CN112831893B - 一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，包括如下步骤：1)，利用限位开关确定压辊初始位置；2)，以定转矩方式控制伺服电机驱动压辊从两个滚动轴承之间向进给的毛经纱加载压力；3)，根据伺服电机的编码盘确定转动角度，控制器基于以下信息：转动角度α、压辊半径r、压辊连杆长度l、伺服电机轴O和两个滚动轴承与纱线接触点A和B空间位置坐标(x_a，y_a)和(x_b，y_b)，计算出毛经纱内的真实张力大小；4)，通过比对目标张力和真实张力之间的差距，调整伺服电机转矩输出，记录伺服电机的转动角度，通过实时计算，实现毛经纱张力的连续调节。本发明无需在压辊上安装位移传感器，仅利用伺服电机完成毛经纱张力的连续调节。

Description

一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法

【技术领域】

本发明涉及一种纱线张力调节方法，具体涉及一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，属于纺织机械技术领域。

【背景技术】

毛巾织机的经纱系统分为毛经和地经，起毛动作的核心要求是：1)在拟起毛位置，通过改变织口位置，形成一段经/纬纱不交织的浮纱，随后在改变织口下，按正常工艺织造若干纬，形成临时织段；2)然后通过恢复织口，实现织物起毛，即地经纱被抽出，而毛经纱被保持在临时织段中，同时该织段被推向拟起毛位置。其实现原理为：在地经纱上施加较大张力，使织口恢复的同时，地经纱在线上张力作用下，被从已成形织物中抽出；而毛经纱上施加较小张力，在织口恢复的同时，由于之前几纬的交织摩擦作用，毛经纱无法被抽出，从而保留在织物，形成突起毛圈。

综上所述，毛经纱的张力调节是毛圈高度准确形成的重要影响因素，毛经纱张力过大则会导致毛经从临时织口中被抽回，影响起毛高度；过小则引起张力松弛，造成开口不清，从而影响织造过程的进行。在现有系统中，毛经纱上的张力调节通常是通过有如下两类方案：A、采用带阻尼弹簧的压辊进行纱线张力调节，在弹簧上安装张力传感器进行压力检测，从而实现线上张力检测，根据检测量进行经轴上的毛经释放；类似的，还存在一些有较小差异的方案，如将张力传感器更换成为位置传感器，通过测定压辊位置间接判断纱线张力，从而驱动经轴转动。B、采用伺服器系统代替了传统结构的弹簧，能够有效地改变阻尼弹簧的被动特性，将伺服电机配置在扭矩工作模式，使其驱动压辊作用于毛经纱。这一方案中，由于伺服电机工作于扭矩控制模式，只能调节纱线张力，因此无法反馈压辊的当前位置，因此需要配合压辊位置传感器，才能进行毛经的送经动作。这样设计主要存在两个问题：1)使用带模拟量输出的位移传感器，成本较高；2)在织造过程中，纱线张力受到开口等结构的高频扰动，对于处于小张力状态的毛经影响尤为明显，影响了毛圈高度的可控性，从而明显拉低了毛巾织物的品质。

因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，成本低，可靠性好的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其无需在压辊上安装位移传感器，仅利用伺服电机完成毛经纱张力的连续调节。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其采用一种毛经纱连续张力调节装置，该装置对毛经纱连续张力调节方法包括如下步骤：

1)，利用限位开关确定压辊初始位置；

2)，以定转矩方式控制伺服电机驱动压辊从两个滚动轴承之间向进给的毛经纱加载压力；

3)，根据伺服电机上的编码盘确定转动角度，控制器基于以下信息：转动角度α、压辊半径r、压辊连杆长度l、伺服电机轴O和两个滚动轴承与纱线接触点A和B的空间位置坐标(x_a，y_a)和(x_b，y_b)，计算出毛经纱内的真实张力大小；

