（机械电子工程专业论文）精梳纺织机械电气自动化控制系统研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位沦文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘茎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：l 小别签字日期： n ( 年 月p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有关保留、使用学位论文的胤定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝鋈盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，丁以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位沦文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：彳狐期 签字门期：7 “年月l 。日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字_ | 期：驴孑年；月f 口几 电话 邮编 摘要 精梳机是棉纺厂的重要生产设备。棉纺技术的不断发展，对精梳机也提出了 越来越高的要求。传统精梳机存在传动系统过于复杂、输出效率低、控制模式不 灵活等缺陷，严重影响了精梳机的进一步发展。为了简化精梳机的传动系统，提 高精梳机的运行效率和机电一体化水平，本文提出了。种全新的精梳机电气化模 型的组态结构，采用州电机分部传动的新型精梳机传动系统设计方案，利用工控 技术、1 业通讯技术、p 【，c 技术、电机伺服控制技术等一系列先进技术，对原有 的精梳机传动系统进行全血的改造。 第一章概括叙述了本课题的研究背景和精梳机的发展状况，对精梳机的工序 任务和工艺流程进行简单介绍，并阐述本课题的主要研究内容。 第二章通过对传统精梳机主要机构的功能与工作原理的分析和研究，针对其 机械传动方式上存在的缺陷，提出采用四电机进行分部传动的设计方案，简化传 动系统，并依照精梳机各个输出轴之间的运动协调规律，进行数学建模。 第j 章在介绍工业控制、电气通讯等技术以及分析电气控制数学模型的基础 上，提出四电机分部传动精梳机控制系统的总体设计方案。 第p u 章按照总体控制方案对系统的硬件设计与软件实现进行了详细的阐述， 对丁如何进行硬件组态，如何进行f , j 靠的数据通讯，如何利用输出轴之问数学模 型笑系实现四电机的咖调控制进行了深入探讨。 第五章通过对控制系统进行硬件安装、软件调试，及搭建试验台进行的空载、 带载试验，得到丫满意的测试运行效果。本章对试验结果进行了分析和研究，并 对运行调试过程中出现的问题与解决方案进行阐述与讨论。 第八章对本文的研究结果进行归纳总结，并指出课题迸一步进展的工作内容 与研究方向。 关键训：精梳机分部传动串行通讯伺服控制工业控制系统 a b s t r a c t t h ec o m b e ri st h ei m p o r t a n tp r o d u c t i o ne q u i p m e n to ft h ec o t t o nm a n u f a c t o r y a s t h es p i n n i n gt e c h n o l o g yc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t ，i ts e t sh i g h e ra n dh i g h e rr e q u e s tt o t h ec o m h e re q u i p m e n t 1 1 1 e r ea r em a n ys h o r t c o m i n g si nt h et r a d i t i o n a lc o m b e r e q u i p m e n ts u c ha st h ed r i v i n gs y s t e mi st o oc o m p l e x ，t h eo u t p u te f f i c i e n c yi st o ol o w a n dt h ec o n t r o lp a t t e r ni sn o tv e r yf l e x i b l e w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t e dt h ef u r t h e r d e v e l o p m e n to ft h es y s t e m i no r d e rt os i m p l i 母t h ed r i v i n gs y s t e m ，i m p r o v et h e o p e r a t i n ge f f i c i e n c ya n dt h ei n t e g r a t i o no fa u t o m a t i o nl e v e lo ft h ee q u i p m e n t , t h e a r t i c l ep r o p o s e so n ek i n do ft o t a l l yn e we l e c t r i f i c a t i o nm o d e lo ft h ec o m b e ra n di t s c o n f i g u r a t i o ns t r u c t u r ea n dd e s i g n san e w t r a n s m i s s i o np l a nw h i c hu s e sf o u rm o t o r s d r i v i n gs e p a r a t e l y d u r i n gt h i sp e r i o d ，w ea d o p tt h ei n d u s t r i a lc o n t r o lt e c h n o l o g y , t h e f i e l dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h ep l ct e c h n o l o g y , t h es e r v o - c o n t r o lt e c h n o l o g y a n do t h e rs e r i e so fr e l a t e da d v a n c e dt e c h n o l o g i e s ，a l lo ft h e s eg i v em eaf a v o ri n d e v e l o p i n gt h en e ws y s t e m c h a p t e rl i tj n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m b e r e q u i p m e n t a n di ta l s od e s c r i b e st h et a s ka n dt h ew o r k i n gt e c h n i c so ft h i sw e a v i n g m a c h i n e ，a tt h es a m et i m e i td e f i n e st h er e s e a r c ho b j e c to f t h i sp r o j e c t c h a p t e r2t h r o u 曲a n a l y z i n gt h es t r u c t u r ea n dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft r a d i t i o n a l c o m b e re q u i p m e n t ，w eg e tt h ee x a c tf l a ww h i c he x i s t si ni t sm e c h a n i c a ld r i v i n g m e t h o d ，t oa v o i dt h ed i s a d v a n t a g ea n ds i m p l i f yt h ed r i v i n gs y s t e m ，w ed e v e l o pa t o t a l l yn e wm o d u l ew h i c hu s e sf o u rm o t o r ss e p a r a t e l yw o r k i n gu n d e ras p e c i f i cr u l e a n dt h e nw eb u i l du pt h em a t h e m a t i c a lm o d u l ea c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i n gr e l a t i o n b e t w e e nt h ef o l l ro a t p u ts p i n d l e s c h a p t e r3i ti n t r o d u e e st h ei n d u s t r i a lc o n t r o lt e c h n i q u e t h ee l e c t r i c a lc o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u ea n da n a l y z e st h ec o n t r o lm o d u l ei nd e t a i l a n du n d e rt h i sf o u n d a t i o n i tp u t s f o r w a r dt h ep l a no f t h en e wd e s i g n a t i o n c h a p t e r4 i tc a r r i e so nt h eh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o na n ds o f t w a r e d e s i g n a t i o n e l a b o r a t e