（机械制造及其自动化专业论文）asfa306高速并条机的研制.pdf

南京理i 大学硕+ 学侍论文a s f a 3 0 6 高速行条机的研制 摘要 高速并条机是一种综合应用机械、微电子、自动控制、传感测试、电力电子、接 口和软件编程技术等的高新技术产品，在棉纺行业具有较大的市场应用前景。本课题 以海安县纺织机械有限公司的a s f a 3 0 6 高速并条机项目研发为背景，着重研究了高 速并条机的方案设计与系统实现。 本文在分析国内外并条机发展现状的基础上，深入研究了高速并条机的技术需 求，基于人机工程学的原理，建立了a s f a 3 0 6 型高速并条机的总体结构设计方案： 为实现高速并条机传动平稳、运行噪音低，对传动和牵伸等机械部分进行了理论分析 计算，提出了主传动齿轮采用全封闭油浴、牵伸采用三上三下加压力棒曲线牵伸型式 的改进设计方案，完成了a s f a 3 0 6 高速并条机的机械传动设计，牵伸机构设计及牵 伸倍数的优化设计；基于= 工业触摸屏计算机、可编程控制器、变频器、工业组惫软件 等硬软件平台，进行了a s f a 3 0 6 高速并条机控制系统的硬软件方案论证、详细设计、 系统开发与调试；初步完成了a s f a 3 0 6 型高速并条机样机的机械系统、检测仪表系统、 控制系统的联调和现场试验工作。 样机调试运行表明：本文研究设计丌发的a s f a 3 0 6 高速并条机样机达到了系统 的设计指标。该设备具有机械本体部分南局合理、结构紧凑、外观宜人、运转平稳、 整机振动小、噪音低操作简便、运行可靠等待点，将具有广阔的市场应用前景。 关键词：高速并条机，牵伸，可编程控制器，工业触挨屏，工业组念软件 南京理i 。人学硕十学帝论文 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 a b s t r a c t w i t i le n o r n l t o u sm a r k e tf o r e g r o u n di nt e x t i l ei n d u s t r y , h i g h s p e e dd r a w i n gf r a m ei s a l la d v a n c e d t e c h n o l o g yp r o d u c t w h i c h i n t e g r a t e sm a c h i n e r y , m i c r o - e l e c t r o n i c s ， a u t o c o n t r o l ，s e n s o rt e s t i n g ，p o w e re l e c t r o n i c s 。i n t e r f a c ea n ds o f t w a r ep r o g r a mt e c h n o l o g y , e t c u n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h er e s e a r c hp r o j e c to fa s f a3 0 6h i g h - s p e e dd r a w i n gf r a m e i nh a i a nt e x t i l em a c h i n e r yc o l t d ，t h i sp a p e rl a y sas t r o n ge m p h a s i so nt h ed e s i g n i n g a n ds y s t e mr e a l i z a t i o no f h i g h - s p e e dd r a w i n gf r a m e u n d e rt h eb a s i co fd e v e l o p m e n ta c t u a l i t yo fd r a w i n gf r a m eh o m ea n da b o a r d ，t h i s p a p e rh a s r e s e a r c h e dt h e t e c h n o l o g yn e e d so fh i g h s p e e dd r a w i n gf r a m ed e e p l y ， e s t a b l i s h e dt h eg e n e r a lc o n s t r u c t i o nd e s i g n i n go fa s f a 3 0 6a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f e r g o n o m i c s ，e n g a g e di nt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o nf o rs o m em a c h i n ep a r t ss u c h a st r a n s m i s s i o na n dd r i f t i n gt or e a l i z et h es t a b l et r a n s m i s s i o na n dl o wn o i s ei no p e r a t i o no f h i g h s p e e dd r a w i n gf r a