专利名称：全自动柔性纺纱机的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及的是纺织行业纺纱加工设备，即一种机械构造与自动化电气控制结构相结合的机电一体化设备，包括环锭捻线机、细纱机和立式卷纬机。
现有的各类纺织捻线机、细纱机和立式卷纬机，其基本组成结构主要包括下部的机架、上部纱架及头部的车头传动箱、电控箱等几部分构成，机架上组装有纱锭及纱锭传动机构、钢令板和导纱板升降拖动机构，对于捻线机和细纱机还包括有罗拉喂纱机构；车头传动箱中设有由一台主电机通过复杂的传动系统集中带动钢令板和导纱板的升降、纱锭回转、罗拉回转等运行工作。其中为了达到理想的圆锥面、短动程、等螺距交叉卷绕的纱锭，钢领板和导纱板升降速度的变化及运动方向的改变完全由升降机构中一具有与该理想纱锭几何模型相对应数学轮廓曲线表面的成形凸轮来控制完成；还有每次升降级升是由一组棘轮棘爪机构来实现；卷绕满管结束时的自动落纱则由一台独立的小功率落纱电机通过减速后拖动；而且钢领板和导纱板传动机构需要配备很多的捻度变化交换齿轮、升降变换齿轮等来实现加工工艺参数的调整。另外，组合机架的锭子传动机构采取了长轴滚盘集中传动方式，由于滚盘的直径一般达250毫米，单节传动轴的长度为1.2米，总长可长达14米，在高速回转过程中除要消耗大量电能外，同时还会产生较大的噪声和振动。这种纯机械组成机构的纺纱机设备存在很多致命的缺陷由于该设备中的主要动作部件都是由单独的主电机和纯机械传动方式带动，整套传动机构和控制机构的结构都极为复杂，加大了安装、调整时的难度；尤其是以具有特定轮廓曲线的成形凸轮为中心的卷绕控制机构，在其运动方向切换点处、也就是其最大直径处，受压应力很大、磨损很快，一段时间运行后而导致很大磨损，会使钢令板在该对应点的升降位置停顿时间加长，这样的情况也会出现在该成形凸轮直径最小处，其所造成的磨损也同样会造成钢领板在该此处对应的升降位置停顿时间加长，都会严重影响纱锭的成形质量。因此，成形凸轮是纺纱机中消耗最严重的易损机械部件。以成形凸轮为中心的卷绕控制机构存在的另一大弊病是由于成形凸轮的理论轮廓曲线是按照一次升降动程H、筒管直径d0、纱锭的最大卷绕直径d1和升降速比M四项参数来设计确定的，其中的M为下降时卷绕螺距与上升时卷绕螺距之比，因而一种机器型号的纺纱机只能有一种理想的卷装模型及由其确定的带有对应曲线轮廓的成形凸轮，当加工不同细度和不同摩擦系数材料的纱线时就无法改变卷装模型尺寸，所能改变的只是其中的升降螺距和级升m值，作相应近似的数学模型纱锭地卷装；而且为加工不同细度、捻度的纱线，机器中还必须配备大量变换齿轮，根据工艺要求选择适当齿数的齿轮进行变换调整，要进行这样的变换调整，需停机操作，操作复杂、精细、费时长，大大影响了生产部门的生产进度以至其经济效益。并且，原设备传动机构极为复杂，所富余的传动空间也极为有限，因此使这种传动比的调整等此类工艺运动部件间相对位置调整就面临很大的限制，使工艺参数的变化难以达到所需的要求。本设备还存在其它的主要缺陷是因组合机架中的锭子传动系统中包括有一大直径、大惯量的高速回转部件--滚筒或滚盘，所以在机架设计时考虑到要具有一定的刚性，一般都采用较笨重的铸铁框架结构，使整机的总重量竟达五吨左右，而且这种组合机架的结构无法实现锭距、升降动程等调整，几方面原因造成设备成本和使用成本居高不下。正基于以上几种主要原因，现有的纺纱机适用面窄，用途单一，这一缺陷只能由原理相同和结构大同小异的系列产品来弥补，因此市场上供应的纺纱机产品种类很多，相互之间无法替代，会增加企业在硬件方面无谓的投资负担。综上所述，现在市场上提供的各种纺纱机都是采用主电机集中传动，各运动部件之间的联系主要依靠机械传动形式及行程开关触点信号通过强电继电器来控制，特别是纱锭成形卷绕控制也采用的是机构部件--成形凸轮，以其轮廓曲线来完成动程控制，其高科技技术成份低。由于包括设备本身结构等多方面原因，导致设备成本高，工艺参数变换范围狭小，变换操作极为困难，设备运行有强噪音、功耗大的弊病，还难以适应多品种纱线产品生产，所以该技术领域远没有达到该领域工艺设备的理想工作状态。
