（纺织工程专业论文）多臂多梭超重织机数字化控制系统开发.pdf

摘要 本课题开发了多臂多梭超重织机的数字化控制系统。织机转速6 0 转分，织 物幅宽可达7 5 米。纬密范围2 0 - 5 0 0 根1 0 e r a ，经纬用聚脂单丝直径适用范围为 o 1 0 0 7 5 m m 。控制系统以可编程控制器( p l c ) 为控制核心，触摸屏为人机界面， 实现了电子纹板的在线设计和织造过程参数实时显示；利用p l c 的r s 4 8 5 通信 端口控制变频器，进而实现主轴电机的无极调速；利用p l c 控制气缸、电磁阀， 通过机械结构的相应改造，实现了电子多臂，电子任意投梭和电子多梭箱功能； 利用p l c 的高速脉冲输出功能，控制伺服系统驱动织机送经、卷取辊，去掉传 统的纬密变换齿轮，实现纬密的电子控制和电子恒张力送经，实现了变纬密织物 的织造。 本文主要说明了多臂多梭超重织机的数字化控制系统开发过程，包括： 第一章，简要介绍了重型宽幅织机的应用领域，分析了国内外重型宽幅织机 发展现状，指出国内重型宽幅织机控制系统存在的不足，进而提出本课题的研究 内容及意义。 第二章，简要总结了各类织机的五大运动机构及选纬机构的类型、特点，着 重分析了重型宽幅织机开口、引纬、送经、卷取及多梭箱机构的改造方案。 第三章，根据控制系统的功能要求，对控制系统的硬件( 包括控制器、传感 器和执行机构) 选型进行了详细的说明，最后给出了控制系统的总体设计方案和 控制系统原理图。 第四章，介绍了控制系统软件设计部分，包括人机界面程序，主轴转角转速 检测程序、织物计长程序和电子卷取、送经程序的设计。 第五章，对全文进行总结，并结合系统调试过程中出现的问题，就重型宽幅 织机控制系统的发展趋势提出展望。 关键词：控制系统；多臂多梭超重织机；电子多臂；电子多梭箱；电子任意 投梭；电子卷取；电子送经 a b s t r a c t a d i g i t a lc o n t r o ls y s t e mf o r t h eo v e r w e i g h tm u l t i - s h u t t l ed o b b yl o o m sh a sb e e n d e v e l o p e d t 1 1 es p i n d l es p e e do ft h el o o mi s6 0r p ma n dt h ef a b r i cw i d t hc o u l db e7 5 m e t e r t h ew e f td e n s i t yc o u l db e2 0t o2 0 0r o o f flo c m ，t h ep o l y e s t e rm o n o f i l a m e n tf o r w e f ta n dw a r p sd i a m e t e rc o u l db eo 10 0 7 5 m m t h ec o n t r o ls y s t e mt a k et h e p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ( p l c ) a st h ec o r e ，t a k et h et o u c hs c r e e n a s h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，r e a l i z et h ee l e c t r o n i cp a t t e r nc a r d so n - l i n ed e s i g na n dt h e p r o c e s s a n dp a r a m e t e r so fw e a v i n g sr e a l - t i m ed i s p l a y , u s et h er s - 4 8 5 c o m m u n i c a t i o np o r to ft h ep l ct oc o n t r o lt h ei n v e r t e r , a n dr e a l i z et h es p e e d a d j u s t m e n to f t h es p i n d l em o t o r ；, t h r o u g ht h em e c h a n i c a ls t r u c t u r eo ft h e c o r r e s p o n d i n gr e f o r m ，p l cc o n t r o l st h ec y l i n d e r , s o l e n o i dv a l v e s ，r e a l i z ee l e c t r o n i c d o b b y ，e l e c t r o n i cp i c k i n gc o n t r o la n de l e c t r o n i cm u l t i s h u t t l eb o xc o n t r o l ；u s ep l c s l l i g h - s p e e dp u l s eo u t p u tf u n c t i o n ，c o