CN210594691U

CN210594691U - 一种络筒机卷绕导纱装置

Info

Publication number: CN210594691U
Application number: CN201921373008.7U
Authority: CN
Inventors: 金春奎; 仲岑然
Original assignee: Nantong Textile Vocational Technology College
Current assignee: Nantong Textile Vocational Technology College
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-08-22

Abstract

本实用新型公开了一种络筒机卷绕导纱装置，包括相同大小的第一圆盘和第二圆盘，所述第一圆盘和第二圆盘之间连接有钢绳，所述钢绳一端连接在第一圆盘的0°位置，另一端连接在第二圆盘的180°位置，所述钢绳设置在第一导轮和第二导轮上；在第一导轮和第二导轮之间，所述钢绳上设置有导纱钩，所述第一圆盘和第二圆盘同向转动，使导纱钩在第一导轮和第二导轮之间往复运动。本实用新型电机不需要切换运动方向，电机始终按逆时针或顺时针的方向转动实现往复导纱，相比较传统伺服电机换向实现横动的方式，采用通用的电机配件，不仅降低了装置的成本，横动速度的控制更为方便，且电机没有反向运动，运行更稳定。

Description

一种络筒机卷绕导纱装置

技术领域

本实用新型涉及一种络筒机卷绕导纱装置，属于纺织机械领域。

背景技术

自动络筒机是纺织企业提高生产效率，降低劳动强度，提升产品档次的必备装备。经过多年的发展，自动络筒机的技术与工艺水平不断提高，其中精密卷绕是自动络筒机未来发展的趋势，它是以横动导纱方式取代现有络筒机上的槽筒，对纱线的卷绕过程进行精确控制。在精密卷绕中，卷绕头通过直接积极式传动，并利用电脑控制正确的卷绕和横动比，来避免纱线的重叠问题。

国内外各种横动导纱方式具体结构不同,但主要的工作原理相似。如拨叉式横动导纱装置，采用两组做正、反两个方向转动的拨叉，在往复动程末端实现拨叉对长丝控制的轮换，引导纱线往复运动。但是由于纱线高速运动，拨叉必须具有耐磨性，同时导纱板和拨叉动作配合机构较为复杂。

另一种采用伺服电机正反转带动皮带轮或钢丝绳，实现引导纱线往复运动。但此种方式中的伺服电机，需要在极短时间内快速切换电机的运动方向，适应于这种运动状况的伺服电机，需要有转子惯量小、力矩大、加速快等性能，而采用满足这些特性的伺服电机，不仅增加了往复结构的成本，而且齿带在急速往复运动过程中容易磨损，使用维护成本较高。

公开号为CN102358968A的专利文献，公开了一种基于伺服控制和曲柄连杆滑块机构结合的导纱系统，是将伺服控制和机械凸轮相结合，使用凸轮连杆带动滑块在导轨上滑动。该装置虽然不需要切换电机的运动方向，但滑块在急速往返过程中，存在磨损的问题。同时，该装置有效定速导纱距离较小，且导纱速度慢，换向动程大，容易形成硬边。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种对电机性能要求低，结构简单，不需要切换电机运动方向的横动导纱装置。

为了达到上述技术目的，本实用新型的技术方案是：

一种络筒机卷绕导纱装置，包括相同大小的第一圆盘和第二圆盘，所述第一圆盘和第二圆盘之间连接有钢绳，所述钢绳一端连接在第一圆盘的0°位置，另一端连接在第二圆盘的180°位置；所述钢绳设置在第一导轮和第二导轮上，所述第一导轮的轴心、第一圆盘的圆心、第二圆盘的圆心和第二导轮的轴心构成矩形；在第一导轮和第二导轮之间，所述钢绳上设置有导纱钩，所述第一圆盘和所述第二圆盘同向转动，使导纱钩在第一导轮和第二导轮之间往复运动。

所述第一圆盘连接有第一步进电机，所述第一步进电机通过第一步进闭环驱动器连接控制板；所述第二圆盘连接有第二步进电机，所述第二步进电机通过第二步进闭环驱动器连接控制板，控制板用于协调第一圆盘和第二圆盘的运动关系，使导纱钩在第一导轮和第二导轮之间往复运动。

