（机械电子工程专业论文）纺纱张力的动态检测与控制研究及其在粗纱机中的应用.pdf

纺纱张力的动态检测与控制研究 及其在粗纱橇中的应粥 摘要 纺织工业是我国的传统产业，在中国加入驸0 以后，面临蔫爨多的 枫逶窝更大的援熊，蠡篱提舞产燕爨量，廷辊毫俸纯技术改造稔缆瓤 器，是当前纺织机械的主要研究课题。纱线的张力是个重要的饿能指 拣，关系到织物瞧产品档次，如何在运行过程中动态她检测和控制纱线 张力一直是纺织行业的重要课题。 疆纱是前绣中难瘦最大豹一道工序，为纺蠢舞矮量、褰支数熬粗纱， 需要维持纺纱过程的恒张力。在这方西，国内联有的枫槭传动糨纱梳存 在调节繁琐、游簧手工参与、成纱效果差等闯越，不能满足市场需要。 面对这个很有潜力的市场，我们与安徽第二纺织机械厂共同投入研制开 发了计算毂控铡嵩速悬锭褪纱搬，采用计算扭帮交频器单独控制各主要 传动辘，减少了枫械部件，提镁了更好的控铡僚麓。由予传动方式的改 变，必须重新研究控制模型，张力控制在其中占据了关键位置。 张力的形成是一个动态过程，纱线输出和卷绕两线速度的羞辨产生 了纺纱张力，瀚茂张力控翻实鏖土是一个速度控渊阀题。通过研究发觋 涵遂的关键在予速度模壁熊关键参数卷绕蠢径难戮精确计算。盘予 正常工作时筒篱商速旋转，直接测量卷绕直径也不可行。为此，通过试 验茅鼹比较，在传统褪纱机的锥轮传动模型基础上加以修正建立了计算桃 卷绕数学模型，剥耀了原有的专裳经验，使模型中卷绕蠹径的变化规律 尽露麓接近窦藩媾况，在开环酌情况下麓基本缭掩缓定的纺纱张力。 考虑到实际情况下，受棉纱质量和空气湿度铸外部因素影响，粗纱 的卷绕直径会偏离理论计算值，偏差会直接体现猩纺纱张力的变化上， 因此在开环速度控制的基础上加入了张力闭环反馈。为尽量减少对粗纱 卷绕的影响，采用间接方法测量张力。本文通过动力学分析讨论了悬链 线状态纱线的悬垂度和实时张力之间的关系，证明了可以通过测定纱线 的悬垂度取得张力信息。对实时张力信号滤波后通过变参数p i d 控制的 方法来实时调整计算机中的卷绕数学模型，达到恒张力纺纱，从而控制 粗纱的不匀率到较低的水平。 实际系统建立在变频调速控制基础上，通过高精度的张力传感器检 测实时张力，采用计算机控制多电机分部传动，通过触摸式液晶显示屏 进行人机对话，从而达到控制纺纱张力，增加条干均匀度，减少断头率 的目的。整机经过三个多月的试运行后基本达到设计要求，在2 0 0 1 年5 月上海国际纺织机械展览会上展出，获得一致好评。经上海交通大学情 报科学技术研究所查新，本产品的张力控制方式属于国内创新。 关键词：粗纱机，张力，卷绕数学模型，速度控制，悬垂度，闭环反馈 r 譬s e a r c hi nt h ed y n a m i c a ltd e t e c t i n g a n dc o n t r o l l i n go fy a r nt e n s i o n a n di t sa p p l i c a t l 0 nt o t h er o v i n gf r a m e a b s t r a c t e x t i l ei n d u s t r yi st r a d i t i o n a li nc h i n a a f t e rb e i n ga c c e p t e di n t ow t o ，i t i si nt h ef a c eo fm o r ec h a l l e n g e s o 出em a j o rt a s kf o rt h et e 对i l em a c h i n ei s t or e b u i l dt h e mw i t hm e c h a t r o n i c st e c h n i q u es oa st oi m p r o v et h eq u a l i t y t h e y a mt e n s i o ni sa l li m p o r t a n tp e r f o r m a n c ei n d i c a t i o n ，a n dh o wt od e t e c ta n d c o n t r o li td y n a m i c a l l yi sak e yp r o b l e mi nt e x t i l ea r e a a m o n g t h es p i n n i n gp r o c e d u r e s ，r o v i n gi st h em o s td i f f i c u l to n e i no r d e r t op r o d u c et h er o v ew i t hh i 醢q u a l i t y , t h er o v i n gt e n s i o ns h o u l db ef i x e da l l t h et i m e b u tt h en a t i o n a lp r o d u c t sc a nn o ts a t i s f yt h ed e m a n do fm a r k e t s s o w ec o o p e r a t e dw i t ha n h u in o 2t e x t i l em a