自動繞線機張力控制低成本改進

邴冬梅

摘 要：目前大部分自動繞線機都存在張力控制不穩定的問題，繞制是產品電氣指標存在較大離散，不能滿足一些產品對線包一致性的要求，該文針對此問題探討自動繞線機張力控制方式，指出單一的彈簧張力設定方式的不足，提出新的自動繞線機張力檢測、控制的方案，與國外昂貴的張力控制方法相比，該方法簡單可靠，成本較低，經實際試用，可以大大提高張力控制穩定性，由于其安裝不需對原繞線機結構作更改，可在眾多自動繞線機上快速便捷的加裝，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：張力控制 自動繞線機 拉力計 單片機

中圖分類號：TM305 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0077-02

在漆包線繞制工藝中，張力是一個十分重要的參數，漆包線廠家在漆包線出廠時都提供繞行張力的參考值，在使用時必須保證工藝值滿足線材要求，線材的過度受拉會對產品質量有影響。對一些總長較長的線包尤其是精密傳感器用線包來說，如果對張力沒有控制會造成產品電氣參數分布的離散。因此張力計是自動繞線機必不可少的，它已成為繞線機性能的一個重要指標。

隨著新產品新技術的不斷推出，張力計在近幾年也有了迅速地發展，由以前由彈簧機械預先設定張力發展到現在的電子測量實時調節保證張力穩定。電子反饋控制張力計是在最新高檔繞線機上的使用附件[1-2]，它可以根據張力波動實時調節張力大小，電子張力計采用的是電磁式張力控制。這種張力計多為進口繞線機配備，附件價格昂貴，再加上需與新的主機和軟件配套使用，其使用成本太高。

1 張力控制原理

目前國內繞線機配備的張力計大都為機械式，通過調節彈簧及摩擦片的松緊實現張力調節，由于相關機械參數的離散性，張力計上的值只能作為大致參考，在實際使用過程中，為了避免張力器的不準確，需通過拉力計鉤住漆包線的一端試拉來測定張力（如圖1），根據情況調節彈力及壓緊力，由于是手動測量和調節，再加上在繞行過程中機頭的移動，彈簧的跳動及摩擦片摩擦力變化，還有線包外形尺寸的累積變化[3]均會造成張力的波動和偏離，最終造成產品的相關電氣參數出現較大的離散。

繞線機在較高速繞行時，線材張力控制除了跟調定的相關預緊力有關外，還跟受到阻尼器及滑輪轉動慣性力影響相關[4]，在允許范圍內，轉速越高，張力越大。利用這個原理，可設計一套張力實現微調系統，選配帶有數據輸出接口的電子拉力計（非鎖定式）裝在機器上實現張力實時測量，根據張力反饋情況對繞線機轉速進行實時調節。

2 張力測量

張力計安裝示意圖如圖1所示，拉力計掛裝一個滑輪拉在漆包線上，拉力計裝在上面不影響繞線的進行，同時可以實時讀出繞行時的張力值，根據所得張力可以進行相應調節，如果值偏差較大一般在彈簧拉力計上進行松緊調節，而如果偏差值較小，一般適當調節一下繞行速度即可。

繞線張力F1與拉力計讀數F2的關系由圖2分析可得：

F2=F1·cosφ+F1·sinθ

為了方便測量，拉力計滑輪位一般拉到直角位置（如圖3）此時F2=F1，拉力計值即為張力值。

拉力計作為一種通用工具其校準比較方便，定期校準可以保證張力值讀數的準確。這種加裝拉力計的方法可以準確反映繞線張力值，避免了張力器自身參考讀數不準確，手工測量不一致以及轉速因素無法估量的問題，測量方法簡單可靠直觀。

3 張力的控制

繞線的速度（線速度）與張力在一定范圍內存在對應關系，速度快張力大，速度小張力小，對于張線機來說只能控制轉軸的轉速，但是在繞制一些層數較多的線圈時，由于繞線的積累導致骨架直徑變大，會造成線速度的變快，此時應及時地放小主軸轉速，維持線速度穩定，保持張力的穩定。對于長骨架來說，機頭的大范圍移動，線的受力也有波動，越靠邊張力越大，此時也應適當調節速度的大小，將電子拉力計的拉力值與速度控制關聯起來，可以制成一個具有實時調節的張力計。

這種方法的使用可以提高繞線的效率，張力指標的控制更精確，線組的一致性也得到保證。控制效果與電機及整個系統的配備有很大關系，因此PID參數在每臺機器上還需調整。

4 使用效果

該文對于張力的測試和控制方法已在實際中使用，某型傳感器用感應線圈在實現中需配對使用，為滿足要求需提供一組（4個）阻值電感值偏差不超過0.5%的配套組合，原先每1 000個只能選出50組左右，改進后提高到200組左右，大大提高了生產效率。張力與速度PID控制在簡易繞線機上實現，控制方法比較簡單，筆者在實施過程中沒有購置新的工具和設備，而使繞制效果大為改觀，低成本的改進方案可以給其他繞線機使用者提供參考。

5 結語

該文針對普通自動繞線機存在的張力控制不穩定問題提成本的改造解決方案，通過在繞行過程中讀取張力值從而微調繞行速度達到張力的穩定控制。該改進方案實施成本低，簡捷可靠，具有較好的實用價值。

參考文獻

[1] Meteor M20繞線機用戶手冊[Z].西安索思電子有限公司，1986.

[2] Ruff LW-PC100繞線機使用手冊[Z].德國祿福機器有限公司，2005.

[3] 范燁，歐宗易，華敏，等.關于立式繞線機拉力與單餅式線圈尺寸關系的分析[J].時代農機，2015（2）：57.

[4] 李正淮.光纖設備中光纖張力與滑輪的關系[J].光通信研究，1994（1）：91-95.

[5] 紀洪波.自動繞線機控制系統的研究[J].煙臺大學學報：自然科學與工程版，1995（1）：50-57.

[6] 方天紅，龔民，陳白寧.全自動繞線機單片機控制系統的設計與開發[J].沈陽理工大學學報，2004，23（3）：36-38.