摘 要 介紹了數控細紗機的傳動方式，分析了新型數控細紗機傳動應建立的數學模型，對數控細紗機的傳動控制方案作了簡單介紹。 關鍵詞 數控細紗機傳動數學模型 直流母線技術 l 前言 環錠細紗機是紡紗生產流程中用量比較大的設備，對成紗質量的好壞起著至關重要的作用，也是紡紗廠勞動力多和勞動強度較大的工段。上世紀80年代以經緯紡機的FA506、上海二紡機的FA507等機型為代表的系列細紗機推向市場，近二十年來，該系列機型占據了國內細紗機市場的半壁江山，為我國紡織行業的高速發展作出了巨大貢獻但隨著科技的高速發展，該系列細紗機的缺點也日趨顯現，如開式的齒輪傳動維護工作量大，密封不好，易形成油污染；成型凸輪制造質量差，沖擊大；工藝調整需要更換一系列的交換齒輪等，極其不方便。近幾年來國內幾家紡機企業推出的油浴車頭系列細紗機及帶集體落紗的細紗長機，采用了大量的電氣新技術，在科技含量上取得了較大的進步，如采用了先進的電子凸輪技術，集體落紗技術，緊密紡技術等，但就其傳動方式而言，與FA506系列細紗機相比并沒有實 2 國產數控細紗機傳動的設計構想 立達的G33和K44型細紗機、青澤的351模塊化細紗機均為當前世界領先水平的采用數控技術的環錠細紗機。在此基礎上，我們也提出了一套具有自身特點的數控細紗機傳動和控制構想。與傳統細紗機相比，數控細紗機取消了開式齒輪的傳動方式，羅拉采用單獨的異步變頻電動機驅動，變頻調速，旋轉編碼器反饋，PLC控制，充分保證了各部件轉速的同步性。采用直流母線技術來保證斷電后的轉速同步性，避免大面積的斷頭出現。采用伺服電動機驅動電子凸輪來控制鋼領板、導紗板及氣圈環的升降，光電開關控制極限位置，升降平穩，無沖擊工藝變動由PLC設定，操作方便，轉速控制精度高。同步性能好。 3 數控細紗機傳動的數學模型 數學模型是現代控制的基礎，建立數學模型就是建立系統輸入和輸出的關系，具體來說就是設備的基本工藝參數與傳動電動機轉速或頻率的關系。 3．1主軸及錠子傳動 根據錠子傳動的路線，它的數學模型如下(不計滑溜率)： n錠=n馬達× ………….（1） n馬達= .................................（2） 式中： n錠——錠子轉速(r／min)； n馬達——主電動機轉速(r／min)； D 1——主動皮帶盤直徑(mm)； D2——被動皮帶盤直徑(mm)； D3 ——滾盤直徑（mm） D4——錠盤直徑（mm） ——錠帶厚度（mm） f——主電動機頻率（Hz） 3.2 牽伸傳動 3.2.1 前羅拉傳動 前羅拉使用單獨的電動機驅動，其轉速及其驅動電動機轉速、使用頻率的數字模型如下： 由捻系數公式 …………………..（3） 得由捻度公式 ……………………（4） 得 ……………..（5） = …………(6) ……….(7) 式中： n前——前羅拉轉速(r／min)； n1——前歲拉電動機轉速(r/min)； ——特數制捻系數； ——細紗捻度(捻／l0cm)； ——細紗特數(g／km)； d——前羅拉直徑(mm)； i1——減速比； ZA、ZB——捻度變換牙； p1——前羅拉電動機極對數； f1——前羅拉電動機使用頻率(Hz)。 3．2．2 中后羅拉傳動 由于中后羅拉轉速接近，后區牽伸倍數不大，中后羅拉叫由l臺電動機驅動，以降低設計的成本。在前中后三列羅拉直徑相同的情況下，后羅拉轉速搜其驅動電動機轉速、使用頻率的數學模型如下： ……………………………………(8) ………….(9) ………………..(10) 式中： n后——后羅拉轉速(r／min)； i總——總牽伸倍數； n2——中后羅拉電動機轉速(r／nlin)； i2——減速比； ZC ZD、ZE——總牽伸倍數變換牙； P2——中后羅拉電動機極對數； f2——中后羅拉電動機使用頻率(Hz)。 