m e ，o f f e r e d t h e i m p r o v i n gd e s i g n i n g s c h e m e so fu s i n g t o t a l l y - c l o s e d o i l b a t hf o rm a j o ra c c e s s o r y g e a r sa n dt h r e e - u p t h r e e - d o w nw i n d i n g p r e s s u r e b a rf o rd r i f t i n ga n df i n i s h e dt h em a c h i n e r yt r a n s m i s s i o nd e s i g n i n go fa s f a 3 0 6 l l i g h s p e e dd r a w i n gf r a m e ，t h ec o n s t r u c t i o nd e s i g n i n go fd r i f t i n ga n dt h eo 埘m i z i n g d e s i g n i n g o fd r i f t i n g m u l t i p l e b a s e do nt h es o f t w a r e a n dh a r d w a r eo ft o u c h s c r e e n c o m p u t e r , 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 , c o n v e r t e r s ，i n d u s t r i a lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，e t c ， t h ep a p e rd e m o n s t r a t e st h es c h e m e so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，t h ed e t a i l e dd e s i g n i n g ， s y s t e md e v e l o p m e n ta n dd e b u g g i n ga n dh a v ef i n i s h e df i r s t l yt h ec o m b i n e d - a d j u s t m e n ta n d o n - t h e s p o tt e s t i n gw o r ko fm a c h i n e r ys y s t e m ，d e t e c t i n gi n s t r u m e n ts y s t e m ，c o n t r o l l i n g s y s t e mo f a s f a 3 0 6h i g h s p e e dd r a w i n gf r a m e k e y w o r d s ：h i g h s p e e dd r a w i n gf r a m e ，d r a f t i n g ，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 ， t o u c h s c r e e n ，i n d u s t r i a lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e n 声明 本学位论文足我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：h 够年月。日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：立墓坳猃 i 州善年仁月，锢 南京理1 人学硕+ 学付论文 a s f a 3 0 6 高速_ 蚱条机的研制 l 绪论 1 1 课题的研究背景 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制属纺织机械机电一体化研究领域，课题源于海安 县纺织机械厂工程实际项目。 1 1 1 课题研究的意义 并条工序是纺纱的重要工序之一，其工序技术的发展，正在受到普遍的重视。当 前随着我国加入w t 0 ，棉纺织行业将迎束一次新的发展机遇，棉纺织产品对设备的需 求越来越高，急需一批效率高、质量稳定、自动化程度高的设备。研制出集机电仪一 体化的高速棉纺并条机是提高纺织装备水平、提高纺织行业加入w t o 后竞争力的需 要，也将为纺织行业提高产品的技术质量、提高经济效益打下良好的基础。 目i ；i ，江苏棉纺企业使用较多的是f a 2 7 2 型并条机，其运行速度低，电气控制系 统采用继点接触式逻辑控制系统，改变工艺参数时，需对相应零部件进行调整，生产 过程中难以保证零部件调整的精度，无法满足工艺的多样性要求，灵活性与适应性较 差。本课题选用可编程控制器及变频器作为并条机的核心控制单元，可实现电机的无 级调速和工艺的柔性调整；并且在国内并条机上首次采用人机界面技术，使并条机的 自动化程度大大提高。 1 1 2 课题的应用价值 基于市场调研和项目单位发展的需要，本课题研制适用于纯棉，涤棉、中长纤维 的混纺或纯棉的牵伸并合的高速并条机。