新型织机织边用筒管纱卷绕机的设计及控制（上）
日期：2008-9-24 19:36:52 来源：中国自动化网
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摘要: 设计了一台新型织机织边用筒管纱卷绕机，通过分析卷绕机的工作原理制定了优化的设计方案，给出了该卷绕机的卷取机构、导丝机构、张力调节装置的具体设计,选用PLC实现卷绕机的自动控制。设备运行结果表明:该设计达到了预期要求.
关键词: 卷绕机；织机；筒管纱；PLC；设计
Development of a new-type winding machine of bobbin yarn
which applies to looms selvage
FAN Jian-fang， YANG Jian-cheng，CHEN Hua-qiu，HE Hui，SONG Chun-mei
(School of Machinery and Electron, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China)
Abstract: A new-type winding machine of bobbin yarn which applies to looms selvage is designed. The optimal plan of design is made through analyzing operation principle of the winding machine, and the design of winding down mechanism , thread guide mechanism , tension adjust mechanism of the machine is provided . the machine is controlled automatically by PLC. The operation result of the equipment indicates that the design has reached the anticipated request.
Key words: winding machine；loom；bobbin yarn；PLC；design
新型织机织边用纱可通过专用卷绕机缠绕在筒管上，但目前一些科研院所和一些具有小批量生产的单位由于不具备缠绕机，只能到有缠绕机的大企业去加工或购买；有的采用人工手缠的方式，不能保证筒管纱的技术指示，造成织边处经常出现故障。为此，作者研制了这台小型卷绕机，解决了上述问题，填补国内外在这方面应用的空白。本文利用现代设计方法[ 1,2>，从功能原理出发对整机进行设计，首次提出螺旋副导丝机构，通过PLC程序控制，可满足变幅、防叠及改变卷绕角、卷绕螺距等工艺参数的需求，并安装满纱自停，断纱自停装置。因此，该设备是一自动程度较高的现代化产品。
1 卷绕机工作原理方案的研究
1.1 总功能要求
由于丝条交叉卷绕所构成的圆柱形卷装筒子，具有成形机构简单，筒管容纳丝条数量大等优点，无梭织机织边用的边纱一般均卷绕成圆柱形卷装筒子。丝条卷绕成圆柱形筒子时，最基本的排布形式是螺旋线形，卷绕过程中常称螺旋角为卷绕角（边纱的卷绕角范围为3°~6°）。因此，本卷绕机的最终功能是实现边纱在卷绕机上按照一定的卷绕角，逐层、密排成螺旋线形的圆柱形卷装筒子，卷绕过程要连续，防重叠、跳线，整个卷绕过程实现全自动化。
1.2 导丝机构设计
导丝机构属于往复成形装置，它是构成卷绕单元部件的一个重要部分，这一部分的优劣直接影响到卷装成形的质量和纤维的质量。因此，往复成形装置应当满足下列设计要求：
① 导丝速度要均匀：为了获得均匀的卷绕密度，导丝器在全程上的运动速度应保持均匀。
② 有防叠能力：卷绕过程中，发生丝圈重叠现象会严重影响纤维质量，因此要求成形装置具有防叠能力，以其机构的运动消除丝圈的重叠。
③ 要减小和消除张力波动：为了减小张力波动，应尽量缩短导丝器到筒子卷取点的距
离，也就是说导丝器的位置应尽量靠近筒子卷取点。
④ 往复运动件惯性要小，使用寿命要长。
基于以上设计要求，在对比了现有卷绕机多采用的凸轮或拨叉机构[ 3,4>优劣，相比之下螺旋副的体积小，质量轻，结构简单，成本低，且易实现往复运动，因此，这台小型卷绕机
提出了采用螺旋副导丝机构。
1.3 卷取机构设计
卷取机构与导丝机构组成卷绕机构，完成筒管的卷绕。卷取装置有锭子传动和摩擦辊传动两种传动方式，本机采用摩擦辊驱动。由于这台小型卷绕机对卷绕速度的要求并不高，卷绕速度设定在1~3m/min，可调节，对比以上两种卷取装置，摩擦驱动式卷取装置最适宜这台小型卷绕机，故选用摩擦驱动式卷取装置。
摩擦驱动式卷取装置是指卷取筒子借助于摩擦辊的摩擦力矩旋转工作的长丝卷取装置。卷绕过程中，摩擦辊保持恒定转速，因此与摩擦辊表面接触的筒子表面线速度保持恒定。摩擦传动机构简单，容易控制，工作稳定。
2.4 张力调节装置设计
在卷绕过程中，张力过大或过小都会影响卷装筒子的质量，同时也会影响纱线的质量。因此，在这台小型卷绕机上，采用了可以随时调节张力的张力装置。这样满足了不同的纱线对不同的张力的要求，增加了可卷绕纱线的种类。
2 卷绕机的机构设计
卷绕机的整机设计包括许多方面，这里就该设备的导丝、卷绕、张力调节三大部分的机构做具体介绍。
2.1 导丝机构
这台小型卷绕机的导丝机构采用螺旋副装置。由一台步进电机，通过同步带，带动蜗轮—蜗杆减速器，再通过连轴器，将减速器与丝杠连接起来，杠上安装有导丝钩，通过控制电机的正反转，从而使导丝钩能够左右往复运动。选用该部分的结构简图如图1所示：
2.2 卷取机构
该装置的卷取机构采用摩擦驱动式卷取装置。该机构由一台直流电机驱动，通过同步带，带动主轴旋转。主轴安装有摩擦辊，通过键连接使摩擦辊随着主轴一起转动。摩擦辊采用尼龙材料，这样可以增加纱线与摩擦辊之间的摩擦力，以减少打滑率。
