、图7中，R表示前罗拉半径；h表示前罗拉中心到机台水平面的距离；Ya表示前下罗拉中心到导纱钩中心的距离；γ表示导纱角；Zx为设备上读取数值，即导纱板到机台水平面的距离；h的固定值为95mm，Ya为73.8mm，R为15mm。
其中，加捻段纱线与Y轴的夹角为γ，
Figure BDA0001345747960000041
顶部气圈切线与Z轴的夹角为β，
Figure BDA0001345747960000042
设Tf为纺纱张力，Tq为气圈顶部张力，Q为导纱钩的支撑力，则由力的平衡原理可知：
Figure BDA0001345747960000043
设导纱钩处支撑力Q在X、Y、Z轴上的投影分别为Qx、Qy、Qz，将式(1)分别向X、Y、Z轴投影，可得：
Qx＝Tqsinβcosα (5)；
Qy＝Tqsinβsinα+Tfcosγ (6)；
Qz＝Tqcosβ+Tfsinγ (7)；
气圈顶部张力Tq为：
式(8)中：μ为纱线与导纱钩的动摩擦系数；σ为纱线与导纱钩的包围角，与导纱角和气圈顶角有关。
如图8所示，以钢领为中心，以取X轴为过O点且平行于导纱板安装面的水平直线，取Y轴为过O点且垂直于导纱板安装面的水平直线，取Z轴为过O点且垂直于X-O-Y平面的铅垂线，由此构建以导纱钩中心为原点的X-Y-Z三维空间坐标系。如图8所示，在运行中钢丝圈上的作用力有：钢丝圈惯性离心力Ct；纱条的卷绕张力Tω和气圈底端张力Tr；纲领对钢丝圈的法向作用力N和摩擦阻力F；由气圈基础理论知：
气圈顶部张力Tq为：
Figure BDA0001345747960000051
式(9)中：Gt为钢丝圈重力，单位为cN；f为钢领与钢丝圈间的摩擦因数；rx为管纱卷绕半径，单位为cm；θ为钢领对钢丝圈反作用力N的方向角，单位为°；Rg为钢领半径；m为气圈纱条的线密度；ω为气圈回转角速度(一般可用锭子回转角速度近似表达)；αR为气圈底角，单位为°；K为卷绕张力Tω与气圈底部张力Tr的比值，简称张力比，钢丝圈线材不同截面形状的张力比的试验数据如表1所示：
表1钢丝圈线材不同截面形状的张力比
Figure BDA0001345747960000052
由公式(1)-(9)可得：
Figure BDA0001345747960000053
由公式(10)可以看出，计算机数码显示结果FZ测与气圈纱条质量m成正比关系，当环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头时，气圈纱条质量m变小，计算机数码显示结果FZ测也将会随之减小。
(1.2)数据采集密度的设定：
假定锭子的回转速度为18000转/分，数据采集密度设定为气圈回转速度的n倍或1/n倍，从而保证检测点的重复性和数据的再现性。那么，当测定一个气圈回转过程中的纺纱张力时，数据的采集密度可设定为1-4次/转，即18000-72000次/分；当测定一个卷绕层级过程中的纺纱张力时，数据的采集密度可设定为1-2次/转，即18000-36000次/分；当测定整个落纱过程中的纺纱张力时，数据的采集密度可设定为1次/转，即18000次/分。
(1.3)环锭纺多通道牵伸系统或者长丝/短纤复合纺纱系统纺纱张力FZ测范围的确定：
在整个纺纱过程中，纺纱张力随位置变化而变化，在数据采集密度周期内可获得，张力FZ测的变化范围为：6.62-8.44cN。当计算机数码显示结果FZ测小于以上范围时，说明环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头，随即发出警告通知值车工。
实施例二：
(1)环锭纺双通道牵伸系统，纺纱品种：C18.5dtex，11917r/min，主电机显示48Hz，数据采集时间为30分钟。双通道正常纺纱过程中张力FZ测如表1所示；发生单通道断头过程中张力FZ测如表2所示；整个纺纱过程中断头检测结果如表3所示。
表1双通道正常纺纱过程中张力FZ测
Figure BDA0001345747960000061
表2发生单通道断头过程中张力FZ测
Figure BDA0001345747960000062
