CN114261839B - 一种纱线卷绕机构及其控制方法 - Google Patents

一种纱线卷绕机构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纱线卷绕机构，包括安装墙板及其两侧的导纱组件、收卷轴、传动组件、第一动力装置和第二动力装置，导纱组件包括安装架和其上的导纱辊组，传动组件包括往复丝杆和与其螺接的滑块，第一电机通过第一同步带驱动往复丝杆转动，第二电机通过第二同步带驱动收卷轴转动，通过往复丝杆的旋转使滑块直线运动并通过滑块上的连接杆带动安装架沿其长度方向做往复运动，使绕设于安装架上导纱辊组的纱线能够螺旋收卷于卷筒上，设定卷绕比，即安装架沿导向座做一次往复运动在卷筒上收卷圈数，使具体收卷过程中，通过实时调节第一电机和第二电机的转速，实现在维持纱线输送速度恒定的情况下，确保卷筒上收卷纱线的均匀稳定，保证卷筒的收卷质量。

Description

一种纱线卷绕机构及其控制方法
技术领域
本发明涉及纺织设备技术领域，尤其涉及一种纱线卷绕机构及其控制方法。
背景技术
在复合材料的生产过程中，需要进行纱线的加工再生产，在对碳纤维、玻璃纤维等纱线加工生产时，需要对收卷的原料进行放卷、导纱、展纤、收集后再加工。
在收卷过程中，纱线螺旋缠绕于收卷轴的卷筒上，收卷过程具有较强的周期性，随着卷筒上纱线的收卷，收卷卷径逐渐增大，导致先后卷绕周期形成的纱线线圈部分重叠甚至完全重叠，使卷筒卷纱表面凹凸不平，在退绕时加剧纱线之间的摩擦，容易造成断纱及混纱。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种纱线卷绕机构及其控制方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种纱线卷绕机构及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种纱线卷绕机构，包括竖直设置的安装墙板，在所述安装墙板的一侧设置有导纱组件和收卷轴，另一侧设置有传动组件、第一动力装置和第二动力装置，所述传动组件与所述导纱组件对应设置，并通过所述第一动力装置提供动力，所述第二动力装置为所述收卷轴提供动力；
所述导纱组件包括垂直于所述安装墙板设置的导向座和设置在其上的安装架，所述安装架与所述导向座滑动连接，在所述安装架上设置有导纱辊组；
所述传动组件包括垂直于所述安装墙板设置的往复丝杆和与其螺接的滑块，所述滑块通过连接杆与所述安装架固定连接，所述往复丝杆能够驱动所述滑块沿其长度方向运动，并通过所述连接杆带动所述安装架沿所述导向座长度方向移动；
在所述第一动力装置中，第一电机通过第一同步带驱动所述往复丝杆转动，在所述第二动力装置中，第二电机通过第二同步带驱动所述收卷轴转动，在所述收卷轴上套设有卷筒。
进一步的，所述往复丝杆设置在安装座内，所述安装座垂直于所述安装墙板设置，且包括沿其长度方向设置的腔体和滑槽，所述滑槽与所述腔体相连通；
所述往复丝杆设置在所述腔体内，所述滑块与所述滑槽滑动连接，在所述滑块朝向所述腔体的一侧设置有滑头，且所述滑头远离所述滑块的一端嵌入所述往复丝杆的螺纹内并与其滑动连接。
进一步的，在所述导向座上设置有滑轨，所述滑轨沿所述导向座的长度方向设置在所述导向座朝向所述收卷轴的一侧，所述安装架与所述滑轨滑动连接。
进一步的，所述滑轨的长度与所述收卷轴的长度相适应。
进一步的，所述导纱辊组包括沿竖直方向设置在所述安装架上的第一辊组、第二辊组和第三辊组，且每一辊组中均设置有多个导向辊；
所述第一辊组中导向辊的轴向与所述第三辊组中导向辊的轴向垂直设置，所述第二辊组中导向辊的轴向与所述第一辊组和所述第二辊组中导向辊轴向夹角均相同。
一种纱线卷绕机构的控制方法，采用上述纱线卷绕机构，包括以下步骤：
选择并安装圈数为α的往复丝杆，在收卷轴上套设卷筒，在第一电机和第二电机的输出轴上，以及往复丝杆和收卷轴的一端均设置有同步轮；
对应卷筒设置距离传感器和速度传感器，分别用于检测卷筒上的收卷卷径大小和外圈卷径线速度，对应安装架设置监测相机用于采集安装架的运动的周期；
根据卷筒收卷要求设定卷绕比J，即安装架沿导向座做一次往复运动在卷筒上收卷圈数；具体通过如下公式计算：
J＝n3·T3；
其中，n3表示空卷卷筒收卷转速，T3表示初始安装架往复运动的周期；
通过控制第一电机和第二电机的转速实现卷筒以设定卷绕比收卷，具体根据如下公式控制：
Figure BDA0003494507890000031
其中，n1和n2分别表示第一电机和第二电机的转速；
根据距离传感器、速度传感器和监测相机反馈的数据检测收卷是否正常。
进一步的，在收卷过程中维持设定的初始纱线线速度恒定，通过同时调节第一电机和第二电机的转速实现纱线的往复收卷。