由于这台小型卷绕装置所要求的速度并不高，因此它的纱线波动小，丝条绕上筒子时，因摩擦打滑而发生意外拉伸的可能性小。故在这台小型卷绕装置中，并未设计专门的加压机构。这样既满足了要求，又简化了机构。该部分的结构简图如图2所示：
2.3 张力调节装置
这台小型卷绕机的张力调节部分采用可调式张力调节机构。该机构主要由一对螺旋副齿轮、一个单个齿轮和两片钢片组成。两片钢片分别通过一根小轴与齿轮连接在一起，手柄与一对螺旋齿轮中的一个固结在一起。用手旋动手柄，即可达到给闭合的两片钢片加压的目的，将纱线从两钢片之间穿过，即可使纱线受到张力，使纱线恒张力卷绕。手柄的旋转程度不同，给两片钢片所加的压力就不同，这样就可得到不同的张力，适应不同的纱线要求。
由于张力调节部分需与导丝钩固联为一体，往复运动，因此齿轮的材料均采用塑料，这样既满足要求，又可减轻导丝钩整体重量。该部分的传动简图如图3所示：
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
关键词: 卷绕机；织机；筒管纱；PLC；设计
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
Development of a new-type winding machine of bobbin yarn
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
which applies to looms selvage
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
FAN Jian-fang， YANG Jian-cheng，CHEN Hua-qiu，HE Hui，SONG Chun-mei
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
(School of Machinery and Electron, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China)
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Abstract: A new-type winding machine of bobbin yarn which applies to looms selvage is designed. The optimal plan of design is made through analyzing operation principle of the winding machine, and the design of winding down mechanism , thread guide mechanism , tension adjust mechanism of the machine is provided . the machine is controlled automatically by PLC. The operation result of the equipment indicates that the design has reached the anticipated request.
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Key words: winding machine；loom；bobbin yarn；PLC；design
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
新型织机织边用纱可通过专用卷绕机缠绕在筒管上，但目前一些科研院所和一些具有小批量生产的单位由于不具备缠绕机，只能到有缠绕机的大企业去加工或购买；有的采用人工手缠的方式，不能保证筒管纱的技术指示，造成织边处经常出现故障。为此，作者研制了这台小型卷绕机，解决了上述问题，填补国内外在这方面应用的空白。本文利用现代设计方法[ 1,2>，从功能原理出发对整机进行设计，首次提出螺旋副导丝机构，通过PLC程序控制，可满足变幅、防叠及改变卷绕角、卷绕螺距等工艺参数的需求，并安装满纱自停，断纱自停装置。因此，该设备是一自动程度较高的现代化产品。
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1 卷绕机工作原理方案的研究
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1.1 总功能要求
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由于丝条交叉卷绕所构成的圆柱形卷装筒子，具有成形机构简单，筒管容纳丝条数量大等优点，无梭织机织边用的边纱一般均卷绕成圆柱形卷装筒子。丝条卷绕成圆柱形筒子时，最基本的排布形式是螺旋线形，卷绕过程中常称螺旋角为卷绕角（边纱的卷绕角范围为3°~6°）。因此，本卷绕机的最终功能是实现边纱在卷绕机上按照一定的卷绕角，逐层、密排成螺旋线形的圆柱形卷装筒子，卷绕过程要连续，防重叠、跳线，整个卷绕过程实现全自动化。
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1.2 导丝机构设计
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导丝机构属于往复成形装置，它是构成卷绕单元部件的一个重要部分，这一部分的优劣直接影响到卷装成形的质量和纤维的质量。因此，往复成形装置应当满足下列设计要求：
