CN1065507C - 卷绕机的旋转传动装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

连续绕线用的卷绕机至少装有一根筒子插头的转盘旋转传动装置的控制方法，这种卷绕机还具有一个横动装置(3)和一个在卷绕过程中位于转盘(10)前面的接触辊(12)，通过转盘(10)旋转传动装置的控制，使接触辊(12)随卷绕过程中装在筒子插头上或两根筒子插头(14)之一上的、直径不断增大的卷装始终保持圆周接触。用接触辊(12)的转速(nT)和接触辊直径(d)的乘积除以支承着卷装(16)的筒子插头(14)的转速(nS)算出卷装(16)的相应直径。从算出的卷装(16)相应直径(DS)中求出卷装(16)与接触辊(12)保持圆周接触时支承着卷装(16)的筒子插头(14)在其转动圆上的角度位置(α)，并通过转盘(10)的旋转传动装置的控制使支承着卷装(16)的筒子插头(14)在其转动圆上处于求出的角度位置(α)。

Description

卷绕机的旋转传动装置的控制方法

本发明涉及一种卷绕机的旋转传动装置的控制方法，这种卷绕机用于连续绕线，其转盘至少装有一根筒子插头，这种卷绕机还具有一个横动装置和一个在卷绕过程中位于转盘前面的接触辊，并通过转盘旋转传动装置的控制使接触辊始终与装在筒子插头上或两根插头之一上的、随卷绕过程直径不断增大的卷装保持圆周接触。

欧洲专利EP 0 374 563 B1提出了卷绕机旋转传动装置的一种控制方法，该方法通过一个传感器来探测运动量很小的接触辊的升程，并通过旋转传动装置的控制使接触辊和卷装之间保证圆周接触。

该专利提出的方法为一种闭环调整回路。这种闭环调整回路在干扰因素的影响下容易产生振动。干扰因素例如：筒子插头的振动、不圆的卷装、镜面状的卷装、接触辊的压力波动，等等。用这种调整回路的卷绕机不可能达到安全的运行和良好的管纱结构。

本发明的任务在于，提出一种可靠、简单而又不容易产生振动的卷绕机旋转传动装置的控制方法。

本发明是这样实现这个任务的：用接触辊转速(转数)和接触辊直径的乘积除以支承着卷装的筒子插头的转速(转数)算出卷装的相应直径；从卷装算出的相应直径中求出卷装与接触辊保持圆周接触时支承着卷装的筒子插头在其转动圆上的角度位置，并通过转盘的旋转传动装置的控制使支承着卷装的筒子插头在其转动圆上处于求出的角度位置。

虽然接触辊的转速基本上是恒定的，而且在计算卷装相应直径时可假定为常数，但本发明的一个优选实施例的特点是，接触辊的相应转速可通过一个适当的传感器来测定。

筒子插头的转速也最好通过一个探测转速的传感器测定，但在使用同步电动机来驱动筒子插头时，也可直接使用控制同步电动机的信号。本发明一个优选实施例的特点是，在卷装的圆周与接触辊保持圆周接触时支承着卷装的筒子插头在其转动圆上的角度位置可从一个存储角度与直径关系的表中读出。但也可根据几何关系进行精确的计算。

为了根据卷装相应直径来改变接触辊对卷装作用的压力，本发明进一步提出将接触辊支承在一个有荷载作用的摇臂上。作用在摇臂上的、决定接触辊在卷装上的压力大小的荷载取决于筒子插头的角度位置和筒子插头上的卷装的相应直径。作用在摇臂上的力最好由摇臂的角度位置来决定，而筒子插头的角度位置则根据卷装的相应直径进行调节，使接触辊作用在卷装上的压力假定为一个预定的值。

下面结合附图来说明本发明，附图表示：

图1表示卷绕机的原理结构；

图2表示另一种卷绕机的基本形状按本发明方法控制的示意图；

图3a和图3b表示权利要求5和6建议的控制示意图；

图4至图10表示各种实施例的程序流程图；

图11表示转盘的角度位置与一台实际的卷绕机筒子直径的函数关系；

图12表示图11的一段放大图以及一次实际的卷绕过程的实际运行状态。

图1所示卷绕机具有一个转盘10，转盘上装有两根筒子插头14。转盘10上方固定一个在绕线过程中可绕其自己的轴旋转的接触辊12。接触辊12与相应转动的筒子插头14上卷成的卷装16保持圆周接触。在接触辊12上方固定在支架7上的一个横动装置3使线5垂直于旋转的筒子插头14的回转运动移动。卷绕机的外壳1内安装支架7、接触辊12和转盘10。在图1和图2所示的本发明实施例中，接触辊12是固定的，即径向不动。

