CN114348783A - 一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法，其中，纱线依次通过张力调节组件和导纱组件，并收卷至收卷轴上，直线模组驱动支撑架沿其长度方向来回移动，使纱线螺旋收卷在收卷轴上的卷筒上，确保收卷均匀；张力轮固定在摆杆一端，通过在摆杆的另一端安装配重块，使配重块的重力力矩能够与张力轮的重力力矩相互平衡，通过配重块平衡张力轮自身的重力，使气缸调节张力更精确；纱线从张力轮的导出位置与收卷轴卷筒的中部位置相对应，确保张力值的力矩维持在较小的区间内，使纱线在随导纱辊组往复移动过程中，张力轮不会因纱线张力值变化而出现较大幅度的摆动，能够通过摆杆的摆动实现纱线往复移动过程中张力值的恒定。

Description

一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法

技术领域

本发明涉及纺织设备技术领域，尤其涉及一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法。

背景技术

在复合材料的生产过程中，需要进行纱线的加工再生产，在对碳纤维、玻璃纤维等纱线加工生产时，需要对收卷的原料进行放卷、导纱、展纤、收集后再加工。

在纱线的收卷过程中，需要将纱线均匀缠绕在收卷轴的卷筒上，通常驱动导纱机构沿收卷轴的轴向往复移动，使纱线螺旋往复缠绕于卷筒上。在纱线导出机构沿收卷轴轴向往复运动过程中，纱线的张力值始终在变化，使缠绕于同一卷径区域内的纱线在卷筒轴向上的卷绕压力值不同，造成卷筒上物料卷径大小不同，影响纱线的卷绕质量，在生产中对满卷卷筒放卷时纱线张力值会连续波动变化，影响产品质量。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种往复收卷设备及其恒张力收卷控制方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种往复收卷设备，包括安装架和设置在其上的张力调节组件、导纱组件和收卷轴，在所述安装架的一侧设置有吊架和安装板，所述张力调节组件设置在所述吊架上且位于所述安装板上方，所述导纱组件位于所述张力调节组件下方且配合所述收卷轴均设置在所述安装板上；

所述导纱组件包括直线模组、支撑架和导纱辊组，所述直线模组和所述收卷轴均垂直于所述安装板的安装平面设置，所述导纱辊组设置在所述支撑架上，所述直线模组能够驱动所述支撑架沿其长度方向移动，所述收卷轴通过设置在所述安装板另一侧的动力装置驱动转动。

进一步的，所述张力调节组件包括设置在所述吊架上的气缸和支座，在所述支座上设置有摆杆且与其转动连接，在所述摆杆的两端分别设置有张力轮和配重块，所述气缸的输出轴与所述摆杆设有所述张力轮的一端相连。