本实用新型的发明目的在于提供一种改变现有的完全以机械传动结构来完成纱线处理及纱锭卷绕成形的设计模式，实现以数字化控制、机电一体化组成结构完成纱线处理、纱锭卷绕地柔性控制的全自动柔性纺纱机。
本实用新型的另一发明目的在于在简化传动机构的基础上，使机架具有灵活调整结构，可以进行多品种、多用途纺纱的全自动柔性纺纱机。
实现上述发明目的的具有柔性化工艺参数设定功能的全自动柔性纺纱机，其技术方案的内容为该纺纱机主要包括车头箱、组合机架，和组合机架上方安装的纱架，车头箱中设有电气控制机构、钢领板和导纱板的升降传动机构，组合机架上安装有纱锭及其传动机构和被升降传动机构拖动的钢令板和导纱板，本技术方案中其主要的设计特点是其电气控制机构包括有为满足卷纬、捻线、细纱等工艺参数柔性化设定控制的微处理单元和变频调速器，变频调速器的输出控制端联接钢领板和导纱板的升降电机，微处理单元用于发出正转/停、反转/停、加速度切换的信号输出总线与变频调速器的控制端子相联，微处理单元的信号输入总线联入一组设定不同，如启动、紧急停车、中途停车、复位等开关信息的按钮站。
在上述技术方案中，所述的全自动柔性纺纱机还包括有捻线机或细纱机，其主要结构组成为包括车头箱、组合机架，和组合机架上方安装的纱架，车头箱中设有电气控制机构、钢领板和导纱板的升降传动机构和罗拉传动机构，组合机架上安装有纱锭及其传动机构、罗拉喂纱机构和被升降传动机构拖动的钢令板和导纱板，本技术方案中其主要的设计特点是其电气控制机构包括有为满足捻线、细纱等工艺参数柔性化设定控制的微处理单元和变频调速器，变频调速器的输出控制端联接钢领板和导纱板的升降电机，微处理单元用于发出正转/停、反转/停、加速度切换的信号输出总线与变频调速器的控制端子相联，微处理单元的信号输入总线联入一组设定不同，如启动、紧急停车、中途停车、复位等开关信息的按钮站。
在上述技术方案中，锭子转动可由组合机架的中墙板两侧两列相对应的若干锭子为一组，每组各由单一电机皮带传动，以取代长轴滚盘的集中传动机构。
本技术在柔性化工艺参数设定方面，应用了自动控制技术所广泛使用的变频调速器和微处理单元，能够结合纺纱机的工艺特征要求进行实时控制。在上述技术方案中，微处理单元数据输入总线上除连接一组按钮站外，还连接有与升降电机同轴反映其所带动的钢领板和导纱板升降高度差相对应的一个或多个计数脉冲的光电编码器，其按钮站包括有启动按钮、紧急停车按钮、中途停车按钮、复位按钮、钢令板上升极限位行程开关和钢令板下降极限位行程开关等；其输出总线除连接控制升降电机的变频调速器外，还连接控制有罗拉传动电机、锭子传动电机的变频调速器的控制端子，控制罗拉传动电机变频器正转/停止端子、速度切换端子，控制锭子传动电机变频器正转/停止端子和速度切换端子。
由于上述技术方案中以多电机传动代替现有的一台主电机集中传动结构，可使其整体的机械传动机构大大简化，取消了原有的许多不必要的结构部件，使其安装空间更加宽松，能够很轻易地在组合机架上作结构改进设计，从而使锭距、钢领直径、升降总动程等可调，尤其对于捻线机和细纱机，可使罗拉座基面至龙筋接板之间的距离可调，其结构是中墙板与龙筋接板的连接处上下设有一列若干调整孔，且每一调整孔为横向长腰孔，这样龙筋接板即可上下选择调整孔，实现罗拉座基面到安装龙筋的接板之间的距离可调，使升降总的动程可以从180到300毫米之间可调，又可以使锭子与中墙板中线距离可调。这样卷绕的总高度相应就可以变化。可满足为加工不同捻度、细度的纱线，由用户按规格从系列数据中随意选用钢令板的宽度、孔距和龙筋的孔距。