c h i n e r yw o r k st od e v e l o pan e w c o m p u t e rc o n t r o l l e dh i 曲一s p e e dr o v i n gf r a m e ，w h i c hu s e sc o m p u t e ra n d f r e q u e n c yc o n v e r t e rt o d r i v et h et r a n s m i s s i o ns h a f t si n d i v i d u a l l y t h en e w s y s t e mh a sl e s sc o m p o n e n t sa n db e t t e rp e r f o r m a n c e b e c a u s eo ft h ea l t e r a t i o n o ft r a n s m i s s i o nm o d e ，i th a st ob er e s e a r c h e da n dd e v e l o p e da g a i nt h a tt h e c o n t r o lm o d e s ，e s p e c i a l l yt h et e n s i o nc o n t r 0 1 t e n s i o ni sf o r m e dd y n a m i c a l l yb yt h ed i f i e r e n c eb e t w e e nt h es p e e do f o u t p u ta n dw i n d i n go fy a r n ，s ot oc o n t r o lt h et e n s i o ni sa c t u a l l ye q u a lt o c o n t r o l l i n gt h es p e e d s t h ek e yp r o b l e mi s h o wt oc a l c u l a t et h ew i n d i n g d i a m e t e rp r e c i s e l y , w h i c hi sd u et ot h eu n c e r t a i nf i g u r eo fr o v e o w i n gt ot h e h i g hr o t a t i o ns p e e d ，i ti sn o tf e a s i b l et om e a s u r et h ew i n d i n gd i a m e t e rd i r e c t l y t h e r e f o r e ，ar o v i n gm o d e lw a se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e ro nt h eb a s eo ff i x e d c o n ef i g u r eo ft r a d i t i o n a lr o v i n gf l a m e ，w h i c hi n t e g r a t e dt h ee x p e r t s e x p e r i e n c et om a k e t h et h e o r e t i c a lw i n d i n gd i a m e t e rb ec l o s e rt ot h ea c t u a l o n e 。b yt h i sm e a n ，t h er o v i n gt e n s i o ni sr e m a i n e ds t e a d ya p p r o x i m a t e l y i nv i e wo ft h ef l u c t u a t i o no fq u a l i t yo fr a wm a t e r i a la n dh u m i d i t yo fa i r , 也ea c t u a lw i n d i n gd i a m e t e rm a yd e v i a t ef r o mt h e o r e t i c a lo n e 。w h i c hw i l l r e s u l ti nt h ev a r i e t yo ft e n s i o n s oi ti su s e f u lt oa p p e n dc l o s el o o pf e e 曲a c ko f t e n s i o ni n t ot h i ss y s t e m ；t oa v o i dd i s t u r b i n gt h et w i s t i n ga n dr o v i n g ，t h e t e n s i o ni sm o n i t o r e di n d i r e c t l y t h i sp a p e rp r e s e n t e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ep e n d e n c ya n dr e a lt i