l ya c c o r d i n gt ot h eo v e r a l lc o n t r o jp l a n h o wt oc a r r yo nt h eh a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n ，h o wt oc o n s t r u c tt h er e l i a b l ed a t ac o m m u n i c a t i o n ，a n dh o w t oa c h i e v e t h ef o u r - m o t o rc o o r d i n a t i n gc o n t r o ls y s t e mi nu s i n gt h em a t h e m a t i c a lm o d e lr e l a t i o n s b e t w e e nt h ef o u ro u t p u ts p i n d l e s a l lo f t h e s ea r et h es u b j e c td i s c u s s e di nt h i sc h a p t e r c h a p t e r5a f t e rt h et e s tb e dc o n s t r u c t i n g ，t h eh a r d w a r ec o m p o n e n t si n s t a l l i n ga n dt h e s o f t w a r ed e b u g g i n gt ot h ec o n t r o ls y s t e m ，w ed os o m ee x p e r i m e n t sw i t h l o a da n d w i t h o u tl o a da n dg e tt h es a t i s f a c t o r yo u t c o m e 1 ut h i sc h a p t e lw ea l s oa n a l y z et h e e x p e r i m e n td a t a d i s c u s st h ep r o b l e mi n v o l v ei nt h ee x p e r i m e n tp r o c e s sa n de l i m i n a t e t h eo b s t a c l ei nt h ee n d c h a p t e r6l ts u m m a r i z e st h er e s e a r c ho u t c o m eo ft l l i sp r o j e c ta n dp o i n t so u tt h e f u r t h e rp r o g r e s s e sa n dt h er e s e a r c hd i r e c t i o no f t h i sp r o i e c t k e yw o r d s ：c o m b e r ；s e p a r a t e l yt r a n s m i s s i o n ；s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ； s e r v oc o n t r o l ；i n d u s t r i a lc o n t r o ls y s t e m ； 2 1 1 研究背景 第一章绪论 中国是纺织大国，同时也是纺织机械的需求大国，早在1 0 多年前原纺织工 业部就开始致力于纺机国产化自每工作，但如今国外纺机设备仍占据着国内市场半 壁江山。据统计，“八五”期间，进口纺机占国内市场的6 7 ，“九五”期间下 降到5 3 ，但到2 0 0 0 年国外纺机的市场占有率又重新反弹到5 6 ，2 0 0 1 年上半 年占6 3 。 业内专家分析，国内纺织市场需求趋旺，纺织行业赢利水平不断提高；同时， 随着国际纺织品市场回暖，我国纺织品出口强劲增长：以及加入世界贸易组织给 扩大纺织品出口带来了利好前景，在这种大环境下，纺织企业开始在加快技术改 造，提高产品档次上下功夫，以期通过大规模进口设备，增强企业的市场竞争力。 但是，纺织设备进口成倍增长也带来一些问题。比如，进1 3 的纺织设备种类雷同， 大量进口设备的技术性能不够先进。从引进设备情况看，技术上处于国际先进水 平的较少，旧设备占有较大比重，有些甚至是9 0 年代初期产品。业内人士对这 一状况表示忧虑，认为虽然国内纺织行业开始复苏，但大规模进口设备特别是较 为落后的旧设备，不利于我国纺织业的振兴和可持续发展。 国内的纺织机械行业经过几十年的发展，有了很大进步，取得了喜人的成果， 能基本满足纺织企业产业结构调整的需求。但是，与国际先进水平相比，依靠传 统的用工和管理、适应高速和机电一体化、保证纺纱质量的控制检测手段以及工 艺的合理性、品种的适应性上仍有不4 、的差距，技术竞争力比较差，总体水平低， 产品自主开发和刨新能力薄弱。 根据纺织工业4 十五”发展规划，纺织工业应通过结构调整，技术改造，实现 产业升级。