本实用新型所设计的纺纱机是根据工艺要求编制相应的工作程序，只需将程序中相关的成形数据按要求随时变换输入，由微处理单元控制三个电机变频调速器，并对其中的有关锭速、捻度和成形参数进行设定，在程序地控制下，三变频调速器会输出相应的频率和相位，对各电机的运转进行适时控制，从而完成正常捻线、细纱、卷纬等工艺过程。其中，锭子电机和罗拉电机的转速、加速度变化，可以在变频调速器上任意设定，使设备可以在开始纺纱和快满管时采用低速运行状态、在中途采用高速运行状态，这样就可以减少断头率，提高产品质量和生产效率。在各项工艺参数设定后，一切由程序自动执行完成纺纱任务。本设备由于采取了程序柔性化控制实现整体操作的，就使其机械传动结构组成明显简化卷绕成形部分中取消了成形凸轮及其传动机构、棘轮级升控制机构和满管复位传动机构，取而代之的是由微处理器单元按所设定的工艺参数数学模型公式进行计算，再由变频调速器输出控制升降电机转速及转向，通过简单的传动机构实现理想纱锭的成形卷绕。本技术由于不再依靠成形凸轮的机械数学模型表面来完成钢领板升降控制，就不存在机械磨损问题，所以控制精度更高，而且无需配备大量变换齿轮备件，就可随时根据纺纱条件等等内容的变化进行宽范围地调整，优化锥面的数学模型以达到理想的卷绕，拓宽了调整范围。在锭子传动方面，本技术由于采用了分组锭子、单电机传动结构，取消了机身内部长轴滚盘的集中传动机构，使噪声和能耗量显著降低。在罗拉传动方面，取消了原变换齿轮齿数的调速方式，取而代之的是由变频器通过一级同步皮带传动，实现罗拉无级调速，这样不仅可以扩大捻度或细度的调整范围，还可以克服原来的有限级差调整。由于工艺参数的各项设定方便快捷，不需对零件进行调换，当变换加工品种时，就可大大缩短参数调整的时间，使设备有更灵活的适用范围，设备的利用率也大大提高。本技术由于高速回转部件分散，振动减少，可以使机身的设计重量大大减轻。以上几方面原因，使本专利所申请的纺纱机适用范围更广，使用更加灵活，成本大大降低。特别是本技术还可利用变频调速器和微处理单元的通讯接口，可以实现计算机监视和群控管理，有利于实现企业设备的现代化管理。
下面将结合附图的内容详细说明本实用新型的技术内容，其中所说明的实施例内容并不局限本技术的保护内容。
图1为现有的、结构较为典型的FA721-75型捻线机传动示意图图2、图5分别为本纺纱机中钢领板和导纱板升降传动机构的两种实施例结构示意图图3为罗拉电机的传动结构示意图图4为锭子电机的传动结构示意图图6为本纺纱机，包括捻线机或细纱机的截面剖视结构图图7为钢领板升降动程速度-时间曲线图图8为本纺纱机的电气控制原理组成框图图9为卷绕数学成形的模型图
图10、
图11、
图12为微处理单元和变频调速器的控制电路原理图
图13为各电机联接的电气原理图。
本实用新型专利申请的全自动柔性纺纱机，其技术是围绕设备要具有宽适用范围为目的进行设计的，其核心是使多用途为目的的机械传动结构和工艺参数的柔性控制相结合，其技术可广泛应用于捻线机、细纱机或立式卷纬机，它主要包括有车头箱、组合机架10，纱架安装在组合机架10的上方，车头箱中主要设有电气控制机构、钢领板和导纱板的升降传动机构，组合机架10上安装有纱锭及其传动机构和被升降传动机构拖动的钢令板4和导纱板7，对于捻线机和细线机，在车头箱部分还包括有罗拉传动机构，组合机架10上还相应设有罗拉喂纱机构，本技术主要的设计思想是以带动钢领板和导纱板的升降电机M1为控制对象，以控制电机的转向、转速等变化，使其转化为钢领板4和导纱板7升降的变化，其控制来源于作为指令输出部件的微处理单元、以变频调速器为执行部件，以钢领板4和导纱板的上下运行高度为基本闭环控制变量，控制钢领板4和导纱板上下变向运行及变速运行。