摘 要：在簡(jiǎn)要介紹倍捻機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研討機(jī)電一體化倍捻機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)術(shù)。系統(tǒng)基于PLC控制平臺(tái)與變頻器驅(qū)動(dòng)的集成結(jié)構(gòu)。
1 引言
在紡織工程領(lǐng)域，紡紗與織布是兩個(gè)完全不同的工藝過(guò)程。紡紗是織布的前期工藝。加捻屬于紡紗的后期工藝。對(duì)于短纖紗，加捻使纖維之間抱合得更加緊密，使紗具有一定物理機(jī)械性質(zhì)；對(duì)于長(zhǎng)絲，加捻的工藝目的是改善織布工藝的加工性，提高紡織品抗起毛起球、抗勾絲性，強(qiáng)捻使織物風(fēng)格獨(dú)特。加捻是使紗條的兩個(gè)截面產(chǎn)生相對(duì)回轉(zhuǎn)，這時(shí)紗條中原來(lái)平行于紗軸的纖維傾斜成螺旋線。紗線加捻的多少以及紗線在織物中的捻向與捻度的配合，對(duì)產(chǎn)品的外觀和性能都有較大的影響。加捻性質(zhì)的指標(biāo)有：表示加捻程度的捻度、捻系數(shù)及表示加捻方向的捻向。紗線的捻向?qū)椢锏耐庥^和手感影響很大，利用經(jīng)緯紗的捻向與織物組織相配合，可織出外觀、手感等風(fēng)格各異的織物。
顧名思義，倍捻機(jī)作為一種加捻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一轉(zhuǎn)兩捻，效率比傳統(tǒng)捻線機(jī)成倍提高，卷裝容量增大，加捻質(zhì)量大幅度提高。倍捻機(jī)主要具有以下特點(diǎn)：高品質(zhì)錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的持久穩(wěn)定性；二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使受力更合理，加捻范圍更廣；油浴式齒輪箱，特殊的導(dǎo)紗曲線，使卷繞成形良好；卷繞張力可以在超喂羅拉上任意調(diào)節(jié)，因此也適用于染色用松馳柔軟的卷繞，倍捻機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 機(jī)電一體化倍捻原理設(shè)計(jì)
自動(dòng)化倍捻機(jī)是高性能的機(jī)電一體化設(shè)備，適用于棉、毛、滌等纖維的純紡、混紡紗線的加捻。與傳統(tǒng)環(huán)錠捻線機(jī)相比，自動(dòng)化倍捻機(jī)可直接做成標(biāo)準(zhǔn)筒子（錐形或圓柱形）或松邊筒子用于染色，其紗線質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)捻線機(jī)，有利于劍桿織機(jī)和針織機(jī)性能的完全發(fā)揮。
在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)出以臺(tái)達(dá)EH系列可編過(guò)程控制器為主控制單元，控制全機(jī)錠子速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制），卷繞電機(jī)速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制），橫動(dòng)移紗電機(jī)速度（臺(tái)達(dá)B系列伺服驅(qū)動(dòng)器），用臺(tái)達(dá)人機(jī)界面設(shè)置和顯示工藝參數(shù)的控制方案。取消移紗成形凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)主軸轉(zhuǎn)速信號(hào)采用高速計(jì)速，對(duì)卷繞輥進(jìn)行測(cè)速；通過(guò)在人機(jī)界面上設(shè)置工藝參數(shù)如：錠子速度、捻度、交叉角α等，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障信息均在人面界面上用顯示出來(lái)，為排除故障提供方便?；谂_(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的倍捻機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2。
倍捻機(jī)倍捻部分的組成由滾筒、超喂羅拉、錠子、龍帶、及剎車(chē)踏板等組成，倍捻錠子加捻原理，從喂入筒子上退繞的紗，經(jīng)過(guò)張力器，錠子內(nèi)孔和加捻盤(pán)的外表面到達(dá)導(dǎo)紗桿。紗在張力夾與錠子出紗口之間得到第一個(gè)捻回，在導(dǎo)紗桿之間又得到第二個(gè)捻回；從而，錠子一轉(zhuǎn)得到了二個(gè)捻回。紗絲加捻角扭轉(zhuǎn)一圈為一個(gè)捻回。紗線單位長(zhǎng)度內(nèi)的捻回?cái)?shù)稱(chēng)捻度。我國(guó)棉型紗線采用特?cái)?shù)制捻度，即用10 cm紗線長(zhǎng)度內(nèi)的捻回?cái)?shù)表示；精梳毛紗和化纖長(zhǎng)絲則采用公制支數(shù)制捻度，即以每米內(nèi)的捻回?cái)?shù)表示：
捻度計(jì)算公式為：捻度=
圖1 倍捻機(jī)結(jié)構(gòu)
2.1 倍捻機(jī)工藝計(jì)算及電控部分運(yùn)轉(zhuǎn)分析
（1）轉(zhuǎn)速及捻度的設(shè)定。轉(zhuǎn)速及捻度是根據(jù)生產(chǎn)工藝而預(yù)先確定的。
（2）設(shè)定捻度。電氣窗口顯示為設(shè)定捻度（即計(jì)算捻度）其計(jì)算為：
設(shè)定捻度（計(jì)算捻度）=2*錠速（轉(zhuǎn)/分）/出紗紗速（米/分）=(捻/米)