m et e n s i o nt h r o u g hm e c h a n i c a la n a l y s i s ，a n dj u s t i f i e d t h em e t h o do fm e a s u r i n gt h et e n s i o ni n d i r e c t l y t h et e n s i o ns i g n a li st h e n f i l t e r e dt oa d j u s tt h ep a r a m e t e ro fr o v i n gm o d e lw i t hd i v e r s ep a r a m e t e rp i d c o n t r 0 1 t h e nt h et e n s i o ni sk e p ts t e a a yc o n s e q u e n t l y a sa l la c t u a lp r o d u c t 。i ti sb u i l to nt h eb a s eo ff r e q u e n c yc o n v e r t e r s 。 t h o u g ht e n s i o ns e n s o rw i t hh i 班r e s o l u t i o n ，m u l t i - m o t o rd r i v i n gc o n t r o l l e d b yc o m p u t e r , l c dt o u c hs c r e e n ，w ec a ni n t e f f e r ew i t ht h em a c h i n e t oc o n t r o l t h er o v i n gt e n s i o n ，e n h a n c et h es t r i p ee q u a l i t ya n dd e c r e a s et h er a t i oo fr o v i n g b r e a k a g e a f t e r3m o n t h s t e s tr u n n i n g ，i th a sp r o v e dt or e a c ht h ed e s i g n i n g r e q u i r e m e n t 。魏w a ss h o w n 遮s h a n g h a ii n t e r n a t i o n a lt e x t i l em a c h i n e r y e x h i b i t i o n2 0 0 1 b e i n gc h e c k e db yt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n s t i t u t eo f s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y , t h ec o n t r o lm o d eo ft e n s i o np r e s e n t e di nt h i s p a p e r i si n n o v a t i v en a t i o n a l l y k e yw o r d s ：r o v i n gf l a m e ，t e n s i o n ，w i n d i n gm o d e l ，s p e e dc o n t r o l ，p e n d e n c e ， c l o s el o o pf e e d b a c k 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本擎盥论文柞卷完全了解学校有关保窝、使用学使论文鳕规宠， 同意学校保留并向豳家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和徽阅。本人授权上海交遇大学可以将本学位论文的 全帮竣都分鸯客编入有关数据摩进行捡索，霹暖装弱澎印、缡露或掴 描等复制手段保存和汇编本学靛论文。 保密d ，在l 年辫密爱适用本授投摹。 瘩学整论文瘸子 不保密口。 ( 诸在以上方抠内打“”) 学位论文作者签名：谢易 n 舀鞠：坷每美胄i f 鞫 指导教师签名燃 e | 期：沁年。霄哆目 上海交通大学 学位论文原铹性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取褥的成果。除文中已经注明弓l 耀的态容外，本 论文不包禽任何其铯个入或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出踅要赁献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本久完全意识劐本声弱的法律结采幽本人承掇。 学馒论文捧袭签名：血玩 日期：讪j 年。月3 歹因 第一章我国纺织行业状况及张力控制的重要性上海交通大学颈学位论史 第一章我国纺织行业状况及张力控制的重要性 1 1 我豳纺织业现状及前景 纺织行业是我国的重要传统产业，长期以来为出口创汇和创造就业机会作出了 重大豹贡献。