预先给定接触辊12额定转速的额定值传感器21通过一个转换器23控制驱动接触辊12的第一台电动机25。额定值传感器21的额定值信号传送到计算机27，计算机接收一个通过传感器29与筒子插头14的实际转速相应的信号作为另一个输入信号。计算机27向表31输出一个地址信号，从该表中读出的值输入控制电动机35的控制器33中，该电动机用来驱动转盘10。

为了保证接触辊12在固定支承时总是与卷绕过程中不断增加的卷装直径保持圆周接触，图1的转盘10沿顺时针方向旋转，而图2的转盘10则沿反时针方向旋转。为此，转盘10的旋转驱动装置的控制是这样进行的，即要不断地计算接触辊的转速nT和筒子插头14的转速nS。由于接触，筒子插头的直径DS和转速nS的乘积必须始终等于接触辊的转速nT和接触辊的直径d的乘积，即：

DS×nS＝nT×d从而得

DS＝(nT·d)/nS

从这样算出的卷装的直径DS中可算出保证接触辊12紧贴到卷装16的圆周上的角度α。其中，对图1所示的实施例，这种计算可按图11的几何关系进行，但最好(如图2所示)通过表31进行，在此表中输入了筒子插头14的相应角度位置与卷装16相应直径的关系。

亦可象这样控制转盘10的驱动，即在卷绕过程中，该转盘绕一个固定的角度值旋转。在这种情况中，转盘10的每次这样的旋转总是在卷装筒16的相应直径增大一定的值时进行，此值需要转盘进行这样一次转动来达到与接触辊要求的圆周接触。

如图3a和图3b所示，接触辊12亦可固定在一个有荷载的摇臂18上，摇臂18的荷载决定接触辊作用到卷装16上的压力。在这种结构中，作用在摇臂18上的荷载(例如通过在摇臂上作用一个弹簧20或采用气缸)根据筒子插头14上卷绕的卷装16的相应直径进行调节。

在接触辊12活动支承在一个有荷载的摇臂18上的实施例中，亦不用计算接触辊12的位置，所以也不用控制支承卷装16的筒子插头14的角度位置α。

图3a和图3b表示接触辊12的移动通过不同张拉程度的弹簧20来实现，从图中可以看出在卷绕过程中接触辊12和卷装16之间的移动接触线。为了调节接触辊12作用到卷装16上的预定压力，筒子插头14的角度位置是根据卷装筒16的相应直径这样调节的，即接触辊位于一个弹簧20通过摇臂18产生一个相应的力的位置上。

由于不考虑回授振荡，所以略去了自动调节***的振荡，因此有效保证了接触辊12和卷装16之间预定的恒定压力，或(如上面最后实施例所示)根据卷装16的相应直径来确定的压力。

图4表示卷绕过程的控制示意图。驱动转盘10的电动机35为步进电动机，例如每圈1000步。该电动机具有一个在图中没有表示的减速箱来把电动机35的运动按减速比i＝1∶1000减速。所以电动机35的每一步都引起转盘10旋转0.00036°。

控制器按一定节拍工作。节拍的序号用X表示。控制器是这样编制程序的，即在卷装16的直径DS达到或超过一个预定值时，便进行一个操作过程。在图4所述的例子中，预定直径从节拍到节拍增加0.1毫米。这一增量输入控制器中。在卷绕过程开始前，机器的主要尺寸和特定卷绕过程的参数也输入控制器中，即接触辊的直径d、转盘的有效直径A(等于筒子插头14的轴线离转盘10的轴线的两倍距离)、转盘轴线和接触辊轴线之间的距离P、卷绕过程开始时的角度α(X＝1)、筒管的直径D(X＝1)、电动机35和转盘10之间连接的变速箱的减速比i，以及最终的卷装直径Dmax。

在卷绕过程中，卷装16的转数ns用传感器29测定。同样，接触辊12的转数nT也用传感器36测定。从这两个转数和接触辊12的直径d中算出卷装16的瞬时直径DS。

现在假定直径DS几乎达到直径D(X)。其中，D(X)是与序号X节拍对应的直径。从测定的转数nS算出的瞬时直径DS与预定的直径D(X)进行比较，如果D(X)尚未达到，则重复进行这个循环。如果瞬时直径DS等于或稍大于D(X)，则进行下次控制，不论瞬时直径DS是否已经达到卷装16的预定最终直径Dmax。如果这合乎实际情况，则卷绕过程停止，转盘10的驱动停止。但如果瞬时直径DS尚未达到最终直径Dmax，则序号X增加1。与瞬时直径DS对应的角度α(X)用图11给出的公式计算，然后计算角度α(X)和前面已经达到的角度α(X-1)之间的差角Δα(X)。差角Δα(X)乘以减速比i便得电动机35必须旋转的角度。这个差角传送到执行计算修改的电动机35的控制单元35a。这一过程多次重复，直至达到最终直径Dmax为止。

