CN1526864A - 针梳机上使用的机电式自调匀整测控系统 - Google Patents

Abstract

针梳机上使用的机电式自调匀整测控系统解决纺出速度60m/min～400m/min和不均匀片段较小时使纺出不匀率≤0.1％的问题，主要技术特征是在导条机构后安装其槽内有滑块的两立柱，测量罗拉安装在滑块和立柱上，不均匀重量通过机械机构和传感器放大输出，三相异步机既带动积极传动的测量上、下罗拉，又同步进电机通过差动机构带动前罗拉，步进电机转速同延迟的不均匀重量乘喂入速度成正比。有监测显示，匀整点调整，长时工作。

Description

针梳机上使用的机电式自调匀整测控系统

本发明涉及一种针梳机上使用的机电式自调匀整测控系统。

为了使针梳机纺出毛条的单位长度重量保持一定，在针梳机上安装了自调匀整装置，自调匀整装置按结构可分为纯机械式和综合式两类。近年来，随着电机控制技术的发展，出现用两台伺服控制电机改善针梳机自调匀整作用的控制系统等。由于负载特性和电机机械特性对快速性的限制，当不匀片段长度较小时不能或不能全部发挥自调匀整作用，且成本偏高，电机高精度同步调速困难。

本发明的目的是解决在纺出毛条速度60m/min～400m/min的范围内和不均匀片段长度较小的情况下通过自调匀整使纺出毛条不匀率≤0.1％的问题，压缩制条工艺。既适用于成套安装，也适用于配套和针梳机的技术改造。

本发明的目的是这样实现的，在针梳机的导条机构后毛道两侧安装两立柱，立柱上部槽内安装沿导轨运动的滑动，测量上罗拉安装在对称的两滑块上，测量下罗拉安装在立柱下部，重力法码作用在滑块上。滑块下部对称安装可自由转动的两个测量块，两测量块通过机械位移放大机构作用在电阻位移传感器的滑动触头上，滑块上部安装的测量块通过同步匀张力控制机构带动测量上、下罗拉同步转动。导条机构把K根毛条喂入测量罗拉，压实后不匀重量的代数和ΔG_∑同电阻传感器电阻的改变量ΔR成正比。三相异步电机通过机械传动机构既带动测量罗拉，又带动后罗拉、梳箱和齿轮差动机构的一输入轴；差动机构的另一输入轴由步进电机带动，转速同延迟的K根毛条不匀重量的代数和ΔG_∑乘以喂入速度V₁成正比；差动机构输出带动前罗拉，根据纺出毛条同喂入毛条的速度比调整匀整点。当ΔG_Z大于测量机构的一个分辩力时，该自调匀整测控系统发挥作用。

附图1-附图4是本发明的实施例。附图1(a)是同步匀张力控制机构的原理图，附图1(b)是自调匀整测控系统的机械机构工作原理，附图1(c)是机械线性放大机构和电阻传感器原理图。参看附图1(b)、(c)，在针梳机导条机构后的毛道两侧安装两立柱(2)、(3)，测量下罗拉(9)通过轴O₄安装在两立柱(2)、(3)之间。对称的两个滑块(20)分别沿立柱上部分槽内导轨在y方向运动，法码(19)作用在滑块(20)上，测量上罗拉(4)通过轴O₁₃安装在两滑块(20)上，滑块(20)外侧下部对称安装绕轴O₁₅和O₁₄转动的两测量块(7)、(8)，测量块(7)、(8)的孔轴线O₃和O′₃分别同轴O₁₅、O₁₄垂直相交。机械位移放大机构由一组对称安装的杠杆(21)、(23)、角链(22)、滑块(26)、导轨(25)和测量块(24)组成，装配关系是两套杠杆(21)、(23)左视图(图1(c))成90°安装在角链(22)上，一套对称杠杆(21)分别安装在立柱上的下测量块(7)、(8)的孔内，间隙配合；另一套杠杆(23)安装在连接电阻位移传感器S的测量块(24)孔内，间隙配合，该测量块(24)绕轴线O₁₂安装在水平滑块(26)上，滑块(26)沿水平导轨(25)在x方向运动带动电阻位移传感器S的滑动触头。测量块(24)孔轴线同轴线O₁₂垂直相交。角链(22)轴线距O₁₅为L₁，距O₁₂为L₂，设滑块(20)在y方向上移动距离Δh，则滑块(26)在x方向上移动距离 $\mathrm{\Δx}=\frac{L_2}{L_1}\mathrm{\Δ}{h}_o$ 带动电阻位移传感器S的滑动触头，设滑动头同电阻条夹角为α，电阻条长度为L₀，阻值为R₀，则电阻改变量