n t r o ls e r v os y s t e m ，d r i v el o o m st a k e - u pr o l l e r a n dl e to f fr o l l e r , r e m o v et h et r a d i t i o n a lw e f td e n s i t yg e 码r e a l i z et h ew e f td e n s i t y s e l e c t r o n i cc o n t r o la n de l e c t r o n i cl e t - o f fw i t hc o n s t a n tw a r pt e n s i o n ，a n dr e a l i z et h e f a b r i c sw o v e nw i t hv a r yw e f td e n s i t y t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ed i g i t a lc o n t r o ls y s t e m sd e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h e o v e r w e i g h tm u l t i - s h u t t l ed o b b yl o o m s ，i n c l u d i n g ： t h ef i r s tc h a p t e r , o u t l i n e dt h eh e a v yw i d e l o o m sa p p l i c a t i o n s ，a n a l y z e dt h e h e a v yw i d e - l o o m sd e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a d ，p o i n t e do u tt h ed e f i c i e n c i e so f t h eh e a v yw i d e l o o m sc o n t r o ls y s t e m ，a n dt h e np u tf o r w a r dt h er e s e a r c hc o n t e n ta n d s i g n i f i c a n c eo ft h i ss u b j e c t t h es e c o n dc h a p t e r , s u m m a r i z e dt y p ea n df e a t u r e so ft h ef i v em a j o rm e c h a n i s m o fl o o m sa n dt h ew e rs e l e c t i o nm e c h a n i s m ，f o c u s e do nt h eo p e n i n g , t h ew e f t i n s e r t i o n ，t h el e t o f f , t h et a k e u pa n dt h em u l t i - s h u t t l em e c h a n i s m st r a n s f o r m a t i o n s c h e m e t h et h i r dc h a p t e r , a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o ls y s t e m sf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ， d e s c r i b e dt h ec o n t r o ls y s t e mh a r d w a r e ( i n c l u d i n gc o n t r o l l e r s ，s e n s o r sa n da c t u a t o r ) s e l e c t i o ni nd e t a i l ，g a v et h ef i n a ld e s i g no ft h ec o n t r o ls y s t e ma n dt h ec o n t r o ls y s t e m s s c h e m a t i c t h ef o u r t hc h a p t e r , i n t r o d u c e dt h ec o n t r o ls y s t e m ss o f t w a r ed e s i g n ，i n c l u d i n g h u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ep r o g r a m ，t h es p e e da n da n g l eo ft h es p i n d l e sd e t e c t i n g p r o g r a m ，t h ef a b r i c sl e n g t h m e a s u r ep r o g r a m ，e l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i c t a k e - u pp r o g r a m t h ef i f t hc h a p t e r , s u m m a r i z e dt h i sp a p e r , c o m b i n e dw i t ht h ep r o b l e m sa p p e a ra t t h ec o n t r o ls y s t e m sd e b u g g i n gp r o c e s s ，g a v eap r o s p e c tf o rt h eh e a v yw i d e - l o o m c o n t r o ls y s t e m sd e v e l o p m e n tt r e n d s k e yw o r d s ：c o n t r o ls y s t e m ；m u l t i s h u t t l eo v e r w e i g h td o b b yl o o m ；e l e c t r o n i c d o b b y ；e l e c t r o n i cd o b b y ；e l e c t r o n i cm u l t i s h u t t l e ；e l e c t r o n i cp i c ka n dp i c k ；e l e c t r o n i c t a k eu p ；e l e c t r o n i cl e to f f 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特，l , l j j n 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂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了谢意。 学位论文作者签名：1 司盆1 叫1 签字日期：洲年2 月2 7e 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： l 司自调导师躲致 签字e t 期：纱年2 月 27e l签字日期： 砂u 年乙月1 7 日 学位论文的主要创新点 一、数字化的多臂多梭超重织机控制系统。多臂多梭超重织机采 用可编程控制器( p l c ) 为主控制器，触摸屏为人机界面，采用编码 器采集主轴转角转速信号，张力传感器采集经纱张力信号，气缸，电 磁阀作为执行机构，通过变频调速技术以及伺服驱动技术的应用，集 机、电、气一体化，真正实现了多臂多梭超重织机的数字化控制。 二、电子多臂控制功能。编码器实时将主轴转角及转速信息反馈 至p l c ，p l c 在主轴转到开口时间角时，根据已经通过触摸屏设计 好的织物纹板图，控制相应电磁阀气缸，这一电气执行机构动作， 从而带动相应的综框提拉机构，实现了电子多臂控制功能。 三、电子多梭箱控制及任意投梭控制。p l c 在主轴转到梭箱变换 时间角时，根据织物纹板图中的梭箱变换信息，控制相应执行机构动 作，从而驱动相应梭箱变换机构，实现了电子多梭箱控制功能；在主 轴转到投梭时间角时，p l c 根据纹板图中的投梭信息或根据梭子到位 检测传感器的反馈信息，控制执行机构动作，使对应的投梭机构动作， 击梭引纬，实现了电子任意投梭控制功能。 四、电子卷取，变纬密功能。采用交流伺服电机驱动织机卷取辊， p l c 根据触摸屏中设定的纬密值，经过计算，发送相应的高速脉冲控 制给伺服驱动器进而控制伺服电机的转速，实现了电子卷取功能；织 机主轴每转一转，编码器发送一个z 相脉冲信号至p l c ，p l c 对接 收到的z 相脉冲进行计数，当引纬次数达到设定值时，调用对应程序， 计算下一档纬密对应的卷取量，实现了变纬密织物织造功能。 五、p i d 控制的电子送经功能。采用交流伺服电机驱动织机送经 辊，p l c 将触摸屏中设定的经纱张力值与张力传感器反馈回的实时张 力信息进行比较，由p i d 程序计算出发送给送经伺服驱动器的高速脉 冲量，精确控制送经辊的送经量，实现电子恒张力送经功能。 第一章前言 第一章前言弟一早刖百 1 1 重型宽幅织机的应用领域 随着国民经济的快速发展，产业用纺织品的需求量同益增加，其质量要求也 越来越高。产业用纺织品是专门设计的、具有工程结构的纺织品，一般用于非纺 织工业。常见的产业用织物主要有建筑和设施用纺织品、过滤用纺织品、造纸机 用布、医疗用纺织品、军事和国防用纺织品、土工织物、安全和防护用纺织品以 及体育和娱乐用纺织品等【i 】。本论文设计的重型宽幅织机主要应用于生产造纸机 用布，过滤用织物等的底网。 造纸机用织物的设计制造、性能和应用，对纸张的性能和造纸生产过程有着 举足轻重的影响。使用适当的织物可以提高生产率，减少造纸机停台时间，提高 纸张质量，增加经济效益。造纸网、过滤用织物质量又在一定程度上取决于织机 的性能高低，随着这些行业的不断发展，重型宽幅织机越来越赢得人们的广泛关 注 2 1 。 