与图4所示卷绕过程比较，图5所示卷绕过程有两点不同：第一，假定接触辊12的转数nT是恒定的，并将恒定的转数nT附加输入控制器中；不设置测量nT的传感器。第二，输入的表对每一个节拍X都单独对应一个直径D(X)。相邻节拍的直径之间的差可能大小不同。例如在一个满的筒子与一个空筒子进行更换而需要一个大的时间间隔时，这是适宜的。

图6所示实施例与图5实施例不同：除直径外，还将相应的角度α(X)以表的形式输入。当使用的控制器不可能按图11给出的公式进行算术运算时，这是有优点的。

在图7所示的控制***中，控制器收到指令，角度位置α从步进到步进都按一个恒定的差角变化。相应的直径按图11列出的公式计算并以表的形式输入。

在图8所示的实施例中，电动机35不用中间减速箱直接用图中没有单独示出的增量传感器与转盘10的轴连接。该传感器在电动机35每转动一圈时都向与该电动机对应的控制单元发送一定数量的脉冲I(例如每圈10000个脉冲)。

计算差角Δα(X)与图4相似。脉冲数nI(X)＝Δα(X)·I与此差角对应。电动机35的控制器对增量传感器发送的脉冲数与计算机算出的脉冲数进行比较。如果达到了这个脉冲数，控制器就关掉电动机35。

在图9所示实施例中，控制器收到图7相似的指令，角度位置α从步进到步进都按一个恒定的差角变化。对应的直径以表的形式输入。与图7不同但与图8一致的是，电动机35直接与转盘10的轴连接，这样电动机35和转盘10的角度位置总是按相同的大小变化。由计算机算出的脉冲数与由增量传感器发出的脉冲数之间的比较在计算机内进行。

在图10所示实施例中，电动机35配置有一个绝对值传感器。电动机35和与它直接连接的转盘10的每个角度位置都对应一个绝对值。一整圈旋转例如分成4.096绝对值。此绝对值输入计算机中并在该处与相似于图3算出的角度α(X)进行比较。

图11和12表示一个具体的例子，即用大致如图1所示的卷绕机卷绕一种膨松的地毯用纤维。卷绕机的工艺参数和尺寸列在表1中。这些参数和尺寸符合一般的实际情况。

在一瞬间的***状态是由卷装16的瞬时直径DS和转盘10正好所处的角度α来描述的。当图11中的这种状态符合精确位于曲线上的一点时，接触辊12不用压力就能接触卷装16的表面。

当***处于一种由曲线下方的一点来描述的状态时，实际的角度α小于函数求出的值。这意味着接触辊压入卷装中。压入深度取决于卷装“的弹性和贴靠在卷装上接触辊所施的压力。在运行中，总是作用一个压力。重要的是，这个压力必须进行控制。控制压入深度就实现了压力的控制。

假如***处于图11曲线上方的一种状态，则角度α大于按公式计算出的值。在卷装16和接触辊12之间存在一个间隙。

图12表示放大1000倍图11曲线的一小段。在图12的曲线下方可看出锯齿形曲线，这种曲线表示按本发明转盘的跟踪。锯齿形曲线通过的时间间隔位于卷绕过程中任一选定的位置上。

在所观察的时间间隔开始时，***位于由0点来描述的状态中。卷装直径稍微超过18厘米，而且转盘位于α0的位置，即稍微超过28°。在状态0时，转盘的电动机关闭。卷装连续不断增大的直径被监控。

在短时间后，***处于图12由点P1描述的状态。与此点相应的直径存储在表中。一但瞬时达到的直径与存储的直径比较结果是卷装已经达到存储的直径，便立即从曲线上读出相应的角度α1或用公式计算α1。为此，需要一个一般的微处理机控制例如0.025秒。在这个时间内卷装达到状态Q1，即直径稍有增大，但角度仍为α0。现在接通转盘10的电动机35，角度增大到α1。角度α的增加约为0.01°。角度调节所需的时间间隔为0.075秒。然后达到状态R1，即行程Pl、Q1、R1共用0.1秒。由于卷装16的直径在这个时间间隔内继续增大，所以R1又位于曲线下方。在关掉电动机35时，即在角度α1不变时，继续卷绕直到点P2，它的直径同样亦存储起来。然后开始一个新的循环，如此等等。

从图12中可读出接触辊12压入卷装16的深度。锯齿形曲线表示实际运行的状态。锯齿形曲线与直线的水平距离表示接触辊12压入卷装16的程度。用水平距离乘以

即得压入深度。这样从图12读下的很小的压入深度按平均值变化，并在所观察的时间间隔中总是保持在0.04毫米以下。这一压力的相应变化在许多实际情况中都是无关紧要的。特别是对所观察例子卷绕的地毯用纤维来说，尤其如此。这样的纤维很膨松，而且用纤维卷绕的卷装相当软并可轻易压入。