钢领板4和导纱板7直接由升降电机M1和其升降传动机构拖动运行，其升降传动机构的结构可由两种最好结构方式，一种为升降动力电机通过同步传动带及带轮降速，带轮连接在滚动丝杠2的一端，钢领板4的牵吊绳3一端固定在丝母1上，通过丝母1的直线位移经牵吊绳3来拖动钢令板4和导纱板升降。该升降传动机构的另一种实现结构为蜗轮蜗杆机构，升降电机M1通过同步皮带和带轮降速，带轮设置于蜗杆2’的一端，牵吊绳3安装在蜗轮轴1’上的卷轮上，由其拖动钢领板4的升降。本实用新型具有柔性卷绕控制的技术关键在于如何控制升降电机M1完成所需动作操作，即其电气控制部分包括有控制对象--升降电机M1，该升降电机可为交流异步电动机，也可为变频电机；还包括有控制中心——微处理单元和变频调速器，微处理单元作为程序控制单元，向变频调速器发出相应指令，由升降电机M1执行相应动作。在本实施结构中，其微处理单元为一可编程控制器PLC，也可为其它的中央处理器，可编程控制器PLC内的控制程序需要设定的数值有快速上升计数值、一次上升动程对应计数值、一次下降的对应计数值和级升动程对应的计数值。变频调速器INVERTER1要设定的参数有变频器正常工作必要参数值；加速度a0↑、a1↑、a2↑、a3↑，减速度a0↓、a1↓、a2↓、a3↓四档八个参数；输出的起始频率，或称下限输出频率，即对应钢令板上升的最低速度Vumin；及最高输出频率，或称上限输出频率，即对应钢领板的最大速度Vdmax。可编程控制器PLC的输入端连接了一组按钮站和送入计数脉冲的光电编码器的输出端，其按钮站包括满管位行程开关ST1、落纱位行程开关ST2，启动按钮SB2、紧急停车按钮SB3、中途停车按钮SB4、中途落纱按钮SB5、复位按钮SB6。可编程控制器PLC的输出端连接变频器INVERTER1的正转/停止Y0、反转/停止Y1、加速度切换的对应控制端子Y2、Y3。PLC的输出信号控制包括升降电机M1、罗拉电机M2、锭子电机M3，使机器完成捻线工艺，其中可编程控制器PLC输出端Y7联接的中间继电器K4，其控制触点连接在变频调速器INVERTER2、INVERTER3的控制端子14、16脚之间，控制罗拉电机M2、锭子电机M3的启动和关闭；继电器K1、K2、K3分别作为电机控制的故障指示灯的控制部件；手动开关K5为手动/自动调整选择开关。要实现卷绕成形的柔性控制，首先必须在微处理单元中设立一控制“枢纽”，即由理想卷绕模型推导出一整套的模式化数学公式，以实现准确地推理、计算，完成输出信号的调整改变。从图7的卷绕模型可以看出，为保持锥面上每层纱中的卷绕螺距相等，钢领板在某一高度位置的导纱速度VH与该位置的卷绕直径dH成反比，它们的函数关系式为VH＝hn*VS/(π*dH)，其中的VH——钢领板在锥面直径dH处的导纱速度，单位毫米/秒，hn——卷绕螺距，单位毫米，VS——卷绕线速度，它近似等于喂纱速度，单位毫米/秒；由此可以推导出上升时导纱速度为Vuh＝hnu×VS/π/(d1-2*tg(Ag)·Hu)，其中的hnu——钢领板上升时的卷绕螺距，单位毫米；Hu——上升时的位置变量，单位毫米；Ag——圆锥面半锥角，单位弧度；d1—卷装最大直径，单位毫米；下降导纱速度为Vdh＝hnd×VS/π/(2*tg(Ag)·Hd＋d0)。其中hnd——下降时的卷绕螺距，单位毫米；Hd——下降时的位置变量，单位毫米；d0——筒管直径，单位毫米。
