CN113106607A - 一种多层片纱张力气动控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多层片纱张力气动控制系统与方法，包括气源、油雾分离器、气动快速张力调节单元和张力控制单元，气动快速张力调节单元采用双减压阀组合、梭阀、电磁阀、快排阀等气动元件协调配合实现张力调节，张力控制单元根据织机运行状态由控制器分析、计算出调节张力，通过总线通讯控制模拟量输入输出模块向所述电气比例阀输出调节气压值或电磁阀动作实现张力控制，实时采集所述电气比例阀当前气压，实现多层片纱张力闭环、气动控制，可以灵活、准确控制多层片纱张力，满足大尺寸、高厚度立体织物成型，消除了传统机械控制纱线张力时难以在线调节的弊端，其控制结构简单、可扩充、且可靠性高、经济实用。

Description

一种多层片纱张力气动控制系统与方法

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种多层片纱张力气动控制系统与方法。

背景技术

随着工程技术和材料科学的发展，大尺寸、高厚度等多层立体织物逐渐在航天航空、化工、汽车、医疗以及其他高新技术领域得到应用。立体织物的织造多以高强度、高模量和耐摩性差的高性能纤维为主，片纱张力对织造效率与产品质量均有影响；随着织物层数增多、厚度增加，开口过程对经纱张力干扰增加，使得不同层的片纱张力难以均匀控制。

专利CN102587010A公开了一种碳纤维多层角联织机片纱张力调节装置，在机架上安装上部、下部张力调节支架，分别在上部、下部张力调节支架上安装送经辊和摆动张紧辊。通过弹簧压紧摆臂带动摆臂支撑轴上的摆动张紧辊压紧纱线，张力大小可通过配重支撑杆和附加配重进行调节。该装置采用纯机械结构调节张力，存在张力响应不及时、控制精度低、可调节性差、无反馈等缺陷。

专利CN106854792A公开了一种基于立体织机织物组织对经纱张力进行补偿的装置及方法，对每一个经轴设置一个张力辊，通过电动缸及伺服电机控制张力辊上下运动对综框上下移动造成的经纱伸长或收缩进行同步补偿，减少张力波动。该装置用于大尺寸、高厚度的多层立体织物时，将需要数十个或更多的电动缸和电机，存在安装空间大、成本高、控制系统复杂等缺陷。

因此，使用传统的片纱张力控制方法已不适用于多层立体织物大尺寸、高厚度的织造需求。

发明内容

本发明提供一种适用于高性能纤维织造的大尺寸、高厚度立体织物，能满足张力响应及时、控制精度高、在线可调可控可视、安装空间小、经济成本低等要求的片纱张力控制系统及方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多层片纱张力气动控制系统，包括气源、油雾分离器、气缸、刹车带、盘头、气动快速张力调节单元和张力控制单元，气源与油雾分离器相连，油雾分离器和张力控制单元均与气动快速张力调节单元连接，气动快速张力调节单元与至少一个气缸连接，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接；

所述张力控制单元用于根据织机运行的不同状态确定张力值并输出张力调节信号；

所述气动快速张力调节单元用于接收张力控制单元输出的张力调节信号并利用油雾分离器输出的气压对片纱张力进行快速调节和控制。

所述气动快速张力调节单元包括双减压阀组合、梭阀、电磁阀、快排阀及三通接头；

油雾分离器出气口分别与双减压阀组合的进气口和电磁阀的压力进气口相连，双减压阀组合的两个出气口分别与梭阀的两个进气口相连，梭阀的出气口与电磁阀的一个出气口相连，电磁阀的另一个出气口与快排阀的进气口连接，快排阀的一个出气口与大气相通，快排阀的另一个出气口通过三通接头和至少一个气缸连接，气缸与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

所述张力控制单元包括电源模块、控制器、现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块；

所述电源模块为整个系统提供电源，控制器通过总线与现场总线通讯模块相连，现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块相连，现场总线通讯模块与气动快速张力调节单元的电磁阀连接。

所述张力控制单元中控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出调节信号，通过现场总线通讯模块控制模拟量输入输出模块和气动快速张力调节单元，调节片纱张力。