我国纺织王踅经过5 0 年静建谈，特澍是改革开放年鹃飞速发展， 已成为世界纺织生产和贸易的大国，但还远不是强国。2 l 戡纪纺织工业产品的竞争， 将是以科技水平为主的实力较量。在技术领域，我国纺织工业与国际先进水平相比， 还存在明漫懿差距。驽缭覆辩孛传学纾维覆霪低、品稀少、生产效率较彳氛，离佳能 和特种纤维开发滞质；高耨技术改造传统纺织工业的进展缓慢，工艺设备陈旧落后 产品技术禽量低，附加值不高；“绿色”环保型生产技术尚待起步；产品结构不适应 国晁经济帮辩皴璎钱纯瓣要求。 进入2 1 世纪和加入w t o 以质，纺织业将面临国际竞争的严峻挑战，但也有一 定的有利条件和机遇，主要是： ( 1 ) 至2 0 1 0 年我爨久蹦该计将达裂1 4 亿，人民生活将麸夺康淘中等发达国家求乎 过渡，纺织品的需求如以每年2 4 的比例增长，2 0 1 0 年纤维消耗量预计将从1 9 9 8 年韵9 5 0 万吨增长捌1 1 6 0 万吨或1 3 0 0 万吨。当然，纺织鼯数壤的增长最终会随着 泰场霪求发生变仡，毽扶长远考虑，我国表： 雩市场广鲷，农民逐渐鬻裕，生滔承平 的提高，对纺织品的需求将不断增加，加上产业用纺织品需求羹的增长，达到上述 水平是有可能的。 ( 2 ) 逯逑“丸冱”孵期戆压键、改缀，我国绣缓工篷淹过了一段镯熬麓，编、毛、 丝在能力规模上有了合理的配置，在地区布局和资源刹用上锝到了优化。调熬是为 发展作准备，闲此调整以后，紧接着会带来有重点的技术改造，进行设备更新，以 求褥绞织王遂慧钵番夸技透步，为2 l 整纪纺织z 鼗上薪螽酚，实现振兴孬好基穑。送 入新世纪，国际纺织原料将会逐渐发生变化，非褥生资源如石油、天然气将逐年递 减，对再资源棉、琵、麻、丝等原料的依赖将逐步提高。遮一变化对我国纺织工业 豹发震搀建一次撬遴。我国是绫缓霉生瓷源较多瓣国家，戮蘸棉花、蚕丝耱生产葱 星均居世界第一位，通过农业科技水平的提高以及国家对土地会理剩用和开发的宏 观调控，政策上的倾斜等措施，预计我国再：生资源可以为纺织工业的持续稳定发展 提供骞剥戆锈矮条转。 ( 3 ) 扩大出口，增加外汇贮务是加强斟民经济实力的童要攒施乏一。多出口、多刨 汇仍然是阐家发展酌需要。我国纺织工业在改革开放的2 0 年中出口刨汇不断上升， 1 9 9 8 年绣织品、骚装鑫瓣4 2 8 5 亿美元，虽然嗣魄下降了六个甏分赢，餐仍占全国 出口创汇总额的2 3 。今后纺织品、服装出口既撰在数量上扩大，熨要褒晶牌、档 次、质量上提高，增加出口吨纤维的附加值。 纺织王韭楚我国於传统产妲，又是暇牧劳动力戆露妲，在2 l 篷纪裙跨，将继续 第1 簧 纂一掌我辫翁臻行遵欹嚣聂强盘控粒般壤簧哉主黻逶太拳域| 士掣链谗熏 发撑其国民缀济支撑产业的佟照。隧辫时间的推穆，纺缀工业燃予巍擎的嚣袋必须 提高劳动擞产举，霪以科技进步求撇兴、谋发展。辅双机槭的任务就怒针对纺织科 技逡步鹪黉袋，殿器孝遗蠹绣缀忑效掇供虢遥瘟躬披零装麓，鸯纺缳互熊翡笈旋掇务。 鑫筵霹鼹，辩健绫绞黎氛摭溅概魄一蒋健改造爨黪惑乏鼹，美系至缝缀产簸癸至溪 瑟经济懿辩持续发蓑。 1 。2 张力羧剑程纺织业的霪聚妻氇位 统纱撼程楚囊簧楚藤辩熬蕊零特谯及袋纱篾漶懿袋臻决定熬。避入瓣纱厂懿黎 辩一觳爨经避秘热工戆天然野缍糍纯学野缍，为了运埝耱德藏方便，黢袋墩番耱 蘩纛翁憩装，惫拳懿野瀑莹辕麓鲻缀茨素惑获态，筹客鸯簧静杂霞籁痰瘫。器耱逮 嚣夔黎瓣绫蕊悫霞量要黎翡纱，必须经避一系辫鹩鞠泛过程，惫摇器滴、拣建、 并条、粗纱、绷纱和后加工过稷。 纱线的艇骚稳餍有如下一戆： ( 1 ) 缎瓞；浓予壹菝溺爨纱线纛经甄爨难义疑乏钱波牲，鼓一般是孀长发与蓁 鲞熬关系来阗接袭示，避常数特鼗( 凌支蘩) 来爨度。黠嚣嚣麴发煎终黎慕谨，羼 绫珍熬黪数蘧缨( 藏支羲蘧骞 懿纱邈缀，在纱鹩横截嚣孛戆野缳擞羧惫越少，霞 琵对绞纱鹣骚袋瞧越赛。 ( 2 ) 捻威；以单位长度内的手露网数来表示捻回使纤维紧紧地抱含谯一起，从 而增加了纤缭闷的摩擦力帮拖食力，使纤维可述按成长度很长飘其裔一嬲强力的纱 线。耄予务秘好缎的性黥班及妙线翡羯途苓溺，鞠弼瓣纱绫憨捻疫要袋也露麓异， ( 3 ) 强力；统移工艺毖缀搜沙线遮鬟一定静强力搔搽，这样孝熬健抄线其骞 定骛搜臻徐德。纱嚣强力教控镩瑟裂辩薅受黎寒蘩嶷。旋一定臻痿疼，京瑟捻霾黎 增掘纛臻鞭。 ( 4 ) 延伸性：指当纱在爨列张力作用时，长殿有所伸长的性成，一般以越伸度 来表示。所谓娥仲度是纱线试梯静伸长和试样源泉妖魔的百分配。纱的弹慌避伸度 越大，剃熬襞越毽，掰剿残熬嫒秘擞铰辫矮。 ( 5 不萄攀：筵表零均匀程发憝一耪攒标，窀燕播缪缝蔷冀段上勰巢磺特瞧 与箕黪馥警麓攘鬻瓣镶整或离教袭。裘一定祭耱下，镶蓑袋褰鼗整戆犬，襞零蘧零 均匀，其幂匀搴巍裁越犬。纱豹羹爨萃玺搴嚣条予苓麓攀是影癞箕德拣箴誉匈率懿 主要因素之，如强力不匀率是随熊煎量不匀率和条干不匀率的增犬丽增火的。不 匀奉越低，纱黼懿质也越好。 ( 6 ) 渡狰震：戳纱巾禽褥杂袋、癜点数熬多少泉衡爨。宅取决予掰掰舔辩戆禽 杂( 赛) 多少菠疑绣纱过程巾除袈瘗 终溪的凳罄霹罐；在一黢精滋下，纱翡漆 器度越窝，楚漠垮麓凄程蔑鸯纛越辩。 魏辨，纱逑露巍擐襄毫薄程度嚣拣矮。 其中，高鼯质纱的重要搬标魑不匀率。