CN107130326A - 钢领钢丝圈质量在线检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢领钢丝圈质量在线检测方法，其特征是，包括以下步骤：(1)当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，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)根据步骤(1)获得的FZ测、FY测和FY测，计算得到气圈底部张力Tr。本发明所述钢领钢丝圈质量在线检测方法，对导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当气圈底端张力的变化波动超出一定范围时，即发出钢领、钢丝圈质量不合格的警报，实现智能控制在线检测测，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。

Description

钢领钢丝圈质量在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种钢领钢丝圈质量在线检测方法，属于纺纱技术领域。
背景技术
细纱的有害毛羽主要指长度在3mm以上的毛羽，它是细纱质量的重要指标。纱线毛羽过多，在织造过程中易造成开口不清，形成断经或布面织疵等现象。断头影响细纱生产效率、功耗，断头接头后又影响到细纱的均匀度、强度等指标。影响毛羽、断头的因素很多，有配棉因素、有操作因素、也有设备方面的原因。其中纲领、钢丝圈的质量及其配套使用是造成细纱毛羽、断头的重要原因。钢领、钢丝圈是环锭细纱机及普通环锭捻线机的关键部件，它们与锭子、纱管等配套共同完成纱线的加捻及卷绕，并在纺纱过程中对纱线施加一定的捻度及控制纱线的张力。钢丝圈是环锭纺纱机中最小的零件，也是纺纱器材消耗最多的零件。钢丝圈随着钢领板的升降、卷绕直径及气圈形态的变化，其与钢领的接触位置、接触面积及摩擦状况也会发生变化。钢丝圈在钢领跑道上高速滑动飞行，使自身温度上升到300℃左右，钢丝圈上的一些金属会熔粘在钢领内跑道上，严重破坏了相互间的正常磨合，增加了动力消耗，使纺纱张力不稳定，波动增大，引起纱线毛羽增加，细纱条干恶化，并使细纱断头增加，生产效率下降。钢领、钢丝圈的质量好坏，直接影响纺纱质量、纺纱效率及经济效益，因此，钢领、钢丝圈的合格性检测对企业生产实践至关重要。
目前钢领、钢丝圈的检测方式分为接触式检测和非接触式检测两种。其中接触式检测方法有接触式气压检测和接触式油压检测；非接触式检测方法由于在纱线和织物的生产过程中，有人工目测和投影仪测量。上述检测方式用工多，自动化程度低，且检测过程中易出现误检和漏检现象，影响检测结果的精度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种钢领钢丝圈质量在线检测方法，导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当气圈底端张力的变化波动超出一定范围时，发出钢领、钢丝圈质量不合格的警报，实现智能控制在线检测测。
按照本发明提供的技术方案，所述钢领钢丝圈质量在线检测方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，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)根据步骤(1)获得的FZ测、FY测和FY测，计算得到气圈底部张力Tr；
(3)当气圈底部张力波动超过一定范围后，CPU发出钢领、钢丝圈质量报警。
进一步的，所述气圈底端张力Tr为：
其中，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；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。
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。
本发明所述钢领钢丝圈质量在线检测方法，对导纱板处的动态受力情况进行即时检测，当气圈底端张力的变化波动超出一定范围时，即发出钢领、钢丝圈质量不合格的警报，实现智能控制在线检测测，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为本发明所述钢领钢丝圈质量在线检测方法的原理框图。
图2为所述在线检测测环锭纺细纱机纺纱张力装置的结构图。
图3为本发明所述钢领钢丝圈质量在线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为实施例二中小纱阶段张力FZ测的示意图。
图9为实施例二中中纱阶段张力FZ测的示意图。
图10为实施例二中大纱阶段张力FZ测的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
在纺纱时，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：
如图3所示，本发明所述钢领钢丝圈质量在线检测方法，如图1所示，具体过程如下：
(1)受力信号的动态采集与数据处理：
首先由纺纱张力检测装置在线检测测环锭纺细纱机纺纱张力：为能够实现环锭纺细纱机纺纱张力自动检测，需要纺纱张力检测装置满足四个功能要求：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。如图1、图2所示，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。
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)当气圈底部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钢领、钢丝圈质量报警，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测环锭纺细纱机纺纱张力的原理进行详细阐述。
(1.1)钢领钢丝圈质量在线检测测装置即时检测方法：
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，力感应器受到力的左右经过信息转换，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测为与导纱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。设钢领中心为O’，取过钢领中心且与X轴平行的直线为X’轴，取过钢领中心且与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，
顶部气圈切线与Z轴的夹角为β，
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：
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，
Qx＝Tq sinβcosα (5)；
Qy＝Tq sinβsinα+Tf cosγ (6)；
Qz＝Tq cosβ+Tf sinγ (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。
又由气圈基础理论知，气圈顶部张力Tq与气圈底端张力Tr的关系为：
式中：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)；
将(9)带入(10)，可得气圈底端张力Tr为：
由公式(10)可得，气圈底端张力Tr与显示器显示的结果FZ测呈正相关关系。
(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)钢领钢丝圈质量监测纺纱张力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，在卷绕的过程中，小纱卷绕过程中张力FZ测的变化范围为：7.38-10.36CN；中纱卷绕过程中张力FZ测的变化范围为：7.70-12.56cN；大纱卷绕过程中张力FZ测的变化范围为：7.82-12.87cN。当计算机数码显示结果FZ测小于或大于以上范围时，说明钢领钢丝圈质量存在问题，随即发出警告通知值车工。
实施例2：
纺纱品种：C18.5tex，11917r/min，主电机显示48Hz。小纱阶段张力FZ测如图8、表1所示；中纱阶段张力FZ测如图9、表2所示；大纱阶段张力FZ测如图10、表3所示。
表1 小纱阶段张力FZ测
表2 中纱阶段张力FZ测
表3 大纱阶段张力FZ测

Claims (4)

1.一种钢领钢丝圈质量在线检测方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)当纱线经导纱板时，张力对导纱板施加力，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)根据步骤(1)获得的FZ测、FY测和FY测，计算得到气圈底部张力Tr；
(3)当气圈底部张力波动超过一定范围后，CPU发出钢领、钢丝圈质量报警。
2.如权利要求1所述的钢领钢丝圈质量在线检测方法，其特征是：所述气圈底端张力Tr为：
其中，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；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。
3.如权利要求1所述的钢领钢丝圈质量在线检测方法，其特征是：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。
4.如权利要求1所述的钢领钢丝圈质量在线检测方法，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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