进一步的，所述双减压阀组合由电气比例阀和手动减压阀组成，电气比例阀与张力控制单元中的模拟量输入输出模块相连，接收张力控制单元输出的调节压力值，并反馈当前调节的压力值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)消除了传统机械控制纱线张力时难以在线调节的弊端；

(2)实现了片纱张力在线可调、可控、可视，且控制结构简单、成本低、节省安装空间；

(3)双减压阀组合模式实现断电或其他紧急状态下，片纱保持张力，增加了张力控制的稳定性；

(4)总线通讯方式，使气动快速张力调节单元可扩充，适用于多层大尺寸、高厚度立体织物的编织，满足立体织物多样性的发展需求；

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明的一种多层片纱张力气动控制系统原理示意图。

图2为本发明的一种多层片纱张力气动控制系统中一个气动快速张力调节单元控制多个气缸示意图。

图3为本发明的一种多层片纱张力气动控制系统控制结构图。

具体实施方式

一种多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，包括气源、油雾分离器、气缸、刹车带、盘头、气动快速张力调节单元和张力控制单元，气源与油雾分离器相连，油雾分离器和张力控制单元均与气动快速张力调节单元连接，气动快速张力调节单元与至少一个气缸连接，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接；

所述张力控制单元用于根据织机运行的不同状态确定张力值并输出张力调节信号；

所述气动快速张力调节单元用于接收张力控制单元输出的张力调节信号并利用油雾分离器输出的气压对片纱张力进行快速调节和控制。

所述气动快速张力调节单元包括双减压阀组合、梭阀、电磁阀、快排阀及三通接头；

油雾分离器出气口分别与双减压阀组合的进气口和电磁阀的压力进气口相连，双减压阀组合的两个出气口分别与梭阀的两个进气口相连，梭阀的出气口与电磁阀的一个出气口相连，电磁阀的另一个出气口与快排阀的进气口连接，快排阀的一个出气口与大气相通，快排阀的另一个出气口通过三通接头和至少一个气缸连接，气缸与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

所述张力控制单元包括电源模块、控制器、现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块；

所述电源模块为整个系统提供电源，控制器通过总线与现场总线通讯模块相连，现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块相连，现场总线通讯模块与气动快速张力调节单元的电磁阀连接。

所述张力控制单元中控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出调节信号，通过现场总线通讯模块控制模拟量输入输出模块和气动快速张力调节单元，调节片纱张力。

所述双减压阀组合由电气比例阀和手动减压阀组成，电气比例阀与张力控制单元中的模拟量输入输出模块相连，接收张力控制单元输出的调节压力值，并反馈当前调节的压力值。

进一步的，所述电磁阀为两位五通的单电控电磁阀。

进一步的，所述快排阀为带排气节流的快排阀。

进一步的，所述油雾分离器的出气口同时连接多个气动快速张力调节单元，每一个气动快速张力调节单元均至少连接一个气缸，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

进一步的，所述气动快速张力调节单元还包括压力表，压力表与三通接头相连。

进一步的，所述控制器为可编程控制器，通过总线通讯方式控制、调节张力。

一种多层片纱张力气动控制方法，包括如下步骤：

步骤1、设定手动减压阀初始气压，作为片纱初始张力；

步骤2、控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出张力调节信号；

步骤3、判断张力调节信号请求输出的是否为最大张力：

当张力调节信号请求输出最大张力时，控制器通过现场总线通讯模块直接控制电磁阀通电工作，气源经过油雾分离器后直接输入电磁阀的压力进气口，并通过快排阀和三通接头直接输出至气缸，用于所述片纱张力控制；

当张力调节信号请求输出非最大张力时，控制器控制电磁阀断电，并经过模拟量输入输出模块向电气比例阀输出调节压力值，当调节张力值大于当前张力值，则气源通过所述电气比例阀供气，当调节张力值小于当前张力值，则气源停止供气，同时快排阀快速排气，当气压达到梭阀出气口的气压时自动停止排气，从而实现片纱张力快速调节；