通常所谓的棉纱细魔是撒平均数而害， 事实上不w 熊筑辩均匀，既脊在随机囡索造成的不匀，穗存在因工慧进獠水究善或 荣2 黉 第一章我函纺织行韭状强及张力控制的攮簧性 圭海受邈大学磷士学位论文 援器设餐默态誉建辨逡戏戆不匀。严重鹣囊缨誉麓，举毽影嫡稳纱熬努溉，还会影 响到棉纱的内在质爨( 例如强力等 。嵩缀衣料对纱线的不匀率要求尤为薄捌，必须 控铡纛溉怒范嚣之斑。 誉匀率不能直接控制，通避维持恒张力纺纱可以显著降低纱线的爨爨不匀率和 条予苓匀率。袭纱线、绞秘嚣貔学纾缝瓣麓王滋程孛，张秀是一个霰重黉熬霞素。 遮静强力霹称灸控 审张办，宅酌髓定与番对翱置物翡袋量稳定毪至关霪臻。在绫织 工业巾，纱线的张力控制在产品质黉= 方面占有黧要地位。 。3 谍越懿来源及实际意义 飘移体为纺纱过程中的一道藏簧工痔，熬张力及条干的均匀度是该道工净的关 键，也是最重要的鹱萋捡测标礁。爨裁竭虎生产熬传统粗纱骥i 靠锥轮媾勘实现耀纱 麓警熬燕黉卷绕，锥轮发带豹动终是驭鬟锤为淤力，壅或形装置控刳释放，力豹传 递是纛系在皮繁叉寒羹锤及残形装嚣之耀懿锶邈筑实瑗翡。这一梳褐鬟蜜现大整装 及不嗣王艺条馋下均匀鲍张力戆嬲难的。现戏的张力於偿煺置，即圜纛妓张力毒 馁 装置糊幸卜偿轨式张力补偿装置，需要人工参骘调节，过程烦琐且工作掇火，不能应 尊蘧撬发叟夔豢力交纯。特囊在强力捡涮环警方嚣完全蔹纛操箨久虽翳溅，其禧确 瘦大靠掰搦，嚣且不麓褥残闵环羧潮系绫，遮予依簇避往经虢，在更换琢糕或产燕 臻求时很难迅速适威新情况。 为了改变这种情况，国内外众照纷纷致力鼍= 传统糨纱概静改造，阑外已有较为 袋熟鞠产器溺毽，溪内逑楚予起步蹬段。在这耱情嚣下，爨疼生产爨纱枫瓣主要垒 妲之一安徽第二纺缀机械厂提国笱我校梳电控翩研究骈会俸开发耩一代的税电一傣 化粗绺机着力予解决国内生产嶷践中最迫切的溺题，张力控制在其中占据了关键 经置。凝摆国内麦骚壤纱规蛉结构特点，安徽第二纺织虮槭厂对矮型蹇邃耀纱规黪 技术稳蕤粒结稳特患懿设谤要袋翅下： ( 1 高速讫 锭翼掇攘转速最蒜达1 6 0 0 r m i n ；锭翼工裁转速最囊达1 4 0 0 r r a i n 。 ( 2 )机电一体化 盘靼套交鬏潺遮邀辘分爱猿藏驱裁罗控攀 枣、旋翼铃旗、龙菸舞跨黟麓警卷绕 运蘩。巢餍先逡戆锾邀予技术释黛颓谖逮技沭狻裁各套电槐豹逮疫，达溺对各健饕 轴同步控制的技术袋求。 ( 3 ) 高质量 墩漤上、夸镶耱，差逵嚣，戴筋秀鼗襞镄帮箨窝袋型撬梅等装萋，熬撬筑域结 构篱徒，放障攀大幅度降低。蠢多个高精度的旋转编粥器稔灏裰纱梳键鬓、篱管、 龙筋升降及罗撒等遮动的实时状态，通过徽电脑鞠交颡装谶按设定的散攀模型迸彳亍 会理的控铡，宠善解决壤纱援器、荚援麴张力控割难题，露效搀割趱纱擞汗、关攀 缝节，势穰证爨纱强力在整令运转过程中豹墩瞧，生产熬憝矮藿豹穰纱。 ( 4 )齑效率 夔3 芟 藏掌霰瓣绣缳褥鞋靛嚣蕊张秀控麓鼹燕饔魏上毒囊避j = 学臻圭孥蕊谂室 键速提亵；凝头减少，耀瘴减少移攀次数；减少猿餐瓣阅；渍纱定投，定接搏 攀鄱缩短了纺纱辩间，又减少了旋纱 s 攥终簿鼹 采鬟辍蒺蘑凳入攀潆诿雾瑟，务秘纺纱羔慧参数鼙在鼗暴鬓童实辩萎零褰安瓣浚 定，调蘩寿餐、抉撬著羲簿攀弱滔。幂需诱捩窀梳寝镶轮；辊褥薄纯，城乡诵熬、 维护、潦法和擞油。 ( 6 )张力徽调功麓 在统纱过凝巾，褪纱强力辩糕掺袋璧豹饶劣起整装母罄麓。褴纱张力魏遮浚，生 蘩蜜牵捧塞卷绕灏犬傣葫蓉绞熬缓戆壤基嚣舞票决定。毂恁，逐不鬈豁傺诞在貔麓 垒遗翟审稳定瓣绽番l 往袋糇纱，骚黼是影羲蘩纱翡羧滚鸯缀多，荬孛鸯鹣因素隧魏 交纯较大等等。箍于此，黉求设鼗( c c d ) 张力徽调装置，还鬻求设嚣张圆微调酶 手凄谲熬转稳。 ( 7 ) 断纱挝修 整瓿莛谴惩兰辫经井毙奄，势裂缝车嚣童龙笳瑟辫潞蔹纱巍蒋，攀嚣辩凝纱 巍管， ( 8 安全黪轳凌旄 纺纱中，橇器魏故隆爨动报繁，攀头各秘开瘾擞繁，务电稳、藏扁失荧攘馨簿。 巢爝齐餐游黔护缮撩，稼绦诞桃瓣熬垂常蔚嚣工体静，对于防斑敖辩戆麓薹芝帮及露 撼除数瓣均礴骥曩效果。 ( 9 ) 维护劈便，故障自诊断 综主嚣述，逮燕一令褰爱凌蠢魏、邀、燕、麓鲻簿患避技褰熬羔鼗矮臻，将燮 太懿学寒资添秘入力傀势麓安徽：织爨夔拄寒经聚裙缭套，实联程接袋莱豹产娃琵。 在2 l 鬣怒秘跨，统缓嚣控蒋继续发挥英国氐经济冀撵产攮戆捧麓。鬻对我麓簇 灭w t o 螽瓣挑缓，纺织t 数港乎巍孥翡需袋必缀糖麓势韵生产率，袋默辩艘避步求 撅菇、谖发麓+ 薅缓行藏躲繁荣妊矮依靠援寓产黼瓣辆浚霸辩麓值，嚣龅缀缪过纛 中的恒张力控制具谢很火驹现实意义。这也楚本谦题受到j r 方搿度重视的聪函急一。 我鼓始瑟终参毒了蘩兮臻爱过糕，毽辇楚撬靛裁攀绞黪方寨设诗、磺髂浚蛰嚣 逡麓窝袋魏、软掌 戆瑷资溪试餐，猿囊完或了整瓿掩露g 程痔禳絮设洚浚及其孛强秀 相关部分和逻辑动作部分的分稀浚毒 ，并戚褥予试验榉机的撩黼程序中。该方法藤 辩痿簿了谤簿戮控嬲技零、交皴撼速技零襄毙亳测爨技术辩糖纱援翡张盘避髫实辩 捡澳i 和控锘i ，使新裂粗纱机能徽刘恒张力缡纱。邋过实际运舒过程巾反凝的参数诞 熬，确定了袋德鹣控裁豢籍嚣其俸参数，完域了蠹黼逅露夔辊参热2 0 0 1 审裁统织 撬簸曩爨，获褥致好谬磬罄遂褥裂蠢货。辩冀避一疹效进爨在主海嘉枣携绣露袋 套瓣凌a 试燮产，戆果纂奉遮秘黢懿誉标。 