4)，通过比对目标张力和真实张力之间的差距，调整伺服电机转矩输出，记录伺服电机的转动角度，通过实时计算，实现毛经纱张力的连续调节。

本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法进一步为：所述毛经纱连续张力调节装置包括伺服电机、限位开关、连杆、压辊、滚动轴承I、滚动轴承II、纱轴以及控制器；其中，所述限位开关设置在伺服电机的一侧；所述连杆一端连接至伺服电机，并由伺服电机驱动而转动；所述连杆的另一端枢接有所述压辊；所述连杆能在伺服电机驱动下抵接至限位开关上；所述滚动轴承I设置在压辊的一侧；所述滚动轴承II设置在压辊的另一侧；所述纱轴上卷绕有毛经纱；所述毛经纱支撑在滚动轴承I和滚动轴承II上，所述压辊压于毛经纱上；所述控制器通过控制总线分别电性连接控制伺服电机、限位开关和纱轴。

本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法进一步为：所述滚动轴承I与伺服电机水平距离0.5米、垂直距离为0.01米：滚动轴承II与伺服电机水平距离0.1米、垂直距离为0.05米；压辊半径0.05米；连杆长度为0.3米。

本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法进一步为：所述步骤1)中，限位开关安装在伺服电机与压辊之间的连杆所经过的路线上，毛经纱进给前，伺服电机反向运动(即将压辊远离毛经纱的方向运动)，当连杆触碰限位开关，限位开关发出的信号输送至控制器，并确定伺服电机和压辊处于初始位置。

本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法进一步为：所述步骤3)的具体计算方法如下：

3-1)，内部编码盘记录伺服电机自初始位置开始转过的角度α；

3-2)，基于电机转角α、压辊连杆长度l和压辊半径r，得到压轴与纱线的接触点D的空间坐标(x_d，y_d)，即在水平和垂直方向上到电机转轴的距离，满足如下关系：

3-3)，压辊对纱线的压力F大小近似为电机转矩M除以接触点到伺服电机轴O的水平距离x_d，即：

F＝M/|x_d|＝M/(lcosα)；

3-4)，纱线在接触点D位置发生转折，两个的张力T₁和T₂和垂直方向的夹角分别记为β和γ，两个张力在垂直方向上的分量T_1y和T_2y的合力与压辊对纱线的压力达到平衡，即：

T_1y+T_2y＝F；

3-5)，张力T₁和T₂大小与其在垂直方向上的分量T_1y和T_2y大小之间的比值通过纱线与滚动轴承I和II的接触点A、B和纱线压辊接触点D的位置关系得到：

3-6)，基于3-4)中所述的力平衡，考虑到张力T₁和T₂大小相等并记为T，即可得到真实张力T和电机转角α、电机转矩M、压辊半径r、压辊连杆长度l，以及滚动轴承I和II与伺服电机的安装位置之间满足的关系：

进而得到毛经纱真实张力T的计算公式：

本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法还可为：所述步骤4)的具体调节过程如下：

4-1)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过大，则增加经纱纱轴放线速率，张力T下降，导致电机正向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同；

4-2)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过小，则减小经纱纱轴放线速率，张力T上升，导致电机反向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法不再需要额外安装用于监测压辊位置的位移传感器，仅利用伺服电机完成毛经纱张力的连续调节，避免了因环境干扰位移传感器导致的张力检测不准确，提高了毛经纱张力控制的可靠性，且使用成本低，性能稳定可控。

【附图说明】

图1是本发明的无位移传感器的毛经纱连续张力调节装置的结构示意图。

图2是本发明中的毛经纱的受力示意图。

图3是本发明的伺服电机的力矩输出M和转角α对毛经纱张力T影响的关系图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1所示，其为本发明的一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节装置，其用于对毛经纱5进行连续张力调节，其由限位开关1、伺服电机2、连杆3、压辊4、滚动轴承I6、滚动轴承II、纱轴8以及控制器10等几部分组成。

