一种可编程的细纱机运动模拟试验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要模拟了纺织过程中细纱机的纱线缠绕过程中，钢丝圈绕钢领高速旋转的工作状态，适用于测试、验证和测量以细纱机运行状态为研究目标的相关实验，可以作为实验室环境下进行相关实验的模拟实验平台。
【背景技术】
[0002]纺纱过程中把粗纱或条子经牵伸、加拈、卷绕成细纱管纱的纺纱机器通常称为细纱机，细纱机是纺纱的主要机器，细纱的产量、质量是纺纱工艺各道工序优劣的综合反映。细纱机的生产单元是锭子，常以每千锭小时的产量来衡量细纱机的生产水平。纺纱厂生产规模是以拥有细纱机的锭子总数来表示的，一般中小型企业的生产规模在几十万锭以上，大型企业普遍处于千万锭水平。在纺纱过程中，锭子上所纺的纱线会由于各种原因而断头，常以千锭小时发生的断头数表示断头率。断头率的高低影响劳动生产率、设备生产率、细纱质量和车间含尘量。细纱机生产过程中纺满一个卷装便要停止生产，待落下管纱换上空管后方能继续纺纱。因此卷装的大小影响劳动生产率、设备生产率，还影响能耗。锭速、卷装、断头率三者，相互联系又相互制约，是细纱机技术水平高低的标志，需要从社会、技术和经济方面进行综合考虑，确定较为恰当的数值。为了降低断头率，纺织工一个重要任务是巡检纱锭运行的工作状态，发现断线线要接上，一般现在企业每个纺织工要看管5-10台细纱机，每班巡检要走几十公里，劳动强度很大。近年来，细纱机在自动化、稳定性等方面取得了长足的进步，下游用户企业又对细纱机的产量提出了更高的要求。细纱机的高产一直是纺纱企业不断追求的目标，因此高速改造是细纱机改造的一个重要方向。
[0003]企业购买设备时首先考虑的是资金回收期，在保证纱线质量的前提下，细纱机的锭速是企业采购时首先考虑的指标。随着锭速的提高，细纱机纺纱张力与锭速呈线性关系上升。一般的理论认为:细纱机锭速的提高会带来纺纱张力的上升、断头率的上升，用工、用电及机物料消耗的上升，在断头率上升的同时会出现生产不稳定，易造成质量事故发生。所以应该将锭速控制在断头率较低的情况下生产。
[0004]随着纺织行业的快速发展，自动化、智能化的生产方式成为行业发展的方向。针对纺织过程中细纱机的工作过程，市场上存在许多的自动化解决方案，用来实现细纱机断线检测和报警以及转速测量等目的，通过上述指标和参数不断优化生产过程，提高综合经济效益。
[0005]在相关产品研发过程中，为了测试产品运行的稳定性和检测结果的准确性，通常需要模拟各种各样的实际生产状况，进行多次的、长时间的现场测试，此类实验会对细纱机的正常工作产生不可避免的影响，影响企业的正常生产，造成纱线的产量下降、纱线接头变多、质量变差，进而影响企业的产品质量和经济效益。另外，纺织车间噪声大、纱尘密度大，研究人员在现场实验很难像在实验室里一样静安心进行科学研究、思考解决所遇到的问题。另外，纺织机械可能存在的问题都是随机出现的，各种问题组合出现的情况更难以同时遇到，此类试验机可以同时模拟多重细纱机工作过程中可能出现的问题，因此该实验平台存在很大的需求。
【发明内容】
[0006]在此本发明的目的是提供一种装置，模拟细纱机工作过程中的纱线在纱管上缠绕过程中，钢丝圈绕钢领高速旋转的工作状态，实现在实验室环境下对细纱机断线和转速等相关研究的实验测试和结果验证。
[0007]本发明利用单片机控制动力装置的转速，实现细纱机运动状态的模拟。钢丝圈与钢领是细纱机原有的机构组成零件，高速直流电机最高转速可达20000r/min以上。所述装置工作时，所述高速电机安装于钢领轨道内侧、钢领轨道水平面的中心位置，所述高速直流电机转轴最高点与所述钢领的边沿轨道处于同一水平面内。所述钢领固定于实验平台上，所述钢丝圈卡扣在钢领轨道边沿，所述高速电机中心位置的转轴上套有一个细长金属连杆，所述金属连杆前端钻有小孔，所述钢丝圈上系有高强度轻质细线，所述高强度轻质细线穿过所述金属连杆前端小孔并打结固定，使钢丝圈与所述金属连杆连接在一起，所述高强度细线的长度略大于所述小孔与所述钢丝圈之间的距离，使得细线处于比较松垮的状态，防止电机转动时产生的抖动增加钢丝圈与钢领轨道的摩擦从而影响钢丝圈转速。光电转速传感器通过支架安装于钢圈轨道平面上部和下部，所述单片机采集所述光电转速传感器和被测传感器的信息，并将检测的结果显示在液晶显示屏上。该实验平台每个模块由20组独立的测试装置组成，测试装置的实际数量可以根据实际需求任意增减。所述实验平台采用一块以三星S3C6410芯片作为主处理器的嵌入式核心板Tiny6410，实现测试信息的显示、参数修改和测试结果存储等功能。该实验平台可以自动比对装置的实际工作状态和被测传感器的检测输出，并给出检验结果。
[0008]以一个模块其中一组装置为例，实现本发明的技术方案如下。
[0009]1、实验平台初始的测试方案。
[0010](1)高速电机通过细长金属连杆和高强度轻质细线与钢丝圈连接。