所述第一步进电机和所述第二步进电机上均设置有增量型Z相编码器。

所述控制板包括计数器，计数器用于记录第一步进电机和第二步进电机的运动角度。

一种络筒机卷绕导纱装置的同步校正方法，包括以下步骤：

步骤1：根据卷绕速度及卷绕角角度计算横动速度v。

步骤2：校准第一圆盘的角度α₁。

步骤3：校准第二圆盘的角度α₂。

步骤4：读取第一圆盘的角度α₁，根据数学模型计算第一步进电机的角速度ω₁，根据角速度换算本组脉冲频率，输出脉冲，驱动第一步进电机转动。

步骤5：判断本组控制脉冲是否驱动完成，如否，继续驱动第一步进电机转动；如是，累计第一圆盘的运动角度。

步骤6：读取第二圆盘的角度α₂，根据数学模型计算第二步进电机的角速度ω₂，根据角速度换算本组脉冲频率，输出脉冲，驱动第二步进电机转动。

步骤7：判断本组控制脉冲是否驱动完成，如否，继续驱动第二步进电机转动；如是，累计第二圆盘的运动角度。

步骤8：判断第一步进电机上的Z相编码器是否有信号输出；如否，返回执行步骤4，如是，判断第二步进电机上的Z相编码器是否有信号输出；如否，返回执行步骤6，如是，则完成一次同步校正，第一圆盘的运动角度和第二圆盘的运动角度清零。

所述数学模型为：

其中：ω为角速度，v为导纱钩的横动速度，R为圆盘的运动半径，K为步进电机轴心和导轮之间的距离。

本实用新型的电机不需要切换运动方向，电机始终按逆时针或顺时针的方向转动实现往复导纱，相比较传统伺服电机换向实现横动的方式，采用通用的电机配件，降低了导纱装置的成本，横动导纱速度的控制相比较传统控制方式也更为方便，且电机没有反向运动，运行更稳定。

本实用新型相比于单凸轮连杆驱动滑块的横动方案，电机要求低，定速动程长，采用钢绳传动，其结构惯量小，运动反应快。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型单盘旋转导索变化关系示意图。

图3为本实用新型定速导纱角度区间示意图。

图4为本实用新型控制系统结构示意图。

图5为本实用新型控制系统流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种络筒机卷绕导纱装置，包括相同大小且轻质的第一圆盘1和第二圆盘2，所述第一圆盘1和第二圆盘2之间连接钢绳7，所述钢绳7一端铰链在第一圆盘1边缘的P₁点上，所述P₁点位于第一圆盘1边缘的0°位置。具体的，第一圆盘1以圆心O₁点逆时针旋转，P₁点在O₁Q₁上，所述第一圆盘1从0°位置开始运行。

所述钢绳7另一端铰链在第二圆盘2边缘的P₂点上，所述P₂点位于第二圆盘2边缘的180°位置。具体的，第二圆盘2以圆心O₂点逆时针旋转，则O₂点在P₂Q₂上，所述第二圆盘2从180°位置开始运行。

所述钢绳7搭在第一导轮5和第二导轮6上，所述第一导轮5和第二导轮6上均具有周向的凹槽，钢绳7置于第一导轮5和第二导轮6上的凹槽内。

所述第一导轮5固定安装在第一圆盘1圆心O₁点正上方的Q₁点上，第二导轮6固定安装在第二圆盘2圆心O₂点正上方的Q₂点上，所述Q₁O₁垂直于O₁O₂，所述Q₂O₂垂直于O₁O₂，所述Q₁O₁等于Q₂O₂，Q₁O₁O₂Q₂构成矩形；钢绳7处于绷紧状态。

在第一导轮5和第二导轮6之间，所述钢绳7上固定安装导纱钩8，第一圆盘1和第二圆盘2逆时针同步转动，使导纱钩8在第一导轮5和第二导轮6之间往复运动。

如图4所示，一种络筒机卷绕导纱装置，还包括控制系统，所述控制系统包括控制板，所述控制板通过第一步进闭环驱动器连接第一步进电机，通过第二步进闭环驱动器连接第二步进电机，所述第一圆盘1安装在第一步进电机上，第一圆盘1的圆心O₁点与第一步进电机的转轴连接，所述第二圆盘2安装在第二步进电机上，第二圆盘2的圆心O₂点与第二步进电机的转轴连接。控制板用于协调控制第一圆盘1和第二圆盘2按逆时针方向转动，使导纱钩8在第一导轮5和第二导轮6之间做往复运动，实现纱线导纱。