这就需要众多的纺织机械制造企业面对现实，承认差距，发扬创新精 神，紧紧围绕纺织工业科技进步的趋势和当前进口量大，技术竞争能力较差的产 品领域，采取有效措施，提高自主丌发能力和全社会配套能力，不断研制出符合 我国棉纺织企业发展的新型设备，形成一批有市场竞争力的产品，以期在朱束的 纺机市场中占有一定份额。 未来纺织机械发展的趋势将足高新技术的竞争，技术的竞争将更加激烈，多 学科、多门类的十h 互渗透，相互移植，相互采用，声、光、气，液、机、电、仪 等技术集于一体，促使纺织机械产品技术水平迅速提高。高科技含量的增加，使 纺织机械领域出现了新的前沿技术，并将逐步向纵深发展。 自动化控制技术的应用在深入普及。plc 可编程序控制器、变频器，ip c 工业控制计算机、分布传动、在线检测和pcs 控制系统等的采用，促使纺织 机械向自动化、连续化、智能化方面发展，谋求高速度、大卷装、高效率、少用 工，求得高效益m 1 。 1 2 国内精梳机的发展及现状 大体上来说我国精梳机的发展由建国以后开始起步至今，已经历了三个阶 段。5 0 年代为第一阶段，先后制造了“红旗一2 型”、“红旗一3 型”精梳机； 6 0 年代至7 0 年代后期为第二发展阶段，在此期间制造了h 2 0 1 系列精梳机，并 针对其使用，效果进行了多次大的机构改进和调整，使h 2 0 1 系列精梳机在性能 和结构上进一步完善，速度、产质量进一步提高。8 0 年代至今为第三阶段，在 消化吸收国外设备特点的基础上，我国又发展了f a 系列精梳机，其中最具有代 表性的为f a 2 5 1 a 型、f a 2 6 1 型。 精梳机的改进是在满足工艺要求的基础上，提高精梳机的机械设计和制造水 平；改善润滑条件，提高整机的自动化水平，并对主要关键部件采用的材质进行 较大的改进，从而使精梳机能在高速、高产的情况下，运行平稳、噪音较低，且 产质量有所提高。 具体来讲1 9 5 8 年上海国棉二厂参照国外精梳机，设计制造了我国策一台精 梳机，命名为红旗牌精梳机。2 0 世纪6 0 年代初期，研制了a2 0 1 型及a2 0 i a 型精梳机，从而结束了我国不能生产精梳机的历史。到了2 0 世纪7 0 年代，针对 a2 0 i a 型精梳机分离罗拉传动机构中存在的磨损大、振动大等问题进行了改进， 即将“平面凸轮扇形齿轮爪牙离合器一圆柱凸轮”改为“平面连杆运动机 构一礼星差动装置”，出现了a2 0 i b 型稻梳机；之后将h 2 0 l b 型精梳机的单筒 双条改为双筒单条，更名为a2 0 i c 型精梳机。 2 0 世纪7 0 年代木，我暇引进了瑞士r i e t e r ( 立达) 公司的e7 4 精梳机。 通过对引进设备的消化吸收，于8 0 年代初研制月发了f a2 5 1 型精梳机。同时又 对h2 0 i c 型精梳机进行了多项改进，设计制造了a2 0 1 d 型精梳机。2 0 世纪9 0 年代仞，上海纺织机械总厂对f a2 5 1 型精梳机进行了8 项技术改进，发展成为 f a2 5 l b 型精梳机。1 9 9 1 年到1 9 9 3 年参照r i e t e re7 5 精梳机，丰f i 继丌发了 f a2 6 1 型、s x f a2 5 4 型及f a2 5 5 型精梳机。1 9 9 3 年丌始，我国相继与意大利 6 m a r z o l i ( 马佐哩) 公司、r l e t e r 公司达成协议合作生产精梳机，加速了我国精梳 机设计与加工技术水平的提高。自1 9 9 8 年到2 0 0 2 年我国相继开发了f a 2 6 6 、c j 4 0 、s x f l 2 6 9 、f 1 2 6 8 、j s f a 2 8 6 等精梳机。 我国精梳设备经过4 0 年的发展，取得了巨大成就。截止到2 0 0 0 年，我国精 梳机的台数已达到1 3 2 6 4 台，是1 9 9 0 年精梳机台数( 为7 0 8 1 台) 的1 8 7 倍；自 1 9 9 0 年到2 0 0 0 年每年平均增加1 0 3 套( 每套按6 台计算) ，精梳机的万锭配台由一 原来的1 8 台增加到3 9 台。1 9 9 8 年精梳纱所占比例为1 5 1 ，到2 0 0 0 年增加 到1 9 9 6 。精梳机的速度已由原来a2 0 1 a 的1 1 6 钳次m i n 提高到3 5 0 钳次m i n ， 精梳机的产量提高了3 倍。精梳机的综合质量水平( 如精梳条质量、精梳落棉质 量及机器的稳定性等) 及自动化水平有了很大提高。总之，我国精梳机技术水平 及设备加工制造水平与世界先进水平的差距正在缩小。 我国精梳机的机型繁多、品种不一，精梳机的速度水平与纺纱质量水平差别 也很大。按精梳机的工艺速度可划分为4 个层次：第一层次是工艺速度在3 0 0 钳次m i n 以上的高效能精梳机，如f a2 6 6 、c j4 0 、s x f l 2 6 9 、f 1 2 6 8 、j s f 2 8 6 型精梳机；第二层次是工艺速度在2 0 0 - - - 2 8 0 钳次m i n 的精梳机，如f a2 6 1 型 等；第三层次是工艺速度在1 6 0 一1 9 0 钳次m i n 的精梳机，如f a2 5 1 型等；第 四层次是工艺速度在1 2 0 1 5 5 钳次m i n 的精梳机，如a2 0 1 b 、c 、d 型。在这 4 个层次中，以a2 0 1 系列精梳机最多，约为7 2 0 0 台“。 