进一步的，在所述支座上设置有角度传感器，在所述角度传感器的检测端设置有连接轴，所述连接轴远离所述角度传感器的一端与所述摆杆的中部位置固定连接。

进一步的，所述支撑架设置在所述直线模组靠近所述收卷轴的一侧，所述导纱辊组包括沿竖直方向设置的第一辊组、第二辊组和第三辊组；

所述第一辊组的轴向与所述张力轮的旋转轴心平行设置，所述第三辊组的轴向与所述收卷轴的轴向平行设置。

进一步的，所述第一辊组的轴向与所述第三辊组的轴向垂直设置，所述第二辊组的轴向分别与所述第一辊组轴向和所述第二辊组轴向之间的夹角相同。

进一步的，所述张力轮对应所述收卷轴的中部位置设置在其斜上方。

一种往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，应用于上述往复收卷设备，包括以下步骤：

先调节摆杆与支座的连接位置，再调节配重块在摆杆上的固定位置；

将纱线依次绕设通过张力轮和导纱辊组至收卷轴上的卷筒；

通过模拟卷筒在收卷轴上的收卷过程，建立卷径与张力值的函数模型；

设定支撑架在直线模组上的初始位置，并根据函数模型设定气缸的初始拉力值，启动动力装置驱动收卷轴收卷纱线；

通过传感器监测卷筒上纱线的收卷卷径，并反馈至控制中心，计算平均卷径并代入函数模型得到对应的纱线理论张力值；

根据得到的纱线理论张力值，通过控制中心调节气缸拉力。

进一步的，调节摆杆与支座的连接位置，使纱线从张力轮的导出位置与收卷轴卷筒的中部位置相对应；

调节配重块的力臂，使配重块重力F₆的力矩与张力轮重力F₄的力矩相同；

其中张力轮和配重块相距支座的距离分别为L₄和L₆。

进一步的，在函数模型的建立过程中，首先分别测量收卷轴上空卷卷筒和满卷卷筒在收卷过程中，纱线作用于张力轮上的张力值F_3空卷和F_3满卷；

其次，设定张力-卷径函数模型：

代入卷筒空卷和满卷状态下的张力值，得到系数k和b；

得到函数模型：

在传感器监测卷径过程中，选取一段时间内卷径的平均值作为监测值，并反馈至控制中心。

进一步的，控制中心根据如下公式计算气缸作用于摆杆上的拉力值F₅：

其中，F₃为纱线作用于张力轮上的张力值，L₅为气缸拉力值的力臂，L₃为纱线作用于张力轮上张力值的力臂。

本发明的有益效果为：

在本发明中，纱线依次绕设通过导纱轮、张力轮和导纱辊组，并收卷至收卷轴的卷筒上，通过第二动力装置驱动传动组件进而带动导纱辊组沿第一安装座的长度方向往复移动，使纱线螺旋收卷在收卷轴上的卷筒上，确保收卷均匀；

通过张力组件调节收卷过程中纱线的张力值，张力轮固定在摆杆一端，通过在摆杆的另一端安装配重块，通过配重块平衡张力轮自身的重力，使气缸调节张力更精确；

调节摆杆中第一摆臂上张力轮的安装位置，并设定导纱辊组的初始位置位于张力轮的正下方，使纱线在其上的导出位置对应收卷轴的端部位置，通过设定张力轮以及导纱辊组的初始位置，能够通过张力组件中摆杆的摆动，实现一定收卷过程中，维持气缸拉力值不便，还能够确保纱线张力值维持恒定的技术效果；

纱线从张力轮的导出位置与收卷轴卷筒的中部位置相对应，确保张力值F₃的力矩维持在较小的区间内，使纱线在随导纱辊组往复移动过程中，张力轮不会因纱线张力值变化而出现较大幅度的摆动，能够通过摆杆的摆动实现纱线往复移动过程中张力值的恒定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中往复收卷设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中张力调节组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中导纱组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中往复收卷设备的侧视图；

图5为本发明实施例中导纱辊组移至收卷轴中部处的导纱示意图；

图6为本发明实施例中导纱辊组移至收卷轴端部处的导纱示意图；

图7为图5所示导纱位置处的受力分析示意图；

图8为图6所示导纱位置处的受力分析示意图；

图9为图4所示导纱位置处的受力分析示意图。

附图标记：1、安装架；11、吊架；12、安装板；2、张力调节组件；21、气缸；22、支座；23、摆杆；24、张力轮；25、配重块；26、角度传感器；27、连接轴；3、导纱组件；31、直线模组；32、支撑架；33、导纱辊组；331、第一辊组；332、第二辊组；333、第三辊组；4、收卷轴；5、动力装置。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图4所示的一种往复收卷设备，包括安装架1和设置在其上的张力调节组件2、导纱组件3和收卷轴4，在安装架1的一侧设置有吊架11和安装板12，张力调节组件2设置在吊架11上且位于安装板12上方，导纱组件3位于张力调节组件2下方且配合收卷轴4均设置在安装板12上；

导纱组件3包括直线模组31、支撑架32和导纱辊组33，直线模组31和收卷轴4均垂直于安装板12的安装平面设置，导纱辊组33设置在支撑架32上，直线模组31能够驱动支撑架32沿其长度方向移动，收卷轴4通过设置在安装板12另一侧的动力装置5驱动转动。