所述第一步进电机和第二步进电机上均安装有增量型Z相编码器，所述增量型Z相编码器每转一圈发送一个脉冲信号。

所述控制板包括计数器，计数器用于记录存储第一步进电机和第二步进电机的运动角度。

为了第一圆盘1和第二圆盘2在按逆时针同向转动时，保持钢绳7始终处于紧绷状态，所述第一导轮5和所述第二导轮6之间的距离固定，则P₁Q₁+P₂Q₂＝常量，即：

分析第一圆盘1和第二圆盘2的运动关系，如图2所示，以第一圆盘1为例，O点第一步进电机的转轴，即：第一圆盘1的圆心O₁；OP两点的距离为第一圆盘1的半径O₁P₁，即：P₁点在第一圆盘1上的运动半径；圆O的周长，即：第一圆盘1的周长，也是P₁点在第一圆盘1转动一圈的运动距离；Q点为一固定点，即：第一导轮5的位置Q₁点。

设∠α为第一圆盘1的旋转角，即：第一步进电机的旋转角，当P在OQ上时∠α＝0，逆时针为正方向，设QP的距离为l，记常量OP＝R，OQ＝K，(K＞R)。

以点O为中心，OQ所在方向为Y轴，建立平面坐标系。

已知∠α＝0时，

有：

则QP的距离l为：

对第(3)式化简得：

对第(3)式两边求导：

导纱钩的横动速度v和络筒机的卷绕速度相关，为一确定值。即：

则∠α的角速度ω为：

由上述分析得知，QP的距离l保持以特定速度变化时，每一旋转角的角度α对应的角速度ω不同。

络筒机在相同的卷绕速度下，卷绕角越大，要求导纱钩的横动速度v越大，以一般情况交叉角10～40°，卷绕角变化范围在10～20°，则假设络筒机的卷绕速度为900m/min(即：v₀＝900m/min)，卷绕角为20°，则导纱钩的横动速度v为：

以第一圆盘1的R＝100mm，K＝40mm，计算旋转角角速度ω在不同旋转角角度α下的值。如表1所示。

表1 定速导纱不同角度对应的角速度

由表1可知，旋转角角速度ω部分的数值为负值，实际上是由于在旋转角的角度α大于π时，导纱钩8横动换向，横动运动速度小于0(v＜0)所致，考虑到这个原因，旋转角角速度ω的负值取绝对值，为实际旋转角角速度的值。

由表1还得知，旋转角角速度ω随旋转角角度α的变化具备以下特征：

1)当α趋向于0、π或2π时，ω趋向于±∞，实际上是由于角速度ω超出一般电机的速度极值。根据实践经验，一般步进电机最大转速为3000～4000转，较大负载时在1000转左右为宜，轻负载时转速可达2800转，由于钢绳负载很小，考虑到步进电机运动控制的稳定性，步进电机的转速以小于1800转/分即可。此时，步进电机的角速度为：

应用上述第(7)式可以计算在[12°，160°]和[200°，348°]区间，横动控制的角速度两个最大值分别为185rad/s和186rad/s。可以得出，电机的转速在1800转/分，能够满足定速运动控制的要求，这是较大卷绕角情况下得到的结果。当卷绕角减小的情况下，导纱速度会有较大的降低。当卷绕角到达15°时，角速度最大值为114rad/s，电机的转速在1200转/分即可。上述区间是可以通过改变角速度值满足定速导纱的区间，图3是区间划分的示意图。

考虑到在两端导纱钩8横动换向的部分，当α趋向于0、π或2π时，ω趋向于±∞，由于这部分运动导纱钩8处在换向时刻，在定速导纱动程之外，所以旋转角角度α在0和π的附近位置时，可以用定速导纱动程附近角度的角度12°或160°计算的固定角速度通过,在卷绕角20°极限情况下，根据上式计算的最大角速度186rad/s。在卷绕角减小的情况下，电机的控制速度同样会有所降低。

在[12°，160°]和[200°，348°]区间的定速横动动程为:

实践中导纱钩8边端换向动程与卷绕速度有关，换向横动动程在2～5mm范围内,定速横动动程和换向横动动程的整体横动距离满足标准筒子导纱距离的要求。

2)旋转角角速度ω的值在0°～180°和180°～360°范围内，速度的变化规律关于180°位置对称。

依据上述分析，同理可得第二圆盘2的运动关系。

结合上述第(7)式和表1，第一圆盘1从0°位置(即：P₁点在O₁Q₁上)开始转动；第二圆盘2从180°位置(即：O₂点在P₂Q₂上)开始转动，P₁Q₁和P₂Q₂以相同的速度变化，同步进退，变化量符号相反，相互抵消，满足式(1)的要求，保持钢绳7的一直处于绷紧状态，使导纱钩8的往复运动得以匀速控制。

在实际应用中，步进电机采用参数为1.8°/step,每圈200步，一圈3200个脉冲的步进电机。为了减少运算工作量，一圈3200个脉冲，可以分为400组，每8个脉冲更换一次脉冲频率，在资源有限的情况下，能预先计算，预先决策，减少运算量，提高控制准确性。

如图5所示，一种络筒机卷绕导纱装置的同步校正方法，包括以下步骤：

步骤1：根据络筒机的卷绕速度及卷绕角角度，计算导纱钩的横动速度v；

步骤2：校准第一圆盘1旋转角的角度α₁，即：第一步进电机以前进或后退的方式，使第一圆盘1的旋转角角度α₁为0°。

步骤3：校准第二圆盘2旋转角的角度α₂，即：第二步进电机以前进或后退的方式，使第二圆盘2的旋转角角度α₂为180°。

步骤4：读取第一圆盘1旋转角的角度α₁，将α₁代入数学模型第(7)式计算第一步进电机的旋转角角速度ω₁，根据角速度ω₁，换算出本组控制脉冲频率(每组频率数与电机步进角和驱动细分有关)，输出脉冲，驱动第一步进电机转动。

步骤5：判断本组控制脉冲是否驱动完成，如否，继续驱动第一步进电机转动；如是，则累计第一圆盘1的运动角度。

步骤6：读取第二圆盘2旋转角的角度α₂，将α₂代入数学模型第(7)式计算第二步进电机的旋转角角速度ω₂，根据角速度ω₂，换算出本组控制脉冲频率(每组频率数与电机步进角和驱动细分有关)，输出脉冲，驱动第二步进电机转动。

步骤7：判断本组控制脉冲是否驱动完成，如否，继续驱动第二步进电机转动；如是，则累计第二圆盘2的运动角度。

步骤8：判断第一步进电机上的Z相编码器是否有信号输出；如否，返回执行步骤4，如是，判断第二步进电机上的Z相编码器是否有信号输出；如否，返回执行步骤6，如是，则完成一次同步校正，第一圆盘1的运动角度和第二圆盘2的运动角度清零。

该装置结合传统松式络筒机试验，在运行时，运行稳定，其卷绕角在10°～20°范围内可调，达到了络筒导纱卷绕的要求，和传统的伺服电机换向的往复式方式相比，电机没有反向运动，钢绳7的张弛由两个电机协同控制，在换向时，没有出现一端拉紧、一端松弛的情况。

上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种络筒机卷绕导纱装置，其特征在于包括相同大小的第一圆盘和第二圆盘，所述第一圆盘和第二圆盘之间连接有钢绳，所述钢绳一端连接在第一圆盘的0°位置，另一端连接在第二圆盘的180°位置；所述钢绳设置在第一导轮和第二导轮上，所述第一导轮的轴心、第一圆盘的圆心、第二圆盘的圆心和第二导轮的轴心构成矩形；在第一导轮和第二导轮之间，所述钢绳上设置有导纱钩，所述第一圆盘和第二圆盘同向转动，使导纱钩在第一导轮和第二导轮之间往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种络筒机卷绕导纱装置，其特征在于：所述第一圆盘连接有第一步进电机，所述第一步进电机通过第一步进闭环驱动器连接控制板；所述第二圆盘连接有第二步进电机，所述第二步进电机通过第二步进闭环驱动器连接控制板，控制板用于协调第一圆盘和第二圆盘的运动关系，使导纱钩在第一导轮和第二导轮之间往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种络筒机卷绕导纱装置，其特征在于：所述第一步进电机和所述第二步进电机上均设置有增量型Z相编码器。

4.根据权利要求3所述的一种络筒机卷绕导纱装置，其特征在于：所述控制板包括计数器，计数器用于记录第一步进电机和第二步进电机的运动角度。