1 3 国外精梳机的发展及现状 在国外，精梳机最早发明于1 8 4 6 年，钳板为固定式，以发明者海尔曼的名 字命名。1 9 0 0 年，英国的纳斯米氏将海尔曼式精梳机加以改进，使钳板在工作 过程中前后摆动，称为纳斯米式精梳机。国外精梳机，经历了较长的缓慢发展时 期，到了2 0 世纪8 0 年代，世界科学技术的发展推动了精梳机的快速发展。 2 0 世纪7 0 年代，r i e t e r 公司推出了e7 4 型精梳机，车速为2 5 0 钳次 m i n 。2 0 世纪8 0 年代，r i e t e r 公司对钳板机构、分离罗拉传动机构等进行技术 改进后又推出了e 7 5 型，之后又推出了e7 6 型精梳机，车速分别为3 0 0 钳 次m i n 、3 5 0 钳次m i n 。2 0 世纪9 0 年代，r i e t e r 公司对e7 6 型精梳机钳 板机构、牵伸系统等进行了多项改进后，又相继推出了e6 0 型、e6 0 h 型精梳 机，机器的稳定性及纺纱质量水平有了进步提高。2 0 0 0 年，r i e t e r 公司利用 计算机辅助过程优化技术对e6 0 型、e6 0 h 型精梳机的钳板传动机构及分离罗 拉传动系统进行优化设计，推出了e6 1 型、e6 2 型及e7 2 型精梳机，车速达 7 到了4 0 0 钳次r a i n ，具国际领先水平。 m a r z o l i 公司2 0 世纪7 0 年代推出了p l 型精梳机，2 0 世纪8 0 年代初期推出 了p2 型精梳机。到了1 9 8 5 年之后，又相继推出了p x l 型及p x2 型精梳机，p x 2 型精梳机的最大机械速度为4 0 0 钳次m i n 。 一2 0 世纪9 0 年代，除r i e t e r 公司和m a r z 0 1 i 公司生产精梳机之外了日本原 织机公司也先后开发出v c - 2 5 0 型、v c 一3 0 0 型精梳机，日本t o y o t a ( 丰田) 公司在 吸收消化v c 一3 0 0 型精梳机技术的基础上，推出了h z 型精梳机，最高速度为3 6 0 钳次r a i n 。意大利沃克公司也开发出了c m 5 0 0 型精梳机，最高速度为4 0 0 钳次 m i n 圳嘲。 1 4 国外精梳机的主要技术特点 1 ) 瑞士立达公司的e 6 1 型、e 6 2 型及e 7 2 则精梳机 ( 1 ) 钳板摆轴传动采用血柄摇杆机构，4 e 7 6 型精梳机相比优化了曲柄长 度，使钳板起动程及最大角加速度值减小，有利于减小高速时的振动与冲击。 ( 2 ) 钳板组件的质量由e 7 6 型精梳机的3 5 k g 减少到2 9 k g ，从而减小了 钳板组件的运动惯量，对精梳机的高速及减轻振动有利。 ( 3 ) 与e 7 6 型精梳机相比，增加了钳板斤启定时调整机构，钳杖丌口定时 可根据给棉方式及落棉隔距的不同而进行调整。从而避免了落棉刻度过大时给棉 罗拉不给棉现象的发生，同时也解决了接合分离丌始前钳口开启过晚而影响棉丛 抬头的问题。 ( 4 ) 分离罗拉传动部分采用平面连杆运动机构一行星轮系，并利用计算机辅 助设计技术优化了平面连杆机构的尺寸及行星轮系齿轮的配比，并使分离罗拉的 有效输出长度由e 7 6 型精梳机3 1 7 1 m m 减小到2 6 4 8 m ，使分离罗拉的运动量 及晟大角加速度值减小，同时使棉丛的接合长度增大，有利于车速的进一步提高； 机器的适纺性能增强。 ( j ) 牵伸系统采用三上五下牵伸，由四根罗拉和三根胶辊组成两个牵伸区， 前牵伸区为主牵伸区，后区为预牵伸区。两个牵伸【部为曲线牵伸，都能使中后 部的摩擦力界画西部扩展，有利丁二精梳条的条二f 均匀度。牵伸倍数为1 1 4 1 5 ， 总牵伸倍数为9 一1 9 3 倍。 2 ) 马佐利公司的p x 2 型精梳机 马佐利公司的p x 2 型精梳机与瑞士立达公司的e 6 1 型、e 6 2 型及e 7 2 型精梳 机不同点是： 3 ( 1 ) 分离罗拉传动机构采用共扼凸轮一平面四连杆机构一行星轮系，分离罗 拉的运动参数及角速度大小，主要取决于扼凸轮的外形曲线。分离罗拉的有效输 出长度为3 2 2 5 m 。 ( 2 ) 采用自洁顶梳系统，即在顶梳的上部设有压缩空气管，精梳机每两个工 作循环，压缩空气管自动吹气一次，清除顶梳表面的结杂，以提高项梳的梳理效 果。 ( 3 ) 牵伸系统采用四上五下牵伸装置，由五根罗拉和四根胶辊组成三个牵伸 区，前区和后区都为简单罗拉牵伸，而中区为曲线牵伸。后区为颈牵伸区，其牵 伸数为1 1 5 - - 1 3 7 倍，中区为主牵伸区，总牵伸倍数为8 4 2 1 7 1 6 倍；前区 为整理区，牵伸倍数为1 0 2 倍。主牵伸区的罗拉隔距可根据所纺纤维长度的不 同进行调整。主牵伸区酶设有一个整理区，有一定的张力牵伸，可防止纤维经过 高倍牵伸后产生回缩现象( 因纤维经牵伸后产生急弹性变形) ，有利于纤维的伸直 及精梳条的条干均匀。 ( 4 ) 无钳板开启定时调整机构，即钳板口定时无法根据工艺需要进行调整。 3 ) 日本原机织公司的v c 一3 0 0 型精梳机 与瑞士立达公司的e 6 1 型、e 6 2 型及e 7 2 型精梳机不同点是： ( 1 ) 钳板的摆动为上支点式，在锡林梳理时，下钳板钳唇沿锡林表面作外接 圆运动，且紧贴锡林表面，梳理隔距变化很小，几乎是等隔距梳理。 ( 2 ) 钳板钳口与分离钳口的相对高度可根据所纤维品种的不进行调整，以利 于新旧棉丛的接合。 ( 3 ) 在给棉罗拉与下钳唇之丑j 采用辅助钳板钳板( p 、p 钳板) 其作用如下：一 是在分离牵伸过程中，加强对纤维运动的控制，减小纤维的损失，在同等条件下， 精梳落棉可减少1 一2 。二是在分离牵伸过程中，可增加牵伸中后部的摩擦力界， 增强对浮游纤维的控制，有利于提高精梳条的条干均匀度。三是在新旧棉丛接合 时，由于辅助钳板的下压，有利于受梳棉丛的抬头，便于新旧棉丛的接合。但由 于辅助钳板的存在，使钳板组件的质量增加，不利于精梳机的高速。 ( 4 ) 采用大直径锡林，即锡林直径为1 5 0 m m ( e 7 6 型精梳机为1 2 5 4 m m ) ；增大 了梳理面与梳理效果。 ( 5 ) 分离罗拉的运动参数( 如分离罗拉的倒转量、有效输出长度) 可利用改变 迁科尺寸的方法进行调整，以适应不同纺原料及不刚品种的纺纱要求。 ( 6 ) 精梳机的牵伸系统可用j 上4 下曲线牵仲，也可采用2 上2 下牵伸装置。 4 ) 意大利沃克c m 4 0 0 型精梳机 1 9 8 0 年以前，意大利沃克公司的主导产品足并条机，市场主要是欧洲固家。 9 2 0 世纪8 0 年代初期开始生产精梳机和精梳准备机构。1 9 9 1 年首次在汉诺威纺织机 械博览会展出c m 4 0 0 型精梳机，该机的设计在机电一体化水平及自动化水平上有 以下特点： ( 1 ) 自动调整工艺参数。除落棉隔距采用手动调节之外，精梳机的速度、精 梳小卷的喂入速度、锡林的清洁周期、分离罗拉的顺转定时等都采用可编程控制， 工艺调整极为方便。 ( 2 ) 配备了精梳条质量监测系统，及时将产量_ 质量数据及保养要求以简明 的图表显示出来。并可利用精梳条质量监测系统很方便地找出发生机械故障或工 艺差错的原因。 ( 3 ) 可编程控器与精梳条质量监测系统相连接，能进行工艺多数的在线调整。 在精梳机运行状态下，可在进行工艺参数调整的同时，观察该工艺参数对精梳条 质量的影响效果。 ( 4 ) 可利用机器上的微机处理系统调整分离罗拉的有效输出长度、棉网的接 合长度、分离罗拉的倒顺转运动等参数。 ( 5 ) 机器能自动显示沃克公司编制的机器维修计划。一旦操作工操作失误， 机器会立即停车并显示相关的操作要领，以便维修人员进行必要的保养工作嘲1 斛】 螂 1 5 精梳机的发展趋势 l 速度高 精梳机的速度高低是衡量其现代化水平的重要标志。因为精梳机的速度越 高，单机产量和劳动生产率就越高，精梳机的万锭配台、占地面积、用人和耗电 也相应减少。经测算可知，在精梳机的给棉长度与精梳落棉率相同的情况下 f a 2 6 6 、f 1 2 6 8 型精梳机的产量为a 2 0 1 d 型精梳机产量的4 1 5 倍；f h 2 6 6 、f 1 2 6 8 璎 精梳机的万锭配台数只有h 2 0 l o 型精梳机的四分之一；占地面积和用人也只有 a 2 0 1 d 型精梳机的四分之一；万锭精梳机耗电量大大减少。因此采用高效能精梳 机具有巨大的经济效益。 2 质量优 1 ) 精梳机纺纱质量指标 质量优足指精梳机在高速的同时，纺纱质量要好，即精梳条的各项质量指标 和精梳落棉指标要达到高效能精梳机的要求。在正常配棉的情况下纺纱质量指标 为：( 1 ) 精梳条的条干c v 值在3 8 以下；( 2 ) 精梳条含短绒率在8 以下；( 3 ) 精梳 条重量不匀率在0 6 以下，机台f r j 的精梳条不匀率的0 9 以下：( 4 ) 精梳后棉结 的清除率不低于1 7 ：( 5 ) 精梳落棉含短绒率在7 0 以上；( 6 ) 精梳后杂质的清除率 o 在5 0 * , 6 以上。 3 自动化 自动化水平也是精梳机现代化的重量标志。提高精梳机的自动化水平，不仅 可以减轻挡车工的劳动强度和看管负担，还可提高精梳产品的质量。精梳机的自 动化水平主要体现在以下几个方面： i ) 采用多种高灵敏度的自停装置 如采用断头自停、满简自停、涌条自停、空卷自停、绕罗拉绕皮辊自停、分 离和牵伸皮辊加压不足自停、各种安全自停等。 2 ) 采用多种自动装置 如采用自动换筒、小卷自动运输、自动上卷、顶梳自动清洁、停车钳板自动 复位等。 3 ) 采用工艺参数的在线调整 如在精梳机正常运转时，若精梳条的某项质量指标出现问题，可以直接操纵 键盘按钮进行工艺调整。 4 ) 采用精梳质量的在线检测与计算机监控系统 如可快速显示精梳机的产量与质量信息、显示机器出故障的位置，当质量达 不到要求时自动报警等。 4 大卷装 精梳机的高速化，使棉条筒的满筒时问利喂入小卷的使用时间大大缩短，换 筒和换卷次数急剧增加，挡车工的劳动强度增大，导致挡车工的看数减少和劳动 强度降低，因此，采用大容量的棉条筒和大卷装的小卷喂入也是当代精梳机的发 展方向之一。 除此之外，采用大卷装还有以下特点： 1 ) 有利于提高产品质量。因为棉条筒的容量与精梳小卷的体积愈大，换筒和 换卷次数越少，精梳小卷的接头和精梳棉条的接头次数愈少，由于操作不良而引 起的后工序产品的断头和本工序产品的疵病也愈少。 2 ) 可减少棉条筒和精梳小卷的周转量和存放面积。因为棉条简的容量和精梳 小卷的卷装愈大，其周转周期愈长，棉条简和精梳小卷的储备量可相应减少，从 而可减化生产管理、降低成本。 