$\mathrm{\ΔR}=\frac{R_0}{L_0}\mathrm{\ΔX}\·\frac{1}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{L_2{R}_0}{L_1{L}_0\sin \mathrm{\α}}\mathrm{\Δh}---\left(1\right)$

三相异步电机通过皮带带动轴O₇转动，转速为n₀，经齿轮Z₅、变速机构(11)、齿轮Z₂、Z₄组成的传动链带动轴O₄转动，则测量下罗拉(9)的转速n₀₄＝i₇₄n₀，其中i₇₄＝const。参看图1(a)，同步匀张力控制机构由同步皮带(6)、齿轮Z₁、Z₃、固定张力轮(30)、(32)、(33)、(34)、动张力轮(31)、两个杆杠(27)、(29)、角链(28)、导轨(37)、滑块(36)和测量块(35)组成。两杠杆(27)、(29)左视图成90°安装在角链(28)上，一杠杆(27)安装在立柱上的测量块(1)孔内，间隙配合；另一杠杆(29)安装在连接水平推动张力轮(31)的测量块(35)孔内，间隙配合，该测量块(35)安装在水平滑块(36)上沿水平导轨(37)把立柱上滑块(20)的位移旋转90°后在水平方向上调整同步皮带(6)在毛条不匀重量变化时同步皮带(6)的长度不变。测量块(35)孔线同轴O₁₁垂直相交，角链(28)轴线在左视图平面上距轴O₁₃、O₁₁的距离相等。当滑块(20)在y方向上移动Δh时，同步皮带在y方向需加长2Δh，而在x方向减少2Δh。取Z₂＝Z₄，取Z₁＝Z₃，测量上、下罗拉(4)、(9)直径均为φD，通过齿轮Z₁、Z₃和同步皮带(6)传动，测量上罗拉(4)转速n₀₂＝n₀₄，达到同步匀张力控制目的。设轴O₇到轴O₄的转速比为i₀，则喂入毛条线速度

                  V₁＝πDi₀n₀m/min                (2)

设单根毛条单位长度重量为(G₀+ΔG_i)，i＝1，2，……，K，则K根毛条单位长度重量为 ${\mathrm{KG}}_0+\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{G}_i={\mathrm{KG}}_0+{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}},$ ΔG_∑即为K根毛条不匀重量的代数和。设纺出毛条单位长度重量为G₂，纺出速度为V₂，得

                   V₁(KG₀+ΔG_∑)＝V₂G₂

当G₂＝G₀，即达到理想匀整目的，有

$V_2=V_1(K+\frac{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0})(m/\min )---\left(3\right)$

当K根毛条在测量罗拉之间被压实时，ΔG_∑＝KΔh，代入(1)式，得

$\mathrm{\ΔR}=\frac{L_2{R}_0}{L_1{L}_{0}K\sin \mathrm{\α}}\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}---\left(4\right)$

参看图1(b)，轴O₇经齿轮Z₅、Z₆、变速箱(14)、齿轮Z₇、Z₈、变速箱(15)带动齿轮差动机构(16)的输入轴O₁₆，设变速箱(14)为机械有级调速，速比为牵伸倍数K，调牵伸倍数时压动行程开关ST₁、ST₂，用

(ST₂ST₁)₂表示K值，变速箱(15)为固定速比

则轴O₁₆的转速 $n_{16}=i_{0}K\frac{5}{4}{n}_0,$ 其中i₀为其余齿轮转速比。步进电机带动差动机构轴O₁₇，设 $n_{17}=\frac{5}{C_0}{V}_1\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ}{G}_0}$ 转/分，差动机构输出轴O₈的转速 $n_8=\frac{4}{5}{n}_{16}+\frac{1}{5}{n}_{17},$ 则