图5是整个卷绕工作过程钢领板升降的速度对时间的函数曲线，从落纱位起始的整个工作过程来说明。所需控制的内容包括有启动上升控制、上升速度变化控制、上升停止、下降启动控制、下降速度变化控制、级升控制、中途停车控制、中途启动控制、紧急停车控制、紧急停车后重新启动控制等等。在本捻线机技术中，以上纱锭卷绕工作过程的控制，甚至其中的更多细节的控制都可由微处理单元为控制中心、由变频调速器为执行输出单元，控制升降电机M1及升降传动机构来执行完成的。该电气控制机构的工作过程是微处理单元以扫描方式检查按钮站的反应，当发现启动开关按下后，检查有无特殊停车申请及钢领板的位置即行程开关是否按下，有特殊停车申请时则进入特殊停车子程序，若没有该特殊情况时，发出指令指示钢领板以加速度a0↑快速上升，上升距离为H＋10毫米，当达到上升要求的高度时，可编程控制器发出换向指令，使钢领板以减速度a0↓立即停止，即图5中0-A点的过程。当所赋予的延长时间T0终了时，指令钢令板以加速度a0↑在延时T1中下降至最大下降速度Vdmax后，指示钢令板以减速度a1↓继续下降直至下降距离为H，可编程制器立即发出换向信号，同时使钢令板以减速度a0↓立即停止，完成图5中A-B点的工作过程。其后，钢令板开始以启始速度Vumin和加速度a1↑上升，当上升距离达到H＋m时，其中m为级升值，钢令板以减速度a0↓立即停止，完成图5中B-C点的动作过程。这时通过可编程控制器内部判断上升次数，已达到两次时，换向信号启动定时器T3、T4、T5。当T3到时，将可编程控制器高速计数器的经过值存入其内部的数据寄存器中后充零，准备为下次下降计数。当T4到后，指令钢令板首先以加速度a0↑达到最大下降速度Vdmax后、再以减速度a1↓、a2↓、a3↓减速下降，也可以一个固定的减速度a1’↓减速下降，但速度误差较大，同时检查有无中途停车请求，若没有请求，其下降距离为H时，可编程控制器立即发出换向信号，使钢领板以减速度a0↓立即停止，完成图5中C-D点的动作过程。钢领板又开始以启始速度Vumin和加速度a1↑、a2↑、a3↑上升，也可以以加速度a1’↑加速上升，但速度误差较大。若无其它特殊请求时，依此往复、指令钢领板上下运行，直至钢领板触动满管位E的行程开关，开始以减速度a0↓立即停止，又开始以a0↑加速度启动下降运动，下降运动的最大速度为Vdmax，直到下降到落纱位F触动落纱位行程开关，再以减速度a0↓快速停止，完成一次自动工作循环。当经检查发现有中途适位停车请求时，即中途停车开关被有效按下时，其设定为钢领板上升时有效，并等待上升结束后开始下降才能适位停车。当判断为中途停车后的有效开车时，则直接启动下降运动，进入正常工作状态。当遇有紧急停车请求时，即遭遇突发事件时，按下紧急停车按钮，钢领板则在任何位置停车。重新启动时，可编程控制器自动调出紧急停车时的运动状态和高速计数器的经过值，使工作过程插入初始状态。需要中途落纱时，首先将中途落纱按钮定义为钢领板上升运动时有效。当中途落纱按钮被按下，则指令钢领板上升到位后，转为快速下降，下降的速度为Vdmax，直至触动落纱位行程开关。
在本实施例中，锭子转动可由组合机架的中墙板两侧两列相对应的四个锭子、共八个锭子为一组，通过单一锭子电机锭带传动，其中还设有一张力轮。
现有捻线机、细纱机，如机器型号为FA721-75型的捻线机，罗拉8中心到龙筋9顶面的距离和锭子5中心到罗拉中心的距离是不能调整的，它只有一种锭距75毫米，一种升降动程205毫米；同时，因采用滚盘集中传动锭子回转机构，机器总宽度的缩小受到限制，为794毫米。如图4所示，其中墙板11上与龙筋接板9的连接位置设有上下一列安装调整孔20，选择不同的安装调整孔，则可使罗拉8中心到龙筋9顶面的距离可调，其中的一调整孔为一长腰孔21，则可使罗拉中心到锭子中心的距离可调，这样一台设备就可适应多品种纱线或不同工艺要求进行工作，只要改变几种零件，如可更换不同孔距、孔径的龙筋、钢令板等就可以使捻线机的锭距有75、100、120、150毫米四种及所对应的钢令直径调整范围，升降总动程也可以有180、205、230、255、280毫米等多项选择档。
