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摘要： 为了降低环锭细纱机断头率,提高生产效率,研发了一种环锭细纱机纺纱张力在线检测和控制装置。通过对测试中纺纱张力影响因素的分析,提出了有效控制纺纱张力的方法,将检测的纺纱张力变化信号经计算机信号数据采集处理,用于调节锭子转速,达到了控制纺纱张力的效果。研究表明:构建的纺纱张力系统能够达到均匀纺纱张力的目的,可明显降低细纱千锭时断头数,有效提高生产效率。 环锭细纱机纺纱张力是保证纱线加捻卷绕所必需的。纺纱张力应与纱线的线密度、强力相适应,达到既提高卷绕质量又能降低断头率的效果。张力过大,会增加每锭功率消耗,增加纺纱时的断头数量;而张力过小,则会降低卷绕密度,从而影响成纱强力,还会因气圈膨大碰隔纱板,使成纱毛羽增多、钢丝圈运行不稳定而增加断头。因此,纺纱张力检测对控制纺纱张力变化至关重要。 1 问题的提出 1.1 纺纱张力测试方法 20世纪80年代,原华东纺织工学院机械系陈人哲教授创立了纱线力学理论,以纺纱加捻卷绕过程中形成的气圈为研究对象,建立模型和数学解析方法,对气圈张力、气圈形态的形成及其控制进行了详尽的解析,能对气圈张力及其影响因素进行定量分析,对气圈形态变化等进行准确预测。但上述理论是建立在理论模型的基础上,需要试验手段进行验证。 国内外研究者对于纺纱张力的研究主要集中在三点:一是建立力学模型,结合微分几何对纺纱张力及其变化规律进行数学解析且预测;二是结合数字化测量技术对纺纱张力进行在线即时测量,以验证理论模型;三是进一步通过调控纺纱速度达成匀张力纺纱,实现高效、高速、高品质纺纱。 现阶段,国内外测量纺纱张力最常见的两种方式是直接式和非接触式。直接式是在纺纱张力作用下,张力传感器检测到张力变化产生电信号,对此电信号进行初步放大,通过A/D转换器将信号输入计算机处理,最后通过打印机打印出检测结果;非接触式是通过CCD图像传感器,在平行光源照射下,通过光学系统将纱线的阴影反映在光电阵上,从而使CCD图像传感输出与纱线阴影相对应的电信号,经过放大处理后输入计算机,记录或显示纺纱张力的大小。这两种纺纱测试装置存在的缺陷是:检测装置难固定,生产中员工操作不便;不能实现生产过程中纺纱张力在线检 测和控制。这些技术缺陷至今为止尚未解决。 1.2 纺纱张力的控制. 由于现有理论和测试手段难以动态检测纺纱过程某个瞬间加捻段、气圈段和卷绕段的纺纱张力大小及其变化,为了减少细纱机纺纱过程中的断头,目前常用两种方法进行纺纱张力调控:一是采用4/6极双速电机,由于纺纱开始阶段气圈高度高,采用6极低速运行,到中纱、大纱阶段采用4极高速运行;二是采用变频器控制电机的运行速度,根据细纱纺纱过程中断头分布规律,分段设定车速。上述两种调速方法只是考虑了将纺一落纱中气圈高度分为几个阶段进行简单调速,而没有考虑钢领板升降短动程中卷绕半径和气圈高度的变化,没有解决钢领板一个短动程升降气圈张力的变化,并未实现严格意义上的恒张力纺纱。 2 纺纱张力测试系统和控制系统设计 实现环锭细纱机纺纱张力在线检测和控制系统,主要功能要求:一是装置稳定,不影响值车工和落纱工的接头、落纱及清洁工作;二是具备自动采集纺纱张力变化信号的纺纱器材;三是具有将采集信号进行处理转换数据的输出功能;四是可实现测试结果在屏幕上显示、数据储存以及整机纺纱张力控制。 根据所述4个功能制定出总体方案流程:张力检测→信号采集→信号转换→计算转换→显示结果→控制系统。总体设计思路:以导纱叶子板为关键点进行受力分析并构建力学模型,通过理论计算和实际检测研究分析导纱板垂直、水平压力,分析纺纱张力的相关性,构建均匀纺纱张力控制体系。确定出系统结构:安装张力检测装置输出电压信号;电压信号经模拟/数据(A/D)转换器芯片调理转换,单片机读取测试数据,计算转换后在液晶屏上显示数据,实现纺纱张力在线控制。 2.1 在线检测单元设计 该系统采用专制带传感器的导纱板来实现张力变化信号自动采集。其主要由基座、传感器、导纱板、导纱钩四部分组成,带传感器导纱板如图1所示,安装在细纱机导纱板升降横杆上,工作性能与同台其他导纱板一样。 2.2 显示单元设计 当纱线经导纱钩时,张力对导纱钩施加作用力,传感器将发生形变,产生随力的变化的模拟电压或电流信号;模拟电压或电流信号经过过滤放大后,再经A/D模数转换电路,将其模拟量信号转换成便于单片机处理的数字量信号,数字信号输出到CPU 运算控制;CPU 根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。显示屏幕安装在细纱机机尾,屏幕显示如图2所示。 2.3 匀张力纺纱调速系统的设计 纺纱张力T与锭子速度n呈抛物线关系,T1=T2(n1/n2)2,即当锭速增大时,纺纱张力随之增大,且锭子速度愈高,纺纱张力增加幅度更大。由于细纱机利用变频技术调节锭子速度是一项很成熟的技术,因此采用变频技术控制纺纱张力简单可行。 在 纺纱过程中,将应力传感器的动态信号经过整形放大,A/D转换后输入中央处理器。另一路将导纱板上下位移量经过位移传感器给出模拟量,经计算处理后输入中央处理器作为导纱板升降对张力影响的补偿。两个信号经过处理后送到运算放大器与张力给定值进行比较,所取得的偏差σ和偏差变化率δ通过控制器计算所需的控制量υ,再经D/A 转换,控制变频器的输出电频,以调节细纱机主电机的转速,最终达到控制纺纱张力的目的。图3为匀张力系统框图,由图3可以看出,这是一个闭环控制系统,具有动态信号跟踪迅速、运行稳定的特点。 （未完待续） 资料来源：棉纺织技术 |
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