1 2 国内外重型宽幅织机的现状 目前，国内外生产重型宽幅织机的公司比较少：国外的主要有瑞典的t e x o ， 德国的j a g e r 、j u r g e n s 以及意大利的t r i n c a ；国内的主要有天津天宁纺织 机械设备有限公司和石家庄纺织机械有限责任公司。下面，分别从国内外两方面 阐述当前重型宽幅织机的现状。 1 2 1 国外重型宽幅织机的现状 近几年来，国际上重型宽幅织机的发展趋势主要体现在以下几个方面： 1 ) 机电一体化发展迅速 p l c ( 可编程逻辑控制器) ，人机界面，组态软件，现场总线技术，运动控 制技术等机电一体化技术已经越来越广泛地被应用于织机设计当中。一台织机， 天津工业大学硕士学位论文 就是当今液、气、光、机、电技术水平的集中体现。例如j u r g e n s 公司一系列 织机均采用了s 7 - 4 0 0p l c 作为主控制器，p c 6 7 0 + w i n c c 组态软件作为人机交互 界面，利用人机界面实现织造工艺参数的设定，织物组织的设计、修改以及织机 现场状态的监控等；j a g e r 公司的一系列织机亦采用$ 7 - 4 0 0p l c 作为主控制器， 利用安装有基于w i n d o w sn t 系统的w i n b i b o 软件的工控机作为上位机，通过 i n t c r b u s s 现场总线与主控制器通讯，再通过以太网与上层计算机联网实现整个 企业的e r p 和m e s 。上述国外公司都使用了伺服电机来驱动织机主轴，并通过 伺服电机驱动送经、卷取辊实现电子恒张力送经，电子纬密控制，去除了纬密变 换齿轮。此外织机的开口、选纬、储纬、引纬、找纬、加油以及断经纱排除等， 都已经实现自动控制并已达到很高水平。 2 ) 织机整体结构设计趋于优化 织机采用模块单元式构件，整台机由若干个模块单元拼装而成，这不仅提高 了织机的适应性，而且缩短了维修时间，使织造效率大大提高。 3 ) 引纬方式多样化 国外各厂家的引纬方式分别有片梭引纬，挠性剑杆引纬以及气动投梭引纬等， 织机幅宽最大可达3 5 米。 4 ) 织机品种适应性提高 提高织机品种适应性是织机发展的重要方向。提高织机品种适应性就是要将 织机所能织造的原料种类拓宽，是织机既能织造普通织物，又能织造特殊织物， 对各种纤维、纱支、织物结构都能适应。目前，国外重型宽幅织机厂商的织机大 都采用电子多臂开口机构，大大拓宽了织机的品种适应性，提高了劳动生产率以 及工厂的快速反应能力。 5 ) 环保、节能设计思想在织机设计中得到普遍加强 随着世界环境污染的不断加重，环保问题已逐渐被织机设计者所考虑，例如， j u r g e n s 公司的重型宽幅织机梭子虽然仍采用原有的木制梭子，但投梭机构已 改造为液压投梭，投梭机构改造后，噪声大大降低。同样，开口运动的驱动机构 在震动问题上也被加以优化。此外，采用隔音罩或吸音材料也是一种能较好降低 噪声的方法。 在能量消耗方面，各厂家都为其织机设计了节能装置。从织造效率方面看， 片梭织机要少消耗4 0 - - - 6 0 的能量，和其他单相织机相比，片梭织机在节能方 面仍独占鳌头【3 】。 2 第一章前言 1 2 2 国内重型宽幅织机的现状 国内生产重型宽幅织机的公司主要有天津天宁纺织机械设备有限公司和石 家庄纺织机械有限责任公司。 天津天宁纺织机械设备有限公司生产的宽幅织机仍然采用继电器接触器控 制；多臂开口机构，梭箱变换机构仍为机械式，工艺变换时需要重新编制纹链； 送经机构为消极送经，气压制动；卷取装置为三辊式积极卷取，变换齿轮调节纬 密。 石家庄纺织机械有限责任公司生产的织机主要是在消化吸收瑞典t e x o 公 司产品的基础上，结合我国国情设计的重型宽幅多臂织机。该机利用p l c 作为 主控制器，触摸屏作为人机交互界面，实现了电子多臂控制，电子2 2 多梭箱 控制，液压任意投梭，伺服电机驱动送经、卷取辊，实现了电子恒张力送经，去 除了纬密变换齿轮，纬密、织物组织均通过人机界面设定。但是该机也处于试运 行阶段，且恒张力送经不是很理想。 1 3 本课题主要完成的工作和意义 1 9 9 8 年我国仍安装有梭织机6 8 7 5 万台，而无梭织机只有4 5 8 万台【4 】，1 9 9 8 年后，我国无梭织机的年安装量以每年3 5 万台的速度增加【5 1 ，直到2 0 0 4 年我 国有各类织机1 1 0 万台左右，无梭织机已接近4 0 ，保守估计，到2 0 0 8 年末， 我国无梭织机安装量将达到5 0 万台，以一台无梭织机产量为一台有梭织机2 倍 估计，其生产的织物总量已接近有梭织机的2 倍。那么，有梭织机是否真的该退 出历史舞台了呢? 传统有梭织机虽然有很多缺点，诸如噪音大，机物料消耗大，入纬率低，劳 动强度高等，但由于有梭织机引纬力大，适合织造超重特宽幅的产业用织物，因 此在产业用织物( 造纸网、土工布、地毯底布和环保、化工等工业用网) 领域， 有梭织机仍有很大的用武之地。 传统有梭织机采用继电器、接触器控制，低压电器较多，接线复杂，时常发 生触点故障和元件故障，维修困难；多臂机的提综控制机构，梭箱变换控制机构， 任意投梭控制机构为机械式，结构复杂，不易维护与调节，织物品种变化后，需 重新制作纹板，机物料消耗大，由于生产工艺更新速度慢，生产效率低，无法作 到快速反应以适应市场上花色品种的更新要求。