在本实施例中，纱线依次绕设通过张力调节组件2和导纱组件3，最终收卷至收卷轴4上；在收卷过程中，动力装置5持续驱动收卷轴4转动，通过直线模组31驱动支撑架32在其上沿其长度方向来回移动，即沿收卷轴4的轴向往复运动，使纱线螺旋收卷在收卷轴4上的卷筒上；通过张力调节组件2调节往复收卷过程中纱线的张力值。

张力调节组件2对应导纱辊组33设置在其上方，进一步的，张力调节组件2包括设置在吊架11上的气缸21和支座22，在支座22上设置有摆杆23且与其转动连接，在摆杆23的两端分别设置有张力轮24和配重块25，气缸21的输出轴与摆杆23设有张力轮24的一端相连。

在具体实施过程中，当张力轮固定在摆杆一端后，通过在摆杆的另一端安装配重块，选择配重块的质量并调节配重块的安装位置，使配重块的重力力矩能够与张力轮的重力力矩相互平衡；使气缸驱动摆杆调节纱线张力值更精确。

如图2所示，在支座22上设置有角度传感器26，在角度传感器26的检测端设置有连接轴27，连接轴27远离角度传感器26的一端与摆杆23的中部位置固定连接。

在收卷过程中，当纱线的张力值发生变化时，张力轮24会随摆杆23摆动，通过连接轴27将摆杆23的摆动方向和角度传递至角度传感器26，再通过角度传感器26反馈至控制中心，通过气缸21输出轴的伸缩，实现对摆杆23的调节，进而完成张力轮24上纱线张力值的调节。

在本实施例中，如图3所示，支撑架32设置在直线模组31靠近收卷轴4的一侧，导纱辊组33包括沿竖直方向设置的第一辊组331、第二辊组332和第三辊组333；第一辊组331的轴向与张力轮24的旋转轴心平行设置，第三辊组333的轴向与收卷轴4的轴向平行设置。

纱线沿竖直方向依次绕设通过第一辊组331、第二辊组332和第三辊组333，且均从每一辊组中相邻的两导向辊之间通过，第一辊组331、第二辊组332和第三辊组333用于纱线导向过程中的逐渐转向，使纱线能够平稳转向并导向收卷轴4进行收卷。

进一步的，第一辊组的轴向与第三辊组的轴向垂直设置，第二辊组的轴向分别与第一辊组轴向和第二辊组轴向之间的夹角相同。通过设置第二辊组使纱线的转向过程更加平稳；张力轮24对应收卷轴4的中部位置设置在其斜上方，第一辊组331的轴向与张力轮24的旋转轴心平行，能够更好的承接从张力轮24导出的纱线；第三辊组333的轴向与收卷轴4的轴向平行，使纱线导向收卷轴4后，在卷筒上的收卷效果更好。

本发明还进一步公开了一种往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，能够适用于上述往复收卷设备，包括以下步骤：

先调节摆杆23与支座22的连接位置，再调节配重块25在摆杆23上的固定位置；

将纱线依次绕设通过张力轮24和导纱辊组33至收卷轴4上的卷筒；

通过模拟卷筒在收卷轴4上的收卷过程，建立卷径与张力值的函数模型；

设定支撑架32在直线模组31上的初始位置，并根据函数模型设定气缸21的初始拉力值，启动动力装置5驱动收卷轴4收卷纱线；

通过传感器监测卷筒上纱线的收卷卷径，并反馈至控制中心，计算平均卷径并代入函数模型得到对应的纱线理论张力值；

根据得到的纱线理论张力值，通过控制中心调节气缸21拉力。

在上述收卷设备的控制过程中，需要对卷筒不同卷径区间内缠绕在其上的纱线张力值进行调节，需要满足纱线的卷绕标准，即卷绕与外圈的纱线张力值需要小于内圈的纱线张力值，同时需要满足同一卷径范围内沿卷筒轴向收卷的纱线张力值恒定。因此本发明中，通过建立函数模型确定不同卷径区段中纱线的收卷张力值，通过张力调节组件2实现同一卷径区段中纱线的恒张力收卷。