该项目研制成功后，将填补省内高速并条机 生产的空白，并将增加项目单位的发展后劲，培养新的经济增长点。 本课题研制开发的a s f a 3 0 6 高速并条机，不仅可以提高棉纺纱的技术含量，提高 生产效率、增加产量：而且在同等配备龃纱机的情况下，可以节省棉纺厂的设备厂房 和用工成本。a s f a 3 0 6 高速并条机采用机电一体化制造技术，将为用户提供高智能、 高稳定、高质量的产品，使运行和操作方便可靠，降低用户的使用成本。 l 。2 并条机的发展概况。1 l2 1 国内外的技术现状 自7 0 年代以来，国外并条机发展迅速，新的机型不断涌现，其速度水平及机电 技术部有新的提高，自动化技术更为广泛。德国、同本、瑞士、英国等国生产的高速 并条机集中代表了发展水平，具备的共同技术特征是； ( 1 ) 牵伸型式肓新突破，更趋先进 牵伸机型是并条机的心脏。新型并条机的牵伸型式完全摆脱了传统的三上四下牵 伸型式。德国青泽7 2 0 型井条机，采用丘上三下曲线牵伸，i ：t 本独创的五上四下曲线 南京理r 人学硕+ 学位论文 a s f a 3 0 6 高速弗条机的研制 牵伸装置，牵伸倍数能达到6 一1 4 倍。 ( 2 ) 机电一体化、自动化程度高 新型并条机采用自调匀整装詈、自动换简装胃、断条自动装置、自动清洁系统， 使其效率提高到9 0 以上，能适应5 0 0 米分以上高速生产。 ( 3 ) 卷装大，机台高 新型并条机的棉条简直径最大为1 0 0 毫米，高度最大为1 2 米，从而减少了用工， 提高了看台量。 ( 4 ) 噪音小、空气含尘量少 新型并条机的噪音一般为8 0 一8 5 分贝。车间空气含尘量较少。 我国在消化吸收外国先进并条机技术的基础上研制出一代代国产并条机，国产并 条机经历了一个大致与世界潮流相近似的发展演变过程。 1 9 5 5 年国产第一代并条机是以1 2 4 2 型并条机为代表的四眼低速并条机，牵伸型 式为四上四下双区式牵伸，总牵伸倍数5 7 倍。 1 9 6 6 年国产第二代并条机足以) , 2 7 2 型并条机为代表的双眼半高速并条机。牵伸 型式为三上四下曲线牵伸，总牵伸倍数7 0 7 9 4 8 。 1 9 7 9 年国产第三代并条机是以a 2 7 7 型并条机为代表的两眼高速并条机。牵伸型 式为四上四下压力棒式牵伸，总牵伸倍数7 0 7 1 0 7 6 。 目前，国产第四代并条机是以f a 型并条机为代表，f a 3 0 3 和f a 3 0 5 型均采用三 上三下托式压力棒曲线牵伸，总牵伸倍数分别为7 8 7 3 8 0 和6 7 7 5 9 0 8 3 。 1 2 2 未来的发展趋势”m m m l 纺织工业在实施“重中之重”的战略过程中，对并条工序的工艺、设备技术， 将更加关注。并条机的现代化以提高劳动生产率，提高棉纱质量，增加花色品种，适 应各种长度的纤维和混纺的要求为目的。未柬棉纺并条机的技术发展将有以下几个趋 势： ( i ) 现场总线技术 现场总线是主要用于连接现场仪表和自动化控制系统之间的通信系统。现场总线 技术是目前世界自动化技术的热点，相信不久将在纺机设备上推广应用这种先进的现 场工业控制技术。 ( 2 ) 电子应用技术 表现在自动控制、在线监测显示和p l c 控制的运用将更趋完善。 ( 3 ) 密封技术 罗拉的高速运动负荷部由罗拉两端的滚针轴承所承受，为使轴承能长期维持在良 好的润滑条件下运转，完善的密封技术成为必需。 ( 4 ) 环保技术 南京理f 人学硕十学 奇论文 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 主要表现在清洁滤尘系统的改进和噪声的降低。 ( 5 ) 数显技术 交互直观、参数调整方便的人机界面和触摸屏将逐步在并条机上使用。 1 3 相关技术介绍” a s f a 3 0 6 高速并条机是集光、电、机技术于一体的高科技产品，下面介绍一下涉 及到的相关技术。 1 3 1 机械技术 机械技术是高速并条机技术的摹础，直接影响高速并条机的的性能指标。对牵伸 罗拉的直线度、挠度变形、加压弹簧抗松弛能力的要求等会直接影响并条机的牵伸效 果，因此，设计时需要选用性能优良的材料和合理的机械结构以满足并条机的精度、 刚度及动态性能的要求。 应用力学、机械设计、制造工艺是机械技术的支柱，经典的机械技术借助于计算 机的辅助设计技术，以及在此基础上同时采用人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 与专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 等，已经形成新一代机械制造技术，得以使机电一体 化产品重量轻、体积小、精度高、刚度大、磨损小及动态性能好。 1 - 3 2 自动控制技术 自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、力控制、自适应控制，以及自诊 断、仿真、校正、补偿，再现、检索等等。经典控制理论和现代控制理论是自动控制 的理论基础，微机的发展为控制理论的应用和实施提供了条件。自动控制技术的发展， 得以使机电一体化产品实现多功能和全功能控制、自适应控制、自诊断监控等。 控制技术主要是考虑如何根据传感器信号使执行装置和机械装置很好的运动。