近年来，随着国内经济持续稳定 的发展，工业用织物的需求量日益增加，这种缺陷越发明显。因此，有梭织机的 天津工业大学硕士学位论文 机电一体化改造显得更加日益迫切。 本课题为天津工业大学纺织学院数字化纺织研究所与天津天宁纺织机械设 备有限公司合作完成重型宽幅多臂织机改造项目。 改造内容包括： 1 ) 采用p l c 作为主控制器，触摸屏作为人机交互界面，实现织物组织的在 线修改和织机状态的在线监控； 2 ) 采用p l c 控制多臂机构的电磁阀和相应气缸，气缸推拉刀片控制各综片 开口动作，实现电子多臂功能； 3 ) 采用p l c 控制梭箱变换机构的相应电磁阀和相应气缸，由气缸传动角形 杆拨动滑动块控制3 3 或4 x 4 梭箱的升降，实现电子多梭箱功能。 4 ) 采用p l c 控制引纬机构的相应电磁阀和相应气缸，实现电子任意投梭功 能； 5 ) 采用a c 伺服电机驱动织机送经、卷取辊，实现电子恒张力送经，去掉 传统的纬密变换齿轮，实现纬密的电子控制； 改造前后，该重型宽幅多臂织机各项性能对照如表1 1 所示。 表1 1 数字化多臂多梭超重织机性能参数 4 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 织机主要由开口机构，引纬机构，打纬机构，送经机构和卷取机构五大机构 组成，此外还有一些辅助机构，本章将从这几个方面分别介绍织机的改造方案。 2 1 开口机构 由准备工序制成的经纱被卷装为织轴，在织机上织造时，为实现织物组织所 规定的经、纬纱交织规律，必须在每次引纬之前，将从织轴上引出的经纱片按照 该织物经纬纱的交织规律分成上下两层，形成一个足以让载纬器( 梭子、片梭、 剑杆) 或引纬介质( 喷气气流或喷水水流) 顺利通过的空间通道梭口。织机 上经纱随综框上下分开形成梭口的过程即为开口运动，开口机构的作用便是完成 经纱的开口。梭口形成后，由载纬器携带纬纱或由引纬介质牵引纬纱穿过梭口完 成引纬，经过引纬过程纬纱被引入到上下两层经纱之间。当纬纱引入以后，两层 经纱开始闭合，再上下交替以形成新的梭口，如此不断反复循环，从而实现经、 纬纱的交织。形成织物后，开口时位于上层的经纱处于纬纱之上，构成织物组织 的经组织点，而开口时位于下层的经纱处于纬纱之下，构成织物组织的纬组织点。 为了能带动经纱开口，在经纱准备的最后一道工序中，每根经纱按照穿综图 的次序被穿入综丝中部的综眼内，而若干根综丝被穿在一页综框内。穿在同一页 综框上的综丝，其带动的经纱与纬纱的交织运动规律必须相同，而交织规律不同 的经纱则不能穿在同一页综框上。在开口过程中，各页综框通过开口机构的驱动 按织物组织要求的规律上下运动，形成梭口。 经纱的开口运动决定了织物组织，影响着引纬过程，并使经纱受到反复的拉 伸、摩擦和弯曲作用，因此它是影响织物品种、质量和织造效率的一个重要运动 【6 1 。 2 1 1 开口机构的分类及各自特点 开口机构按形式分可以分为踏盘开口机构、多臂开口机构和提花开口机构。 踏盘开口机构也叫凸轮开口机构，它的构造简单，使用方便，故障较少，适 天津工业大学硕士学位论文 应高速。一般用于制织简单织物，如平纹、斜纹和缎纹等织物。 多臂开口机构有多种形式，它们的构造不同，性能各异。一般用于制织一个 完全组织内经纬纱数比较多的织物。多臂开口机构又分为单动式多臂机构和复动 式多臂机构：产业用织物由于纱线粗糙，开口不易清晰，车速较低，常采用单动 式中央闭合梭口多臂机构；车速较高的织机常采用复动式多臂机构【刀。 提花开口机构与上述两种开口机构不同，提花开口机构中经纱并非成批运动， 而是可以单独升降。所以提花机所制织的织物中一个完全组织内的经纱根数可以 很多。对于组织很复杂的大花纹织物，如提花被面、提花毛毯、地毯等都必须采 用这种开口机构才能制织。 2 1 2 开口机构的改造方案 图2 1 为对单动式中央闭合梭口多臂机的改造，去掉了原有的花筒、纹板及 花筒传动装置，每一个刀片增加一套双作用单活塞气缸和电磁阀。 1 3 i 一主轴心盘卜拉杆卜i 髂杆5 、卜拉季f7 、蝴刀 9 一j 片i o 一气缸 ii 知综杠杆1 2 、1 3 一吊综| 带 1 4 一综框 图2 1 改造后的中央闭合梭口机构 综平时，p l c 根据电子纹板信息，通过输出端给出相应的开关信号到电磁阀， 电磁阀得电时，气缸1 0 活塞杆伸出，将刀片9 右端抬起，左端拉回，刀片在右 侧拉刀8 的作用下被推出，从而带动拉综杠杆1 1 上端向右摆出，综框1 4 向上运 动；电磁阀失电时，气缸活塞杆缩回，将刀片右端拉回，左端抬起，刀片在左侧 6 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 拉刀7 的作用下被拉回，从而带动拉综杆上端向左摆出，综框向下运动。改造后， 可控综框数可达1 6 页。 2 2 引纬机构 引纬是用引纬器将纬纱引人由经纱所构成的梭口中，以便与经纱交织形成织 物的过程。随着织机车速的提高，在引纬过程中，引纬器需要在很短时间内准确 平稳地穿越整个梭口，因而给实现引纬运动带来难度。引纬机构是织机的核心部 件。 2 2 1 引纬机构的分类 有梭织机的引纬机构主要包括投梭机构和制梭机构。