进一步的，通过如下公式调节第二电机转速：
Figure BDA0003494507890000032
其中，n2t表示第二电机的实时转速，Dt表示距离传感器检测的实时卷径厚度，v0为纱线设定的初始线速度。
进一步的，通过如下公式调节第一电机转速：
Figure BDA0003494507890000033
其中，n1t表示第一电机的实时转速。
进一步的，通过如下公式检测收卷状态是否正常：
Figure BDA0003494507890000034
其中，Dt、T3t分别为距离传感器和监测相机采集的实时数据值。
本发明的有益效果为：设定卷绕比使具体收卷过程中，通过实时调节第一电机和第二电机的转速，在维持纱线输送速度恒定的情况下，确保卷筒上收卷纱线的均匀稳定，保证卷筒的收卷质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中纱线卷绕机构的示意图；
图2为本发明中传动组件的结构示意图；
图3为本发明中收卷设备的结构示意图。
附图标记：1、安装墙板；2、导纱组件；21、导向座；211、滑轨；22、安装架；23、导纱辊组；231、第一辊组；232、第二辊组；233、第三辊组；3、收卷轴；31、卷筒；4、传动组件；41、往复丝杆；42、滑块；421、滑头；43、连接杆；44、安装座；441、腔体；442、滑槽；5、第一动力装置；51、第一电机；52、第一同步带；6、第二动力装置；61、第二电机；62、第二同步带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示的一种纱线卷绕机构，包括竖直设置的安装墙板1，在安装墙板1的一侧设置有导纱组件2和收卷轴3，另一侧设置有传动组件4、第一动力装置5和第二动力装置6，传动组件4与导纱组件2对应设置，并通过第一动力装置5提供动力，第二动力装置6为收卷轴3提供动力；
导纱组件2包括垂直于安装墙板1设置的导向座21和设置在其上的安装架22，安装架22与导向座21滑动连接，在安装架22上设置有导纱辊组23；
传动组件4包括垂直于安装墙板1设置的往复丝杆41和与其螺接的滑块42，滑块42通过连接杆43与安装架22固定连接，往复丝杆41能够驱动滑块42沿其长度方向运动，并通过连接杆43带动安装架22沿导向座21长度方向移动；
在第一动力装置5中，第一电机51通过第一同步带52驱动往复丝杆41转动，在第二动力装置6中，第二电机61通过第二同步带62驱动收卷轴3转动，在收卷轴3上套设有卷筒31。
具体的，在实施过程中，在第一电机51和往复丝杆41上均设置有同步轮，通过套设在两同步轮外圈的第一同步带52传递动力，同理也在第二电机61和收卷轴3上设置同步轮。往复丝杆41配合与其螺接的滑块42实现连接杆43沿其长度方向的往复运动，同时带动连接杆43另一端固定连接的安装架22来回移动，使绕设通过安装架22上导纱辊组23的纱线能够螺旋收卷于卷筒31上，通过往复丝杆41的旋转实现安装架22的直线移动，使安装架22在直线转向移动过程中更加平稳连贯。
进一步的，往复丝杆41设置在安装座44内，安装座44垂直于安装墙板1设置，且包括沿其长度方向设置的腔体441和滑槽442，滑槽442与腔体441相连通；往复丝杆41设置在腔体441内，滑块42与滑槽442滑动连接，在滑块42朝向腔体441的一侧设置有滑头421，且滑头421远离滑块42的一端嵌入往复丝杆41的螺纹内并与其滑动连接。
如图1所示，安装座44设置为长方体结构，在其内部开设用于安置往复丝杆41的腔体441，通过第一动力装置5驱动往复丝杆41转动，滑块42通过滑头421与往复丝杆41上的螺纹滑动连接，滑槽442能够限制滑块42在往复丝杆41的旋转驱动下做沿滑槽442长度方向的直线运动。
进一步的，在导向座21上设置有滑轨211，滑轨211沿导向座21的长度方向设置在导向座21朝向收卷轴3的一侧，安装架22与滑轨211滑动连接。滑轨211的长度与收卷轴3的长度相适应。连接杆43垂直且穿设安装墙板1设置，且与滑槽442和滑轨211平行设置，能够平稳带动安装架22往复运动。
导纱辊组23包括沿竖直方向设置在安装架22上的第一辊组231、第二辊组232和第三辊组233，且每一辊组中均设置有多个导向辊；第一辊组231中导向辊的轴向与第三辊组233中导向辊的轴向垂直设置，第二辊组232中导向辊的轴向与第一辊组231和第二辊组232中导向辊轴向夹角均相同。
纱线沿竖直方向依次绕设通过第一辊组231、第二辊组232和第三辊组233，且均从每一辊组中平行设置的两导向辊之间通过；第一辊组231、第二辊组232和第三辊组233用于纱线导向过程中的逐渐转向，使纱线能够平稳转向并导向收卷轴3上的卷筒31。