作为上述方法的优选实施例，调节摆杆23与支座22的连接位置，使纱线从张力轮24的导出位置与收卷轴4卷筒的中部位置相对应。

结合图7至图9所示，在纱线的半次往复收卷过程中，设定纱线在张力轮两侧的张力值分别为F₁和F₂，纱线作用于张力轮的总张力为F₃，依次参见图8、图7和图9，当纱线随导纱辊组移动过程中，纱线从卷筒端部移至根部时，张力夹角θ在逐渐增大，根据公式F₃＝F₁COSθ+F₂COSθ，可知随夹角θ的逐渐增大，张力值F₃逐渐减小，但是张力值F₃的力臂在逐渐增大；作为本实施例的优选，纱线从张力轮的导出位置与收卷轴卷筒的中部位置相对应，确保张力值F₃的力矩维持在较小的区间内，确保纱线在随导纱辊组往复移动过程中，张力轮不会因纱线张力值变化而出现较大幅度的摆动。

通过上述实施例可知，能够将纱线张力值F₃的力矩维持相对稳定，本发明公开的往复收卷设备中的张力调节组件，能够通过摆杆组件配合纱线在往复移动过程中上下摆动，确保往复收卷时纱线张力力矩在较小范围浮动中，始终确保纱线上的张力值保持不变。即能够通过摆杆的摆动实现纱线往复移动过程中张力值的恒定。

进一步的，作为上述实施例的优选，调节配重块的力臂，使配重块重力F₆的力矩与张力轮重力F₄的力矩相同；其中张力轮和配重块相距支座的距离分别为L₄和L₆。通过配重块平衡张力轮自身的重力，使气缸调节张力更精确。

具体的，在本实施例中，如图7所示的受力示意图，能够得到力矩平衡公式：F₃L₃+F₄L₄＝F₅L₅+F₆L₆；其中，设计张力轮与配重块力矩基本平衡，即F₄L₄≈F₆L₆，则可知F₃L₃＝F₅L₅，能够通过气缸调节纱线作用于张力轮上的张力值，进而调节纱线自身的张力值。

在具体实施过程中，随着收卷卷径的逐渐增大，要求纱线收卷于卷筒上的张力值F₃逐渐减小；在本申请中，通过建立卷径与张力值的函数模型，并根据事实监测得到的卷径值，驱动气缸调节张力值。

进一步的，在函数模型的建立过程中，首先分别测量收卷轴上空卷卷筒和满卷卷筒在收卷过程中，纱线作用于张力轮上的张力值F_3空卷和F_3满卷；

其次，设定张力-卷径函数模型：

代入卷筒空卷和满卷状态下的张力值，得到系数k和b；

得到函数模型：

在传感器监测卷径过程中，选取一段时间内卷径的平均值作为监测值，并反馈至控制中心。

控制中心根据如下公式计算气缸作用于摆杆上的拉力值F₅：

其中，F₃为纱线作用于张力轮上的张力值，L₅为气缸拉力值的力臂，L₃为纱线作用于张力轮上张力值的力臂。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种往复收卷设备，其特征在于，包括：安装架(1)和设置在其上的张力调节组件(2)、导纱组件(3)和收卷轴(4)，在所述安装架(1)的一侧设置有吊架(11)和安装板(12)，所述张力调节组件(2)设置在所述吊架(11)上且位于所述安装板(12)上方，所述导纱组件(3)位于所述张力调节组件(2)下方且配合所述收卷轴(4)均设置在所述安装板(12)上；