并 编制出能够实现这种目标的计算机程i 芋的技术，控制的方法一般有两大类：( 1 ) 顺芋 控制通过开关或继电器触点的接通和断开柬控制执行装冒的启动或停止，从而对系 统依次进行控制的方式；( 2 ) 反馈控制被控制量为位移、速度等连续变化的物理量， 在控制过程中不断调整被控制量使之达到设定值的控制方式。 1 3 3 变频调速技术 高速并条机要求电机能平稳启动，从而可消除启动时牵伸区前中罗拉转动时差引 起的细节以致恶化条干，还可消除频繁丌关车引发的故障源头，变频调速技术在高速 并条机上的使用将是并条机传动技术的一大进步。 交流变频调速技术近二十年柬在一些技术先进的国家得到迅速的普及推广，并在 电子拖动中逐步占据主导地位。交流变频凋速传动具有以下特点：( 1 ) 可以使普通异 步电动机实现无级调速：( 2 ) 启动电流小，减少电源设备容量；( 3 ) 启动乎滑，消除 机械的冲击力，保护机械设备：( 4 ) 对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；( 5 ) 具有显著的节电效果。 南京理i 大学硕十学伊论史 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 由于交流变频调速传动技术具有上述特点，已丌始取代直流调速装置，成为现代 电气传动的发展方向 1 3 4 传感与检测技术 传感与检测技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿 生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息 的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”，它与系统的输入输出相连，并 将检测到的信号发送到信息处理部分，是实现自动化的关键环节。 传感与检测是从自然信息源获取信息，并对之进行处理和识别的一门多学科交叉 的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制建 造、测试、应用及评价改进等活动。信息获取的来源主要是依靠传感器，所以传感器 的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，直接影响到系统的 精度问题，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。随着工业自动化领域的不断发 展，对传感器进一步提出了数字化、智能化、标准化的高要求。 1 4 论文研究的内容 本论文主要完成以下工作： ( 1 ) 并条机的整体白局与结构设计 本澡题利用人机工程学原理，通过产品调研，充分考虑项目单位及揉作工人的意 见和建议，特别是要考虑经济效益和操作安全等问题，总体设计要求整机前】局合理、 结构紧凑、外观宜人、操作简便。 ( 2 ) 传动和牵伸部分设计 传动系统设计的目标是使传动平稳、噪音低，主传动齿轮采用全封闭油浴：牵伸 采用三上三下加压力棒曲线牵仲型式。 ( 3 ) 控制系统硬软件设计 采用p l c 控制执行机构的运行、检测并条机的运行状态；用变频调速器调节并条 速度：人机界面采用工业触摸屏技术。触摸屏的应用使电路配线简单并可节省p l c 输入口，人机交互直观，参数调整方便。 ( 4 ) 整机联调 南京理i 大学硕十学付论文a s f a 3 0 6 高速升条机的研制 2 总体方案设计 2 1 并条工艺简介”“ 梳棉机生产的生条，纤维经过仞步定向、伸直具备纱条的初步形态。但是梳棉生 条不匀率很大，且生条内纤维排列紊乱，大部分纤维成弯钩状念，如果直接把这种生 条纺成细纱，细纱质量差。因此，在进一步纺纱之前需将梳棉生条并合，改善条干均 匀度及纤维状态。 并条工序的主要任务是： ( 1 ) 并合将6 8 根棉条并合喂入并条机，制成一根棉条，由于各根棉条的粗 段、细段有机会相互重合，改善条子长片段不匀率。生条的重量不匀率约为4 o 左 右，经过并合后熟条的重量不匀率应降到1 以下。 ( 2 ) 牵伸将条子抽长拉细到原来的程度，同时经过牵伸改善纤维的状态，使弯 钩及卷曲纤维得以进一步伸直平行，使小棉束进一步分离为单纤维。经过改变牵伸倍 数，有效的控制熟条定量，以保证纺出细纱的重量偏差和重量不匀率符合国家标准。 ( 3 ) 混合用反复并合的方法进一步实现单纤维的混合，保证条子的混棉成分均 匀，稳定成纱质量。由于各种纤维的染色性能不同，采用不同纤维制成的条子，在并 条机上并合，可以使各种纤维充分混合，这是保证成纱横截面上纤维数量获得较均匀 混合，防止染色后产生色差的有效手段，尤其是在化纤与棉混纺时尤为重要。 ( 4 ) 成条将并条机制成的棉条有规则的圈放在棉条简内，以便搬运存放，供下 道工序使用。 2 2a s f a 3 0 6 并条机的技术指标与设计要求 ( 一) 系统设计要求 ( 1 ) 系统适用于2 2 7 6 咖的纯棉、涤棉、中长纤维的混纺或纯棉的牵伸并合； ( 2 ) 优化设计的机架部件，要求具有良好的静、动特性： ( 3 ) 牵伸型式：采用三上三下压力棒加导向辊曲线牵伸：采用弹簧摇架加压方式： ( 4 ) 车头车尾齿轮采用全油浴封闭方式，防漏油性能好，方便调整牵伸倍数； ( 5 ) 自动换简要求稳定可靠，采用链子前推装置： ( 6 ) 采用p l c 控制，使系统运转平稳，自停可靠； ( 7 ) 棉条喂入时要求减少拉毛现象和意外牵伸，采用高架积极顺向喂入方式： ( 8 ) 采用人机界面系统，动念显示某些参数，集运行监控、系统操作、班产统计 为一体，提高系统运行的可靠性，方便工人操作。 ( 二) 系统期望达到的技术规格和技术参数： ( 1 ) 适纺纤维长度：2 2 7 6 哪 南京理f 人中硕+ 学伊论文 a s f a 3 0 6 高速，f 条机的研制 ( 2 ) 输出速度：2 5 0 - - 6 0 0 m m l n ( 3 ) 牵伸倍数：4 一1 3 倍 ( 4 ) 眼数：2 ( 5 ) 喂入根数：6 8 根 ( 6 ) 控制部分：p l c 、人机界面操作终端 ( 7 ) 换筒方式：自动换筒 。 ( 8 ) 重量：约2 0 0 0 k g 2 3 系统总体设计 根据厂方提出的具体要求并结合实际生产情况，本文提出三上三下加压力棒牵伸 机构的高速并条机系统设计方案。该系统采用可编程序控制器为整个控制系统的核 心，人机界面为系统的操作终端。机械部分、部分参数参照目前使用的并条机确定， 充分吸取同类产品的先进技术。整个系统具有结构简单、自动化程度高、运行可靠、 操作方便、效率高的特点。 2 3 1 机械系统设计方案 机械结构及传动系统是本系统的基础部分，它不仅要完成系统指定的性能，还耍 达到一定强度和刚度，运动部件还必须能传递较高的运动精宦。系统的自动化和可靠 性在很大程度上取决于机械结构设计的合理性及先进性。 图2 1 工艺过程示意图 卜吗； 入棉条翰2 一导餐罗拉3 一给棉罗拉4 一牵伸装置5 一导向罗拉 6 一弧形导管7 一鬃斥罗挣8 一圈条盘9 一输出棉螯筒1 0 一弹簧加乐摇j | 巴 6 南京理l 入学硕十学 奇论文a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 2 3 1 1 系统工艺过程”1 为了实现系统的功能，系统须有一套能完成喂入、输出棉条、牵伸、加压、清洁、 自动换简等动作的机械执行机构。 图2 1 所示为a s f a 3 0 6 型并条机的工艺过程，并条机机后足导条架，下面每侧各 放6 个或8 个喂入棉条筒l ，每侧棉条为一组。棉条经由导条罗拉2 积极喂入，并借 助于分条器将棉条平行排列于导条罗拉上，并列排好的两组棉条有秩序地经过导条块 和给棉罗拉3 ，进入牵伸装置4 。经过牵伸的须条沿酊罗拉表面，并由导向罗拉5 引 导，进入紧靠在i ； 罗拉表面的弧形导管6 ，经弧形导管和喇叭口聚拢后由紧压罗拉7 压紧成光滑紧密的棉条，再由圈条盘8 将棉条有规律地圈放在输出棉条筒9 中。 6 8 根棉条并合喂入，经牵伸制成一根熟条或半熟条，这个完整的工艺过程即 为一眼。a s f a 3 0 6 型并条机为2 眼并条机。生产工艺过程中需要重复通过同类设备的 次数称为道数。棉纺生产一般多用两道或三道并条。并条机按其生产经过次序，依次 称为头道、二道、三道并条机，最后一道并条机制成的棉条称为熟条，其他各道制成 的棉条称为半熟条。 2 3 1 2 机器结构9 “川 机器由机架、车头、车尾、传动、导条、电动机、吸棉箱、压辊、圈条、牵伸、 加压、清洁、自动换筒等十三个部件和电气组件组成。全机外形图见图2 2 。 图2 2 全机外形图 7 南京理1 人学硕十学位论文 a s f a 3 0 6 高速升条机的研制 ( 1 ) 机架部件：机架稳固，刚性好，机架由车面，车头、车尾下墙板，底盘组成 框架结构，如图2 3 所示。 口口 立 一 2 ， ， 3 4 、 5 ，一 一 1 车尾翠门2 车尾齿轮箱3 午面4 午尾 墙板5 底盘 6 车头节f 】7 乍头齿轮箱8 清沾早9 乍头卜- 墙板 图2 3 机架结构示意图 ( 2 ) 车头、车尾部件：传动平稳，噪声低。主传动齿轮分御于车头车尾两个齿轮 箱内，实行油浴。 主拖动电机通过平皮带传动压辊轴，通过摇臂或过桥轮分别传动二罗拉，一罗拉， 由齿型带传动三罗拉，后轴传动导条架及上、下清洁，上圈条采用弧齿锥齿轮传动结 构，传动平稳，噪声低，下圈条通过两根v 带传动到地轴后，再由蜗杆传动棉条简 条筒座旋转。采用平皮带传动能缓和启动和刹车的冲击。主电机采用变速电机，启动 时由低速自动变为高速运转，启动平稳；采用电容制动，减少冲击，能减轻，减少由 开关车造成的粗细节，对条干均匀有利。 ( 3 ) 牵伸机构：采用三上三下压力棒加导向辊牵伸型式，如图2 4 所示。棉网 2 4 牵伸示意图 8 南京理l 。人学硕+ 学伊论文a s f a 3 0 6 高速升条机的研制 先经后区予以牵伸，然后进入主牵伸区( 村区) ，压力棒在主牵伸区内起加强控制低 速纤维的作用，从而有利于提高牵伸质量。 牵伸下罗拉均有螺旋形沟槽使之运转平稳，有利于纤维的控制。 下罗拉采用螺纹连接，并由导孔导杜拧制同轴度。 下罗拉采用滚针轴承，运转平稳并装有油杯，润滑方便。 ( 4 ) 加压机构：采用弹簧加压，弹簧选用6 5 m n 材料，加压可靠，使用寿命长。 ( 5 ) 压辊机构：f i f 压辊采用札杆式结构，固定端采用球面轴承，回转端采用滚针 轴承用弹簧加压，结构简单，操作方便，缠压辊及断条采用微动开关自停，堵喇叭口 采用光电自停。 ( 6 ) 上、下圈条机构：上圈条盘采用空间曲线斜管以适应高速，成形良好，圈条 盘采用悬挂式结构。下圈条传动通过两组v 带轮传动地轴。通过变换带轮满足各种 直径筒的成型需要。 ( 7 ) 导条机构：采用高架积极顺向喂入，由传动轴通过同步带及锥齿轮传动导条 传动轴。再通过螺旋齿轮传动各个导条罗拉，棉条经由导条罗拉积极喂入，借助分条 器将棉条在导条罗拉上排列成行。