本发明还公开了一种纱线卷绕机构的控制方法，采用上述纱线卷绕机构，包括以下步骤：
选择并安装圈数为α的往复丝杆，在收卷轴上套设卷筒，在第一电机和第二电机的输出轴上，以及往复丝杆和收卷轴的一端均设置有同步轮；
对应卷筒设置距离传感器和速度传感器，分别用于检测卷筒上的收卷卷径大小和外圈卷径线速度，对应安装架设置监测相机用于采集安装架的运动的周期；
根据卷筒收卷要求设定卷绕比J，即安装架沿导向座做一次往复运动在卷筒上收卷圈数；具体通过如下公式计算：
J＝n3·T3；
其中，n3表示空卷卷筒收卷转速，T3表示初始安装架往复运动的周期；
通过控制第一电机和第二电机的转速实现卷筒以设定卷绕比收卷，具体根据如下公式控制：
Figure BDA0003494507890000071
其中，n1和n2分别表示第一电机和第二电机的转速；
根据距离传感器、速度传感器和监测相机反馈的数据检测收卷是否正常。
设定卷绕比这一技术参数，实现在具体收卷过程中，通过实时调节第一电机和第二电机的转速，在维持纱线输送速度恒定的情况下，确保卷筒上收卷纱线的均匀稳定，保证卷筒的收卷质量。
具体的，在本发明中，卷绕比表示安装架在一次往复移动过程中纱线在卷筒上收卷的圈数，能够通过公式：J＝n3·T3进行描述。
其中，安装架的往复运动周期T3＝2α·T1，其中，α为往复丝杆的螺纹圈数，T1为往复丝杆的转动周期，能够进一步通过第一电机的转速表述为：
Figure BDA0003494507890000072
当采用相同规格的同步轮安装在第二电机和收卷轴上时，卷筒的收卷转速与第二电机的转速相同，即n3＝n2，因此得到
Figure BDA0003494507890000073
进一步的，在收卷过程中维持设定的初始纱线线速度恒定，通过同时调节第一电机和第二电机的转速实现纱线的往复收卷。
具体的，维持纱线的输送速度恒定，能够确保纱线上张力值恒定，纱线的输送速度通过第二电机的转速控制，与卷筒上最外圈纱线的线速度相同，通过如下公式调节第二电机转速：
Figure BDA0003494507890000074
其中，n2t表示第二电机的实时转速，Dt表示距离传感器检测的实时卷径厚度，v0为纱线设定的初始线速度。
进一步的，通过如下公式调节第一电机转速：
Figure BDA0003494507890000081
其中，n1t表示第一电机的实时转速。
再实时收卷过程中，通过距离传感器实时监测卷筒上收卷卷径的厚度，通过监测相机采集安装架往复运动的周期，能够连续采集多次周期后取平均值作为该时间段内的安装架运动周期。通过速度传感器实时监测卷筒外圈纱线收卷的线速度，看是否维持恒定速度。
进一步的，在本控制方法中，还公开另一种检测收卷状态的算法，具体通过如下公式检测收卷状态是否正常：
Figure BDA0003494507890000082
其中，Dt、T3t分别为距离传感器和监测相机采集的实时数据值。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，采用如下所述的纱线卷绕机构，包括竖直设置的安装墙板(1)，在所述安装墙板(1)的一侧设置有导纱组件(2)和收卷轴(3)，另一侧设置有传动组件(4)、第一动力装置(5)和第二动力装置(6)，所述传动组件(4)与所述导纱组件(2)对应设置，并通过所述第一动力装置(5)提供动力，所述第二动力装置(6)为所述收卷轴(3)提供动力；
所述导纱组件(2)包括垂直于所述安装墙板(1)设置的导向座(21)和设置在其上的安装架(22)，所述安装架(22)与所述导向座(21)滑动连接，在所述安装架(22)上设置有导纱辊组(23)；
所述传动组件(4)包括垂直于所述安装墙板(1)设置的往复丝杆(41)和与其螺接的滑块(42)，所述滑块(42)通过连接杆(43)与所述安装架(22)固定连接，所述往复丝杆(41)能够驱动所述滑块(42)沿其长度方向运动，并通过所述连接杆(43)带动所述安装架(22)沿所述导向座(21)长度方向移动；
在所述第一动力装置(5)中，第一电机(51)通过第一同步带(52)驱动所述往复丝杆(41)转动，在所述第二动力装置(6)中，第二电机(61)通过第二同步带(62)驱动所述收卷轴(3)转动，在所述收卷轴(3)上套设有卷筒(31)；
具体控制方法包括以下步骤：
选择并安装圈数为α的往复丝杆，在收卷轴上套设卷筒，在第一电机和第二电机的输出轴上，以及往复丝杆和收卷轴的一端均设置有同步轮；
对应卷筒设置距离传感器和速度传感器，分别用于检测卷筒上的收卷卷径大小和外圈卷径线速度，对应安装架设置监测相机用于采集安装架的运动的周期；
根据卷筒收卷要求设定卷绕比J，即安装架沿导向座做一次往复运动在卷筒上收卷圈数；具体通过如下公式计算：
