CN108033312B - 悬浮式导线咀及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮式导线咀及控制方法。该装置包括机壳，机壳包括上下左右挡板，上挡板上设有磁极矩阵，下挡板上设有与磁极矩阵向对的悬浮磁极，磁极矩阵和悬浮磁极之间设有滑道，滑道上设有移动挡块，在左挡板和移动挡块之间设有导线滑块，导线滑块上设有用于悬浮的永磁磁块，导线滑块对外一侧设有碟片，对内一侧设有磁片，磁片随着导线滑块的移动在开关阵列接通不同的磁极绕组，磁极矩阵在控制***的驱动下驱动导线滑块进行往复运动。本发明采用开关矩阵进行分段控制，最大限度利用能源，有效地缩短返回时间，容易与数字控制器连接，装置结构简单，避免了刚性碰撞噪声；各项优化设计较好的兼顾了导线咀装置的各项指标。

Description

悬浮式导线咀及控制方法

技术领域

本发明涉及一种导线咀总成及其控制方法，特别涉及一种悬浮式导线咀及控制方法，属于纺织机械领域。

背景技术

导线咀总承通常被用于纺织机械，应用较多的是绕线机。绕线机有三个部分组成：带动线轴旋转的卷绕电机总承；控制绕线形状的导线咀总承，控制绕线力度的张力传感器。我国大部分使用机械式导线咀装置；少部分较先进的设备已经开始采用数字式导线咀装置；衡量数字导线咀装置的指标有：经济性，噪音，功耗，速度，寿命，导程可调性，返回点时间(越小越好)，数字化水平等指标。

目前世界各国使用的导线咀有机械式和伺服式两种；机械式导线咀能耗高，噪音大，导程调整复杂，没有数字化功能(自动化水平差)，已经濒临淘汰，但是由于成本低，国内还在大量使用；伺服式导线咀总承调整简单，数字化水平高(自动化水平高)，但是高速运行噪声，返回点时间解决的不够理想；发达国家已经开始大量使用；但是由于成本很高，国内使用较少。由于上述两种导线咀总承均使用丝杠传动结构，不但噪声大，而且不适于高速运动。

发明内容

针对现有技术中导线咀装置存在的上述问题，本发明提供一种悬浮式导线咀及控制方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种悬浮式导线咀，包括机壳，所述机壳包括上挡板、下挡板、前挡板、后挡板、左挡板和右挡板，所述上挡板上设置有磁极矩阵，所述下挡板上设置有与磁极矩阵向对的悬浮磁极，磁极矩阵和悬浮磁极之间设置有两端分别固定于左挡板和右挡板的滑道，所述滑道上设置有可自由滑动并能够固定的移动挡块，在左挡板和移动挡块之间设置有可沿滑道自由移动的导线滑块，所述导线滑块上设置有与驱动磁极矩阵和悬浮磁极相对应的悬浮磁块，导线滑块对外一侧设置有碟片，对内一侧设置有磁片，左侧挡板和滑动挡块上安装有霍尔开关和助推磁极，后挡板上设置有开关阵列，所述磁片随着导线滑块的移动在开关阵列接通不同的磁极绕组，所述磁极矩阵在控制***的驱动下驱动导线滑块进行往复运动。

作为本发明的进一步改进，所述磁极矩阵由一个一个相对独立的电磁铁排列而成，电磁铁通电之后，与其上方的永磁块相吸或者相斥。

作为本发明的进一步改进，所述开关矩阵包括上公共电极，下公共电极，横跨下公共电极的磁极线圈，以及分别设置于磁极线圈上下两端的磁极接点和电源零点。

作为本发明的进一步改进，左侧挡板和自由滑动挡块上装有减震橡胶垫。

作为本发明的进一步改进，所述控制***包括控制器、驱动电源总开关、显示模块、键盘模块、磁极矩阵电源换向驱动模块、霍尔信号的接收电路、信息输出通信模块，所述磁极矩阵电源换向驱动模块包括调压驱动模块、助推驱动模块，所述显示模块用于接收控制器的输出信号并显示，所述键盘模块用于与控制器之间双向通信，所述助推驱动模块接收控制器的输出信号后控制助推磁极运动，磁极矩阵在控制器的驱动下驱动导线滑块进行往复运动，所述调压驱动模块接收控制器的输出信号后切换电源方向，霍尔信号的接收电路用于将霍尔开关的感应信息传输至控制器，信息输出通信模块将控制器的信息输出至外部设备。

