化纖高速卷繞機錠軸傳動控制方法研究

彭建國 錢曦明 邱中南

摘 要：本文分析了化纖長絲高速卷繞機錠軸傳動方式的運作機制，研究了其原理，并從多個角度分析了錠軸傳動的工作模式和控制方式的特點，從理論上給出了指導，以便在實際工業生產中合理運用錠軸傳動的控制方法來達到恒線速卷繞的效果。

關鍵詞：化纖長絲;卷繞機;控制系統

化纖長絲卷繞機隨著時代的進步，技術也在飛速發展，伴隨著高速紡絲技術的出現，化纖機械相比過去在速度、自動、智能等方面有了長足的進步，如今的化纖機械需要滿足數字化的特點，更進一步地機電一體化。于是，在化纖長絲被卷繞的過程中一定要保持自動、高速、連續工作得到染色性能和卷裝性能良好的化纖長絲，因此就要保證絲線的連續、伸長均勻、條干均勻，所以在高速卷繞機中采用錠軸傳動方式是一種常見的選擇。

1 錠軸傳動的優勢

實現化纖卷繞機卷取機構的回轉運動通常有兩種選擇：一種是摩擦傳動的方式，一種是錠軸傳動的方式。摩擦傳動方式是一種傳統方式，其機制很簡單，就是通過摩擦輥來帶動筒管進行回轉運動來卷繞化纖長絲，原理并不復雜，但無法提供很高的卷繞速度。為了給錠軸提供所需要的傳動力矩，摩擦輥和裝夾筒管的錠軸兩者間的接觸壓力會隨著卷繞速度的提高而增大，以增大摩擦力，避免在回轉運動中打滑。但是，摩擦輥和裝夾筒管的錠軸之間的接觸壓力過大就有可能導致卷繞化纖長絲絲條的紙質卷筒破損。因此摩擦傳動的化纖卷繞機很難超過4000m/min的卷繞速度，而如今的高速卷繞的卷繞速度要遠遠超過這個卷繞速度，因此摩擦傳動的模式不再適用。

2 錠軸傳動的數學模型和控制方法

假設卷裝紙筒的外直徑為dx，單位為毫米，即卷繞過程中某一時刻的卷裝直徑。而卷繞角度設為α。于是，我們設卷繞速度為v，單位為m/min，那么卷繞速度和卷裝表面的旋轉速度v1以及往復回轉的導絲速度v2之間的三者構成了一個適量關系，于是通過三角函數的余弦關系式，就可以得到在卷裝直徑為dx時的錠軸轉速nk，單位r/min，

該式給出了卷裝直徑和錠軸轉動速度之間的關系，那么我們只需要知道卷裝直徑隨時間變化的規律就可以得到錠軸轉動隨時間變化的確定值，從而即時控制錠軸轉動速度。卷裝直徑從初始值，即卷裝紙筒外徑d0到最大值，即卷裝滿時的卷裝外徑dH，所對應的錠軸轉動速度不是線性變化的，而是由圖2的曲線所示。

從化纖長絲成品纖維線的密度可以計算導出錠軸轉動速度的時間分布函數。

其中Lx為卷裝直徑從d0到dx的過程中卷繞的化纖長絲的長度，ρ為卷裝視在密度（g/cm3），H為導絲機構的往復動程，Tt為10000m長絲的質量克數即化纖長絲成品纖維密度。在卷繞速度為v的情況下，卷繞化纖長絲Lx所需要的時間為

于是我們得到了錠軸轉動速度與時間的關系，通過控制瞬時錠軸轉動速度為式（5），我們就可以將卷繞機的卷裝速度在卷裝直徑不斷變化的情況下保持恒定，得到高品質的卷裝化纖長絲。

同時，根據實際生產情況的不同，也可以通過另一種計算方式得到錠軸傳動控制模式。設高速紡絲機計量泵的熔體吞吐出量為G（單位g/min），于是一定時間tx內進行卷裝的化學纖維質量為

錠軸轉動可以通過圖2所示的機電一體化控制系統進行控制。

nKS為控制時實際值，P為自動可變比例參數，I為積分系數，ei-1為上一次的偏差值。

3 結論

本文分析總結了高速卷繞機的傳功方式和工作原理，指出了摩擦傳動方式的局限性，在高速化、自動化的高速卷繞機越來越普及的今天，采用錠軸傳動方式的卷繞機運用較為普遍。然而化纖長絲的卷繞需要在卷裝過程中一直保持卷繞速度恒定，所以要錠軸轉動速度隨著卷裝直徑變化而變化。于是本文提出了錠軸轉動的數學模型和控制模式，為高速化纖長絲卷繞機的高效運用提供了理論指導。

參考文獻：

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