作为棉纺厂的重要生产设备，精梳工艺在纺织生产中占有重要的地位，如何 在保证精梳产品质鼍的前提下，使精梳机工作更可靠、结构更简单、操作更方便、 效率更高，从而提高精梳机的产品竞争力，是纺织机械领域一个重要的研究课题 “1 。近年来，正是随着自动化控制技术在各行业的广泛应用与深入普及以及满足 提高纺机竞争力的内在要求，在精梳机上采用先进的计算机控制电气传动技术取 代传统的机械传动控制，实现精梳机高速、商效、高度的机电一体化的趋势己成 为必然”。本课题的研究正是在这种背景下开展的州7 n 1 。 1 6 课题研究的内容 山西经纬合力公司生产的f a 2 6 1 一f a 2 6 6 精梳机，以及当今世界上普遍生产的 精梳机都属于全机械传动系列精梳机，采用一台变频电机作为主电机，虽然整个 电气系统采用p l c 控制，具有一定的机电一体化水平，但由于系统主要采用机械 传动控制，大大地限制了精梳机的运转速度和输出效率，在操控上也存在着一定 程度上的不便。 f a 2 6 x 系列精梳机，在锡林轴与分离罗拉、钳板摆轴之间靠复杂的机械结构 传动，如行星轮系，四连杆机构等，中间变换齿轮繁多，传动系统比较复杂。这 种传动方式存在以下主要缺陷： ( 1 ) 轮系、连杆结构笨重、惯性大，影响传动速度。 ( 2 ) 连杆形状特殊，设计制造都非常麻烦。 ( 3 ) 成形机构体积大，机构复杂 ( 4 ) 保养维修工作量大。 ( 5 ) 品种翻改不方便。 ( 6 ) 机械结构容易磨损，导致传动模型受到影响，进而影响棉纱梳理质量。 显然，现有f a 2 6 x 精梳机传动方式上的缺陷，阻碍了其向高速大卷装方向的 进一步发展，在各项新技术得到快速发展、市场竞争日趋激烈的今天很难有一席 之地，必须对其进行全面的技术改造。“3 1 本课题就是要在f a 2 6 x 猫梳机的基础上，利用工业控制技术、工控组网通讯 技术，电机伺服控制技术等的系列先进机械电子技术，取消在各个传动轴之日j 的机械机构，以工业控制逻辑尊元作为整个电气控制系统的主控核心，锡林轴、 分离罗拉轴、钳板摆轴以及毛刷传动轴各 i 一个电机进行驱动，实行四电机分部 传动的工业控制系统，从而较彻底简化传动系统，缩短传动链，实现精梳机的高 速、商效以及高度的机电一体化。 课题的主要研究内容包括： 1 2 l 、在对精梳机原有系统进行分析的基础上，确定四电机分部传动控制的总 体传动方案，并建立合理的数学模型； 2 、设计四电机分部传动控制系统的硬件部分，包括系统整体的构架，系统 主要设备的电气连接以及硬件设备组网设计； 3 、设计四电机分部传动控制系统的软件部分，包括触摸屏的软件设计、p l c 程序设计以及电机控制器的内部控制流组态设计； 4 、进行系统调试并对调试结果进行分析，同时对调试过程出现的问题和解 决方案进行讨论； 5 、计算精梳机输出负载，并加工模拟负载，通过空载和带载试验，验证系 统的输出能力。 1 3 第二章机械机构与数学模型简介 2 1 精梳机的主要机构与作用 2 。1 。1 精梳工序的任务 由于梳棉生条中含短纤维、杂质、疵点仍较多，且纤维的伸直平行度和分离 度不够，难以满足高档纺织晶的纺制要求，所以对质量要求高的纱线，如细洁挺 括的涤棉织物、轻薄凉爽的高档汗衫、柔滑细密的细特府绸，以及某些工业用和 特殊用途的纱线( 电工黄蜡布，轮胎帘子线，高速缝纫线，刺绣线及装饰线) 等， 一般都需经过精梳纺纱系统加工。 在普梳纺纱系统中的梳棉、并条工序之问增设精梳工序即组成了精梳纺纱系 统。精梳工序由精梳准备机械和邮机组成，其主要任务是： ( 1 ) 排除生条中的短绒，提高纤维的长度整齐度，为改善成纱条干均匀度创 造条件。 ( 2 ) 清除纤维间包含的棉结、杂质，以改善成纱外观质量。 ( 3 ) 使纤维得到进一步的伸直、平行和分离，以提高成纱的内在质量夏光泽。 ( 4 ) 制成条干均匀的精梳棉条，为下道工序的喂入做准备。 经过精梳加工的精梳纱线与同特普梳纱线相比，成纺强力提高1 0 一2 0 n 5 ， 结杂粒数可减少5 0 0 , 6 - - 6 0 9 1 ，且条干及光泽均显著提高。故在国家标准中对精梳纱 有较高的考核标准。 精梳加工落棉较多，必然会造成可纺纤维的损失。同时，精梳系统因增加机 台和用人而使加工费增加。因此，对精梳工序的选用应从提高质星，节约用棉， 降低成本等方面综合考虑o ”1 。 2 1 2 精梳机工艺过程 精梳机虽有多种机型，但工艺过程基本相同，都足周期性的断丹棉层，在分 别梳理棉层两端后再依次接合成连续输出的棉网。f a 2 6 1 型精梳机工艺过程如下 页图21 所示。小卷放在一对承卷罗拉7 上，随承卷罗扣的回转而退解棉层，经 导卷板8 喂入胃f 钳板上的给棉罗拉9 与给棉板6 组成的钳口之日j 。给棉罗拉周 期性间歇回转，每次将一定长度的棉层( 给棉长度) 送向上下钳板5 组成的钳口。 钳板作周期性的6 口后摆动，在后摆中途，钳口闭合，上、下钳板有力地钳持棉层， 使锚口外棉层呈悬垂须丛状，此时，锡林4 上的梳针面恰好转至钳口下方，针齿 逐渐刺入棉层进行梳理，清除棉层中的部分短绒、结杂和疵点。随着锡林针面转 1 4 向下方位置，嵌在针齿间的短绒、结杂、疵点等被高速回转的圆毛刷3 刷下，经 风斗2 吸附在尘笼1 的表面，剥落后由机外风机吸走进入尘室。