在另外的情况中，例如用低的绕线速度和/或细纤度工作时，每一步进的直径增大非常的小，这样也可按本发明的方法卷绕较硬的卷装。但接触辊12亦可挠性安装，这样接触辊便可偏离增大的卷装，这时当α增大时，接触辊便落入预定的基本位置中。

表1
	转盘的有效直径     A＝36厘米接触辊的直径       d＝7.2厘米转盘与接触辊的轴距 P＝25.2厘米绕线速度           V＝4000米/分纤度               T＝2000分特筒子宽度           B＝25厘米筒子卷装密度       P＝0.5公斤/分米3

Claims (12)

1.卷绕机的旋转传动装置的控制方法，这种卷绕机用于连续绕线，其转盘(10)装有至少一根筒子插头，该卷绕机还具有一个横动装置(3)和一个在卷绕过程中位于转盘(10)前面的接触辊(12)，通过转盘(10)旋转传动装置的控制使接触辊(12)与在卷绕过程中装在筒子插头上或两根筒子插头(14)之一上的、直径不断增大的卷装(16)始终保持圆周接触，其特征是：

通过接触辊(12)的转速(nT)和接触辊(12)的直径(d)的乘积除以支承卷装(16)的筒子插头(14)的转速(nS)计算卷装(16)的相应直径(DS)；

从计算出的卷装(16)的相应直径(DS)中求出卷装(16)与接触辊(12)保持圆周接触时支承着卷装(16)的筒子插头(14)在其转动圆上的角度位置(α)；

通过转盘(10)的旋转传动装置的控制使支承卷装(16)的筒子插头(14)在其转动圆上处于算出的角度位置(α)。

2.按权利要求1的方法，其特征是，接触辊(12)的转速(nT)通过测定该转速的一个传感器(36)来测定。

3.按权利要求1或2的方法，其特征是，筒子插头(14)的转速(nS)通过测定该转速的一个传感器(29)来测定。

4.按权利要求1的方法，其特征是，在卷装(16)与接触辊(12)保持圆周接触时，支承卷装(16)的筒子插头(14)在其转动圆上的相应角度位置(α)可从一个角度与直径的关系表中读出。

5.按权利要求1的方法，其特征是，转盘(10)按固定的角度大小进行步进式的旋转传动，其中，在转盘(10)进行这样一次步进旋转时，卷装(16)的直径存储在一个表中。

6.按照权利要求1的方法，其特征是，与直径(DS)对应的转盘(10)的角度位置(α)按照公式 $\mathrm{\α}=\arccos \frac{A}{4P}\{1+\frac{{4P}^2}{A^2}-{(\frac{d}{A}+\frac{D}{A})}^2\}$

计算，其中，A是转盘的有效直径，d是接触辊的直径，P是转盘和接触辊的轴向间距。

7.按照权利要求1的方法，其特征是，转盘(10)的旋转传动装置每步进行一固定的角度，每当直径增加一固定的值就按节拍用计算机计算出与达到的直径相应的角度位置(α)，计算求得的角度位置和已达到的角度位置之间的差角，根据这一差角计算出旋转传动装置的步进数，旋转传动装置按由计算机给定的节拍接通并在求得的步进数后关掉。

8.按照权利要求1的方法，其特征是，一台增量传感器产生旋转传动装置每转动一圈的确定脉冲数，每当直径增加一固定的值，就按节拍用计算机求出与达到的直径相对应的角度位置，计算求出的角度位置和已达到的角度位置的差角，根据这一差角计算出增量传感器的脉冲数，旋转传动装置按由计算机给定的节拍接通，并在增量传感器产生已求出的脉冲数后关掉该旋转传动装置。

9.按照权利要求1的方法，其特征是，借助一绝对值传感器产生一与转盘的瞬间角度位置相应的信号，每当直径增加一固定的值，就按节拍用计算机求出与达到的直径相应的角度位置，旋转传动装置按节拍接通，并在瞬时角度位置与求得的角度位置一致时关掉旋转传动装置。

10.连续绕线用的卷绕机具有：一个横动机构(3)、一个转盘(10)，在该转盘上固定至少一根用来卷绕卷装(16)的筒子插头(14)、一台转盘(10)用的电动机(35)、一个接触辊(12)和一个控制器(33)，通过该控制器控制转盘(10)的电动机(35)使接触辊(12)与在卷绕过程中直径不断增大的卷装(16)始终保持接触，其特征是：为接触辊(12)配置一转速传感器(36)。

11.按权利要求10的卷绕机，其特征是，接触辊(12)装在一个摇臂(18)上。

12.按权利要求11的卷绕机，其特征是，摇臂(18)通过一个弹簧(20)或气缸施加荷载。

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