設(shè)定捻度數(shù)是按平行卷繞計(jì)算的，在進(jìn)行交叉卷繞時(shí)，紗線所獲得的捻度須時(shí)行修正。
設(shè)捻度=工藝要求捻度+工藝要求捻度
其中：
為交叉角修正系數(shù)；1/2為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)。
通過(guò)公式可以知道紗速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的跟蹤關(guān)系，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速/2即為紗速，通過(guò)齒輪的比數(shù)和變速箱的系數(shù)計(jì)算出出紗電機(jī)的所需轉(zhuǎn)數(shù)，經(jīng)過(guò)PLC的計(jì)算后，將出紗的速度所需的要變頻器的頻率值用通訊的方式傳給電機(jī)的拖動(dòng)變頻器。
圖2 倍捻機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
（3）交叉角的選擇。本機(jī)可供選擇的交叉解范圍 ,具體參數(shù)一般可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用工藝而確定。交叉角的大小一經(jīng)選定了往復(fù)次數(shù)多少，對(duì)于普通紡織用紗選擇交叉角不成問(wèn)題，但低捻紗需高速卷取時(shí)就要合理的選擇交叉角和錠速，以使在往復(fù)次數(shù)在機(jī)器許可范圍之內(nèi)。交叉角控制原理結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖3。交叉角與往復(fù)次數(shù)的計(jì)算機(jī)關(guān)系：
其中：θ為交叉角； L為往復(fù)動(dòng)程；V為卷繞速度。
在選擇交叉角時(shí)，一事實(shí)上要進(jìn)行往復(fù)次數(shù)的驗(yàn)證控制往復(fù)次數(shù)<60次/分，參見(jiàn)圖3。
圖3交叉角控制原理結(jié)構(gòu)
筒子的成形及防硬邊,倍捻機(jī)成紗的筒子形式有三種：平行筒、錐形筒及染色筒。平行筒，導(dǎo)紗動(dòng)程不變，沒(méi)有防硬邊，不能直接染色。錐形筒，導(dǎo)紗動(dòng)程不變，沒(méi)有防硬邊，不能直接染色。染色筒，導(dǎo)紗動(dòng)程周期性變化，防止筒子出現(xiàn)硬邊，可直接染色。平行筒子錐形筒轉(zhuǎn)換需要更換筒子架的筒盤(pán)并相應(yīng)調(diào)整筒子架的傾斜角。直邊筒與染色筒可在電氣面板的功能按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
由PLC控制橫動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)控制紗筒的成形，伺服電機(jī)的速度是紗速和導(dǎo)紗角共同控制的，由導(dǎo)紗角公式可以計(jì)算出伺服的橫動(dòng)的頻率。
（4）超喂率計(jì)算。超喂羅拉的表面出紗速度比磨擦滾面線速度高，使倍捻機(jī)獲得可供直接染色的松軟筒子。超喂率=超喂羅拉表面出紗速度/磨擦滾筒表面線速度（卷繞速度）×
。其中：G為超喂量變換輪。
（5）產(chǎn)量計(jì)算。產(chǎn)量=
㎏/臺(tái)
其中：V-卷繞速度（米/分）；t-工作時(shí)間（小時(shí)）；Nm-股線支數(shù)（Nm=1.715Ne,Ne:英制支數(shù)）；N-每臺(tái)錠數(shù)；η-效率。
2.2 回饋及計(jì)算
圖4倍捻機(jī)的回饋控制原理
倍捻機(jī)的回饋控制，為了確保捻度的均勻高質(zhì)，所以用閉環(huán)控制倍捻機(jī)各種電機(jī)拖動(dòng)的轉(zhuǎn)速。一是通過(guò)轉(zhuǎn)子處的轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)，二是檢測(cè)紗速的脈沖數(shù)回饋給PLC，PLC對(duì)檢測(cè)到的高速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)采集，在PLC中采用浮點(diǎn)計(jì)算的方式，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和紗速進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，再對(duì)將監(jiān)控的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算用通訊的方式傳給下位機(jī)變頻器，通過(guò)監(jiān)控值和實(shí)際轉(zhuǎn)速修正變頻器的頻率來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速，紗速的控制也是通過(guò)閉回路的控制達(dá)到：捻度=
，使捻度達(dá)到均勻高質(zhì)的目的，參見(jiàn)圖4。
3 結(jié)束語(yǔ)隨著電控系統(tǒng)的高效、成熟、性?xún)r(jià)比的提高，應(yīng)用電控系統(tǒng)的自動(dòng)化倍捻機(jī)逐漸成為紡織行業(yè)的需要，效率比傳統(tǒng)捻線機(jī)成倍提高，卷裝容量增大，加捻質(zhì)量大幅度提高，主要具有以下特點(diǎn)：高品質(zhì)錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的持久穩(wěn)定性；二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使受力更合理，加捻范圍更廣；油浴式齒輪箱，特殊的導(dǎo)紗曲線，使卷繞成形良好；卷繞張力可以在超喂羅拉上任意調(diào)節(jié)，因此也適用于染色用松馳柔軟的卷繞。
