（纺织工程专业论文）微机控制环锭纺竹节纱生产的优化设计与产品性能分析.pdf

摘要 摘要 主s 9 竹节纱作为花式纱线的一种，已被广泛应用于服装、装饰、旅游等纺织领 域，而且以其结构独特、色彩丰富和高附加值在市场上占据了一定的份额。我 国从事竹节纱的研制较早，但一直以来只停留在比较简单的设备改造上，其产 品质量波动性很大，纺制中经常出现断头和竹节纱参数不准确的现象，而且其 自动化程度和精确度也较低。本课题通过对国内各种纺制竹节纱方法的总结和 比较，制定出在环锭细纱机上纺制竹节纱的最佳方案，即采用变频电机和单片 机控制器的方法。并对细纱机的改造和安装及控制系统的程序部分进行了设计 和研究。借助计算机纱线轮廓显示软件通过测试基纱和竹节纱部分的准确直径 数值与设计直径数值进行比较，出大量的对比实验验证了该方案的合理性和可 行性。由于竹节纱的结构特点，使纺纱和织造形成困难。因此又对竹节纱的捻 度、追加捻度、强力及伸长进行了测试和分析，主要研究了竹节纱的三个基本 参数，即节距、节长和竹节倍数对上述参数的影响，分析了影响竹节纱捻度的 主要因素和竹节纱的断裂机理，得出了纺制竹节纱的最佳工艺方案，为满足竹 节纱的各项质量标准及纺纱与织造提供了一定的理论依据。另外，借助计算机 模拟仪和小样试织对竹节纱进行了面料模拟和织造，并分析了各种组织结构及 不同的经纬纱排列对布面效果的影响，为加工各种风格的服装提供了视觉参 考。本课题的研究为开发高质量、多样化的竹节纱及其产品奠定了一定的技术 基础，对加快和扩大竹节纱的应用，使竹节纱纺制技术更加成熟化起到了推动 作用。 【关键词】：竹节纱单片机控制器竹节参数计算机辅助设计面料丌发 些! 堡! 篁!一 a b s t r a c t s 1 u b b yy a m ，w h i c hi s ak i n do fs l u by a r n ，h a sb e e nw i d e l yu s e di nt e x t i l ef i e l d s ， s u c ha sg a r m e n t ，d e c o r a t i o na n dt o u r i s m ，a n dh a so c c u p i e ds o m es h a r e s i nm a r k e t r e l y i n go n i t sd i s t i n c t i v es t r u c t u r e r i c hc o l o r sa n dh i g ha d d e d v a l u e w jh a v ee n g a g e d i ns l u b b yy a mr e s e a r c hm u c he a r l i e r ，b u to n l yr e i n a i n e do nm o r es i m p l em a c h i n e r e f o r m i n g f o ral o n gt i m e ，p r o d u c t q u a l i t y f l u c t u a t e s g r e a t l y , a n d t h e r ea n s e p h e n o m e n ao fc u r i n ga n dp a r a m e t e ru n a c c u r a t i o n o fs l u b b yy a mr e s e a r c hm o r e e a r l i e r , b u to n l y r e m a i n e do nm o r e s i m p l em a c h i n e r e f o r m i n gf o r a l o n gt i m e p r o d u c t q u a l i t y f l u c t u a t e s g r e a t l y , a n d t h e r ea r i s e p h e n o m e n a o fc u t t i n ga n dp a r a m e t e r u n a c c u r a c yo fs l u b b yy a m i ns p i n n i n g ，e v e ni t sa u t o m a t i o na n da c c u r a t i o na r em u c h i o w e t h r o l j l g h t h e s u m m a r ya n dc o m p a r i s o n o fs p i n n i n ga l lk i n d so fs l u b b yy a m s d o m e s t i c ，t h i st o p i cm a k e st h eo p t i m u mp r o g r a mo ns p i n n i n gi t o nr i n gs p i n n i n g f l a m e ，t h a ti su s i n gf r e q u e n c ye l e c t r i cm a c h i n e r ya n ds i n g l eb l a d ec o m p u t e r c o n t