3．3牽伸倍數 傳統細紗機的總牽伸倍數范圍為10～50倍，而數控細紗機不受開式齒輪傳動空間位置的影響，機械總牽伸倍數可以做到8～120倍，參見公式(8)。 根據前羅拉轉速和總牽伸倍數，可確定中后羅拉電動機的轉速。由于中后羅拉是由一臺電動機共同驅動的，那么后區牽伸倍數只能由同步交換帶輪來實現，參見公式(_11)。 …………………………………(11) 式中： i后——后區牽伸倍數； i3——后區牽伸倍數固定值； ZF、ZG——后區牽伸倍數變換牙。 3．4捻度 根據紡紗工藝確定細紗捻度后，由公式(4)可確定前羅拉電動機的轉速，選擇捻度時須滿足前羅拉電動機頻率的使用范圍。表1中的數據即為我們在數控細紗機設計過程中確定的捻度選擇范圍。 3．5鋼領板升降 環錠細紗卷裝一般采用圓錐形卷繞，卷繞時要求在其管身部分的圓錐表面上卷繞成等法向螺距的螺旋線紗圈，使紗在紗層面上分布均勻，以維持圓錐面成形正確，并應有利于高速退繞。為使相鄰紗層層次分清而不紊亂，以利退繞時不易脫圈斷頭，故要求鋼領板在上升時和下降時的速度快慢不相同，這樣就能使上升使的螺距hS和下降時的螺距hX疏密不等。 一般采用升慢而降快，則hS為卷繞層螺距，而 hX為束縛層螺距，取其比值為 …………………………．．(12) 鋼領板一個上升周期前羅拉吐紗長度 L=n前×?！羋×T1………………………(13) 式中： T1——鋼領板一個上升周期。 鋼領板一個上升周期紗管繞紗長度 L’=(R+r)×丌× ……(14) 式中： R——最大卷繞半徑； r——空筒管半徑； A——卷繞層錐面長度； 2 ——錐角。 顯然，L與L’的長度式相等的，根據公式(13) 和公式(14)可得 ……………(15) 鋼領板升降電動機上升位移規律的數學模型為 ……………………………………(16) 同理可得鋼領板升降電動機下降位移規律的數學模型為 ……………………………………(17) 式中： ——鋼領板上升位移； ——鋼領板下降位移； rk——任意卷繞半徑； H一 鋼領板升降短動程； —— 減速比； ——鋼領板一個上升周期。 對 和 分別求時間t的求導即為鋼領板電動機上升和下降的速度規律，鑒于篇幅原因，在此不再贅述。 級升y必須與所紡紗支相適應，計算公式為 y= ……(18) 式中： y-----級升距； ——卷裝容積的平均密度。 4 數控細紗機傳動的控制方式 紡紗工藝參數如紗線支數、捻度、錠速、牽伸倍數等可通過觸摸屏輸入并監控。根據紡紗工藝要求，羅拉和中后羅拉采用帶編碼器的異步變頻電動機以閉環來控制，以控制羅拉轉速的精度；同時，通過實時采樣錠子的速度，由PLC通過變頻器來控制前羅拉電動機轉速和中后羅拉電動機轉速跟隨錠速而變化。采用直流母線技術，在突然斷電的情況下，由大容量的主變頻器為前羅拉變頻器和中后羅拉變頻器供電，使前羅拉電動機和中后羅拉電動機跟隨主電動機的慣性而同步停車，避免大面積的斷頭。鋼領板由伺服電動機驅動，鋼領板的落紗位、始紡位、最高位由光電開關控制，上升下降的速度由單位時間內的脈沖量來控制。根據內置的鋼領板升降曲線來控制鋼領板的轉向和級升。 5 結束語 新型細紗機在傳動方式上與傳統細紗機相比有了根本性的變化，整個工藝控制過程柔性化強，操作簡便，傳動系統更加可*，是未來環錠細紗機的發展方向。通過對新型細紗機的研發，我們認為應著手解決一下幾方面的問題： 設計開發專用的控制模塊替代現有的通用控制模塊，以進一步降低設計成本；精確測算各部分傳動實際消耗的功率，以降低功耗，節約生產成本；建立紡紗工藝庫，使用戶可以存儲或調用以往的紡紗工藝，簡化操作。 參考文獻 1 陳人哲．紡織機械設計原理[M]．北京：中國紡織出版社，1996． 2 F1508型環錠細紗機產品說明書[c]．山西：經緯紡機榆次分公司，2004．