步骤4、电气比例阀通过模拟量输入输出模块向所述控制器反馈当前调节的压力值，控制器确定并输出显示当前片纱张力大小；当系统断电或电气比例阀故障时，利用手动减压阀手动调节气压，保证片纱张力，结合压力表满足片纱张力调节与控制。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例是本发明的解释而本发明不局限于以下实施例。

结合图1和图2，。一种多层片纱张力气动控制系统包括气源、油雾分离器、气缸、刹车带、盘头、气动快速张力调节单元和张力控制单元，气源与油雾分离器相连，油雾分离器和张力控制单元均与气动快速张力调节单元连接，气动快速张力调节单元与至少一个气缸连接，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接；张力控制单元用于根据织机运行的不同状态确定张力值并输出张力调节信号。

气动快速张力调节单元用于接收张力控制单元输出的张力调节信号并利用油雾分离器输出的气压对片纱张力进行快速调节和控制。

气动快速张力调节单元包括双减压阀组合、梭阀、两位五通的单电控电磁阀、带排气节流的快排阀及三通接头；

油雾分离器出气口分别与双减压阀组合的进气口和电磁阀的压力进气口相连，双减压阀组合的两个出气口分别与梭阀的两个进气口相连，梭阀的出气口与电磁阀的一个出气口相连，电磁阀的另一个出气口与快排阀的进气口连接，快排阀的一个出气口与大气相通，快排阀的另一个出气口通过三通接头和至少一个气缸连接，气缸与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

张力控制单元包括电源模块、控制器、现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块；电源模块为整个系统提供电源，控制器通过总线与现场总线通讯模块相连，现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块相连，现场总线通讯模块与气动快速张力调节单元的电磁阀连接。

张力控制单元中控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出调节信号，通过现场总线通讯模块控制模拟量输入输出模块和气动快速张力调节单元，调节片纱张力。

双减压阀组合由电气比例阀和手动减压阀组成，电气比例阀与张力控制单元中的模拟量输入输出模块相连，接收张力控制单元输出的调节压力值，并反馈当前调节的压力值。

例如，控制器选用倍福可编程控制器CX2040，现场总线通讯模块选用SMC EX600-SEC1、模拟量输入输出模块选用SMC EX600-AMB、电气比例阀电气比例阀选用SMC ITV2030-042BL、手动减压阀选用SMC AR30-02H、电磁阀选用SMC SY5100-5U1、带排气节流的快排阀选用SMC ASV310F-02-08S、梭阀选用SMC VR1220F-08，通过EtherCAT总线通讯，实现电磁阀动作、多层片纱张力总线气动控制。

油雾分离器的出气口同时连接多个气动快速张力调节单元，每一个气动快速张力调节单元均至少连接一个气缸，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接，所述气动快速张力调节单元还包括压力表，压力表与三通接头相连。

一种多层片纱张力气动控制方法，包括如下步骤：

步骤1、设定每层手动减压阀初始气压，作为每层片纱初始张力；

步骤2、控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出张力调节信号；

步骤3、判断张力调节信号请求输出的是否为最大张力：

当织机打纬时，张力调节信号请求输出最大张力，控制器通过现场总线通讯模块直接控制电磁阀通电工作，气源经过油雾分离器后直接输入电磁阀的压力进气口，并通过快排阀和三通接头直接输出至气缸，用于所述片纱张力控制；

当张力调节信号请求输出非最大张力时，控制器控制电磁阀断电，并经过模拟量输入输出模块向电气比例阀输出调节压力值，结合片纱层数，例如80层片纱，每层片纱有300根，当织机开口时，需控制电气比例阀输出0.15MPa；当织机牵引时，需控制电气比例阀输出0.1MPa；当调节张力值大于当前张力值，如从0.1MPa调节至0.15MPa时，则气源通过所述电气比例阀供气，当调节张力值小于当前张力值，如从0.15MPa调节至0.1MPa时，则气源停止供气，同时快排阀快速排气，当气压达到梭阀出气口的气压时自动停止排气，从而实现片纱张力快速调节；

步骤4、电气比例阀的模拟量输出端子通过模拟量输入输出模块向所述控制器反馈当前调节的压力值，控制器确定并输出显示当前片纱张力大小；当系统断电或电气比例阀故障时，利用手动减压阀手动调节气压，保证片纱张力，结合压力表满足片纱张力调节与控制。