作为本发明的进一步改进，两侧挡板的一侧设置有用于与其他装置固定的两个带丝扣孔。

本发明还提供一种悬浮式导线咀的控制方法，包括如下步骤：

第一步：第一次上电，先设置参数：包括导线滑块的往复运动速度，导程的距离，绕线的总匝数；控制器根据这些参数进行控制；上电之前，导线滑块在起始端；启动之后，控制器根据设置的参数通过控制导线滑块的运动速度，并将速度信息同步串行发送出去和显示在屏上；

第二步：开始运行，控制器接通开关矩阵电源，磁片随导线滑块移动，在任意位置接通对应磁极，形成推动导线滑块运动的推力；

第三步：当导线滑块在磁极矩阵的驱动下，从一端运动到另一端时，导线滑块内部永磁体触发霍尔元件，单片机接收触发信号就启动助推磁极，调换磁极矩阵的电源方向，协同将导线滑块推动到相反方向运动，周而复始推动导线滑块做往复运动。

进一步，本发明的方法还包括参数调整步骤，包括：

1)控制器通过检测导线滑块到达一端的时间，推算出往复速度，根据设定速度进行速度调节；

2)往复导程的调整:松开顶丝，按机壳上的刻度调整好推进器的位置，紧固顶丝，同时在键盘上设置相应的参数，控制器根据这个次数，调整磁极矩阵的供电电压，改变推动力的强弱，控制速度；

3)控制器根据设定的匝数，当计数值达到指定匝数控制停车。

本发明的有益效果如下：

(1)结构简单，节省制造成本；

(2)噪声较小，去掉传统的丝杠丝母，齿轮齿条，不但节省成本，减少刚性撞击和运动阻力，且噪声更小；

(3)速度较高，采用悬浮结构，进一步减少阻力，有更高的速度；本装置比电机驱动的丝杠或齿轮结构由更高的速度；

(4)导程可调，通过左右滑动右侧弹射器就能够轻松连续调节导线咀的往复运动导程；

(5)功耗较低，导线咀滑块在滑道内阻力很小，弹射器仅在导线咀换向瞬间驱动，最低限度的利用能源；

(6)数字化程度高，控制器只要通过两侧的霍尔元件就能够轻松检测到导线咀到达两侧的时间，很容易通过两点的时间间隔推算往复速度，通过闭环控制稳定往复速率，实现高精度控制；并将位置和速度信息通过485接口送出；(这个信息很重要，是卷绕电机速度控制的依据)。

由上可见，虽然悬浮式导线咀总承结构简单，却有非常强大的功能，用了一个简单的结构实现了导程的连续可调；尤其在节能，噪声，返回点时间及数字化程度等项指标都超过当前使用的数字导线咀，有较高的性能和经济指标。

附图说明

图1是本发明悬浮式导线咀的主视图。

图2是本发明悬浮式导线咀的右视图。

图3是本发明悬浮式导线咀的俯视图。

图4向右运动驱动原理图。

图5向左韵达驱动原理图。

图6是开关矩阵原理图一。

图7是开关矩阵原理图二。

图8是开关矩阵原理图三。

图9是电磁铁结构图。

图10是导线咀与磁极间的位置关系图。

图11是电磁铁排列的磁极矩阵图。

图12是控制***框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

一、装置组成

本发明的装置结构如图1-3所示，本装置由上挡板17、下挡板18、前挡板11、后挡板2、左挡板1和右挡板10构成导线咀总承壳体；左挡板1和右挡板10之间设有两个圆柱形滑道3，滑道3上挂着可移动的移动导线咀滑块5和可移动定位的移动挡块8；导线咀滑块5内部嵌有用于悬浮的永磁块12，对外一侧设置有导线碟片14，对内一侧设置有用于驱动开关矩阵4的磁片6，导线咀滑块5上设置有两个套在滑道3上的长孔。移动挡块8上设置有右助推磁极21和右霍尔元件13，还设置有用于套在滑道3上的圆孔，移动挡块8上还设置有开槽，用于与紧固螺丝9配合实现移动挡块8的固定。上挡板17下面装有驱动电磁极15。下挡板18上面装有设置有凹槽磁悬浮电磁极16，导线咀滑块5上的永磁块12位于凹槽中，参见附图2。右挡板10装有减震垫7，左霍尔元件20和左助推磁极19。后挡板2装有开关矩阵4，用于控制磁极的得电和失电及电流方向。

