化纖高速卷繞機(jī)錠軸傳動(dòng)控制方法研究

彭建國(guó) 錢曦明 邱中南

摘 要：本文分析了化纖長(zhǎng)絲高速卷繞機(jī)錠軸傳動(dòng)方式的運(yùn)作機(jī)制，研究了其原理，并從多個(gè)角度分析了錠軸傳動(dòng)的工作模式和控制方式的特點(diǎn)，從理論上給出了指導(dǎo)，以便在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中合理運(yùn)用錠軸傳動(dòng)的控制方法來(lái)達(dá)到恒線速卷繞的效果。

關(guān)鍵詞：化纖長(zhǎng)絲;卷繞機(jī);控制系統(tǒng)

化纖長(zhǎng)絲卷繞機(jī)隨著時(shí)代的進(jìn)步，技術(shù)也在飛速發(fā)展，伴隨著高速紡絲技術(shù)的出現(xiàn)，化纖機(jī)械相比過(guò)去在速度、自動(dòng)、智能等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，如今的化纖機(jī)械需要滿足數(shù)字化的特點(diǎn)，更進(jìn)一步地機(jī)電一體化。于是，在化纖長(zhǎng)絲被卷繞的過(guò)程中一定要保持自動(dòng)、高速、連續(xù)工作得到染色性能和卷裝性能良好的化纖長(zhǎng)絲，因此就要保證絲線的連續(xù)、伸長(zhǎng)均勻、條干均勻，所以在高速卷繞機(jī)中采用錠軸傳動(dòng)方式是一種常見的選擇。

1 錠軸傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

實(shí)現(xiàn)化纖卷繞機(jī)卷取機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通常有兩種選擇：一種是摩擦傳動(dòng)的方式，一種是錠軸傳動(dòng)的方式。摩擦傳動(dòng)方式是一種傳統(tǒng)方式，其機(jī)制很簡(jiǎn)單，就是通過(guò)摩擦輥來(lái)帶動(dòng)筒管進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)卷繞化纖長(zhǎng)絲，原理并不復(fù)雜，但無(wú)法提供很高的卷繞速度。為了給錠軸提供所需要的傳動(dòng)力矩，摩擦輥和裝夾筒管的錠軸兩者間的接觸壓力會(huì)隨著卷繞速度的提高而增大，以增大摩擦力，避免在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中打滑。但是，摩擦輥和裝夾筒管的錠軸之間的接觸壓力過(guò)大就有可能導(dǎo)致卷繞化纖長(zhǎng)絲絲條的紙質(zhì)卷筒破損。因此摩擦傳動(dòng)的化纖卷繞機(jī)很難超過(guò)4000m/min的卷繞速度，而如今的高速卷繞的卷繞速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)卷繞速度，因此摩擦傳動(dòng)的模式不再適用。

2 錠軸傳動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和控制方法

假設(shè)卷裝紙筒的外直徑為dx，單位為毫米，即卷繞過(guò)程中某一時(shí)刻的卷裝直徑。而卷繞角度設(shè)為α。于是，我們?cè)O(shè)卷繞速度為v，單位為m/min，那么卷繞速度和卷裝表面的旋轉(zhuǎn)速度v1以及往復(fù)回轉(zhuǎn)的導(dǎo)絲速度v2之間的三者構(gòu)成了一個(gè)適量關(guān)系，于是通過(guò)三角函數(shù)的余弦關(guān)系式，就可以得到在卷裝直徑為dx時(shí)的錠軸轉(zhuǎn)速nk，單位r/min，

該式給出了卷裝直徑和錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，那么我們只需要知道卷裝直徑隨時(shí)間變化的規(guī)律就可以得到錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)隨時(shí)間變化的確定值，從而即時(shí)控制錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度。卷裝直徑從初始值，即卷裝紙筒外徑d0到最大值，即卷裝滿時(shí)的卷裝外徑dH，所對(duì)應(yīng)的錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度不是線性變化的，而是由圖2的曲線所示。

從化纖長(zhǎng)絲成品纖維線的密度可以計(jì)算導(dǎo)出錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的時(shí)間分布函數(shù)。

其中Lx為卷裝直徑從d0到dx的過(guò)程中卷繞的化纖長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度，ρ為卷裝視在密度（g/cm3），H為導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)的往復(fù)動(dòng)程，Tt為10000m長(zhǎng)絲的質(zhì)量克數(shù)即化纖長(zhǎng)絲成品纖維密度。在卷繞速度為v的情況下，卷繞化纖長(zhǎng)絲Lx所需要的時(shí)間為

于是我們得到了錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系，通過(guò)控制瞬時(shí)錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度為式（5），我們就可以將卷繞機(jī)的卷裝速度在卷裝直徑不斷變化的情況下保持恒定，得到高品質(zhì)的卷裝化纖長(zhǎng)絲。

同時(shí)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況的不同，也可以通過(guò)另一種計(jì)算方式得到錠軸傳動(dòng)控制模式。設(shè)高速紡絲機(jī)計(jì)量泵的熔體吞吐出量為G（單位g/min），于是一定時(shí)間tx內(nèi)進(jìn)行卷裝的化學(xué)纖維質(zhì)量為

錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)圖2所示的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

nKS為控制時(shí)實(shí)際值，P為自動(dòng)可變比例參數(shù)，I為積分系數(shù)，ei-1為上一次的偏差值。

3 結(jié)論

本文分析總結(jié)了高速卷繞機(jī)的傳功方式和工作原理，指出了摩擦傳動(dòng)方式的局限性，在高速化、自動(dòng)化的高速卷繞機(jī)越來(lái)越普及的今天，采用錠軸傳動(dòng)方式的卷繞機(jī)運(yùn)用較為普遍。然而化纖長(zhǎng)絲的卷繞需要在卷裝過(guò)程中一直保持卷繞速度恒定，所以要錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨著卷裝直徑變化而變化。于是本文提出了錠軸轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型和控制模式，為高速化纖長(zhǎng)絲卷繞機(jī)的高效運(yùn)用提供了理論指導(dǎo)。

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