投梭机构按照机构的结 构来分可分为凸轮投梭机构、曲柄投梭机构、弹簧投梭机构；按投梭的顺序来分 可分为顺序投梭机构和任意投梭机构；按照投梭传动件在织机上的位置来分可分 为上投梭机构、中投梭机构、下投梭机构三种类型引。 下投梭机构的优点是结构简单，调节方便，但由于投梭棒是绕定点转动，其 上各点的运动轨迹是弧线，故皮结只能活套在投梭棒上以保持直线运动击梭，投 梭时两者有撞击，而且驱动投梭棒的着力点在下部，力臂短，受力大，因此有噪 声大、机物料消耗较多、不适应高速等缺点。中投梭机构的皮结因装在投梭棒的 顶端，在击梭过程中，皮结孔中心( 即与梭尖的接触点) 能作水平的直线运动， 保证击梭运动的平稳性，克服了下投梭的缺点。中投梭机构由于皮结与投梭棒固 结为一体，活动杆件饺接点运动灵活，而且投梭棒的拉动点在其中部，受力较小， 所以连杆式中投梭机构运动平稳，机物料损耗小，但其对构件的加工精度和材料 性能要求高。 在我国，棉织机多是下投梭机构，毛织机采用中投梭机构，而丝织机则中、 下投梭都有。上投梭机构因不适应高速和自动补纬的要求，除在麻织机上仍有少 量应用外，现已被淘汰。 2 2 2 引纬机构的改造方案 重型宽幅织机大多采用中投梭机构，投梭力大。改造后投梭机构如图2 2 所 天津工业大学硕士学位论文 1 i l l l 轮2 投梭转子3 投梭摇铐4 拉杆5 投梭露乒弯悸 轧轩7 耄产板8 气缸杞借i o - 投梭捧1 1 复似弹舞 图2 - 2 投梭机构原理图 示，凸轮1 逆时针转动时，将投梭转子2 压下，投梭摇臂3 顺时针摆动，拉杆4 上提，带动投梭盘5 逆时针转过一定角度，如果此时铲板7 下压至投梭盘的凹口 中，则带动弯臂杠杆6 摆动，再通过拉带9 而使投梭棒l o 击梭，击梭过后，弹 簧1 1 使投梭棒、拉带、弯臂杠杆复位。 要实现任意投梭，只需在与走梭板平齐的梭箱处加一接近传感器，见图2 3 ， = ， 1 制梭板2 梭- 了3 梭箱后板4 棱藕自“板5 接近估感器 图2 3 接近传感器的安装 增加一套气缸，电磁阀，当某一侧梭箱内有梭时，接近传感器给出信号，将信号 传送至p l c 的输入单元，通过p l c 程序的逻辑判断，在p l c 输出端控制气缸的 动作，将本侧铲板压下并将对侧铲板提起。投梭方向也可以通过电子纹板程序控 r 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 制，并通过检测两侧与走梭板平齐的梭箱有无梭子实现投梭保护，当两侧都有梭 子或都没有梭子时停车并报警。 2 3 打纬机构 打纬机构的主要作用是将引入梭口的纬纱推向织口，使之与经纱紧密交织形 成形成符合设计要求的织物。除此之外，机构中的主要工作器钢筘也起到确 定经密和幅宽的作用；钢筘、筘座或其上的附件还对引纬器起导向和控制作用， 例如导剑片、槽筘，尤其对于有梭引纬，梭子是沿着筘座( 走梭板) 和钢筘飞行 的：在连杆打纬机构上，还安装着引纬机构的输出执行部分，如投梭机构的投梭 棒和梭箱或剑杆引纬的剑轮及其传动齿轮掣圳。 2 3 1 打纬机构的分类 目前，各类织机上所使用的打纬机构按其结构型式的不同主要有以下几种： 1 ) 连杆打纬机构 连杆打纬机构是利用杆件将织机主轴的回转运动转变为钢筘的往复打纬运 动。其中最主要的是四连杆打纬机构，也有在四连杆基础上发展的六连杆打纬机 构。此外，为了适应某些织物品种，一些特殊的多连杆打纬机构也有应用。 2 ) 凸轮打纬机构 凸轮打纬机构是利用凸轮、转子等件将主轴的运动传递给钢筘完成打纬动作 的。利用该机构能获得较长的筘座静止时间，以利于引纬。 3 ) 筘片打纬机构 该机构是利用装于织机主轴上的筘片直接完成打纬的任务，取消了筘座的往 复运动，主要应用在多梭口织机上。 此外打纬机构还可按其打纬动程变化与否分为恒定动程的打纬机构、变化动 程的打纬机构，前者用于普通织机上，后者用于毛巾织机上。 2 3 2 打纬机构的改造方案 在四连杆打纬机构中，牵手越短，当曲柄处于后死心附近时，筘座的运动就 越慢，相对静止的时间也就越长，有利于宽幅引纬。当曲柄处于前死心附近时， 筘座的运动速度就越快，加速度也越大，这对打纬是有利的。但是，牵手越短， 天津工业大学硕士学位论文 筘座运动的加速度变化就越大，从而使织机的振动加剧，不利于高速，可配以轻 筘座作弥补。由上述分析可知，短牵手打纬机构适宜于阔幅、厚重织物的织造。 为改善其动力性能，一般用轻筘座，以适应高速，减少织机振动；中、长牵手则 多用于轻型、窄幅织机上。 本织机为重型宽幅织机，主要用于织造造纸毛毯聚酯底网，且打纬机构不涉 及到自动控制内容，固保留原织机的短牵手四连杆非轴向打纬机构。 2 4 卷取送经机构 在织机上，通过开口、引纬、打纬这三个主要运动就可形成织物，但要能连 续生产出织物，还必须及时将已形成的织物引离织口并补充适当长度的经纱，这 两个运动分别被称之为卷取运动和送经运动，完成这两个运动的机构分别被称之 为卷取机构和送经机构。 卷取机构的作用是把已经织好的织物引离织口，逐步卷绕到卷布辊上，以保 证织造过程的连续进行，同时使织物的纬密及纬密的差异保持在规定的范围内。 通常卷取机构由握持并牵引织物的装置、卷取传动及纬密调节装置、织物卷绕成 型装置、操作装置四个部分组成。 送经机构的作用是根据织物的纬密大小，在织造过程中及时送出适量长度的 且具有一定张力的经纱，并在织造过程中保持经纱张力基本稳定，以维持织造生 产的连续进行。