本发明的多层片纱张力控制系统与方法，克服传统纯机械结构张力控制精度低、响应慢、可调节性差、无反馈等问题，消除电动机构控制带来的安装空间大、成本高、系统复杂等缺陷，适用于高性能纤维织造的大尺寸、高厚度立体织物，张力控制响应及时、控制精度高、在线可调可控可视、结构简单、安装空间小、经济成本低。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，包括气源、油雾分离器、气缸、刹车带、盘头、气动快速张力调节单元和张力控制单元，气源与油雾分离器相连，油雾分离器和张力控制单元均与气动快速张力调节单元连接，气动快速张力调节单元与至少一个气缸连接，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接；

所述张力控制单元用于根据织机运行的不同状态确定张力值并输出张力调节信号；

所述气动快速张力调节单元用于接收张力控制单元输出的张力调节信号并利用油雾分离器输出的气压对片纱张力进行快速调节和控制。

2.根据权利要求1所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述气动快速张力调节单元包括双减压阀组合、梭阀、电磁阀、快排阀及三通接头；

油雾分离器出气口分别与双减压阀组合的进气口和电磁阀的压力进气口相连，双减压阀组合的两个出气口分别与梭阀的两个进气口相连，梭阀的出气口与电磁阀的一个出气口相连，电磁阀的另一个出气口与快排阀的进气口连接，快排阀的一个出气口与大气相通，快排阀的另一个出气口通过三通接头和至少一个气缸连接，气缸与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

3.根据权利要求2所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述张力控制单元包括电源模块、控制器、现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块；

所述电源模块为整个系统提供电源，控制器通过总线与现场总线通讯模块相连，现场总线通讯模块和模拟量输入输出模块相连，现场总线通讯模块与气动快速张力调节单元的电磁阀连接。

4.根据权利要求3所述多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述张力控制单元中控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出调节信号，通过现场总线通讯模块控制模拟量输入输出模块和气动快速张力调节单元，调节片纱张力。

5.根据权利要求3所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述双减压阀组合由电气比例阀和手动减压阀组成，电气比例阀与张力控制单元中的模拟量输入输出模块相连，接收张力控制单元输出的调节压力值，并反馈当前调节的压力值。

6.根据权利要求2所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述电磁阀为两位五通的单电控电磁阀。

7.根据权利要求2所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述快排阀为带排气节流的快排阀。

8.根据权利要求1所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述油雾分离器的出气口同时连接多个气动快速张力调节单元，每一个气动快速张力调节单元均至少连接一个气缸，每一个气缸均与刹车带连接，刹车带与盘头连接。

9.根据权利要求2所述的多层片纱张力气动控制系统，其特征在于，所述气动快速张力调节单元还包括压力表，压力表与三通接头相连。

10.一种多层片纱张力气动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、设定手动减压阀初始气压，作为片纱初始张力；

步骤2、控制器根据织机运行的不同状态，确定相应的调节张力值并输出张力调节信号；

步骤3、判断张力调节信号请求输出的是否为最大张力：

当张力调节信号请求输出最大张力时，控制器通过现场总线通讯模块直接控制电磁阀通电工作，气源经过油雾分离器后直接输入电磁阀的压力进气口，并通过快排阀和三通接头直接输出至气缸，用于所述片纱张力控制；

当张力调节信号请求输出非最大张力时，控制器控制电磁阀断电，并经过模拟量输入输出模块向电气比例阀输出调节压力值，当调节张力值大于当前张力值，则气源通过所述电气比例阀供气，当调节张力值小于当前张力值，则气源停止供气，同时快排阀快速排气，当气压达到梭阀出气口的气压时自动停止排气，从而实现片纱张力快速调节；

步骤4、电气比例阀通过模拟量输入输出模块向所述控制器反馈当前调节的压力值，控制器确定并输出显示当前片纱张力大小；当系统断电或电气比例阀故障时，利用手动减压阀手动调节气压，保证片纱张力，结合压力表满足片纱张力调节与控制。

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