导条架上装有五组光电自停测头。这种导条机构操 作方便于工作，减少了意外牵伸，不积飞花，有利于提高棉条质量。 ( 8 ) 真空吸尘及上下清洁装置：真空吸尘由电机，风翼轮，棉箱，风道等组成。 电机选用f w l 2 2 d 2 t 3 ( 左) 型纺织微电机，装在车尾机架内，上吸风通道由车面 后部风道通过车尾齿轮箱后部风道拐入上横梁风道，直通上清洁罩的两个吸风口，下 吸风在车面后部风道上方直开两处吸风口。 清洁传动轴由车尾齿轮箱传出经单向轴承直接带动绒辊，作间隙式回转运动。该 轴同时带动清洁梳做往复运动，将绒布上花衣梳拢后被上吸风口吸入棉箱，下清洁擦 试器由连杆带动做往复摆动擦拭下罗拉，花衣由下吸风口吸入棉箱。 ( 9 ) 自动换简装霄：由单独电机传动，经三角皮带传至减速器后至传动链条推杆 筒，配有定向停车装置，断条可靠，并设有缺预备空筒不进行自动换简和送筒到位自 停装置。 2 3 1 3 传动方式的确定1 2 “1 工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量才能工作，但是把原动机和工作机 直接联接的情况是很少的，往往在两旨之问需加入传递动力或改变运动情况的装置。 传动装置是高速并条机的主要组成部分，实践证明，传动装霄在整台机器的质量和成 本中占有很大的比例，机器的工作性能和运转费用也在很大的程度上决定于传动装置 的优劣。因此，提高传动装霄的设计水平就具有极其重大的意义。 在设计时，应合理选择传动方式的类型，选择时所依掘的主要指标是：效率高、 外廓尺 - t d , 、质量小，运动性能良好及行合生产条件等。根据并条机的传动要求，考 9 南京堙i 大学硕十学伊论文a s f a 3 0 6 高速升条机的研带4 虑比较了带传动、齿轮传动两种方式。 ( 1 ) 带传动方式 带传动是通过带传递运动和动力的，适用于中心距较大的场合。带传动的优点主 要有：具有良好的挠性；可缓和冲击、吸收振动：过载时带与带轮问会出现打滑，打 滑虽然使传动失效，但可防止损坏其他零件：结构简单、成本低廉等。但带传动也具 有明显的缺点：传动的外廓尺寸较大；需要张紧装置：由于带的滑动，不能保证固定 不变的传动比；带的寿命较短；传动效率较低等。 ( 2 ) 齿轮传动方式 齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，应用广泛，传递的功率可达数十万千 瓦，圆周速度可达2 0 0 m s 。齿轮传动的主要特点有：效率高，在常用的机械传动中， 以齿轮传动的效率为最高；结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺 寸一般较小；工作可靠、寿命长，设计制造j 下确合理、使用维护良好的齿轮传动，工 作十分可靠，寿命可达一、而十年，是其他机械传动所不能比拟的；传动比稳定，传 动比稳定往往是对传动性能的基本要求。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价 格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 综合比较上述两种方案的功率与效率、速度、外癣尺寸、质量和成本等技术经济 指标后，选择齿轮传动方式作为并条机传动系统的传动方案。 2 3 1 4 加压方式的确定“” 罗拉加压主要是为了保证罗拉钳口对纤维有足够的握持力，从而更好地控制纤维 运动，确保牵伸正常，提高成条质量，因此罗拉加压是牵伸必不可少的条件。加压机 构是牵伸机构的重要组成部分，要求加压稳定，加压，释压操作方便，并能在规定的 隔距范围内调节。并条机的高速化使得加压量普遍加重，加压机构也从原来的杠杆加 压，发展到弹簧摇架加压和气动加压等。 ( 1 ) 弹簧摇架加压方式 纺织机械很早就采用弹簧加压。它的优点足结构轻巧，用简单的弹簧机构就能产 生较大的作用力，加压量大且较准确，吸震作用好，加卸压方便。缺点是对弹簧材料 和制造工艺有较高的要求，如果弹簧材料材质不良或弹簧废劳变形会影响加压的稳定 性。 ( 2 ) 气动加压方式 随着并条速度的提高，皮辊的加压量不断增大，气动加压量明显大于弹簧摇架加 压，但气动加压需要增设气源、汽缸和气囊，还需要良好的密封性，否则便不能发挥 气动加压的优势。 a s f a 3 0 6 高速并条机采用弹簧摇架加压，弹簧材料选择优质合舍弹簧钢，并采用 形变热处理以提高弹簧的抗疲劳强度，采用强压处理以增强弹簧的抗松弛能力，设计 0 南京理f 人学硕十学付论文a s f a 3 0 6 高速，f 条机的研制 时避丌共振，从而能使弹簧的使用寿命长，保证加压的稳定可靠。 2 3 2 控制系统设计方案 2 3 2 1 控制系统的基本要求“旧 由于控制系统面向机电一体化系统的工业现场，因此它的结构组成、工作性能必须 满足一定的基本要求： ( 1 ) 具有完善的过程输入输出功能 要使机电一体化系统能正常运行，控制系统必须具有丰富的模拟量和数字量输入 输出通道，以便实现各种形式的数掘采集、过程连接和信息转换等，这是控制系统能 否投入机电一体化系统运行的重要条件。 ( 2 ) 具有实时控制功能 控制系统应具有时间驱动和事件驱动的能力。要能对生产的工况变化实地地进行 监视和控制，当过程参数出现偏差甚至故障时能迅速响应并及时处理，为此需配有实 时操作系统及过程中断系统。 ( 3 ) 具有可靠性 机电一体化设备通常是晷夜连续工作，控制系统又兼有系统故障诊断的任务，这 就要求控制系统具有非常高的可靠性。 ( 4 ) 具有较强的环境适应性和抗干扰能力 在工业环境中，电、磁干扰严重，供电条件不良，控制系统必须具有极高的电磁 兼容性，具有高抗干扰能力和共模抑制能力。此外，系统还应适应高温、高湿、振动 冲击、灰尘等恶劣的工作环境。 ( 5 ) 具有丰富的软件 要配备丰富的测控应用软件，建立能限确反映生产过程规律的数学模型，建立标 准控制算式及控制程序。 2 3 2 2 控制系统的比较与选择“” 在设计机电一体化系统时，必须根掘控制方案、体系结构、复杂程度、系统功能 等，j f 确地选用工业控制计算机系统。根据计算机系统软硬件及其应用特点，常将工 业控制计算机分成：可编程序控制器、总线型工业控制计算机以及单片机三类。 一、可编程序控制器 可编程序控制器简称p l c ( 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 ) 或p c ( p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ) ，它是将继电器逻辑控制技术与计算机技术相结合而 发展起柬的一种工业控制计算机系统。它的低端为继电器逻辑的代用品，而其高端实 际上是一种高性能的计算机实时控制系统。它以顺序控制为主，能完成各种逻辑运算、 定时、计数、记忆和算术运算等功能，既能控制丌关量，又能控制模拟量。p l c 的最 大特点是采用了存储器技术，将控制过程用简单的“用户编程语言”编成程序，并存 南京理i 人学硕十学忙论文 a s f a 3 0 6 高速升条机的研制 入存储器中。运行时，p l c 从存储器中一条一条地取出程序指令，依次控制各输入输 出点。 p l c 把计算机的功能完善、通用、灵活、智能等特点与继电器控制的简单、直观、 价格便宜等优点结合起来，可以取代传统的继电接触器顺序控制，而且具备继电接触 控制所不具备的优点。其主要特点如下： ( 1 ) 控制程序可变，具有很好的柔性 在生产工艺流程改变或被控设备更新的 情况下，不必改变p l c 的硬件只需改变程序就可以满足要求。 ( 2 ) 可靠性强，适用于工业环境p l c 是号门为工业环境应用而设计的计算机 控制系统，在硬件和软件上采取了一系列有效措施，以提高系统的可靠性和抗干扰能 力，并有较完善的自诊断和自保护能力，能够适应恶劣的工业环境。p l c 的平均无故 障工作时f 日j 可达数万小时，这是其他计算机系统无法比拟的。 ( 3 ) 编程简单，使用方便大多数p l c 采用“梯形图”的编程方式。梯形图类 似继电接触控制的电气原理图，使用苔不需具备很深的计算机编程知识，只需将梯形 图转换成逻辑表达式，将其输入p l c 即可使用。 ( 4 ) 功能完善p l c 具备输入输出、逻辑运算、算术运算、定时、记数、顺序 控制、功率驱动、通讯、人一机对话、自检、记录和显示等功能，使系统的应用范围 大大提高。 ( 5 ) 体积小、重量轻、易于装入机器内部。 二、总线型工业控制计算机 总线结构型的工业控制计算机，根据功能要求把控制系统划分成具有一种或几种 独立功能的硬件模块，从内总线入手把各功能模块设计制造成“标准”的印制电路板 插件( 办称模块) ，像搭积木一样将硬件插件及摸板插入一块公共的称为“底板”的 电路板插槽上组成一个模块网络系统，每块插件之f 、日j 的信息部通过底板进行交换，从 而达到控制系统的整体功能，这就是所谓的模块化设计。由于总线结构的控制计算机 系统将一个较复杂的系统分解成具有独立功能的模块，再把所需的功能摸板插到底板 上，构成一个计算机控制系统，因而具有如下的优点： ( 1 ) 提高设计效率，缩短设计和制造周期 在系统的整体设计时，将复杂的电路分布在若干功能模板上，可同时并行地进行 设计，大量的功能模板可以直接购得，从而大大地缩短了系统的设计、制造周期。 ( 2 ) 提高了系统的可靠性 由于各通用模块均由专业制造厂以o e m ( o r i g i n a ie q u i p m e n tm a n u f a c t u r e ) 产品形式专业化大批量，土产制造，用户可以根据自己的具体需要，购买这批o e m 产品， 如中央处理器( c p u ) 、随机存取存储器( r a m ) 、只读存储器( r o m ) 、a d 、d a 等模 叛及专用i 0 接口扳卡等，束构成自己的计算机系统。由于模块的质量稳定，性能呵 1 2 南京理l 大学硕+ 学何论文 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 靠，因此也就保证了控制计算机系统的可靠性。 ( 3 ) 便于调试和维修 由于模板是按照系统的功能进行分解的，维修或调试时，只要根掘功能故障性质 进行诊断，更换损坏的模板，就可以方便的排除故障、进行调试。 ( 4 ) 能适应技术发展的要求，迅速改进系统的性能 有时在新的系统运行后需要根据实际情况改进系统的性能；有时随着技术发展， 产品性能需要进一步提高；或者产品随市场需要而转型，要求系统做相应改进；或者 随着电子技术的发展，大存储量芯片的出现，新型专用大规模集成电路的推广应用等， 都需要对原系统的某一部分或模块进行更新。在上述情况下总线结构的控制计算机只 需改进模块和软件，不须对整个系统进行重新设计就能满足对系统提出的新的要求。 