本发明的装置还有一个控制器，如图12所示，控制器包括：显示模块、键盘模块、助推磁极驱动模块、调压模块、悬浮磁极控制模块、换向驱动模块及霍尔信号的接收电路、输出信息的485通信模块。

二、导线咀工作过程

(1)第一次上电，要先设置参数：主要是导线咀的往复速度，导程的距离，绕线的总匝数；控制器根据这些参数进行控制；上电之前，导线咀在起始端(操作员要在这个位置挂线)；启动之后，控制器根据设置的参数通过(改变推进器脉冲的幅值和脉宽)控制导线咀的运动速度，并将速度信息同步发送出去和显示在液晶屏；

(2)在工作状态下，控制器驱动悬浮磁极，导线咀浮起，见附图2；当导线咀在驱动磁极的推动下，从一端运动到另一端，导线咀端面的磁片触发霍尔元件，单片机接收触发信号就启动推进磁极，在助推磁极和驱动磁极的共同作用下，将导线咀推动到另一端，这样交替推动导线咀做往复运动；

(3)控制器通过检测导线咀到达一端的时间，推算出往复速度，根据设定速度进行速度调节；

(4)往复导程的调整:松开移动挡块的紧固螺丝，左右滑道调整导线咀的往复导程，按机壳上的刻度调整好推进器的位置，紧固螺丝；

(5)控制器根据设定的匝数，当计数值达到指定匝数控制停车。

三、导线咀运动控制原理

导线咀运行原理；本装置通过磁极矩阵产生推力，驱动导线咀往复运动；磁极矩阵结构参见附图9-11；磁极矩阵实际上是由一个一个相对独立的电磁铁排列而成；电磁铁通电之后，电路控制关系见附图6-8，镶嵌在导线咀内部的永磁块磁极方向与磁极矩阵的位置关系如附图9所示；驱动过程叙述如下：

参见附图4-5，附图6-8

①在没有通电的状态下，导线咀的位置见附图4第一步左侧，导线咀停留在线圈0的位置上，静止不动；

②装置启动后，控制器接通悬浮磁极电源和开关阵列电源，这时V_U正电源，V_D为负电源，它们大小相等，方向相反；导线咀磁片此刻，导线咀磁片将0线圈接通正电源；磁极的磁感应强调方向参见附图4中第一步，由于磁极0的排斥和磁极1的吸力作用下，导线咀将移到1(虚线)的位置上；

③在1位置上，组合电刷位置参见附图6，磁极方向见附图4中第二步，由于磁极1的排斥和磁极2的吸力作用下，导线咀将移到2(虚线)的位置上；

④进一步，在2位置上，组合电刷位置参见附图7，磁极方向见附图4中第三步，由于磁极2的排斥和磁极3的吸力作用下，导线咀将移到3(虚线)的位置上；

同理，导线咀磁片的位置参见附图8，磁极方向见附图4中第四步，同样由于磁极的作用，导线咀将移到4(虚线)的位置上；以此类推，导线咀移动到右侧移动挡块位置；

⑤导线咀移动到滑到挡块端上面的磁片触发霍尔器件，控制器切换电源方向，即V_U为负电源，V_D为正电源，导线咀将往相反方向运动；周而复始实现导线咀的往复运动；

⑥导线咀无论运动到左端还是运动到右端，控制器都能从左端和滑动挡块端收到位置信号，控制器切换电源方向，启动助推磁极，方向与磁块方向相反，产生斥力，使导线咀迅速反方向运动，缩短导线咀在端点的滞留时间；

