電子多臂機的電氣控制注意點及影響

崔建成

[史陶比爾（杭州）精密機械電子有限公司，浙江 杭州 310018]

目前，在紡織行業的織造設備中，無梭織機幾乎承擔了所有的織造任務，從片梭、劍桿織機到噴水、噴氣織機，為了更好地適應品種變化的市場需求，織機的開口系統也大量配置了電子多臂機。從20世紀90年代開始，引進織機上的配置，到2000年以后，國產電子多臂機開始真正進入市場，對織機速度的要求也越來越高，從以前的劍桿織機約200 r/min到現在要求的600 r/min起步。雖然整個市場已經積累了很多電子多臂機生產經驗，越來越多的國產織機也與國內專業的電氣公司合作開發了專用的多臂電控單元，但仍需了解電子多臂機機械運動的動作和要求。

1 電子多臂機的機械運動結構

織機提供動力傳送到多臂驅動軸，由一對1∶2速比的螺旋齒輪帶動大錐齒輪座開展勻速轉動，再通過內部調制器（由共軛凸輪、帶滾子的搖塊、帶滑塊的傳動塊組成），將勻速圓周運動轉化為花鍵軸的有間隙停頓的非勻速運動，并在某一角度位置，花鍵軸的轉速接近零，此位置為機械選擇點，即保持鉤落入驅動盤或脫離驅動盤角度位置。多臂提刀的偏心單元安裝在花鍵軸上，由同樣安裝在花鍵軸上的驅動盤驅動偏心單元旋轉，進而形成提刀的上下擺動（圖1）。電磁鐵的通/斷電可以控制選擇器的動作，加上選擇器協同擺臂在共軛凸輪的作用下做上下運動（圖2），通過控制選擇臂將保持鉤在特定的角度位置落入驅動盤驅動偏心單元，或脫離驅動盤不驅動偏心單元運動來實行提刀運動。

圖1 零件運動結構

圖2 擺臂與共軛凸輪

2 電子多臂機對電控的要求

由上文可知，電子多臂機需要相關的電控來控制電磁鐵的通/斷電，實現對選擇器的動作控制。眾所周知，織機每轉一周就需要形成一次梭口，所以每次梭口循環就需要根據梭口的要求對電磁鐵進行通/斷電，通電完成后提刀向下擺動，斷電完成后提刀向上擺動，需要通電或斷電的角度位置就是電磁鐵通/斷電點。

以史陶比爾26**系列多臂機為例，按照該機器的機械設計要求：如圖3、4所示，多臂角度在270°~90°，擺臂在共軛凸輪的作用下保持高位，此時選擇器與電磁鐵貼合，擺臂在90°開始協同電磁鐵和選擇器在共軛凸輪的作用下向下去頂選擇臂，160°達到最大動程，然后在270°又回到高位。因此，電磁鐵電信號選擇范圍為270°~ 90°，超過該范圍的選擇信號無效。

圖3 26＊＊系列多臂開口角度形成與傳感器相對位置（圖中角度為多臂機的傳動軸角度，零度表示綜平位置）

從理論上說，每一個循環的電磁鐵通/斷電切換點應該在270°~ 90°，但事實上，只有在慢速點動情況下，該區域內任何點的通/斷電切換才可以按時完成電控動作要求，使相應的機械選擇動作按要求完成，得到設定要求的開口，實際上在正常織造時無效。

實際情況是在正常高速運行時，如果在270°~ 90°任意點通電，電磁鐵不一定能在正確的時間點（在90°協同擺臂在共軛凸輪的作用下做上下運動之前）釋放/吸合選擇器，就得不到所要求的開口（俗稱跳花）。例如，當速度達到600 r/min后，一個循環時間為100.0 ms，按勻速運動的話，從270°到90°（也就是50.0 ms），電磁鐵通電到滿電流工作推遲后，斷電電流釋放也產生一定的延后（圖5）。

圖4 通/斷電與機械選擇角度區間

圖5 通斷電波形圖

在上述例子中，當通電電流達到正常值時，耗時約22.0 ms（測量速度為300 r/min），然后線圈電流釋放電路也會產生1.0~2.0 ms的延遲。電磁鐵吸合選擇器，選擇器動作也需要時間。這就給控制軟件及控制電板設計提出了進一步的要求，需確保電磁鐵與選擇器在90°前能正確吸合，保證接下來的機械選擇動作正確，得到無誤的開口。史陶比爾26**系列多臂機采用自帶的傳感器控制時，通過傳感器盤的設計，將通/斷電切換點設定在275°，如圖6 C1的上升沿，比270°延后了5°（近1.5 ms），并且斷電后，線圈電流要求在5.0 ms內釋放完畢。