其中，所述限位开关1设置在伺服电机1的一侧。

所述连杆3一端连接至伺服电机2，并由伺服电机2驱动而转动；所述连杆3的另一端枢接有所述压辊4。所述连杆3能在伺服电机2驱动下抵接至限位开关1上。

所述滚动轴承I6设置在压辊4的一侧；所述滚动轴承II7设置在压辊4的另一侧。

所述纱轴8上卷绕有毛经纱5。所述毛经纱5从纱轴8上退解后依次支撑在滚动轴承I6和滚动轴承II7上，所述压辊4压于毛经纱5上。

所述控制器10电性连接并控制伺服电机2、限位开关1和纱轴8。具体的说，所述控制器10通过控制总线9分别和伺服电机2、限位开关1、纱轴8连接。

请参阅说明书附图2和附图3所示，采用上述毛经纱连续张力调节装置对毛经纱连续张力调节方法包括如下步骤：

1)，利用限位开关1确定压辊4初始位置；即将限位开关1安装在伺服电机2与压辊4之间的连杆3所经过的路线上，毛经纱5进给前，伺服电机2反向运动(即将压辊4远离毛经纱5的方向运动)，当连杆3触碰限位开关1，限位开关1发出的信号输送至控制器10，并确定伺服电机2和压辊4处于初始位置。

2)，以定转矩方式控制伺服电机2驱动压辊4从两个滚动轴承6、7之间向进给的毛经纱5加载压力。

3)，根据伺服电机2上的编码盘确定转动角度，控制器10基于以下信息：转动角度α、压辊半径r、压辊连杆长度l、伺服电机轴O和两个滚动轴承与纱线接触点A和B的空间位置坐标(x_a，y_a)和(x_b，y_b)，计算出毛经纱5内的真实张力大小。

具体的说，所述毛经纱5真实张力计算过程如下：

3-1)，内部编码盘记录伺服电机2自初始位置开始转过的角度α；

3-2)，基于电机转角α、压辊连杆长度l和压辊半径r，得到压轴与纱线的接触点D的空间坐标(x_d，y_d)，即在水平和垂直方向上到电机转轴的距离，满足如下关系：

3-3)，压辊4对纱线5的压力F大小近似为电机转矩M除以接触点到伺服电机轴O的水平距离x_d，即：

F＝M/|x_d|＝M/(lcosα)；

3-4)，纱线5在接触点D位置发生转折，两个的张力T₁和T₂和垂直方向的夹角分别记为β和γ，两个张力在垂直方向上的分量T_1y和T_2y的合力与压辊4对纱线5的压力达到平衡，即：

T_1y+T_2y＝F；

3-5)，张力T₁和T₂大小与其在垂直方向上的分量T_1y和T_2y大小之间的比值通过纱线5与滚动轴承I6和II7的接触点A、B和纱线5压辊4接触点D的位置关系得到：

3-6)，基于3-4)中所述的力平衡，考虑到张力T₁和T₂大小相等并记为T，即可得到真实张力T和电机转角α、电机转矩M、压辊半径r、压辊连杆长度l，以及滚动轴承I6和II7与伺服电机2的安装位置之间满足的关系：

进而得到毛经纱5真实张力T的计算公式：

4)，通过比对目标张力和真实张力之间的差距，调整伺服电机2转矩输出，记录伺服电机2的转动角度，通过实时计算，实现毛经纱张力的连续调节。

具体的说，该连续调节的具体调节过程如下：

4-1)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过大，则增加经纱纱轴8放线速率，张力T下降，导致电机2正向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同；

4-2)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过小，则减小经纱纱轴8放线速率，张力T上升，导致电机2反向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同。

因此，通过步骤3)得到平衡时的纱线张力T在电机转角α和转矩M两个因素影响下的分布情况，可以作为调节装置结构设计和张力控制的基础。

在本实施方式中，所述滚动轴承I6与伺服电机2水平距离0.5米、垂直距离为0.01米；滚动轴承II7与伺服电机2水平距离0.1米、垂直距离为0.05米；压辊2半径0.05米；连杆3长度为0.3米。此情况下，伺服电机2的力矩输出M和转角α对张力T的影响如图3所示，基于这个关系图即可实现对毛经纱张力的有效调节。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：其采用一种毛经纱连续张力调节装置，该装置对毛经纱连续张力调节方法包括如下步骤：