所述导纱组件(3)包括直线模组(31)、支撑架(32)和导纱辊组(33)，所述直线模组(31)和所述收卷轴(4)均垂直于所述安装板(12)的安装平面设置，所述导纱辊组(33)设置在所述支撑架(32)上，所述直线模组(31)能够驱动所述支撑架(32)沿其长度方向移动，所述收卷轴(4)通过设置在所述安装板(12)另一侧的动力装置(5)驱动转动。

2.根据权利要求1所述的往复收卷设备，其特征在于，所述张力调节组件(2)包括设置在所述吊架(11)上的气缸(21)和支座(22)，在所述支座(22)上设置有摆杆(23)且与其转动连接，在所述摆杆(23)的两端分别设置有张力轮(24)和配重块(25)，所述气缸(21)的输出轴与所述摆杆(23)设有所述张力轮(24)的一端相连。

3.根据权利要求2所述的往复收卷设备，其特征在于，在所述支座(22)上设置有角度传感器(26)，在所述角度传感器(26)的检测端设置有连接轴(27)，所述连接轴(27)远离所述角度传感器(26)的一端与所述摆杆(23)的中部位置固定连接。

4.根据权利要求1所述的往复收卷设备，其特征在于，所述支撑架(32)设置在所述直线模组(31)靠近所述收卷轴(4)的一侧，所述导纱辊组(33)包括沿竖直方向设置的第一辊组(331)、第二辊组(332)和第三辊组(333)；

所述第一辊组(331)的轴向与所述张力轮(24)的旋转轴心平行设置，所述第三辊组(333)的轴向与所述收卷轴(4)的轴向平行设置。

5.根据权利要求4所述的往复收卷设备，其特征在于，所述第一辊组(331)的轴向与所述第三辊组(333)的轴向垂直设置，所述第二辊组(332)的轴向分别与所述第一辊组(331)轴向和所述第二辊组(332)轴向之间的夹角相同。

6.根据权利要求2所述的往复收卷设备，其特征在于，所述张力轮(24)对应所述收卷轴(4)的中部位置设置在其斜上方。

7.一种往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，应用于上述权利要求1～6任一项所述的往复收卷设备，其特征在于，包括以下步骤：

先调节摆杆(23)与支座(22)的连接位置，再调节配重块(25)在摆杆(23)上的固定位置；

将纱线依次绕设通过张力轮(24)和导纱辊组(33)至收卷轴(4)上的卷筒；

通过模拟卷筒在收卷轴(4)上的收卷过程，建立卷径与张力值的函数模型；

设定支撑架(32)在直线模组(31)上的初始位置，并根据函数模型设定气缸(21)的初始拉力值，启动动力装置(5)驱动收卷轴(4)收卷纱线；

通过传感器监测卷筒上纱线的收卷卷径，并反馈至控制中心，计算平均卷径并代入函数模型得到对应的纱线理论张力值；

根据得到的纱线理论张力值，通过控制中心调节气缸(21)拉力。

8.根据权利要求7所述的往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，其特征在于，调节摆杆与支座的连接位置，使纱线从张力轮的导出位置与收卷轴卷筒的中部位置相对应；

调节配重块的力臂，使配重块重力F₆的力矩与张力轮重力F₄的力矩相同；

其中张力轮和配重块相距支座的距离分别为L₄和L₆。

9.根据权利要求8所述的往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，其特征在于，在函数模型的建立过程中，首先分别测量收卷轴上空卷卷筒和满卷卷筒在收卷过程中，纱线作用于张力轮上的张力值F_3空卷和F_3满卷；

其次，设定张力-卷径函数模型：

代入卷筒空卷和满卷状态下的张力值，得到系数k和b；

得到函数模型：

在传感器监测卷径过程中，选取一段时间内卷径的平均值作为监测值，并反馈至控制中心。

10.根据权利要求9所述的往复收卷设备的恒张力收卷控制方法，其特征在于，控制中心根据如下公式计算气缸作用于摆杆上的拉力值F₅：

其中，F₃为纱线作用于张力轮上的张力值，L₅为气缸拉力值的力臂，L₃为纱线作用于张力轮上张力值的力臂。

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