圖6 傳感器盤角度

當符合上述要求時，該控制系統關于通/斷電切換角度點的控制為多臂機的正確運行提供了保障。

3 實際應用情況及影響分析

在具體應用中，關于機器位置角度的信號控制有兩種配置。

3.1 由多臂機自帶的C1/C2角度傳感器提供

這種情況下的通/斷電切換點，控制軟件只要執行圖6中的C1傳感器的上升/下降沿信號即可。若角度傳感器C1或C2出現故障，就無法得到正確的開口：（1）C1故障：正轉開口問題；（2）C2故障：反轉開口問題。

3.2 由織機角度編碼器提供

需要注意織機與多臂的同步問題，上文提到的多臂控制是指多臂角度，而織機也定義了自己的角度位置，且兩個角度不同。一般情況下，織機0°不會是多臂0°，因為織機要求的綜平角度不同，而多臂0°永遠是綜平位置，所以當織機要求在315°時平綜，織機的315°對應多臂的0°，也就是說，這時對織機控制來講，通/斷電角度是230°而不是275°，因此，需根據實際情況，在織機控制中設置相應的平綜角度參數，然后軟件才能發出正確信號。此外，根據不同的工藝條件，織機要求的綜平角度設定往往需要修改。

很多織造廠家要經常改變織機要求的綜平角度，比如要改到300°，這時通/斷電角度要求是215°，并且織機與多臂同步的改變往往是通過調節傳動的機械連接實現，進而要求同時改變織機控制系統中的設置。比如在圖7日發噴氣RFJA20操作界面中，需要將平綜角度改為300°（比如前面同步角度是315°），不然控制軟件就無法改變實際控制角度，最終出現問題。這在目前國內的織機多臂電控設計中都有，但是使用廠家往往只調整傳動機械連接，造成以下后果：如果系統中設置的角度大于實際要求角度，那么通/斷電切換點會發生后移，選擇器在擺臂運動之前沒有足夠的時間和電磁鐵分開，會引起錯誤的電氣選擇，導致提綜（開口）錯誤，產生布面次品，當速度接近650 r/min時，就會造成驅動盤和保持鉤工作點的損壞（圖8）。

圖7 平綜角度

圖8 驅動盤與保持鉤損壞位置

如果系統中設置的角度小于實際要求角度，那么通/斷電切換點提前，經驗值相差不小于15°，由于這時選擇器還沒有真正與電磁鐵表面貼合，通/斷電產生的吸力往往使選擇器與電磁鐵之間產生沖擊，會損壞選擇器，同時電磁鐵也會因表面受傷而損壞（圖9）。很多國產織機生產商會疏忽這方面的售后技術支持，且使用廠家不知道發生故障的原因，給維護保養增加困難。

圖9 選擇器和電磁鐵損壞情況

綜上所述，通/斷電切換點的控制直接影響開口的正確與否，影響織物品質，造成機械零件的損壞。

此外，還有一種情況：當電磁鐵的磁力偏小時，選擇器吸合的時間變長，就會引起跳花，且很多國產電磁鐵質量不過關，特別是當溫度上升時磁力下降，產生跳花，而且往往低速時正常，高速（比如600 r/min）時就出疵布，大部分是因為在90°前沒有來得及完成選擇器與電磁鐵的完全吸合。

4 其他型號多臂電控制要求

史陶比爾28**系列多臂機對應的角度如圖10所示。

圖10 28＊＊系列多臂機開口角度形成與傳感器相對位置

同理，通/斷電切換點應該在250°，否則會產生前面描述的類似問題。機械設計的不同點是選擇器永遠貼在電磁鐵表面，一起隨擺桿在兩側閱讀凸輪的作用下擺動。相對而言，電磁鐵只有較短的彈簧壓縮動程，能適應更快速度的設計要求，比如實際使用中的750 r/min。

目前，市場上流行的國產電子多臂機基本是以兩種多臂機（26**、28**）為原形設計制造的，所以電氣控制要求類似。

針對市場上發生的類似情況，加上其他由電控不夠穩定引起的故障，史陶比爾公司決定在新一代3*序列多臂機向國內織機生產廠家推廣配套時，統一要求必須采用CANBUS通信信號控制技術，比如在2021年ITEMA上海展覽會推出的3018型電子多臂機，所有花紋組織由織機輸出控制，然后電磁鐵的通/斷電時序完全由多臂機自行控制，確保在電氣控制上更高速地運轉中不出問題。