[0011](2)高速直流电机的输入信号由单片机控制，采用PID算法控制PWM脉冲占空比，改变高速直流电机的转速。
[0012](3)改变步骤(2)中的直流电机的驱动信号，使电机速度不断上升达到最大值，并使电机速度持续保持最大速度。
[0013](4)改变步骤(3)中的直流电机的驱动信号，使电机速度不断减小至较低转速值，并使电机速度持续保持低速运转但不停止。
[0014](5)改变步骤(4)中的直流电机的驱动信号，使电机转动的速度不断增大至额定最大转速然后减速至低速运转状态但不停止，重复上述运动状态数次。
[0015](6)改变步骤(5)中的直流电机的驱动信号，使电机停止转动，然后加速启动至高速运动状态；而后，减小电机转速直到电机停止转动，如此往复数次。
[0016]2、断线检测和转速校准机制。
[0017](1)利用光电转速传感器采集钢丝圈实际转速，光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成，光源被目标阻断一次接收器会感应出相应的电信号。因此，可以用信号的波动记录电机或齿轮的转速。单片机读取光电转速传感器采集的实际转速数据，用来作为判断被测传感器转速是否准确的依据。
[0018](2)单片机采集被测传感器输出的转速信息和断线检测结果。
[0019](3)分别将步骤(1)和步骤(2)中得到的断线检测结果和转速进行比对。
[0020](4)若步骤(3)中比对得出的断线检测结果一致，转速检测结果误差小于设定的范围，实验平台的液晶显示屏幕显示断线检测结果和转速信息，鉴定该被测传感器品质为合格品。
[0021](5)若步骤(3)中得出的断线检测结果不一致或者转速检测结果误差超出了设定的范围，实验平台液晶显示屏幕分别显示实际断线检测结果和转速信息，以及错误的检测结果，并显示检出故障的传感器的位置编号。
[0022](6)当所有设定的动作执行完毕，单片机收集所有的检测结果显示到液晶显示屏幕上，自动计算该批次被测试设备的合格率，并将所有测试数据保存。
[0023]本发明具有以下几个优势。
[0024]可以在实验室条件下模拟细纱机运动过程，满足产品研发测试的要求，不影响企业正常生产。
[0025]实验平台体积较小，成本低，适用于各种场合。
[0026]该发明可以自动判断传感器品质，可通过触摸显示屏修改电机转速、速度阈值w等参数，适应不同产品的实验需求。
[0027]实验装置采用模块化结构，模块数量可以根据实际需求任意增减，以适应不同用户的需求。
【附图说明】
[0028]图1为本实例中测试平台的整体结构图。
[0029]图2为图1中测试平台的局部结构示意图。
[0030]图3为本实例中单个检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实际使用案例和说明书附图对本发明作详细说明，本实例中使用了自行设计的基于电涡流效应的断线检测和转速测量传感器作为被测传感器进行试验。被测传感器13安装固定在钢领轨道1外沿附近的金属支架14上，被测传感器13探头中心与钢领轨道1处在同一水平面内距离钢领轨道1边沿6_位置处。若需要改变被测传感器13的位置，金属支架14与钢领7的距离可以在一定范围内调节。可以通过探测钢丝圈12在钢领轨道1上的运动状态跟踪检测细纱机的运转情况，实现细纱机断线的报警和细纱机锭子转速的精确测量和监控，由于不同编号的独立装置17的工作原理和结果分析均相同，现着重分析一组独立装置17的工作过程和结果，进而推广到多个独立装置的工作原理和过程。
[0032]如图1测试平台的整体结构图、图2测试平台的局部结构示意图和图3单个独立检测装置的结构示意图所示，本实例包含细纱机工作平台15以及固定在平台上的钢领7、卡扣在钢领轨道1上的钢丝圈12、高速直流电机5、轻质高强度细线11、前端开孔的细长金属连杆9以及控制高速直流电机5转速的单片机系统18、和带有触摸屏幕的Tiny6410嵌入式核心板19。
[0033]工作过程中，钢丝圈12在高速直流电机5带动下在钢领7的边沿轨道上高速旋转，为了模拟细纱机不同工作状态，高速直流电机5的转速会根据编程规则发生变化，本例中高速直流电机5的最大转速设定为17000r/min，低速状态转速设定为2000r/min。
[0034]由于失去动力的钢丝圈13会在惯性作用下继续在钢领轨道上1继续运动，并逐渐减速至停止，因此，我们设置了一个门限阈值w作为判断装置是否断线的依据，当钢丝圈13在高速转动时突然失去动力时，此时虽然相当于细纱机已经断线，但是传感器仍显示系统正常工作；当钢丝圈13由于摩擦力和空气阻力继续减速至设定的阈值w以下，此时才判定细纱机断线。阈值w的确定可以根据不同的实验要求任意设置，通常将转速阈值w设置在较小的数值，这样也可以避免实际应用中因为细纱机正常的转速变化引起误报，从而影响正常生产。
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