锡林梳理结束后， 7 9 图2 - 1f a 2 6 1 型精梳机的工艺过程 1 一尘笼2 一风斗3 一毛刷4 一锡林5 一上，下钳板6 一给棉板 7 一承卷罗拉8 一导卷板9 一给棉罗拉l o 一顶梳l l 一分离罗拉 1 2 一导棉板1 3 一输出罗拉1 4 一喇叭口1 5 一导向压辊l 卜导条钉 1 7 牵伸装置1 8 一集束喇叭1 9 一输送带压辊2 送带 2l 一圈条集束器及检测压辊2 2 一幽条斜管2 3 一条筒 随着钳板的莳摆，须丛逐步靠近分离罗拉l l 的钳u 。与此间时，上、下钳板逐 渐丌启，梳理好的须丛因本身弹性面向莳挺直( 须丛抬头) ：分离罗拉倒转，将前 一周期的棉网倒入机内一定长度后再顺转。当钳板钳口外的须丛头端到达分离钳 口后，与倒入机内的前一周期棉网相叠合而由分离罗拉输出。在张力牵伸的作用 下，棉层挺直，顶梳l o 插入棉层，被分离钳口抽出( 分离) 的纤维尾端从顶梳片 针隙问拉拽通过，尾端粘附的部分短纤、结杂和疵点被阻留于顶梳片后的须丛中， 待下一周期锡林梳理时除去。当钳板到达最前位置时，分离钳口不再有新纤维进 入，分离结合工作基本结束。之后，钳板开始后退，钳口逐渐闭合，准备进行下 一个工作循环。由分离罗拉输出的棉网，经过一个有导棉板1 2 的松弛区后，通 过一对输出罗拉1 3 ，穿过设置在每日艮侧并垂直向下的喇叭口1 4 聚拢成条，由 一对导向压辊1 5 输送到输棉台上。各眼输出的棉条分别绕过导条钉1 6 转向9 0 度，进入与水平线呈0 0 度倾角的三上五下曲线牵伸装置1 7 ，经牵伸后，由一根 输送带2 0 托持，通过圈条集束器及一对检测压辊2 1 后圈放在条筒2 3 中。 由精梳机的工艺过程可知，精梳机周期地间歇性工作是由各机件的相应运动 来实现的，这些机件的运动必须密切配合才能协调有序的工作。锡林轴外端装有 一表面有刻度的圆盘，称为分度盘。分度盘被划分为4 0 等分，每等分称为一分 度，每一分度9 度。当锡林一转时，分度盘转，钳板前后摆动一次，精梳机完 成一个工作循环，称为一个钳次。在一钳次中，分度盘所指示的分度，组成了各 运动机件的配合关系，这种关系可用运动配合图来表示。不同机型、不同的工艺 条件，则对应不同的运动配合图，如下图所示，图中( 甲) 为f a 2 6 1 型精梳机的运 动配合图，图中( 乙) 为a 2 0 i d 型精梳机的运动配合图。 分疰量分度 王野帆忭运霸 li ss 刍2 5 刍3 0 由3 5 击盎 ：i s 1 0 3 哇 4 锝橼梳理 一 舟鹧 向后 圣l 搓攫动2 4 阡小 柑艇启阳 甜 、j阳台 勰5 始档运动 蔚避培檐 _ 鞠 瑗艇棱最 分离帮转嗡曲滁、_ 、 1 65 酚段掰分 分离前准备 l 釜il 撞珲翡准备l 韬韩撬肆 圭要帆锋运动i slf15202530矗 1 分度越舟窿 鹤韩撮弹i ll 一 由酌 向后 钳援罢动 j l 罐援名闭 j 7 s i - -28 ； 1 7_ 缋槁远硇； 19 i 臻植艟理 分离罗拉动葡，q l 。 i豫轱届 图2 - 2 精梳机运动配合图 精梳机每一钳次l 可分为相互连续的四个阶段，即锡林梳理阶段、分离接合准 1 6 备阶段、分离接合阶段和锡林梳理准备阶段。不同机型，各个阶段所对应的分度 以及所占有的分度数不同，f a 2 6 1 型精梳机各运动机件在四个阶段中的运动见下 表。四个阶段所占的分度数依次为1 0 5 分度，1 2 5 分度，7 分度和1 0 分度。 表2 - 1 精梳机四个阶段的机件运动 葶动壤件 口韩钳氟培棉梦投 疆饭分囊岁拉 辨段分j 入 鬻# 键理 先爵援再翦攥，钳 巍理镄基书缋棉随钳裁运动穰转 3 _ 4 5 口朗台 分离接台准备蛙续厨转。不参号萌攥上钳扳爰衙前进培捕或术培 髓钳嫒奄前 基奉静止，饲转 1 5 l t 辘壤开岛棉) 一鬃转 分离接音壤续鼬转不参与髓接错廿燕溉升 瓣人须丛挺理 1 7 一鼬 械囊夫 币蛤棉麒转 蝽墙 鸽# 饭理准备境甘接近钳扳钳蠡捶上钳扳旌新詹邈缋幡或不给脱离分璃丛魁 魅续藏转 2 3 t廿 嘲合下压顼丛懈 端，藏键短运曲 2 2 精梳机机械结构简介 精梳机作为重要纺织机械，要正确完成精梳任务，其机械结构之间的配合起 着致关重要的主用。精梳机工作流程中主要包括钳持喂给部分、梳理部分以及分 离接合输出部分组成，由于我们的待改造精梳机就属于f h 2 6 x 系列机型，并且在 改造过程中主要对钳持喂给部分、分离结合输出部分进行改造，由于篇幅有限， 所以下面结合f a 2 6 x 系列精梳机分别对上述两个部分做主要介绍，而对梳理部分 以及存在于梳理环节中的技术分析只作简单介绍。 2 2 1 钳持喂给部分 在精梳机的一个工作循环中，钳持喂给部分要发挥以下的作用：定时地喂入 一定长度的小卷：正确及时地钳持棉层供锡林梳理；及时地松开钳板钳口，使钳 口外须丛回挺伸直，正确将须丛向前输送，参与以后的分离、接合工作。精梳机 的钳持喂给机构包括承卷罗拉喂给机构、给棉罗拉喂给机构和钳板机构。 一、承卷罗拉喂给机构 承卷罗拉喂给机构有两种酗式，一种是间歇回转式，其代表机璎为a 2 0 1 系 列型；一种是连续回转式，国产新机上普遍使用。 1 连续回转式喂给机构 f a 2 6 1 型精梳机的承卷罗拉传动机构如图2 - 3 所示。主传动油箱中的副轴通 1 7 过过桥轮系