如图6所示，锭速和罗拉转速都是由各自的变频调速器INVERTER2、INVERTER3来控制的，对于捻线机，其加工纱线的捻度设定，只要通过对控制锭子传动电机M3和罗拉传动电机M2变频调速器的输出频率进行设定就可以实现。在本实例中，罗拉8的传动电机M2也经一变频调速器INVERTER2连接在三相电力线上。锭子的传动电机M3也经一变频调速器INVERTER3连接在三相电力线上，由于它的转速与罗拉转速之间要保持一定的同步比例关系，同时在大、小纱时为减少断头率锭速要适当低一些，可以对变频器设在双速运行状态，并适当设定变频器的加速时间，以提高捻度的均匀性。
权利要求1.一种全自动柔性纺纱机，主要包括车头箱、组合机架(10)，和组合机架(10)上方安装的纱架，车头箱中设有电气控制机构、钢领板(4)和导纱板(7)的升降传动机构，组合机架上安装有纱锭及其传动机构和被升降传动机构吊牵的钢令板和导纱板，其特征是其电气控制机构包括有微处理单元和变频调速器，变频调速器的输出控制端联接钢领板(4)和导纱板的升降电机(M1)，微处理单元用于发出正转/停、反转/停、加速度切换的信号输出总线与变频调速器的控制端子相联，微处理单元的信号输入总线联入一组设定若干开关信息的按钮站。
2.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于车头箱还安装有罗拉传动机构，组合机架上还安装有罗拉喂纱机构。
3.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于升降传动机构为升降动力电机(M1)经同步传动带及降速带轮，带轮连接在滚动丝杠(2)的一端，钢令板(4)的牵吊绳(3)一端固定在丝母(1)上，牵吊绳(3)另一端吊牵钢令板(4)和导纱板。
4.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于升降传动机构为蜗轮蜗杆机构，升降电机(M1)经同步皮带和降速带轮，带轮设置于蜗杆(2′)的一端，牵吊绳(3)安装在蜗轮轴(1′)上的卷轮上，牵吊绳(3)的另一端吊牵钢领板(4)。
5.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于微处理单元为可编程控制器PLC，该可编程控制器的信号设定输入端设有一组钮站。
6.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于罗拉电机(M2)与锭子电机(M3)输入端各设有一变频调速器(INVERTER2、INVERTER3)，其变频调速器的控制端子与微处理单元控制信号输出总线的继电器触点控制相联。
7.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于锭子(5)转动可由中墙板(11)两侧两列相对应的若干锭子为一组，每组各由单一电机皮带传动。
8.根据权利要求1所述的纺纱机，其特征在于组合机架(10)的中墙板(11)与龙筋接板(9)的连接位置设有上下一列安装调整孔(20)，其中的一个或若干调整孔为长腰孔(21)。
专利摘要本实用新型涉及的是纺织纱线处理设备，本技术主要是解决现有同类设备传动机构复杂、不易于安装调整、成本高等弊病，设计了一种由微处理单元和变频调速器直接控制电机，再通过简单的传动机构就可实现纱线卷绕的柔性控制机构，从而取代了成形凸轮的控制方式。本设备具有易于根据纱线品种和所需卷绕模型进行调整、转换工艺参数的优点。
文档编号D01H13/00GK2475746SQ0121153
公开日2002年2月6日 申请日期2001年2月2日 优先权日2001年2月2日
发明者荣竑 申请人:荣竑