表3
Figure BDA0001345747960000063
(2)环锭纺三通道牵伸系统，纺纱品种：C29.2dtex，12846r/min，主电机显示48Hz，数据采集时间为30分钟。三通道正常纺纱过程中张力FZ测如表1所示；发生单通道断头过程中张力FZ测如表2所示；整个纺纱过程中断头检测结果如表3所示。
表4三通道正常纺纱过程中张力FZ测
Figure BDA0001345747960000064
表5发生单通道断头过程中张力FZ测
Figure BDA0001345747960000065
表6
Figure BDA0001345747960000066
Figure BDA0001345747960000071
实施例三：
(1)长丝/短纤复合纺纱系统，纺纱品种：C14.5dtex，11162r/min，主电机显示48Hz，数据采集时间为30分钟。长丝/短纤复合正常纺纱过程中张力如表7所示；发生单通道断头过程中张力如表8所示；整个纺纱过程中断头检测结果如表9所示。
表7长丝/短纤复合正常纺纱过程中张力
Figure BDA0001345747960000072
表8发生单通道断头过程中张力
Figure BDA0001345747960000073
表9
(2)长丝/短纤复合纺纱系统，纺纱品种：C18.2dtex，13389r/min，主电机显示48Hz，数据采集时间为30分钟。长丝/短纤复合正常纺纱过程中张力如表10所示；发生单通道断头过程中张力如表11所示；整个纺纱过程中断头检测结果如表12所示。
表10长丝/短纤复合正常纺纱过程中张力
Figure BDA0001345747960000075
表11发生单通道断头过程中张力
表12
Figure BDA0001345747960000077
Figure BDA0001345747960000081

Claims (3)

1.一种须条断头检测方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器检测导纱板处的垂直力FZ测及与导纱板安装面垂直的水平力FY测，位置传感器检测导纱板的位置Zx，力传感器和位置传感器进行检测之前需要设定数据采集的密度：数据采集密度设定为气圈回转速度的n倍或1/n倍；
(2)力传感器的检测结果FZ测与气圈纱条质量m成正比关系，当环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头时，气圈纱条质量m变小，计算机数码显示结果FZ测也将会随之减小；当FZ测超出阈值范围后，CPU发出断头报警信号；
力传感器检测导纱板处张力的过程为：当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，力传感器和位置传感器发生形变，产生随力变化的模拟电压信号，位置传感器输出随导纱板位置变化的模拟电压信号；模拟电压信号经过过滤放大后，再经A/D转换器将模拟量信号转换成便于单片机处理的数字量信号，数字量输出到CPU运算控制形成张力波动曲线；当张力波动曲线超过阈值范围后，CPU发出断头报警信号。
2.如权利要求1所述的须条断头检测方法，其特征是：所述力传感器的检测结果FZ测：
Figure FDA0002172981340000011
其中：β为顶部气圈切线与Z轴的夹角，
Figure FDA0002172981340000012
μ为纱线与导纱钩的动摩擦系数；σ为纱线与导纱钩的包围角；γ表示导纱角；G为钢丝圈重力；Rg为钢领半径；ω为气圈回转角速度；f为钢领与钢丝圈间的摩擦因数；rx为管纱卷绕半径；θ为钢领对钢丝圈反作用力N的方向角；m为气圈纱条的线密度；αR为气圈底角。
3.如权利要求1所述的须条断头检测方法，其特征是：力传感器的检测结果FZ测的变化范围为：6.62-8.44cN，当计算机数码显示结果FZ测小于以上范围时，说明环锭纺多通道牵伸系统须条发生断头，随即发出警告。
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