r o l l e r a l s ot h et o p i cm a k e sd e s i g na n dr e s e a r c ho nt h er e f o r m i n ga n di n s t a l l i n gs p i n n i n g f r a m e ，a n do ns o m ep r o c e d u r e so fc o n t r o l l i n gs y s t e m ，a n dw i t ht h ea i do fc o m p u t e r m i c r o s o f lo ny a m f i g u r ed i s p l a y ，w h i c hm a k e sc o m p a r i s o n b e t w e e na c c u r a t ed i a m e t e r a n dd e s i g n e dd i a m e t e rb yt e s t i n gb a s e y a ma n ds l u b b yy a m ，a n dt h r o u 曲ag r e a td e a l o f c o m p a r i s o nt e s t s ，i tp r o v e st h ep r o g r a m r e a s o n a b l ea n dw o r k a b l e a sf o rs l u b b yy a mt e x t u r ef e a t u r e ，w h i c hc a u s e sd i f f i c u l t yo ns p i n n i n ga n dw e a v i n g ， t h e r e f o r et h r o u g ht e s t sa n da n a l y s e so nt w i s t ，a d d i t i o n a l t w i s t ，s t r e n g t h ，t h et o p i c m a i n l yr e s e a r c h e ss l u b b yy a m t h r e eb a s i sp a r a m e t e r s ，i e s l u bd i s t a n c e ，s l u bl e n g t h a n df i n e s to ft h en u b b y y a r na f f e c t i n gt h ea b o v e - - m e n t i o n e dp a r a m e t e r s ；a n a l y z e s a f f e c t i n gs l u b b yy a mt w i s tm a i nf a c t o r sa n dt h er a p t u r em e c h a n i s m ；d r a w su pt h e o p t i m u mt e c h n o l o g yp r o g r a m ；p r o v i d e dc e r t a i nt h e o r i z e d f o u n d a t i o nt om e e tt h e q u a l i t ys t a n d a r d i z a t i o no fs l u b b yy a m se v e r yi t e ma n ds p i n n i n ga n dw e a v i n g i n a d d i t i o n b ym e a n so fc o m p u t e rs i m u l a t o ra n ds a m p l et e s tw e a v i n g ，i tm a k e sf a b r i c s i m u l a t ea n dw e a v e ；a n a l y z e sa 1 1k i n d so fw e a v es t r u c t u r ea n dd i f f e r e n ta r r a n g e m e n t o fw r a da n dw o o f a f f e c t i n gt h ef a c ee f f e c t ；p r o v i d e sv i s i b l er e f e r e n c ef o rp r o c e s s i n g g a r m e n t so f d i f f e r e n t s t y l e s t h er e s e a r c ho nt h i st o p i cp r o v i d e st h et e c h n o l o g i c a l b a s i st ot h ed e v e l o p m e n to fs l u b b vy a ma n di t s p r o d u c t sw i t hh i g hq u a l i t ya n d m a g n i f i c e n t i ta l s os p e e d sa n de n l a r g e st h ea p p l i