蘩4 赞 第二章粗纱机现状及改造前景上海交通大学硕士学缱论文 第二章粗纱毫惩现状及改造前景 2 1 粗纱机的工艺原理简介 经过裙加王磊豹天然纤维帮纯学纤维( 翔皮稿) 经过歼清糯梳壤工稔将綮压的 纤维开松、除杂与混和，最鬣制成细面长的条子，秀由并条机菸秘多摄条子撼凑其 均匀度并条正程生产出来的条予虽然在形态上以及结构等方酾已经初步具备了直 接绣纱懿条 孛，毽条子定量遥较重，要纺成纲纱约需1 0 0 倍甄t 豹牵 率倍数，丽一 般细纱机还没有这么大的牵伸能力，因此在传统纺纱巾，为了保证绷纱质量，在势 条工程与细纱工程之间，有必要存在粗纱工程，其任务是： ( 1 将纾维条撞长控缨，热王残逶舍予缨纱辊牵 牵铯力的穰纱。 ( 2 ) 给纱条加上适当的捻度或假捻，使具有一定的强力，以便承受卷绕和退绕张力， 并有利于细纱机上的牵伸。 ( 3 ) 把糍纱卷绕残一定瓣卷装垄式，戳便弓：运输、储存、暹绕并满麓缩纱祝对蠖入 型式的要求。 粗纱机按工艺可以分为喂入、牮伸、加捻、卷绕和成形五大部分。其工艺如下： 麸撬嚣煞拣条簿孛弓| 出的搞条，经霉条辊、横动喇戮秘暖入牵伟装置，举伸后 的须条从前罗拉输出，穿过锭翼的顶孔，进入锭翼的空心甓，从空心甓下端弓 出， 绕过压掌而引向筒管，须条由锭翼加捻而成租纱，由于锭翼与简管的速度差而卷绕 到篱管上，荠淼残彩装置蠡冬控制焉绕残疆端鬃截头嚣镶状豹糨纱卷装。 与粗纱张力密切相关的是卷绕部分。前罗拉输出的须条 加捻成粗纱后，需要卷绕成适当形状，以便搬运、储存和 在细纱掇。上退绕。露卷装形式瓣般要求是： ( 1 ) 卷装应有邋当的紧密度，且不发生纱圈的崩脱 现象； ( 2 ) 纱霜撵裂整齐，在篱管籀离一阑紧挨一鬻建紧 密排列，谯筒管径向由内向外一层挨一层地卷绕，层次 分明，便于退绕。 ( 3 ) 在条锌诲蜀戆惨凝下，卷装尽驽能大。 躅2 - 1 卷袈示意萄 棉纺粮纱采用如图2 1 所搴地卷装形式，可以满足 f i g 2 - 1 r o v i n g s k e t c h 上述臻求由于棉纤维较短，粗纱强力较低，经受不起较大地退绕张力，所以采用 无边篱管曩管纱强端残截头圆锥体形，戳防纱圈裁脱。 实现粮纱卷绕的条件： ( 1 ) 锭翼必须绕筒管作相对运动。简管每落后或超前予锭翼一转，则在筒 管表溪裁绕上圈糨纱，教篱镑与锭翼秘者静穗对转速鼯卷绕转速。 第5 美 第二掌羲缪梳聪敬爱改建嚣囊 上海奎遴大学醺学袭谵文 鞭 = 阿一| ( 2 - 0 英孛， 一卷绕转速( 孝杉势) ； 聱一锭翼转速( 转汾 ； 玩简管转速( 转分) - 姿蜘悔时称为翼导，当母时称为 警等，鲡黧2 - 2 巍誉，嚣兹懿卷绕方翔藤好耱复。 时，当粗纱断头时，筒臀上的纱头不会飘散开来， 藕翼导容翁羝皴，形成魏汰帮飞蕊；警罨对纱管 转速随考麓鬻卷绕粪径懿矮大、管纱熏羹的增勰 图2 - 2 卷绕速度图 f i g 2 - 2 洲s k 娃 两稳痤减慢，获磊铸动巍爨懿渚耗较勰衡，两鬓譬粼涟管秒增大丽璜热篱管转速， 魏量消耗变豫较大；起娥绕纱速度鬟辩磁警蟹 象，瓣潋降低能耧。困诧，在稀、毛、 绢纺的粗纱机。e 多采用管导，而麻纺则颇神都有。 ( 2 ) 攀健黠闯蠹笼管鹣豢绕长度菇髓罗粒簸疆长发楱等，粼： 鲰一以i 碱= 绋- 碱( 2 - 2 ) 冀巾n r 一前岁搬转速( 转，分) 蠢一髓罗按壹经( 毫米) 建一褪纱卷绕j 薏径( 瓷采) 在纺势避糕串，蓠罗控速度是不变的，为使捻庹不变，锭冀也必须为恒邋，因 此粗纱卷绕转速应隧卷绕踅经救壤犬鼷减少，在鐾导愤嚣下，篱彗转速就是濑一令 等于锭翼的随逸积个与淑意关的变滚合成，成为会成变速。凌一落纱辩闻驻，篱 管转速是逐篷藏夸翡，藤在同一是纛，杰予酝不变，卷绕转速不交，掰麓篱鬻转速 是恒定鲍。 ( 3 ) 单位时间内龙筋升降动程必须满足筒管轴向纱圈排列的藤求。为使檄妙澄 篱管辘鑫均匀媳接裂，祷管不投圄转箍段要作舞降遮凌。戳安徽第二纺织橇械厂撵 供熬甄墼氍f a 4 t 7 鸯爨，篱管壶下忿菸鼗兹实瑰舞辩运动。 毅扰k=导d(2-3) 翮， 葜孛k 一簿管( 茏簸) 舞豫速度毫米分) 毪一褪纱卷绕转速( 转，玲 d - - 粗纱轴向卷绕圈距( 毫米) 甑式2 3 ) 可见，一落纱避獠中，d 不变，v o 睫文的增大而逐层减小，在嬲一朦孵， k 爨捺不变。 第6 煲 第= 辩租纱机现状及改造前景 上海登遵大学硬士学位论文 ( 4 ) 为保证卷绕成形，使粗纱筒乎头部成双锥形，我们必须控制其每层的龙嬷 的升降动程，并保证其成形角度，如图2 - 3 所示。 霉2 - 3 艇纱舞降参数霉 f i l 9 2 - 3p a r a m e t e ro f r o v i n g c t g0 = ( 8 , - 8 , 2 ( 氐一d 1 ) 式孛戒形蕉度( 度) ； h 。第一层升降动程( 毫米) ； 巩第n 层升降动程( 毫米) 壹式0 3 ) 得： 珥一琏一n g0 媳一d t ) 由式( 2 5 ) 确定了纺纱中每层税纱龙筋升降动程的规律。 ( 2 q ( 2 5 ) 2 2 传统粗纱撬的传动缝构 从终搀来说，传统瓤纱援采用一台电撬驱动。隽实瑗耀纱正常卷绕戆一般运动 规律，采用变速装鬣、差动装置，成形装置和一定的传动系统。 由予导条辊、牵伸梦拉、锭予以及筒管韵运动在一落纱过程中保持恒定，所以 都蠢圭辘壹接通过技裁装置驱动。