经纱张力是织机的主要工艺参数，对织造状态的好坏和织物的质 量起着决定性的影响而经纱张力是受送经机构控制的，因此，送经机构的性能是 织机的主要性能指标之一。 2 4 1 卷取送经机构的分类 2 4 1 1 卷取机构的分类 一、在织造工程中，由于织物所需要的纬纱配列方式不同，所以卷取装置按 其作用原理，可分为两种类型：积极式卷取机构和消极式卷取机构。 1 ) 积极式卷取机构 在积极式卷取机构中，卷取的动力是由织机的某一运动着的部分获得均匀的 回转。因此织物密度是均匀的，纬纱的配列是属于均匀分配的。积极式卷取机构 又因卷取作用的间歇性和连续性，而分为间歇式卷取机构和连续式卷取机构两种。 1 间歇式卷取机构 1 0 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 间歇式卷取机构的卷取动作发生在织机主轴一转中的一定时期，常利用筘座 摆动而获得间歇性的卷取动作。 2 连续式卷取机构 连续式卷取机构的卷取作用是在主轴回转的一周内连续地、均匀地进行的。 卷取动作通常是由主轴或中心轴，借助于蜗轮蜗杆传动的。 2 ) 消极式卷取机构 在消极式卷取机构中，卷取动力是在重锤和打纬的联合作用下发生的。纬纱 配列采用均匀间隔方式时采用。 二、根据卷取辊的传动方式，卷取机构也可分为机械式和电子式两种类型。 1 ) 机械式卷取机构 机械式卷取机构的动力源为主电机，通过一些机构等，驱动卷取辊回转而卷 取织物。 2 ) 电子式卷取机构 电子式卷取机构的卷取辊由单独的卷取电机驱动，卷取电机在一定的范围内 可无级调速，以满足不同的纬密要求。 电子卷取装置是近年来发展起来的一种新型卷取装置，与传统的卷取机构相 比，电子卷取装置有如下两个明显的特点： 1 织物纬密变化实现了自动设定，不需更换纬密齿轮，只需通过计算机或 触摸屏等设定所需纬密，而且纬密变化范围大，级差小，增强了织机的品种适应 性。 2 织造过程中的机上纬密可按设定的程序任意调整，这是电子卷取所特有 的功能，使得织机能够生产出许多机械式卷取机构难以生产出的纬密变化品种。 2 4 1 2 送经机构的分类 一、按照送经机构本身的作用原理和特点，以控制经纱送出量和经纱张力变 化均匀的方法不同，送经机构可分成下列三种类型。 1 ) 消极式送经机构 消极式送经机构是最普通的送经机构，所谓消极式送经就是用某种方式对织 轴施加制动，织造过程中，完全依靠经纱张力所产生的力矩，克服制动，使织轴 回转放出一定量的经纱。为了保证织轴直径变化时，维持经纱张力恒定，必须相 应地调节织轴的制动力，故称为消极式送经机构。调节制动力的方式有两种：一 种是人工调节，一种是自动调节。因此，消极式送经机构又可分为人工调节和自 动调节两种形式。 消极式送经机构优点：机械简单，上机操作方便，中厚织物均能适宜。其缺 天津工业大学硕士学位论文 点，经纱张力波动大，特别在织轴直径减小时，张力变化更大。若不及时调节制 动力，布面易出厚薄段。 2 ) 积极式送经机构 所谓积极式送经，是利用机械积极传动织轴，使之渐渐回转，送出固定量的 经纱。送出量不受经纱张力变化和织轴卷绕直径的影响，只决定于调换齿轮的齿 数多少。按照织轴运动性质的不同，积极式送经机构又可分为连续式和间歇式两 种。 积极式送经机构的优点：经纱张力和变形都比较小而均匀，经纱送出量一致。 其缺点：机构复杂，上机操作麻烦。在形成织物时，经纱缩率的波动要求经纱送 出量作相应调节，但由于机械式送经经纱送出量固定，不能起到自动调节，造成 经纱张力时松时紧，反而影响了产品质量。故实际上很少单独应用积极式送经机 构，而总是和其他送经机构联合使用的。 3 ) 调节式送经机构 调节式送经机构，一方面利用机械积极传动织轴而送出经纱，另一方面利用 一套经纱张力控制机构。随着经纱张力的变化或织轴绕纱直径的减小，自动地调 节经纱的送出量，以保持经纱张力的一致。这种送经机构一般都采用活动后梁作 为承受经纱张力的机构。后梁的位置能随着经纱张力变化而产生变动、于是使控 制织轴回转的机构也相应发生变化，因而经纱送出的长度也随之变化，调节了送 经量，均匀了经纱张力。 调节式送经机构按照调节功能的不同，可分为以下两种： 1 单调节的半积极半消极式送经机构：不论是经纱张力的偶然变化还是织 轴直径减小而引起的张力变化，均由经纱张力调节机构来控制。 2 双调节的半积极半消极式送经机构：由张力调节机构来控制经纱张力的 偶然变化，由织轴直径检测机构控制织轴直径逐渐减小时引起的张力变化。 调节式送经机构克服了消极式送经装置的张力波动大的缺点，并具有积极式 送经装置的优点。因此，应用十分广泛，目前新型织机设计大都采用调节式送经 机构。其缺点是仍存在一定的张力波动，经纱所受的张力也较大【1 0 1 。 二、根据织轴的传动方式，送经机构可分为机械式和电子式两种类型。 1 ) 机械式送经机构 机械式送经机构的动力源为主电机，通过机械式的传动链，齿轮系等驱动织 轴回转而送出经纱。 机械式送经装置种类繁多，张力调节装置都比较复杂，且由于传动件连接点 的摩擦、间隙、构件的运动惯性等因素，调节系统的动态响应较迟钝，经纱张力 补偿不及时，调节难以精确。随着织机转速的提高和各部件的配合联动等自动化 1 2 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 要求的加强，机械式送经机构的不足之处日渐明显起来。