c a t i o no fs l u b b yy a r n a n dp r o m o t e s t h es p i n n i n g t e c h n o l o g y o f s l u b b yy a m m o r em a t u r e k e yw o r d s ：n u b b y - y a mm i c r o c o m p u t e rn u b b y - y a mp a r a m e t e r c a dt h ed e v e l o p m e n to f n u b b y - y a mp r o d u c t s 鹪1 1 页 第章绪论 第一章绪论 第一节竹节纱及其面料的特点 一、竹节纱的定义 在纺纱过程中通过改变瞬时牵伸倍数或增加附加纤维，使在纱线长度方向 上产生符合一定要求的粗节的纱线称为竹节纱。其中所产生粗节的称为竹节， 两粗节之间的这段纱线称之为基纱。要纺制某一品种的竹节纱，必须具备四个 基本参数，即基纱特数，竹节长度，竹节倍数，竹节间距。四个基本参数的改 变对竹节纱的风格有着直接的影响，经织造后布面效果也有很大的差异。因此 可以通过不同品种竹节纱经纬纱配置及织物组织、经纬纱密度、纱特和原料的 变化，可设计与生产出各种不同风格的服装与装饰面料。 二、竹节纱的质量要求 竹节纱同正常纱线一样，必须能够顺利通过加工制造过程中的各种工序， 由于竹节纱在整个长度方向上分布着许多等节距或不等节距的粗节，在纺纱过 程中反映出加捻的不均匀性，纱线结构和强力的不稳定性，在络筒、整经及织 造中直接影响产品的质量和生产率。因此，对竹节纱的一般质量要求是：单纱 强力能基本满足后道加工的要求，避免出现竹节前后的强力不匀；粗节处必须 光滑，且粗度尽量一致，竹节牢固，经得住加工中的摩擦，并且经染色与整理 后磨损与起毛少，整个布面分布均匀，避免竹节在布边处集中出现。 三、竹节纱面料特点 竹节纱产品具有透气性好、手感粗犷、独特的花式效应和模拟自然不匀等 风格和特点，自1 9 8 5 年以来在国内市场上畅销，它从最初应用于装饰布，如墙 纸、窗帘、茶巾、手帕等逐渐转向各种衣着用面料。目前国内外竹节纱面料的 主要产品有： 1 、竹节牛仔布 该面料既保留了牛仔布特有的粗犷、洒脱的风格及耐磨、耐脏、吸水性 好、透气性强的特点，同时还具有“雨点、雨线状”的特殊效应，成衣经水洗 石磨后，布面竹节部分的脱色与币常部分的脱色不一样，更有立体感和仿旧 第1 】i f 第一章绪论 感，给人一种回归自然的纯真感觉。用它做的牛仔裤、牛仔裙深受人们的青 睐。 2 、麻色竹节纱织物 该产品是一种由高捻度竹节纱所织造的具有特殊风格的织物，手感硬挺、 厚实、线条粗犷，可形成独特的竹节花式效果和良好的肤面效应，特别是无规 律竹节纱在布面形成的随机分布，使面料风格独特而新颖，用它做西服、休闲 服和茄克衫具有很强的时尚性引。 3 、松竹昵 该产品是利用不同混比的混色、非混色中长涤粘纤维进行混纺，采用不同 纱号、不同捻度及不同节距、节长的竹节纱进行交捻，产生竹节效果的花式 纱，并通过不同的织物组织进行织制，形成具有透孔风格的新型麻感面料，而 且具有耐磨、免烫、抗起球等特性，是理想的春夏季女士时装面料引。 4 、纯棉高捻竹节纱织物 由于竹节纱采用强捻，使该产品手感粗犷、挺直，可形成独特的花式效应 和良好的布面效果，其产品具有保暖和厚重，滑爽和飘逸的风格“1 。 第二节竹节纱的分类 竹节纱作为花式纱线的一种，具有很好的可设计性和品种的多样性，在新 面料的设计与开发中得以广泛的应用，尤其是在注重视觉与触觉，功能与性能 相结合，并能体现个性化与环境的协调和一致的今天，竹节纱面料的开发和应 用日益受到国内外的重视。由于其纺纱方法及原料成分的不同，竹节纱的种类 也各不相同，下面介绍几种典型的竹节纱。 一、按竹节的分布规律分类 1 、有规律竹节纱 在这类竹节纱上，除基纱的特数不变外，竹节长度，竹节倍数，竹节间距 这三个基本参数按一定的规律重复变化；或是在竹节纱上重复出现四个不变的 竹节纱参数。 第2 页 第一章绪论 2 、无规律竹节纱 在这类竹节纱l ，除基纱的特数不变外，竹节长度，竹节倍数，竹节间距 这三个基本参数呈无规律变化；或是竹节长度，竹节倍数，基纱的特数保持不 变，仅是竹节f j g e 呈无规律变化。 二、按所用的原料分类 1 、长丝竹节纱 用一根或数根长丝，喂入到纺纱牵伸装置中，经一定的纺纱工艺，当长丝 输出时，产生粗节，从而纺成长丝竹节纱。它采用的主要原料有涤纶长丝，腈 纶长丝，粘胶长丝等。 2 、可纺短纤维竹节纱 它的制作是先将可纺短纤维纺制成符合一定工艺要求的粗细均匀的须条， 再将须条喂入到牵伸装置中，通过改变牵伸装置的机械牵伸倍数或实际牵伸倍 数，从牵伸装置输出的须条上便形成粗节，这就是可纺短纤维竹节纱。它采用 的主要原料有棉、麻、涤纶、粘胶等，可纯纺也可混纺。 3 、包芯竹节纱 它是由一根或数根长丝和可纺短纤维纺制而成。这类竹节纱在纺制过程 中，长丝匀速通过牵伸装置，短纤维须条在喂入牵伸装置过程中，其喂入量发 生增减的变化，使缠绕在长丝上的短纤维形成粗节，从而纺出包芯竹节纱。短 纤维有棉、麻、粘胶等：长丝有涤纶、粘胶、腈纶等。 