根撰褪纱豹卷绕运动援德，瑟求麓警瓣卷绕转速 和筒管龙筋的升降速度随筒管卷绕直径的增加耐减少。因此粗纱机筒管龙筋升降速 度和筒管卷绕速度的交途部分，都经变速装置( 上下锥轮系统) 来驱动差动装鬣 驱动恁菸舞降，势憋主皴传卷静餐速襄下锥轮传寒的交速会残螽传绘篱警。 这种卷绕形式使粗纱机卷绕机构的动作应满足如下要求： ( 1 ) 粗纱豹翻捻过程和溢绕过程麓连续进行的，即锭翼回转加捻，筒管回转卷绕。 失使卷绕正常进行，魏罗控在一定辩阅内送爨麴粳j 爹长发，簿警必缀在撩羁瓣阂蠹把它 卷绕完。但在纺纱过程中筒管的卷绕直径却在逐层增大，为保证筒管卷绕速度避应前 罗拉出纱速度蔺管的转速必须随着英卷绕真径的增大而逐层减慢。在粗纱机中筒管 转速改变一般凌锥轮变速极梭完成。 ( 2 ) 筒管作回转运动的同时，龙筋作升降运动。当绕完层纱后，龙筋随即换向，羿 始卷绕下一层。随着管纱直径的增大，筒管卷绕转速应减慢，为保证每一层糨纱的圈躐 第7 疑 第二章蟹嗲氍琏靛爱教壤嚣蓉 上骞交避走挚碛学整瓷交 舔糨等，要求辨降速度也糖成减慢。程糙纱搬申邀部分功懿盎势辫换懿载镌耧变速撬 构竞或，鬻瓣努矮骞一成形装置寨笈潮交速装置熬变速。 嵇璃戆黪舞薄动程，畿陡管缪豢径静增大丽逐滋缭短，这样就熊卷绕成两瑞为函镶 形的圆柱管纱这一动作在粗纱机中。魁由成形机 奄张完成的。 棉纺穰纱机的传动路线拳意凰如下t l 一牵伟系统 咄黼l 齄= 躅2 - 4 辍轳粕待番路线 f i g 2 4 骶a n s m i s s i p a t h 2 ，3 传绞糍移税翡缺陷 传统糨移祝的传动系统杭械结构较为复杂，用齿轮和皮带传动寓现各种协调同 步关系。传潮系统的齿轮慧数达5 0 0 拦6 0 0 多哭，遮不仅造残了转麓援羹犬，嚣基 存程众多豹麓豫纂缓性繇繁，影穗系绫鹣稳定瞧嚣凌态毪蕤，爨魏，疆黟躐魏电一 体纯靛重煮建传动系统鹣橇电一体他。 此辨，随豢时代灼发展，生产金她嬲枣场约联系越来越紧搬，敏捷铡造罄概念 也被提上日程，竞争力集中体现程产懿质量，交货时阔和制造浆性上。传统搬纱桃 浚交捻魔辩黉簧蔼浚捻度巍耱，改变张为露霪要溺羧张交交疑巍轮，占震大蹩入力 物力。更关键靛是，特缝褪纱壤采瘸於偿魏霰等耱类熬张力擞调装鬣，遮骜穗绕熬 张力控制霈爨手工参与调节，控制精度低，实时性麓，对提高粗纱加工质量作用很 有滚。为诧，汗发玲能遥应不同种类艨辩酌恒张力羧蒲4 系统成了各个生产厂寨追求 懿器蠢。 2 4 国内外粗纱机研发现状和发牒趋势 辍纱礁楚蹩统绞厂盛镰黪关键装冬。魏簿在僚涯产鑫矮羹魏蘩搓下，整凝器嚣 胃靠、结秘翼麓萃、操律筵方便、效率趸离，是当蒋耱缪梳领域鹩主要薪究深题。 在诸多影响因素中，卷绕肘的张力控锫4 及条予的均匀壤是该遂z 廖熬关键，辩鳃纱、 络筒等后缨加工纱线的质蹙至关重要。在研制新型粗纱机的过程中，为了达到整机 褥鑫凑诧控澍，遥臻翥臻一磺楚够淡较舞耱嶷实瓣懿捡溺绞纱强力熬鼓本，搜褥茬 第8 鬟 第二毒麓珍瓿理袄狂教撩蘸爨 上海爨惩麦攀硬圭擎豫豫交 制蓉统能够随时根攥张力的变化博掇鼹动调节，丽不必依赖于操作人员的移姆。 9 0 年代初期，随着计算机技术、变频调速技术的发展，德国和日本先艏推出 了b f g i 1 鍪鹈f l l 0 0 篓l 箍珍糖，逡嚣秽辍鍪载衰当今糕缪瓿发曩匏最巍窳平爨 零事器登霉粥零健串麓将巢磊耋懑爨努舔簧动耱f l l 0 0 鍪惹锭褪纱撬捺离枣场。 德鹫青泽公司程1 9 9 9 年法鬻巴黎礞琢纺绥杌械展楚念童攥出了多毫祝努部传动懿 6 7 0 墅悬锭掇纱橼。这耨秘撬型期底取溃了传绕熬变遮黢踅、威形装置秘穗关豹轮 系等机构，浆朋计算机控制多电机分部传动、液晶鼹承屏和触摸式操作键盘，谶 行人机对话，使纺纱工艺调整和照换品种极为方便。舆宥控制精度高、机构觅加简 单、鑫动往程发蕊熬馋患。 疆纱撬蠛耄露纯瓣最失特纛楚袋矮诤葵魏控稍豹多惫魏势嫠蕊动，敬滂了锤 轮、成登、羞逮辍秘交换齿轮等瓣械零舔徉在诗葬梳纛存入大量成熟的王艺参数， 这些参数霹瓣瓣调爨用予生产，保谖绦纱鲶子褰覆霪状懑。掰爨褪纱橇多数采用了 这种多电机分都传动，代表了当前的圜际先进水平照因外先进技术的影响，国内 纺织视械行业也黼后春笋般的开始了纺织机械的机电体化改造，并取得了题大的 成暴。磐溺熬太簿缓缀撬攘厂帮土海交通夭学合捧秀发璐躺戆势雾瓤控制灏f a 4 2 5 鍪鞭移懿，天浮纺织秘援厂窝纺织税毫溪究舞舞终必瓣舞发骚裁翡诗冀藏羟裁戆 f a 4 8 t 燮租纱褫簿，均取港铁建，浆耀多彀魂分帮交黢传劝，实现瀚步按潮，用数 学模型控露l 糖纱鹃残影。 这两种粗纱机均采用了计算机技术、p l c 控制技术、变频调速技术等新技术， 是高度机电一体他的产鼎。其控制系统的硬件配置类似，由工控机、液晶殿豕、触 摸髯、r s - 4 8 5 羧鼯、霹壤程控器、交羧器、交鬏专爰努疹电磁撬、毙宅编弼器等缝 袋。控甏系统惫糕嚣套程彦，一套蔻p l c 熬逻饕憝瑾瓣露，勇终一套是董羧掇熬王 艺鲶理程序。嚣麓程序蕊独立又稽蠢关联。p l c 嚣悬置控税静一个下霞褫，按照工 控撬豹拯令执镗虢缒又是一个独嶷懿逻辑控露器，毙成备耱逻辑羧裁。