Figure 83519DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 775532DEST_PATH_IMAGE002
表示空卷卷筒收卷转速，
Figure 246964DEST_PATH_IMAGE003
表示初始安装架往复运动的周期；
通过控制第一电机和第二电机的转速实现卷筒以设定卷绕比收卷，具体根据如下公式控制：
Figure 239191DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，
Figure 105254DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 284562DEST_PATH_IMAGE006
分别表示第一电机和第二电机的转速；
根据距离传感器、速度传感器和监测相机反馈的数据检测收卷是否正常。
2.根据权利要求1所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，所述往复丝杆(41)设置在安装座(44)内，所述安装座(44)垂直于所述安装墙板(1)设置，且包括沿其长度方向设置的腔体(441)和滑槽(442)，所述滑槽(442)与所述腔体(441)相连通；
所述往复丝杆(41)设置在所述腔体(441)内，所述滑块(42)与所述滑槽(442)滑动连接，在所述滑块(42)朝向所述腔体(441)的一侧设置有滑头(421)，且所述滑头(421)远离所述滑块(42)的一端嵌入所述往复丝杆(41)的螺纹内并与其滑动连接。
3.根据权利要求1所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，在所述导向座(21)上设置有滑轨(211)，所述滑轨(211)沿所述导向座(21)的长度方向设置在所述导向座(21)朝向所述收卷轴(3)的一侧，所述安装架(22)与所述滑轨(211)滑动连接。
4.根据权利要求3所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，所述滑轨(211)的长度与所述收卷轴(3)的长度相适应。
5.根据权利要求1所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，所述导纱辊组(23)包括沿竖直方向设置在所述安装架(22)上的第一辊组(231)、第二辊组(232)和第三辊组(233)，且每一辊组中均设置有多个导向辊；
所述第一辊组(231)中导向辊的轴向与所述第三辊组(233)中导向辊的轴向垂直设置，所述第二辊组(232)中导向辊的轴向与所述第一辊组(231)和所述第二辊组(232)中导向辊轴向夹角均相同。
6.根据权利要求1所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，在收卷过程中维持设定的初始纱线线速度恒定，通过同时调节第一电机和第二电机的转速实现纱线的往复收卷。
7.根据权利要求6所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，通过如下公式调节第二电机转速：
Figure 231790DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 609681DEST_PATH_IMAGE008
表示第二电机的实时转速，
Figure 115487DEST_PATH_IMAGE009
表示距离传感器检测的实时卷径厚度，
Figure 313250DEST_PATH_IMAGE010
为纱线设定的初始线速度。
8.根据权利要求7所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，通过如下公式调节第一电机转速：
Figure 595327DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 562146DEST_PATH_IMAGE012
表示第一电机的实时转速。
9.根据权利要求8所述的纱线卷绕机构的控制方法，其特征在于，通过如下公式检测收卷状态是否正常：
Figure 5896DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 392753DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 212942DEST_PATH_IMAGE014
分别为距离传感器和监测相机采集的实时数据值。
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