三、按竹节的外观形状分类 1 、螺旋式竹节纱 这是一种长丝竹节纱，它是在纺纱管道内利用空气旋转对长丝产生负压， 同时压缩空气将短纤维分离开，然后间歇的输至纺纱管道内，并卷绕在长丝上 形成竹节，即为螺旋式竹节纱阳1 。 2 、羽毛状竹节纱 它是将容易拉断或不容易拉断的两种长丝混合起来，供给第一段紊流，将 容易拉断的长丝的一部分或全部拉断，形成羽毛状粗节，再用第二段紊流使长 丝互相抱合而固定，从而形成羽毛状竹节纱。 3 、不规则粗度的竹节纱 第3 页 笙二翌堕笙 它是用两根或两根以上的复合长丝经过流体缠节区，施以张力并进行牵伸 和松弛形成的。纺制此纱时可通过变化旦数，产生染色性能不同的多股复合 纱。 4 、圈状竹节纱 它是将长丝连续地喂入喷嘴装置的入口，并从出口连续不断的引出，长丝 保持一定的超喂。通过特定的喂入装置，把纱吸入喷气装置内并在气流中形成 纱圈。纱线在喷嘴装置内受高速气流的作用而产生竹节。其竹节的大小与频率 是完全任意的。 5 、普通竹节纱 在传统细纱机附加罗拉变速与控制装置，可生产出不同节距、不同节长、 不同粗节倍数的短纤维竹节纱，粗节部位的捻度比正常的小，成纱可以是纯 纺，也可是混纺，粗特纱可用于牛仔布面料，细特纱可用于外衣、t 恤、休闲 服装面料。 第三节竹节纱的加工方法 一、传统纺普通竹节纱 由环锭式纺纱机纺出的竹节纱称为传统纺普通竹节纱。它是通过瞬间改变 细纱机的牵伸倍数或改变单位时间内的粗纱输入量，从而达到产生竹节的目 的。其工艺流程及主要工艺配置与一般纱线的要求基本一致，只是考虑到瞬间 增加输入量时会对细纱机上的粗纱退绕产生意外牵伸，因而为避免成纱强力弱 的情况发生，其粗纱捻系数应偏高掌握。 二、传统纺包芯竹节纱 在传统纺纱机上加工包芯竹节纱的方法是在同一个牵伸装置中喂入长丝和 短纤维，使长丝得到均匀的牵伸，成为芯纱或底纱，短纤维被扯碎而形成竹节 并附在芯纱上。由于这种方法纺制的竹节容易在芯纱上滑移，后来便改成对纺 成的竹节纱再与长丝或短纤纱并捻，将竹节捻住；也有采用包线机包覆，将竹 节包住。但是，所有这些改进，因工序多，操作复杂，较难推广。 三、自捻纺竹节纱 第4 页 第一章绪论 在自捻纺纱机上纺制竹节纱的基本原理是，由两根相反捻向的纱条靠自捻 作用使竹节能较牢固地附在芯纱上。这样纺成的竹节不易在纱上滑移。通常采 用以下两种方式。 ( 1 ) 一束复丝和一束短纤；如图1 1 所示。 图1 一l 自捻纺竹节纱形成示意图 ( 2 ) 一束复丝、一束短纤和一根短纤纱条。如图卜2 所示。 图卜2自捻纺竹节纱形成示意图 应该指出，无论采用哪种方式，其中一束复丝和一束短纤必须靠的很近且 同时喂入牵伸区，另一束复丝或短纤纱条必须和它们离的远一些。 四、转杯纺竹节纱 转杯纺在国内又称气流纺纱，利用转杯内的负压气流输送纤维和转杯的高 速回转凝聚纤维成条并加捻成为转杯纱。转杯纺纱机纺制竹节纱是随机地改变 转杯内纤维环的纤维量而获得的。那么，如何实现纤维环的纤维量变化呢? 一 般采用两种方式，改变粗纱( 或条子) 的喂入速度和改变成纱的引纱速度”1 。 如图卜3 所示。 第5 页 第一章绪论 纱 图1 3 转杯纺竹节纱形成示意图 转杯纺是首先能在商业上和环锭纺进行竞争的一种新型纺纱，既能纺棉， 也能纺毛，还可纺制麻类纤维以及山羊绒和抽丝等产品。如在普通转杯纺机上 附加专门的装置，则可纺制转杯花色纱和转杯竹节纱等。 转杯纺和环锭纺两种方式纺出来的竹节纱在风格上有很大的不同，环锭竹 节纱的竹节比较饱满，竹节短而粗；而转杯纺竹节纱的竹节细而长，有类似于 麻的风格，但由于转杯纺的基纱品种有限。一般来说，亚洲市场环锭竹节纱比 较受欢迎，而转杯竹节纱则在欧美市场受亲睐。应该说，两种竹节纱各有特 点，相互不能替代”1 。 另外，竹节纱的加工还有许多方式。如：摩擦纺纱机纺制花式纱线，涡流 纺纱机纺制花式纱线等，在此就不一一详诉了。 第四节竹节纱的研究开发现状和意义 一、竹节纱的开发现状 在普通的环锭细纱机上纺制竹节纱的装置早在七十年代就引起了国内外专 家的重视，曾出现了直流伺服电机和交流伺服电机控制装置。我国从八十年代 初起，研究开发出了牵引磁铁、电磁离合器、牵伸罗拉速度切换等纺制竹节纱 的控制机构。它们都具备了较好的纺制竹节纱的性能，但也存在些问题，如 第6 页 第一章绪论 品种更换不方便，在竹节后还出现比基纱更细的微段细节等，影响成纱的性 能。 目前采用现有环锭细纱机纺制竹节纱的控制装置，大体上可分为三种形 式：机械式，电子式和微电脑式( 一般为单片机式) ，它们各自的特点如下： 1 、机械式控制装置 该机构常采用的方法有：中后罗拉传动采用缺齿齿轮；对牵伸机构的皮辊 进行改造等。它最大的优点是结构简单，成本低，安装方便。缺点是变换工艺 参数( 竹节粗细、长短、间距等) 不方便，不适应于工艺参数需经常改变的情 况，而且噪音大，对挡车工的身心健康也有一定的不良影响。 2 、电子式控制装置 该机构的原理是采用变速电机和离合器的方法，通过控制中后罗拉变速来 产生竹节纱，其优点是运行比较稳定、可靠，控制方便。缺点是调整和改变工 艺参数较费工、费时，循环周期有限，一般可做到十个不同间距为一个循环， 再增加循环数较困难，且工艺参数的控制精度较差。 3 、微电脑式( 单片机式) 控制装置 该机构工作原理是采用交流伺服电机控制中后罗拉变速，微电脑在线智能 控制的方案，使竹节纱在生产过程中，竹节呈现有规律或随机的变化，满足各 品种的需要。