$n_8={\mathrm{Ki}}_0{n}_0+V_1\frac{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}\·\frac{1}{C_0}---\left(5\right)$

设前罗拉直径为φD，C₀＝πD，得

$V_2=\mathrm{\πD}{n}_8=\mathrm{K\πD}{i}_0{n}_0+V_1\frac{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}=V_1(K+\frac{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0})---\left(6\right)$

式(6)同理想匀整式(3)一致。

轴O₇经变速机构(13)传动至后罗拉和梳箱(18)，也可不安装后罗拉。多孔盘(5)外圆周上等间隔打孔，孔间距同喂入毛条5-10mm等间距对应，光敏器件输出端A；内圆周上打一个孔，光敏器件输出端B。多孔盘(10)圆周上等间隔打孔，同测量下罗拉(9)的转速比为i₄₆，光敏器件输出端C。单孔盘(17)同前罗拉同轴安装，光敏器件输出端D。

附图2包括用电位器W₁、W₂、W₃、W₄组成的零点和灵敏度调整电路，用AD574A、8031(1)系统、行程开关ST₁、ST₂等组成的A/D转换、牵伸倍数K输入及参数计算，用AD7542、外加数据存储器的8031(2)系统、LED显示、按钮K₀、K₁、K₂、K₃、K₄等组成的D/A转换、记忆延迟、匀整点调整、牵伸比计算及LED显示，8031(1)和8031(2)系统用多孔盘A端输出通过

同步。设喂入毛条采样间距为5mm，K＝4，V₂＝200m/min，则A端信号频率f₀的估算值为 周期T₀＝1.5ms。参看图2，ΔG_∑＝0时，调电位器W₁、W₂，使 $R_{W1}=R_{W2}=\frac{R_0}{2},V=5V.$ 喂入毛条单位长度重量改变±25％时，即对应电阻位移传感器的上限位点S_H和下限位点S_L，并压合限位开关ST_H或ST_L，对应V₀输出7.5V和2.5V， $\left|R_H\right|=\left|{\mathrm{\ΔR}}_L\right|={\left|\mathrm{\ΔR}\right|}_{\max }=\frac{R_0}{2},$ ΔR_H、ΔR_L为电阻位移传感器的电阻改变量。ST₁、ST₂为行程开关，用(ST₂ST₁)₂表示K，通过8031(1)P₁口在开关Q(附图(4))合上后即读入。8031(1)响应 中断后，作以下运算：

74LS377(1)的口地址为ODFFFH，执行

MOV    A，#DATR

MOV    DPTR，#ODFFFH

MOVX   @DPTR，A；启动AD574A

检测P_1.0，AD574A转换结束后，读数。74LS373(1)的口地址为OE7FFH，执行

MOV    DPTR，#OE7FFH

MOVX   A，@DPTR

P_2.4＝0，P_2.3＝0， RD有效，通过或门加到74LS373(1)的 E端，即 E＝0，G＝1，三态门畅通，锁存的数据读入累加器A中。通过AD574A 10V_IN输入的电压 $V_0=5+\frac{10}{2R_0}\mathrm{\ΔR},$ 代入式(4)的ΔR，得 $V_0=5+\frac{5L_2}{L_1{L}_{0}K\sin \mathrm{\α}}\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}},$ 则

$\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}=(V_0-5)\frac{L_1{L}_{0}K\sin \mathrm{\α}}{5L_2}---\left(7\right)$

式(7)中，标定 $\frac{L_1{L}_{0}K\sin \mathrm{\α}}{5L_2}=1,$ 则ΔG_∑＝V₀-5。记|ΔG_∑|的最大值为|ΔG_∑|_max，且 $\frac{{\left|\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}\right|}_{\max }}{K{G}_0}=25\%,$ 所以 $G_0=\frac{4}{K}|{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}|}_{\max }.$ 又因为|ΔG_∑|_max同|ΔR|_max对应，所以|ΔG_∑|_max＝2.5，即 $G_0=\frac{4}{K}\×2.5=\frac{10}{K},$ 这样，通过P₁口读入的K值，可计算出 和