⑦控制器通过控制V_U,V_D的大小，能够改变导线咀的运行速度，将导线咀稳定设置的速度范围内；

⑧导线咀往复运动的距离称为导程，通过滑动挡块可调。

综上所述，为提高导线咀往复速度和减少导线咀的运动噪声，本发明的导线咀总承采用的是用悬浮磁电驱动往复运动的工作模式，在结构上也做了优化，装置结构简单，没有丝杠与丝母的刚性碰撞；弹射器只在需要的瞬间工作；导线咀的滑块在仅有空的管道内滑动最大限度的减少了阻力；很方便的使用廉价传感器与数字控制器链接，几乎提供使用设备需要的信息；较好的兼顾了导线咀装置的各项指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.悬浮式导线咀，包括机壳，所述机壳包括上挡板、下挡板、前挡板、后挡板、左挡板和右挡板，其特征在于：所述上挡板上设置有磁极矩阵，所述下挡板上设置有悬浮磁极，磁极矩阵和悬浮磁极之间设置有两端分别固定于左挡板和右挡板的滑道，所述滑道上设置有可自由滑动并能够固定的移动挡块，在左挡板和移动挡块之间设置有可沿滑道自由移动的导线滑块，所述导线滑块上设置有与驱动磁极矩阵和悬浮磁极相对应的永磁磁块，导线滑块对外一侧设置有碟片，对内一侧设置有磁片，左侧挡板和滑动挡块上安装有霍尔开关和助推磁极，后挡板上设置有开关阵列，所述磁片随着导线滑块的移动在开关阵列接通不同的磁极绕组，所述磁极矩阵在控制***的驱动下驱动导线滑块进行往复运动；所述磁极矩阵由一个一个相对独立的电磁铁排列而成，电磁铁通电之后，与其上方的永磁块相吸或者相斥；所述开关矩阵包括上公共电极，下公共电极，横跨下公共电极的磁极线圈，以及分别设置于磁极线圈上下两端的磁极接点和电源零点；所述控制***包括控制器、驱动电源总开关、悬浮磁极控制模块、显示模块、键盘模块、磁极矩阵电源换向驱动模块、霍尔信号的接收电路、信息输出通信模块，所述磁极矩阵电源换向驱动模块包括调压驱动模块和换向控制模块、助推驱动模块，所述显示模块用于接收控制器的输出信号并显示，所述键盘模块用于与控制器之间双向通信，所述助推驱动模块接收控制器的输出信号后控制助推磁极产生与滑块上永磁磁块相反地磁场，迫使导线咀滑块向相反方向运动；磁极矩阵在控制器的驱动下驱动导线滑块进行往复运动，所述调压驱动模块和换向控制模块在控制器接收到导线咀滑块到达一端的信号后控制切换电源方向，形成相反运动的磁场；控制器接收霍尔信号推算导线咀运动速度控制导线咀电压并将信息传输至外部设备。

2.根据权利要求1所述的悬浮式导线咀，其特征在于：左侧挡板和自由滑动挡块上装有减震橡胶垫。

3.根据权利要求1所述的悬浮式导线咀，其特征在于：两侧挡板的一侧设置有用于与其他装置固定的两个带丝扣孔。

4.权利要求1-3中任意一项所述的悬浮式导线咀的控制方法，包括如下步骤：

第一步：第一次上电，先设置参数：包括导线滑块的往复运动速度，导程的距离，绕线的总匝数；控制器根据这些参数进行控制；上电之前，导线滑块在起始端；启动之后，控制器根据设置的参数通过控制导线滑块的运动速度，并将速度信息同步串行发送出去和显示在屏上；

第二步：开始运行，控制器接通开关矩阵电源，磁片随导线滑块移动，在任意位置接通对应磁极，形成推动导线滑块运动的推力；

第三步：当导线滑块在磁极矩阵的驱动下，从一端运动到另一端时，导线滑块内部永磁体触发霍尔元件，单片机接收触发信号就启动助推磁极，调换磁极矩阵的电源方向，协同将导线滑块推动到相反方向运动，周而复始推动导线滑块做往复运动。

5.根据权利要求4所述的悬浮式导线咀的控制方法，其特征在于：还包括参数调整步骤，包括：

1)控制器通过检测导线滑块到达一端的时间，推算出往复速度，根据设定速度进行速度调节；

2)往复导程的调整:松开顶丝，按机壳上的刻度调整好推进器的位置，紧固顶丝，同时在键盘上设置相应的参数，控制器根据这个次数，调整磁极矩阵的供电电压，改变推动力的强弱，控制速度；

3)控制器根据设定的匝数，当计数值达到指定匝数控制停车。

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