这种装置结构简单，抗干扰能力强，自动化程度高，可生产出各 种规格的竹节纱，开发出不同特色，风格各异的竹节纱织物。这种控制装置的 研究和应用国内刚刚起步，目前使用时在自动化程度，规模化管理，品种适应 性等方面还存在一定的问题。 二、本课题的研究内容与意义 本课题主要研究如何在环锭细纱机上采用微电脑控制进行竹节纱生产，设 备如何改造，控制与执行程序设计，竹节纱及其产品的开发等，增加纺织产品 的花色品种，满足市场的需求而且也将会给企业带来显著的经济效益。同时由 于采用微电脑控制，降低了工人的劳动强度，为实现车间现代化管理奠定良好 的基础。 1 、本课题的研究拟达到以下效果： 第7 页 第一章绪论 改造后的环锭细纱机具有两种不同的功能，既可纺正常纱又可纺竹节纱，即 使调整工艺也不必拆卸控制装置。 调整工艺方便、快捷，只需在控制面板上将工艺数据输入即可，机内存有5 0 多套竹节纱工艺曲线，并且可纺有规律和无规律竹节纱，通过面板可随意选择 或改变。 控制与执行装置结构简单，安装方便，易于设备改造。 每套微电脑竹节控制器可与中心主机连接，可实现多台自动化管理。 2 、本研究的创新之处： 可随意输入竹节纱的三个基本参数，所纺竹节纱品种不限。 纺无规律竹节纱可傲到其他参数不变的情况下，节长可随机取值，永不重 复，由此竹节纱开发的产品更加自然。 在前罗拉上设置光电编码器，通过测得前罗拉转速，当改变基纱特数时， 由伺服电机直接调速，不需调换变换齿轮。 在编制纺纱工艺表时，为满足不同纱线的质量要求，在捻系数的选择上提 供了可靠的依据。 为减少在纺纱和织造中出现的头现象，本课题在影响纱线强力的有关竹节 纱基本参数的选择上做出了重要提示。 为满足对竹节纱面料的不同要求，本课题为此提供了大量的面料效果参 考。 控制器设有三到四个输出口，一台微电脑可同时控制三到四台细纱机纺同 一品种的竹节纱。并且可通过微电脑来控制产量和改变竹节纱及基纱的参数。 第8 页 笙三主堑壁丝竺! ! 笪羔丝塑丝型 第二章环绽纺纱机上竹节纱的纺制 第一节环锭纺纱机的传动机构及竹节纱的纺制原理 一、环绽纺纱机的牵伸传动机构 图2 1f a 5 0 2 细纱机传动图8 3 二、竹节纱的纺制原理 纱的成形是通过纺部各工序对可纺纤维进行重新排列，即通过牵伸、并 合、加捻而完成的。由于纱线的粗细是由纺纱设备上的牵伸装置的机械状态和 牵伸倍数来确定的。而牵伸倍数又分为实际牵伸倍数和机械牵伸倍数。 实际牵伸倍数= 喂入须条定量输出须条定量 机械牵伸倍数= 输出件的线速度喂入件的线速度 从上面公式可以看出，当喂入须条定量不变、实际牵伸倍数不变时，成纱 的条干应该是均匀的，即为基纱。纺纱过程中，在极短的时间内，突然减小牵 伸装置的实际牵伸倍数，使输出的须条定量变大，这时便产生粗节。然后再使 第9 页 笫二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 牵伸倍数恢复正常，须条也恢复正常粗细。这样依次循环，就纺出竹节纱。 第二节在环锭细纱机上纺制竹节纱方案的确定 一、环锭纺竹节纱的几种加工方法 从竹节纱的纺纱原理可看出，竹节纱的加工方法主要有以下几种： l 、牵伸机构的牵伸倍数不变，间歇增加喂入须条的纤维量，而纺出竹节纱。 2 、喂入牵伸机构的须条定量不变，间歇增大须条的喂入速度，而输出速度不 变，从而改变实际牵伸倍数，纺出竹节纱。 3 、喂入牵伸机构的须条定量不变，间歇减小须条的输出速度，而喂入速度不 变，通过使牵伸倍数间歇减小的方法，纺出竹节纱。 4 、喂入牵伸机构的须条定量不变，同时改变喂入和输出牵伸机构的速度，让牵 伸倍数发生变化，从而纺出竹节纱。 在第一种加工方法中，可采用两种措施：其一是增添一套附加喂入机构， 可根据工艺要求定时定量的喂入附加纤维而产生竹节纱。利用这种方法，不仅 可以纺出普通的竹节纱，还可以通过在竹节部分添加与基纱不同的纤维，在漂 染时使竹节与基纱的颜色不同，从而生产出特殊的花式效应的竹节纱。其缺点 是由于该方法加工时需增加一套附加喂入装置，设备改造较复杂。其二是喂入 细纱机的须条本身的粗细是不均匀的，而细纱机的牵伸倍数不变，这样也可纺 出竹节纱。但该方法对前纺工艺要求较高，不易控制，且纺出的竹节过长，不 实用，也不提倡采用。 在第四种加工方法中，牵伸机构输入速度变大的同时，减小其输出速度， 这样可纺出大倍数的竹节纱。但这种方法对机械传动及控制装置的精确性和灵 活性要求较高，由于设计制造很复杂，也很难控制变速的同时性，故很少采 用。 目前我们常将第二、三种方法用于在气流纺纱机和环锭纺纱机上纺制竹节 纱。该两种方法的优点是前纺工序的纺纱工艺不变，只对细纱机牵伸机构的喂 第1 0 页 笙三至兰竺竺竺! ! 笪羔竺堕望型一一 入或输出部分的传动做较小的变动，设备改造和安装维修较方便，适纺范围 广，投资少，是目前常用的竹节纱的加工方法。 二：、在环锭纺纱机上纺制竹节纱的几种方案 ( 一) 方案一 在中后罗拉速度不变的前提下，通过控制前罗拉速度，使其在纺纱过程中 出现后停顿或减速，纺制竹节纱。该方案的实施方法主要有下面二种。 l 、使用缺齿齿轮：采用该方法的原理如图2 - 2 。 昨= = = t 肚= = = = ”“ 唏盱f 图2 2 缺齿齿轮传动图 齿轮d 为缺齿齿轮，齿轮a 由车头其它齿轮传动并一直处于运转状态，齿 轮b 、c 、d 受其传动而转动。