农纺纱避 程中，由数学檬型建立粗纱卷绕成形数据，正控机控制，p l c 执行，共瞰怒成粗纱 的卷绕成形熬机采用2 台变频电动机，在工控机内建藏电机输出速度、纺纱卷绕 瑛形襄纺纱裁宓控灏翡数学摸墅，煮邀穑撬饔卷绕电动穰静速皖驻蓑纱锭残经察统 纱张秀懿交纯瑟交毒| ：，2 释魄动秘浆浚淫受载芬疆纱锭逡径瓣璎大嚣灌大，鬻魏零 系统属凌 星交饨穴的菲绫性辩交逮发潮步随动控镪系绕，并采用了龋环控制方式， 垂巍电编妈嚣溅褥速疫反馈僖号输入谤舞规，提离了黎绫抗负载交纯能力。 粗纱机在燕际工作过程中，尽管两个电机的速度冈步性能很好，对予鲶定速度 的躐随误差也较小，但由于棉纱质激和空气湿度等外部因索，在粗纱机正常逡行时， 纱黪张办爨会裔徽夺懿交纯，逶逐将张力捡溺痿弩簧入译算规与浚定蓬迸镎援：较， 徽疆卷绕毫魏速浚，靛褥髹持褪纱张力楚予浸寇豹范戮乏瘫。闲藏f a 4 $ 1 麓瑗蜜 了裰纱张力稔灏装麓，供用户遥餍，一童需用张力检涮装嚣，掰隧逐过袋s 。48 5 接日与工控极浚按。瑟f a 4 2 5 刘薅糖供应c c d 三套澎泡检测露 孛，瘸予糗浏粗纱 张力。 这两种新机分别在1 9 9 8 年底釉1 9 9 9 年初通过了料搜成栗骧定，推动了我国纺 攀9 簧 第：章租纱机现状及改造前景 上海变通大学硕士学位论文 织工业的技术进步，缩小了与国外先进水警的菱距，填补了我国在该领域的空白， 显示出我国糨纱机的机电一体化水平正向图际靠近，但尚未达到成熟，还有待进一 步渡送，进一步搿纯撰械撬构，敬进羧铡算法实瑗毽张力控制，优纯纺纱工艺参数。 第1 0 页 第三章动淼摇力棱铡躲避 势耩上海褒蘧天学硬士学毽谵交 第三章动态张力检测熬设计分析 3 。纱线强力静动秀学模型 3 。静套最箍线分辑 在纺级生产过程中，纱祭在机器上通常呈懋镳线形态运符。例如纱条在朝将避 入啜绘罗戆乏蘸，或自罗越输渤戮达鼯纱沟或键翼磺端之前；又翔猩熬经枫上大批 经纱蔻曼爨链线形态蠹嚣孬遴瓣，织耱在染婺瓠上啜入襄辕送瓣往穗瞧是这撵。藐 努，在祝械转动中耱友带或链条也是曼悬链线形态远行熬。在这些愤凝下，一敷 以裉据遨艟织物或条带的下溪程度来估算它们的运转张力，而毋需通过复杂仪器来 痒耱罄戮建，这秘结算方法程生黟现场瓣是有窀糯实意义静。 通常所研究的悬链线是静态悬链线，砸纺纱过程中遇到的是动态悬链线，因为 它不是静止蕊是以慑速v 连续向翦运行的。以艨将迸骧这两种悬键线蓑瓤不犬，雳 鞋先参照纱线力学势耨一馨述孬静态愚链绫秘力学分褥。 弼瀚3 1 所示，取徽嚣纱段懿为分析辩象，设箕荸鼗长度熬鬟鬣兔辩，粼该徽 元的自煎为d s ，两端备受张力t i 和t + dl ，将全部力分解在水平x 方向和垂直 z 方凑上，褥 l 墨= o ：媛= o - 鬈。洲z 焉。，、 l y 定= 0 ：醒= c a d s z = 勰 。 在t z = 0 箍( 黎链线戆最诋赢) 取s = o ，弼积势常数为0 。装将力分解在落线方囊上， 辩褥 髓= ( a x e ) s i n a = 础+ _ = 裙 ( 3 2 ) e w ：d w z 气l 寺龊t 瓣 l 静惫悬犍残爱力分新 f i g 3 - im e c h , m i c s a n a l y s i s o f s t a t i c c a t m a r y 十d 堪 t + d t i 蘩1 l 菱 第曼章动态张力检测的设计分析上海交通大学硬士学位谶文 在最低点处t o - t ，为使上式中的积分常数等于0 ，则应取该最低点的纵搬标为 薯h = z o 钾i ，= ? i v ，或1 o - z ( 3 - 3 ) 由于式( 3 1 ) 与式( 3 2 ) 表示s 与z 是相互对称交换的。现因譬= 譬一鬈= 彳一搿， 亩以上三式可得 嚣2 = 一；= ( z + z o 洫( 3 哪 云叫竹。2 + & = 瓦魄= 詈匿一比) t = 粥= 甜阮圳= 詈匿+ 司 在最高点处垆弓。，则得1 0 = 眷。其中az = z z o 即悬链线的下垂度。 如丽无量纲参数来寝迭，受| j 式( 3 - 5 ) ，式( 3 6 ) 可改麓成如下形式： 量。熹一等( 3 - 7 ) 船2 越瓠 至；上+ 垒 磷2 a = 2 # ( 3 8 ) 3 ，2动态器链绫分析 在生产过程孛经常遇到赡悬链线浆形态虽是稳定戆，毽苓是静走豹，是动态爨 链线。每一个微元段d m ( m d s ) 沿麓该稳定曲线以恒速v 前进，因是曲线运动，故离 心力为 。2 辫凼二= 册 ，2 d a ( 3 砖 其中ps 为d s 的曲率半径，丽d d = d s ps 则是d s 两端切线方向所转过的角度。 此外，还受到重力d s = m g d s 以及两端的张力t s ，t s + d t s 。取水平方向为x 轴，铅 垂方翔荛z 孝鑫，粼哥褥 l 娥一嬲2 d o e c o s a = 女o d s l 戤一删v 2 d a s i n 口= 0 式中a 为d s 与x 轴之间的夹角，如图3 - - 2 。 第1 2 页 第三帮动态张力撩测的设计分析上海甏遇大学硬士学位论文 以上两式积分褥 图3 - 2 动态悬链残受力分新 瑰3 - 2 艇蛐恕螂o f d y n a m i c c a m - y 初值条件为：a 卸慰擘司，蛾 两式相除得 嚣式平方魏褥 又可锝 留窿。，风：t o - - m v 2 岛 留 ( 3 - 1 0 ) ( 3 - 1 1