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① 导丝速度要均匀：为了获得均匀的卷绕密度，导丝器在全程上的运动速度应保持均匀。
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② 有防叠能力：卷绕过程中，发生丝圈重叠现象会严重影响纤维质量，因此要求成形装置具有防叠能力，以其机构的运动消除丝圈的重叠。
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③ 要减小和消除张力波动：为了减小张力波动，应尽量缩短导丝器到筒子卷取点的距
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离，也就是说导丝器的位置应尽量靠近筒子卷取点。
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④ 往复运动件惯性要小，使用寿命要长。
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基于以上设计要求，在对比了现有卷绕机多采用的凸轮或拨叉机构[ 3,4>优劣，相比之下螺旋副的体积小，质量轻，结构简单，成本低，且易实现往复运动，因此，这台小型卷绕机
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提出了采用螺旋副导丝机构。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
1.3 卷取机构设计
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卷取机构与导丝机构组成卷绕机构，完成筒管的卷绕。卷取装置有锭子传动和摩擦辊传动两种传动方式，本机采用摩擦辊驱动。由于这台小型卷绕机对卷绕速度的要求并不高，卷绕速度设定在1~3m/min，可调节，对比以上两种卷取装置，摩擦驱动式卷取装置最适宜这台小型卷绕机，故选用摩擦驱动式卷取装置。
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摩擦驱动式卷取装置是指卷取筒子借助于摩擦辊的摩擦力矩旋转工作的长丝卷取装置。卷绕过程中，摩擦辊保持恒定转速，因此与摩擦辊表面接触的筒子表面线速度保持恒定。摩擦传动机构简单，容易控制，工作稳定。
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2.4 张力调节装置设计
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在卷绕过程中，张力过大或过小都会影响卷装筒子的质量，同时也会影响纱线的质量。因此，在这台小型卷绕机上，采用了可以随时调节张力的张力装置。这样满足了不同的纱线对不同的张力的要求，增加了可卷绕纱线的种类。
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2 卷绕机的机构设计
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卷绕机的整机设计包括许多方面，这里就该设备的导丝、卷绕、张力调节三大部分的机构做具体介绍。
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2.1 导丝机构
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这台小型卷绕机的导丝机构采用螺旋副装置。由一台步进电机，通过同步带，带动蜗轮—蜗杆减速器，再通过连轴器，将减速器与丝杠连接起来，杠上安装有导丝钩，通过控制电机的正反转，从而使导丝钩能够左右往复运动。选用该部分的结构简图如图1所示：
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2.2 卷取机构
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该装置的卷取机构采用摩擦驱动式卷取装置。该机构由一台直流电机驱动，通过同步带，带动主轴旋转。主轴安装有摩擦辊，通过键连接使摩擦辊随着主轴一起转动。摩擦辊采用尼龙材料，这样可以增加纱线与摩擦辊之间的摩擦力，以减少打滑率。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
由于这台小型卷绕装置所要求的速度并不高，因此它的纱线波动小，丝条绕上筒子时，因摩擦打滑而发生意外拉伸的可能性小。故在这台小型卷绕装置中，并未设计专门的加压机构。这样既满足了要求，又简化了机构。该部分的结构简图如图2所示：
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2.3 张力调节装置
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这台小型卷绕机的张力调节部分采用可调式张力调节机构。该机构主要由一对螺旋副齿轮、一个单个齿轮和两片钢片组成。两片钢片分别通过一根小轴与齿轮连接在一起，手柄与一对螺旋齿轮中的一个固结在一起。用手旋动手柄，即可达到给闭合的两片钢片加压的目的，将纱线从两钢片之间穿过，即可使纱线受到张力，使纱线恒张力卷绕。手柄的旋转程度不同，给两片钢片所加的压力就不同，这样就可得到不同的张力，适应不同的纱线要求。
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由于张力调节部分需与导丝钩固联为一体，往复运动，因此齿轮的材料均采用塑料，这样既满足要求，又可减轻导丝钩整体重量。该部分的传动简图如图3所示：
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