当齿轮d 、e 啮合点不缺齿时，齿轮e 受齿轮d 传动而转动，前罗拉输出正常粗细的纱条；当齿轮d 、e 啮合点缺齿时，齿轮 e 出现间歇停顿，使前罗拉的回转也间歇停顿，造成前中罗拉问的牵伸倍数间 歇骤减，形成一个粗节。如此循环下去便纺制成竹节纱。要改变竹节的大小及 每米竹节个数，可通过设定缺齿齿轮的齿数，缺齿数和缺齿点的位置来决定。 2 、采用电磁离合器：其工作原理如图2 3 所示。 一1 一一醴蔷中心螋 ；睁净t 一 图2 3电磁离合器传动图 齿轮a 由车头其它齿轮传动并一直处于正常运转动态，齿轮b 、c 由a 传 动而回转；齿轮d 、e 的转动则取决于电磁离合器是否有信号的输入。而电磁 第1 1 页 第二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 离合器是否吸合由竹节发生控制器控制。当控制器输出电流时，电磁离合器吸 合，齿轮d 、e 转动，前罗拉正常回转，输出正常粗细的纱条：当断电时，电 磁离合器脱丌，齿轮d 、e 停止转动，前罗拉也停顿，使前牵伸区中的须条凸 起形成粗节。这样依次循环下去便纺出竹节纱。同时由于前罗拉加速和减速是 逐渐过渡的，所以纺出的竹节是呈纺锤形的。 以上两种竹节纱装置，适纺竹节长度短，竹节倍数小的竹节纱，适纺范围 小，设备改动大，安装维护不便。当前罗拉出现停顿时，成纱的卷绕加捻照常 进行，使前罗拉输出的须条产生拉伸和捻回增多现象，在纱条上出现比基纱还 细的细节，并出现强捻纱，影响竹节的条干和强力。另外，采用这两种方法 时，当喂入原料长度整齐度差时会造成竹节成形不良。并且由于前罗拉速度 快，惯性大，速度控制精确度差。 ( 二) 、方案二 在不改变前罗拉速度的前提下，通过改变中后罗拉的速度纺制竹节纱。具 体方法主要有以下两种： l 、采用滑叉电机与超越离合器，其工作原理如图2 4 所示。 纯奢1 i 专动成i 柚p 分 ，i 趱t 主电勋m 口节擅 啊 b 掣强 一一t 。 i i j 向廷 ? 节等勰 ，毅! 图2 - 4 滑叉电机与超越离合器工作原理图 第1 2 页 哗一 坠 ， ，1_ i 上u 笙三翌堑壁堑竺! ! 笪羔丝堕堑兰l 一 该机构由竹节控制器控制滑叉电机，它带动超越离合器，电磁离台器和齿 轮组合件传动中后罗拉。当电磁离合器不通电脱开时，超越离合器的外壳与星 轮结合，主动件带动被动件一起回转，中后罗拉通过外齿轮传动齿轮b ，使齿 轮d 、e 回转而获得动力转动，这时牵伸装置的牵伸倍数不变，纺出粗细均匀 的纱条：当电磁离合器通电时，电磁离合器吸合，超越离合器的外壳与星轮脱 开，主动件与被动件各以不同速度回转即外于超越状态，这时中后罗拉通过齿 轮c 、d 、e 带动回转，此时其回转速度高于正常速度，使牵伸装置前区的牵伸 倍数变小，从而纺出粗节。电磁离合器周期性的脱开、吸合可纺出不同粗度、 长度和间距的竹节纱。 这种纺纱方法调整工艺方便，但机构复杂，安装维护不方便，适纺范围较 小，一般竹节倍数在三到五倍之间。 2 、采用伺服由机与p l c 竹节控制器：其工作原理如图2 - 5 。 l 一堕婆盎叁器 图2 5伺服电机与p l c 竹节控制器传动图 该方法的工作原理是细纱机牵伸机构的前罗拉由本机的主电机通过中阃介 第1 3 页 第二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 轮带动回转，而中后罗拉则由伺服电机通过链轮和链条直接带动回转。当伺服 电机f 常运转时，中后罗拉也以恒速运转；当伺服电机增速时，带动中后罗拉 的速度增加，使牵伸机构前区的牵伸倍数增加丽输出粗节，伺服电机速度的循 环变化便纺出竹节纱。其中伺服电机速度的变化，由竹节控制器中的微机程序 控制。 这种方法的优点是传动机构简单，设备改动小，采用微电脑控制，性能可 靠，调试灵活，翻改品种方便，适纺范围广，速度变化精度高，粗节成形良 好，粗节与基纱结合处没有细节，是一种较理想的竹节纱纺纱方法，但由于目 前国内这项技术尚未成熟，故本课题以此为重点内容。 三、最终采用方案 经过分析、比较，本课题选用在环锭细纱机上安装交流伺服电机与p l c 竹 节控制器来纺制竹节纱，这种纺竹节纱装置主要由交流伺服电机、伺服器、 p l c 竹节控制器、光电编码器、减速器、触摸屏与键盘组成。本装置使用日本 松下公司生产的高动态响应全数字式交流伺服电机。通过摆线针轮减速器直接 控制细纱机牵伸装置的中后罗拉，具有性能可靠、稳定，调试与维护灵活，使 用方便直观等优点，适用于名种型号细纱机纺制竹节纱或普通纱。本系统采用 具有国际先进水平的全数字式交流伺服电机，动作响应快，达到5 0 0 h z ，加速 度性能可达到2 g 。高速p l c 可编程控制器工作可靠，内存容易大，可存储5 0 套( 每套1 0 0 个参数循环) 的竹节程序，可随机存储，查闭和调用。竹节纱与 普通纱纱间的转换可瞬间完成。无需变换机械部件，品种翻改极为容易。人机 界面操作系统实现全中文对话。触摸屏操作或键盘输入，轻盈便捷，背光式 l c d 大屏幕，显示信息量大，形象直观。摆线针轮式减速器体积小，结构简 单，传动精确，安装维护方便，寿命长。采用的e 6 8 2 编码器测速精确，性能 稳定。 