74LS377(2)的口地址为7FFFH，执行

MOV  DPTR，#7FFFH

MOV  A，#

MOVX  @DPTR，A

把

写入74LS377(2)中，送至下一级74LS373(2)的输入端，同样送

在8031(2)系统中， 有效，响应中断后，P_1.7＝0，使74LS373(2)的G＝1，P_1.6＝0，通过或门关8031(1)、8031(2)的中断。74LS373(2)的口地址为OBFFFH，执行

MOV   DPTR，#OBFFFH

MOVX  A，@DPTR

把 或 读入累加器A中。因为从测量罗拉到第二块和第三块针板之间的距离确定，设为L_n(mm)，取 $N_0=\frac{L_n}{5}.$ 数据存储器6116的地址为7000H～78FFH。 取12位数据，用两个8位字节。按按钮K₀、K₁、K₂、K₃、K₄时，调整二进值(K₄K₃K₂K₁K₀)₂的值，使匀整点在第二块和第三块针板之间。从8031(2)P₁口读(K₄K₃K₂K₁K₀)₂，作N₀+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂。把〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)〕H、〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)-1〕H按高低位输出至AD7542并进行D/A转换，从O₃端输出 再依次把〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)-2〕H和〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)-3〕H送至〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)〕H和〔7001+2(N+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂)-1〕H，……，7000H和7001H送至7002H和7003H，从74LS373(2)中读的数据送至7000H和7001H，用MOVX@R_i指令访问外部RAM，把

按一秒间隔送LEDI显示，P_1.6＝1，中断返回。

附图3是步进电机信号取样、处理及驱动电路。把同测量下罗拉轴连接的多孔盘(10)C端输出信号经施密触发器整形送至8031(3)

端，设多孔盘(10)有M个光孔，转速是测量下罗拉转速的N倍，则_端方波频率 $f_{01}=\frac{V_1\mathrm{MN}}{60\mathrm{\πD}}.$ 设对应三相异步电机额定转速的_端信号频率为f_01N，8031(3)响应中断后，在P_1.0口输出低电平，延时 ${\mathrm{\τ}}_0=\frac{1}{2f_{01N}}$ 秒后变为高电平。CD4052提供标准电平信号，T₄、T₅和T₆组成超低频滤波器，输出平均电压V₀₄，T₇、T₈组成调零、放大。CD4052输出精确低电平0V、高电平5V信号，则

$V_{04}=5(1-\frac{f_{01}}{2f_{01N}})=5(1-\frac{V_1\mathrm{MN}}{2\×60\mathrm{\πD}{f}_{01N}})\left(V\right)---\left(8\right)$

调整调零、放大，使放大输出同喂入速度V₁成正比的电压V₀₅，即

               V₀₅＝10×5V₁·C₂           (9)

同AD7542输出

相乘，乘法器输出 $V_{06}=\frac{1}{10}{V}_{05}\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}{C}_2=5V_1\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}{C}_2.$

V/F输出频率f_S＝SV₀₆，其中S为转换系数，则 $f_S=5S{V}_1\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}\×C_2---\left(10\right)$

经环型脉冲分配器、功率放大，带动步进电机，转速

$n=\frac{60f_S}{Z_{r}N}=5V_1\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}\·S\frac{60}{Z_{r}N}{C}_2=5V_1\frac{{\mathrm{\ΔG}}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}\·\frac{1}{C_0}---\left(11\right)$

式(11)中， $S\frac{60}{Z_{r}N}{C}_2=\frac{1}{C_0},$ 则 $n=5V_1\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{\Σ}}}{G_0}\·\frac{1}{C_0},$ 同式(6)一致，达到完全匀整目的。

附图附4是纺出毛条同喂入毛条速度比的测量环节和电机控制电气原理图。参看附图4，多孔盘(5)每转一周，内圆周孔位置在B端输出一个低电平信号，并用施密特触发器整形。用D触发器和8031(4)最小应用系统组成测量下罗拉转速周期测量系统，并同D₂、D₃和8031(4)组成的前罗拉转速双周期测量系统联锁，从P₁口输入二进制信号(ST₂ST₁)₂，设测量罗拉、前罗拉直径均为φD，计算出 $\frac{V_2}{V_1}=\frac{T_1}{T_2}$ 后，通过LED显示系统II输出。当机电式自调匀整测控系统工作在最佳状态时，LEDI显示系统显示的 和LEDII显示的