1)，利用限位开关确定压辊初始位置；

2)，以定转矩方式控制伺服电机驱动压辊从两个滚动轴承之间向进给的毛经纱加载压力；

3)，根据伺服电机上的编码盘确定转动角度，控制器基于以下信息：转动角度α、压辊半径r、压辊连杆长度l、伺服电机轴O和两个滚动轴承与纱线接触点A和B的空间位置坐标(x_a，y_a)和(x_b，y_b)，计算出毛经纱内的真实张力大小；

4)，通过比对目标张力和真实张力之间的差距，调整伺服电机转矩输出，记录伺服电机的转动角度，通过实时计算，实现毛经纱张力的连续调节。

2.如权利要求1所述的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：所述毛经纱连续张力调节装置包括伺服电机、限位开关、连杆、压辊、滚动轴承I、滚动轴承II、纱轴以及控制器；其中，所述限位开关设置在伺服电机的一侧；所述连杆一端连接至伺服电机，并由伺服电机驱动而转动；所述连杆的另一端枢接有所述压辊；所述连杆能在伺服电机驱动下抵接至限位开关上；所述滚动轴承I设置在压辊的一侧；所述滚动轴承II设置在压辊的另一侧；所述纱轴上卷绕有毛经纱；所述毛经纱支撑在滚动轴承I和滚动轴承II上，所述压辊压于毛经纱上；所述控制器通过控制总线分别电性连接控制伺服电机、限位开关和纱轴。

3.如权利要求2所述的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：所述滚动轴承I与伺服电机水平距离0.5米、垂直距离为0.01米：滚动轴承II与伺服电机水平距离0.1米、垂直距离为0.05米；压辊半径0.05米；连杆长度为0.3米。

4.如权利要求1所述的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：所述步骤1)中，限位开关安装在伺服电机与压辊之间的连杆所经过的路线上，毛经纱进给前，伺服电机反向运动，即将压辊远离毛经纱的方向运动，当连杆触碰限位开关，限位开关发出的信号输送至控制器，并确定伺服电机和压辊处于初始位置。

5.如权利要求1所述的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：所述步骤3)的具体计算方法如下：

3-1)，内部编码盘记录伺服电机自初始位置开始转过的角度α；

3-2)，基于电机转角α、压辊连杆长度l和压辊半径r，得到压轴与纱线的接触点D的空间坐标(x_d，y_d)，即在水平和垂直方向上到电机转轴的距离，满足如下关系：

3-3)，压辊对纱线的压力F大小近似为电机转矩M除以接触点到伺服电机轴O的水平距离x_d，即：

F＝M/|x_d|＝M/(lcosα)；

3-4)，纱线在接触点D位置发生转折，两个的张力T₁和T₂和垂直方向的夹角分别记为β和γ，两个张力在垂直方向上的分量T_1y和T_2y的合力与压辊对纱线的压力达到平衡，即：

T_1y+T_2y＝F；

3-5)，张力T₁和T₂大小与其在垂直方向上的分量T_1y和T_2y大小之间的比值通过纱线与滚动轴承I和II的接触点A、B和纱线压辊接触点D的位置关系得到：

3-6)，基于3-4)中两个张力T₁和T₂在垂直方向上的分量T_1y和T_2y的合力与压辊对纱线的压力达到平衡，考虑到张力T₁和T₂大小相等并记为T，即可得到真实张力T和电机转角α、电机转矩M、压辊半径r、压辊连杆长度l，以及滚动轴承I和II与伺服电机的安装位置之间满足的关系：

进而得到毛经纱真实张力T的计算公式：

6.如权利要求1所述的无位移传感器的毛经纱连续张力调节方法，其特征在于：所述步骤4)的具体调节过程如下：

4-1)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过大，则增加经纱纱轴放线速率，张力T下降，导致电机正向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同；

4-2)，对比目标张力T_o和步骤3)中得到的真实张力T，若真实张力T过小，则减小经纱纱轴放线速率，张力T上升，导致电机反向转动，得到新的电机转角数据，直到真实张力和目标张力相同。

Images