第三节单片机控制纺剑竹节纱的系统设计 一、纺竹节纱装置的安装 第1 4 页 籀二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 在f a 5 0 2 型细纱机上安装纺竹节纱装置，进行试纺。f a 5 0 2 型细纱机改造后的 传动如图2 - 6 所示。 弛毒侍劫威弗静分 t 图2 - 6f a 5 0 2 细纱机改造图 安装方法 ( 一) 断开细纱机主轴到中后罗拉的传动使前罗拉和中后罗拉的动力来源于不 同的电机。在过桥轮2 2 t 上固装一链轮。将交流伺服电机和摆线针轮减速器固 装在细纱机车头顶部，减速器输出端链轮与过桥轮2 2 t 上的链轮在同平面 内，减速器输入端的链轮与交流伺服电机轴上的链轮在同一平面上。交流伺服 电机与减速器之间，减速器与2 2 t 上的链轮之间均通过链条连接。要求转动灵 活，轻捷，安装紧凑，稳固方便。 ( 二) 光电编码器安装在面上，检测前罗拉转速。 第1 5 页 第二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 ( 三) p l c 竹节控制器，交流伺服电机伺服器安装在封闭的电器控制箱罩，控 制箱f 面上部是触摸屏，靠近触摸屏下方是输入键盘，控制箱按装在细纱机车 头附近，给交流伺服电机提供电源。 二、控制程序 ( 一) 对控制程序设计的要求 l 、要求纺竹节纱装置具有双重功能，既可纺正常纱，又可纺竹节纱。即使调整 工艺，也不必拆卸装置。 2 、调整工艺方便、快捷。由于使用了光电编码器检测细纱机上前罗拉转速，当 纺正常纱或不同参数的竹节纱时，只需在触摸屏或键盘上将有关工艺数据输入 即可。因为p l c 竹节控制器有记忆功能，凡生产过的品种均存入机内，可随时 调出使用或改变。 3 、一套p l c 微电脑竹节控制装置，可控制多台细纱机同时纺制相同品种的竹节 纱。 4 、结构简单，运行可靠，安装方便，易于设备改造。 5 、每套p l c 微机竹节控制装置，可与中心主机计算机连接，实现自动化管理。 ( 二) 控制装置的主要技术指标 1 、适纺范围：原细纱机的适纺范围。 2 、基纱设置长度：1 9 9 9 9 毫米 3 、竹节设置长度：1 9 9 9 9 毫米 4 、竹节粗度： 1 ，o o 一6 9 9 倍基纱号数 5 、竹节变化频率：1 2 0 分 6 、竹节循环数：i l o o 个 7 、竹节程序存储量：5 0 套。 ( 三) 主程序和系统硬件结构框图 1 、主程序结构框图如图2 7 ： 第1 6 页 第二章环锭纺纱机竹节纱的纺制 l 系统初始化 图2 7 主程序结构框图 第1 7 页 |团一上一上一上 芦 一上一-一上一上 第一章环锭纺纱机竹节纱的纺制 2 、系统硬件结构框图如图2 8 ： 陲 显示屏j f jf上 上 l 磊伺面控带磊f 1 l 医而磊萄订 图2 8 系统硬件结构框图 ( 四) 、硬件组成及特点 硬件组成如图2 8 所示。本装置主要分两大部分组成。一部分是由a t i e l 公司生产的a t 8 9 l 5 1 单片机为控制核心的单元和控制系统。主要由键盘、显示 屏，及c p u 单元板组成，完成参数输入，整个装置的信息显示及向执行单元发 送命令等功能。其中采用的a t 8 9 c 5 1 单片机是近几年由a t m e l 公司在i n t e l 公 司的8 0 3 1 基础上新推出的一种新型单片机。其最大优势是大大减少了外部的干 扰，提高了单片机的可靠性。而这一优点对细纱机纺竹节纱装置来说，是至为 重要的且最为宝贵的。片内快闪存储器的编程和擦除完全用计算机实现，数据 不易丢失，可保存1 0 年”。 数据存储器选用的是i ) s 1 0 5 0 ，是近年来新推出的不挥发性r a m ，其特点是 当系统掉电后，保存在片内的数据不会丢失，该片的存储量大，为8 k 字节，且 操作方便，与传统的6 2 6 4 完全兼容。由于使用d s l 0 5 0 ，大大提高了系统的存 储能力，可存储5 0 余套竹节纱程序。由于控制装置不仅需要设定工艺参数，而 且还需要在运行中不断地显示出系统的运行状况，所以，在单片机系统中还附 第l8 页 第二章环锭纫纱 ! j l f l 节纱的纺制 有键盘和显示屏，这样，不仅能显示出装置目前的运行状况，还可将原来用过 的数据、资料调出使用，用户在使用时就可以方便地进行人机对话，设定参数 和运行停止命令，同时，显示屏上的信息显示也直观明了“3 。 控制装置的另一部分是选用的日本松下公司生产的全数字式交流伺服电机 和伺服器组成的单元。该套全数字式交流伺服控制系统最大的特点是控制精度 高，调速范围广，可从0 调到1 9 9 9 r m i n 。动态响应快，可达5 0 0 h z ，加速度性 能达到2 g 。响应速度快且可靠性高，其响应速度可达0 0 8 s ，这样就大大优于 其它的竹节纱控制装置。而目前的竹节纱控制装置大多采用电磁调速或可控硅 调速，由于受这两种调速装置的限制，纺出的竹节纱的长度、竹节倍数将受到 很大限制。本装置还带有一个检测前罗拉速度的光电编码器，其所检测的速度 可在显示屏上显示出来，另一方面，改纺基纱品种时，该控制装置根据光电编 码器检测的罗拉速度，可自动调节中后罗拉速度，使品种翻改实现自动化。