三、单片机 单片机是把计算机系统硬件的主要部分如c p u 、存储器( r o m r a m ) 、i o1 ：3 、定 时记数器及中断控制器等都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。单片机可视为 一个不带外部设备的计算机，相当于一个没有显示器、键盘、不带监控程序的单片机。 用单片机组成的计算机系统具有以下特点： ( 1 ) 受集成度限制，片内存储器容量较小。 一股片内r o m 小于4 8 k 字节，片内r a m 小于2 5 6 字节；但可在外部进行扩展， 如m c s 一5 1 系列单片机的片外可插可编程只读存储器( e p r o m ) 、静态随机存储器( s r a m ) 可分别扩展至6 4 k 字节。 ( 2 ) 可靠性高。单片机本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰的 能力优于一般通用c p u ；程序指令及其常数、表格固化在r o m 中不易损坏；常用信号 通道均集成在一个芯片内，信号传输可靠性高。 ( 3 ) 易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用 的总线及并行、串行输入输出端口，很容易构成各种规模的计算机控制系统。 ( 4 ) 控制功能强。为了满足工业控制要求，单片机的指令系统中有极丰富的条件 分支转移指令、i o 口的逻辑操作以及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功 能及运行速度均高于同一档次的微处理器。 ( 5 ) 一股的单片机内无监控程序或系统通用管理软件，软件开发工作量大。但近 年来已开始出现了片内固化有b a s i c 解释程序及c 语言解释程序的单片机开发软件， 使单片机系统的丌发提高到了一个新水平。 棉纺企业的生产组织形式通常采用三班四运转连续生产方式，并条机工作必须稳 定可靠。为了满足系统要求，控制系统选用适合工业环境的可编程控制器。 2 3 2 3a s f a 3 0 6 型并条机控制系统构成 a s f a 3 0 6 型并条机控制系统由上机位系统和下机位系统构成。触摸屏计算机作为 南京理i 人学硕十学 寺论文a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 上机位，主要处理用户的输入指令并及时反馈加工信息。由于触摸屏计算机自带了与 p l c 通信的功能，只要设计良好的界面，无需编程即可完成对p l c 的控制。作为下机 位的p l c 担负了系统控制的绝大部分工作，实时的读耿信号检测模块的检测结果，控 制变频器、交流电机等有序的执行生产指令。信号检测模块主要完成主轴转速、条筒 位冒检测、各运动部件的行程检测和设备状念检测等。控制系统构成如图2 5 。 图2 5 控制系统结构简图 2 4 系统工作流程 按照i j 面的系统结构设计，拟定合理的工作流程如下： a 、系统上电后，系统各部件复位，处在初始状态； b 、工艺人员首先进行并条满简长度和定向时i 日j ( 自动换筒) 的设定； c 、操作员进入班次设定画面( 选甲、乙、丙、丁四个班次其中之一) ，班次选 择结束后，触摸运行监控切换按钮，进入运行监控画面，并进行换筒方式的设定( 自 动或手动) 等待启动并条机； d 、操作员准备好棉条后，先按下点动按钮，待棉条露出圈条盘口后，按下启动 按钮，并条机歼始低速起动，几秒钟后自动切换到高速运行，若此时换筒模式选择在 自动换简侧，并条机将自动循环生产，满筒后自动断条、推出满筒、送进空筒，机器 自动起动，若换筒模式选择在手动换筒侧，满筒后，机器自停，操作人员按换笱按钮 进行换筒，换筒结束后，机器自动起动。 整个过程见图2 6 。 南京理f | 入学硕十学忙论文 a s f a 3 0 6 高速并条机的研制 2 6 系统工作流程图 2 5 系统工作说明 系统涉及的其他方面说明如下： a 、p l c 与触摸屏之问通过r s 2 3 2 通信，p l c 根据操作者的输入，把操作参数 从p l c 中取出，并通过p l c 定位条筒的位置，以进行自动换筒。 b 、并条机在正常运行时，一般人机界藏处于运行监控画面，一旦设备出现故障， 运行监控画面有故障报警条自动滚动故障位置，故障名称，机器停止，且无法启动机 器，故障解除后，并可通过触摸歼关启动机器或通过车面上及高架上开关息动机器。 c 、系统具有工艺操作人员许可管理，即可设胃工艺操作员密码，防止非法操作， 以防止参数的随意修改，一旦密码泄露后，工艺操作员可重新设定密码。 2 6 系统特点 系统的核心器件采用三菱电机的成熟工控产品，采用面向对象的编程方法，和面 向过程的编程方法相结合，进行优化设计。系统主要具有以下特点： a 、机架采用高强度铸件，警体形成框架结构，吸震性强，刚度好。 1 5 南京理f 人学硕十学伊论文a s f a 3 0 6 高速计条机的研制 b 、传动平稳，噪声低，主传动齿轮采用全封闭油浴，分布于车头、车尾箱体内， 调整变换齿轮只须转动手柄即可。 c 、牵伸机构：采用三上三下压力捧加导向辊牵伸型式，棉条先经后区牵伸，然 后进入主牵伸区，压力棒在主牵伸区起加强控制低速纤维的作用，从而有利于提高牵 伸质量。 d 、加压机构：采用弹簧摇架加压，弹簧材料选择合理。工艺精良，并采用形变