而由于机电一体化技术 的迅速发展，电子送经机构在先进高速织机上的应用日益增多，它有结构简单、 反应灵敏、操作方便、易于联动、可以实现微机集中控制等特点，充分体现了机 电一体化的优势。 2 ) 电子式送经机构 电子式送经机构的织轴由单独的送经电机驱动，送经电机在一定的范围内可 无级调速，以满足不同经纱量的要求。 电子送经按检测经纱张力的传感器的不同可分为接近开关式间歇电子送经 机构和应变片张力传感器式两大类【l 。 间歇式电子送经机构其经纱张力自动控制是通过控制送经电机正向启动时 间的长短来实现的，是一种最简单的电子送经机构形式，满足不了目前提高织机 转速的要求，且长时间停车后，重新开车将会形成布面车痕，影响织物质量，对 经纱张力均匀性要求较高的织物更是不适应【i 引。 连续式送经避免了电机的频繁启制动，并且可以根据张力信号的大小作无级 调速。 连续式电子送经机构具有如下特点： 1 经纱张力的调节实现了自动化，送经量的调节范围变宽，可扩大织机的 品种适应性，提高织机的自动化程度。 2 可减少传动件的数量和传动链的累积误差，织造过程中经纱张力保持恒 定，有利于提高织物布面质量。 3 由于在织造过程中，可以利用微机控制技术及时地对织机的机械工作状 态及经纱张力等工艺参数进行检测和调整，在织机转速大大提高的同时，经纱断 头率不会增大，从而可提高织机的织造效率。 4 使用范围广。可以应用在剑杆织机、喷气织机、喷水织机以及帘子布织 机等织机上。 2 4 2 卷取送经机构的改造方案 本课题中织机改造前的送经机构为消极送经，气压制动，卷取装置为三辊式 积极卷取，利用变换齿轮调节纬密。连续式电子送经机构是织机送经系统的发展 趋势，因此改造后的送经机构采用连续式电子送经机构。连续式电子送经、卷取 机构由应变片式经纱张力信号采集系统、信号处理和控制系统和织轴驱动置三部 分组成。如图2 4 所示，在织造过程中，经纱张力通过经纱张力传感器9 将信号 连续传送给主控制器( 本课题选用p l c 作为控制器) ，p l c 将实时的经纱张力信 第二章多臂多梭超重织机的机械结构及改造方案 次随梭箱升降，轮番进入与走梭板平齐的工作面进行投梭，实现纬纱变换的要求。 老式的多梭箱装置中，用打孔的纹链钢板控制梭箱升降次序。 2 5 1 多梭箱装置的分类 多梭箱装置的分类方法很多，按梭箱在两侧的分布情况可分为单侧多梭箱和 双侧多梭箱；按梭箱变化的顺序可分为循序式和任意式多梭箱；按两侧梭箱的运 动关系可分为独立式和从属式多梭箱；按梭箱变换的形式可分为升降式和回转式 多梭箱；此外，还可以根据两侧梭箱的个数分类。其中，最有应用前景的当属双 侧独立式任意变换多梭箱，这种梭箱两侧均可任意变换，不受重叠次序的限制， 即可循序，又可跳跃，具有更大的灵活性。 2 5 2 三梭箱装置的改造方案 老式的梭箱变换控制机构，是利用纹链，钢板，花筒等控制梭箱的升降变化， 改造后，去掉了复杂的控制机构，两侧分别由两套电磁阀和气缸控制。 5 l 5 i 6 i 、l - - 一气缸2 、2 。一拉杆3 、3 。危彤杆4 套簿5 l 、5 l 、5 2 、5 2 一滑动f l i6 、6 - 定 位幽轮7 、7 一升l ；萋连杼8 一柯，忏9 水变换旌杵l o 一举藕扦l i 一转廊幽轮 图2 5 电子三梭箱变换机构 图2 5 为对3 3 双侧独立式任意变换多梭箱的改造。在图2 5 中，三号梭 箱与走梭板平齐，控制气缸l 、l 的电磁阀失电，活塞杆伸出，套筒的滑动齿5 l 、 5 l 处于工作位置( 与转向齿轮和定位齿轮位于同一个平面) ，但由于其位于定位 转子外侧，因此转向齿轮1 1 空转：由三梭箱变为二梭箱时，控制气缸l 的电磁 天津工业大学硕士学位论文 阀得电，活塞杆拉回，带动拉杆2 向上运动，角形杆3 向前运动，推动套筒4 随之向前运动，滑动齿5 2 到达工作位置与转向齿轮啮合，定位转子在转向齿轮 作用下旋转1 8 0 。，曲柄转到转轴上方，引起升降连杆7 上升，使动态支点o 上 升，最终使举箱杆1 0 下降至二号梭箱平齐；由三梭箱变为一梭箱时，控制l 、1 气缸的电磁阀得电，活塞杆拉回，使滑动齿5 2 、5 2 到达工作位置与转向齿轮啮 合，定位转子在转向齿轮作用下旋转1 8 0 。，曲柄转到转轴上方，引起升降连杆 7 、7 上升，使动态支点o 处于最高位置，最终使举箱杆下拉至一号梭箱平齐。 由上述可见，梭箱变换时只需根据梭箱的电子纹板打开、关闭对应电磁阀即可， 梭箱与定位转子的位置对应关系如图2 - 6 。 图2 - 6 三梭箱变换机构位置示意 梭箱位置与控制气缸1 、1 的电磁阀状态之间的关系见表2 1 。 表2 1 梭箱位置与电磁阀状态的关系 2 5 3 四梭箱装置的改造方案 图2 7 为对4 x 4 双侧独立式任意变换多梭箱的改造。在图2 7 中，三号梭箱 与走梭板平齐，控制气缸1 、1 的电磁阀失电，活塞杆伸出，套筒的滑动齿5 l 、 5 l 处于工作位置( 与转向齿轮和定位齿轮位于同一个平面) ，但由于其位于定位 转子外侧，因此转向齿轮1 1 空转；由三梭箱变为二梭箱时，控制气缸l 、l 的屯 磁阀得电，活塞杆拉回，带动拉杆2 、2 向上运动，角形杆3 、3