值相等，当误差较大时，用(K₄K₃K₂K₁K₀)₂调整匀整点，使系统工作在最佳状态。调整匀整点时，按下ST₃，8031(4)经P_1.7确认进行计数状态，计数至N₀+(K₄K₃K₂K₁K₀)₂时，经P_1.5口输出操作指导信号，以供操作人员调试。再参看附图4，合上开关Q后，直流电源得电，测控系统中各单片机复位并进入工作状态。电机为多点控制，同步起停，其中KM₃控制调整卷绕速度的控制电机M₃，卷绕机构由三相异步电机和M₃共同驱动，图中未画出。

该发明实施例牵伸比K＝4，纺出毛条速度V₂＝180m/min，若工作在最佳状态，不均匀片段＜0.1％。调整简单可靠，长时工作。用信息技术对纺织机械进行技术改造，实现了高速、高效、高精度和降低成本的目的。

Claims (6)

1，本发明的技术特征是在针梳机的导条机构后毛道两侧安装两立柱，立柱上部槽内安装沿导轨运动的滑块，测量上罗拉安装在对称的两滑块上，测量下罗拉安装在立柱下部，重力法码作用在滑块上。滑块下部对称安装可自由转动的两测量块，两测量块通过机械位移放大机构作用在电阻位移传感器的滑动触头上，滑块上部安装的测量块通过同步匀张力控制机构带动测量上、下罗拉同步转动。三相异步电机通过机械传动机构既带动测量罗拉，又带动后罗拉、梳箱和齿轮差动机构的一输入轴，差动机构的另一输入由步进电机带动，转速同延迟的K根毛条不匀重量的代数和ΔG∑乘以喂入速度V₁成正比，差动机构输出带动前罗拉，根据纺出毛条同喂入毛条的速度比调整匀整点。

2，根据权利要求1的机械位移放大机构由一组对称安装的杠杆、角链、滑块、导轨和测量块组成，装配关系是两套杠杆左视图成90°安装在角链上，一套对称杠杆分别安装在立柱上的下测量块孔内，间隙配合；另一套杠杆安装在连接电阻位移传感器的测量块孔内，间隙配合，该测量块安装在水平滑块上，沿水平导轨运动带动电阻位移传感器的滑动触头。

3，根据权利要求1的同步匀张力控制机构由同步皮带、齿轮、固定张力轮、动张力轮、两个杠杆、角链、导轨、滑块和测量块组成，两杠杆左视图成90°安装在角链上，一杠杆安装在立柱上的上测量块孔内，间隙配合；另一杠杆安装在连接水平推动动力张力轮的测量块孔内，间隙配合，该测量块安装在水平滑块上，沿水平导轨把立柱上滑块的位移旋转90°后在水平方向上调整在毛条不匀重量变化时同步皮带的长度不变。

4，根据权利要求1的延迟的K根毛条不匀重量的代数和ΔG∑包括用电位器组成的零点和灵敏度调整电路，用AD574A、8031(1)系统、行程开关等组成的A/D转换、牵伸倍数K输入及参数计算，用AD7542、8031(2)系统、LED显示、按钮等组成的D/A转换、记忆延迟、匀整点调整、牵伸比计算及LED显示，8031(1)和8031(2)系统用多孔盘输出通过 同步。

5，根据权利要求1和权利要求4的步进电机转速同延迟的K根毛条不匀重量的代数和ΔG∑乘以喂入速度V₁成正比包括步进电机信号取样、处理及驱动电路。信号取样、处理包括把测量下罗拉轴连接的多孔盘输出信号经整形送至8031(3) 端，在P_1.0口输出低电平，延时τ₀后变为高电平，经滤波器、调零、放大输出同喂入速度V₁成正比的电压信号，同AD7542输出相乘，经V/F、脉冲中分配器、功率放大，带动步进电机。

6，根据权利要求1的纺出毛条同喂入毛条速度比测量包括多孔盘输出信号整形，用D角发器和8031(4)系统组成测量罗拉转速周期的测量系统，并同前罗拉转速周期的测量系统联锁，计算后通过LED显示输出。

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