咖 控制装置安装在细纱机上，面细纱机的供电电压有可能会因附近大电机( 如空 调风机电机、细纱机的主电机等) 的启动而产生较大幅度的波动，这一较大幅 度的电压波动对控制装置而言是一个极大的干扰，如不对这一现象引起足够的 注意并采取切实有效的措施予以避免，则细纱机纺出的竹节纱有可能达不到预 定的工艺要求甚至引起故障，因而本控制装置的供电电源采用了一块利用国外 最新开关电源新技术研制成的新型开关电源模块，型号为p s 0 5 0 0 a c 5 c r - - i p b ， 该模块具有输出短路和过热保护功能，体积小，重量轻、带隔离态输入电压范 围宽等优点，并且转化效率高、性能可靠。当输入交流电压在9 0 v 2 6 4 v 之间 波动变化时，其输入交流电压可始终保证在5 v o 0 3 的水平，可确保在如此 大范围的电压波动下，控制装置稳定可靠的工作“。 ( 五) 、软件设计特点 软件设计中所编写的程序可谈性强，升级容易“。单片机电路系统应用于 工业控制系统r 特别是应用于细纱机纺制竹节纱这一课题，从功能、精度、易 操作性等诸多方面来说已无任何问题，可说是完全胜之而有余，而最最重要的 第1 9 页 第二章邛锭纺纱机竹节纱的纺制 问题应是提高单片机系统的工作可靠性，即提高单片机系统抵御外来干扰的能 力。因纺竹节纱装置作为细纱机的一个附属装置，一般和细纱机一样是四班三 运转，即晷夜连续不断的运行，不允许出现故障，否则将对产量、质量带来较 为严重的影响。特别是中夜班，一般纺织厂无专业人员值班，更会对产量带来 较为严重的损失，因而本装置除了在上述硬件的组合方面作了精心的反复对比 选择外，还在软件的设计上对避免产生干扰问题作了特别的考虑。 1 、采用了指令冗余枝术 在一些对程序流向起决定作用的指令之间插入了2 3 条空操作指令“n o p ”， 以保证被干扰启动而弹飞的程序迅速纳入正常的控制轨道，防止死机的出现。 2 、采用了软件陷阱技术 对未使用中断向量区，未使用的大片r o m 空间、表格的最后以及程序区内的正 常断裂点处都安排了五字节的软件陷阱( n o p 、n o r 、l f f m pe r r ) 。 3 、采用了程序运行监视系统( 即看门狗) 技术 利用x 2 5 0 4 5 p 的可时间编程的看门狗特性，用软件编程选取了2 0 0 m s 的超时复 位周期，实践证明，效果是相当显著的。 4 、采用出错处理子程序技术 在适当的地址中设置了路标( 标志单元) ，并进行检测，当发现标志单元中内 容已改变，说明程序因干扰等原因已脱离正常轨道，程序已非正常运行，这时 程序立即转入出错处理子程序，使程序迅速地恢复到正常运行“。 ( 六) 软件程序( 略) 三、竹节纱主要参数及参数设定特点 竹节纱的主要参数包括基纱特数，竹节倍数( 用竹节参数与基纱号数之比 来表示) ，竹节长度及竹节间距。由于竹节纱的特殊性，在确定竹节纱的百米 定重时，应根据竹节长度、节距的大小和竹节倍数，换算成百米定量但由于竹 节部分和节距部分有一粗细过度段，因此，计算重量和实际重量问会有定差 异。 第2 0 页 笙三至堑笙堕竺! ! 笪! 竺堕堕型一 ( 一)基纱号数与竹节纱号数的计算 设：t 竹节纱号数 l 一个循环中基纱总长度 l 2 一个循环中竹节部长度 l 一个循环纱线总长度 i 竹节与基纱特数比 t 、基纱号数 t2 竹节号数 则t = l 。t l + l ! t z l 将t 2 = it ，代入上式后得： t ，= l x t ( l + i l 2 )t ：= l t ( l z + l ，i ) 若用纱线直经表示时，设：d 棉纱直经： 则t = ( d 0 0 3 9 2 ) 2 若设：d 基纱直经 d z 竹节直经 则：d 。= 九i ( 二)竹节长度和竹节粗度( 倍数) 和特点 前罗拉转速 设：n 前罗拉的转速( r m i n ) d 。主电机皮带轮节径 d 。主轴皮带轮节径 z z 。捻度变换成对齿轮的齿数 z + zb = 1 2 0 z c z d 捻度变换齿轮的齿数 则n f = 8 4 4 d 1 z a z c z e d ，z r z n 第2 l 页 塑三至堑堡堕竺! ! ! ! 堇竺堕堑型一 2 、前罗拉每秒钟输出纱线的长度a ( m m s ) = 吉竽墅 3 、纺基纱时速度延续时间t1 ( s ) 4 、纺竹节时速度延续时间t2 ( s ) 纺竹节时后罗拉转速 2 三丑丕墨：垒垒旦】丕兰丕圣c 丕z e 6 0d 2 z 8 z d 基纱的要求长度( r a m ) 竹节节距设计长度 a ( m m y s ) a ( r n m s ) 竹节设计长度( m m ) 设n 。纺基纱时后罗拉转速( r m i n ) n h 厂纺竹节时后罗拉转速( r r a i n ) e 纺基纱时前后罗拉间牵伸倍数 e 纺竹节纱时前后罗拉牵伸倍数 j i d f n f e j i d h n h 喂入须条定量 输出须条定量 喂入须条定量 输出须条定量 g r i g 。 昏艮 由上面两公式得出：n i 【i = n i i ( 三) 、伺服电机转速特点 由于伺服电机至后罗拉问通过摆线针轮减速器，其传动机构是固定的，故纺基纱 时伺服电机转速n 1 与纺竹节纱转速n 2 的关系为n 2 ；h 1 1n l - - k