开环式并条机自调匀整系统优化设计

一种开环式并条机的自调匀整系统结构如图4-21 所示，主要由喂入机构、凹凸罗拉、棉条厚度检测装置、棉条质量检测装置、牵伸机构、主电动机、伺服电动机、编码器等构成。

图4-21　一种开环式并条机的自调匀整系统结构

该并条机的自调匀整工作过程是：主电动机传动前罗拉和输出压辊恒速旋转，中罗拉由伺服电动机传动，为变速旋转，其后各罗拉由DGB 差速齿轮箱输出传动，为变速旋转。凹凸罗拉轴上装有编码器，编码器随凹凸罗拉轴同步转动，直接测量棉条前进距离。每当输送棉条的长度为S（m）时，对棉条厚度进行一次采样。根据凹凸罗拉半径，可计算出棉条前进S编码器旋转的角度A。在控制程序中，使编码器每当转过角度值为A 的整数倍时执行采样指令。同理，可以计算出棉条前进L（罗拉隔距，也叫死区长度），编码器转过的角度B，当控制程序中编码器角度等于B 时，控制板卡驱动牵伸伺服电动机变速，从而改变主牵伸倍数，使输出棉条均匀一致。该变速值与棉条采样值有对应关系。

（一） 喂入棉条检测（凹凸罗拉）

如图4-22 所示，凹凸罗拉间棉条厚度的变化使凸罗拉的位置发生变化，凸罗拉的位移由杠杆臂放大后传递到位移传感器上，使位移传感器产生与棉条厚度相关的电压信号。放大倍数K＝a／w＝l／l´。

为了使电压信号与棉条厚度严格对应，应使位移传感器在线性范围之内工作。位移传感器在±5mm 工作范围内的输出电压是线性变化，超出了这个范围则电压与位移不成比例变化，其工作特性如图4-23 所示。基于位移传感器的工作特性，必须使位移传感器在±5mm 范围内工作，并且将位移传感器的输出电压在凹凸罗拉中有标准棉条时设定为0 左右，以得到最大的工作范围。

图4-22　凹凸罗拉检测装置

a—凸罗拉的位移　w—位移传感器的相应位移

图4-23　位移传感器工作特性

凹凸罗拉上的位移传感器将位移量的变化转换成模拟量电信号，放大电路和滤波电路将微小的模拟量放大，输入控制板卡，控制板卡将此模拟量转换成数字量，存入数据缓存区。人机界面通与控制板卡进行通信，操作人员可在界面上输入或修改参数，对设备参数进行调整或读取各种信息。

（二） 输出棉条监测（FP 传感器）

由于开环控制本身是先检测后匀整，不核实调节结果，存在抗扰动性差的缺点，各环节参数的变化和外界扰动引起的偏差也无法修正，容易使棉条的定量出现偏差。由于外界扰动（如罗拉震动、电源变化等）引起的偏差还是无法通过开环自调匀整系统校正，因此，在棉条出口处安装FP 传感器（纤维压力传感器）在线监测输出棉条的质量，并根据系统设定的质量极限报警和停车。由于棉条在FP 传感器上高速摩擦，可用气动清洁单元对FP 传感器进行冷却和清洁，以保证检测精度。

（三） 棉条厚度与伺服电动机速度的关系

通过凹凸罗拉检测装置将棉条线密度变化转化为电信号，而棉条线密度与棉条厚度存在线性关系，设为：

式中：u1为棉条厚度信号值；K1为比例系数；W3为喂入棉条线密度；C 为常数。

传感器检测出棉条厚度信号后，经由信号调理送至控制单元，此过程信号放大倍数设为K2，则处理后的棉条厚度信号为：

式中：u 为处理后的棉条厚度信号值；K2为放大比例系数。

根据式（4-10），，结合式（4-12），推出：(www.xing528.com)

设中罗拉和后罗拉的传动系数为K3，即：

结合式（4-13），得伺服电动机速度为：

式中：v2为伺服电动机速度（m／min）；v1为主电动机速度（棉条输出速度）（m／min）；u 为处理后的棉条厚度信号值。

（四） 伺服电动机的变速时刻的确定

本自调匀整系统采用定长采样控制方式。凹凸罗拉轴上装有编码器，编码器随凹凸罗拉轴同步转动。棉条每前进S（如0.002m）对棉条厚度进行采样一次，根据凹凸罗拉半径R1可计算出棉条前进S 编码器旋转的角度A。

式中：S 为系统要求对棉条的采样长度（m）；A 为棉条前进S 编码器旋转角度（°）；R1为凹凸罗拉半径（m）。

在控制程序中，使编码器转过的角度为A 的整数倍时执行一次采样指令。同理，也可以计算出棉条前进L（罗拉隔距，也叫死区长度），编码器转过的角度B。

式中：L 为死区长度（m）；B 为棉条前进L 编码器旋转角度（°）。

当控制程序中编码器角度等于B 时，控制板卡驱动牵伸伺服电动机变速，从而改变主牵伸倍数，使输出棉条均匀一致。此刻，伺服电动机的速度值不是对应此刻采集到的厚度信号值，而是对应控制板卡数据缓存区的前n 个厚度信号值Un，n＝B／A。当编码器转过的角度E小于B 时，说明此时采样点未到达变速点，伺服电动机以初始速度V0运转。当编码器转过的角度E 大于或者等于B，并且E 为A 的整数倍时，说明此时采样点正好到达变速点或超过变速点（E-B）S（m），伺服电动机变速，速度值Vn1为：

在实际工作过程中，棉条与罗拉之间会有滑动。研究表明，通常情况下，后罗拉与前罗拉的滑动较小，滑动率设为K4（约1%），并且是稳定的；中罗拉的罗拉滑动波较为复杂，此处不做研究，忽略此滑动。若设编码器旋转F（°）时，罗拉所拉动的线条才到达变速点，得：

此时，当编码器转过的角度E 小于F 时，说明此时采样点未到达变速点，伺服电动机以初始速度V0运转。当编码器转过的角度E 大于或者等于F，并且E 为A 的整数倍时，说明此时采样点正好到达变速点或超过变速点[E-（1+K4）B]S（m），伺服电动机变速，速度值Vn为：

综上，当时，伺服电动机以初始速度V0运转。

当，且E＝mA（m 为整数）时，伺服电动机变速，速度值Vn为：

综合本章分析，对棉条不匀片段长度的界定一般为：超短片段为0.25m 以下；短片段为0.25～2.5m；中片段为2.5～25m；长片段为25～250m；超长片段在250m 以上。其中，长片段匀整装置主要用于梳棉机，中长片段匀整装置用于梳棉机和并条机，短片段匀整装置用于并条机。中长片段匀整装置一般采用闭环回路，短片段匀整装置采用开环回路。如果并条机采用的是长片段匀整装置，那么一般在其后还应再加一道并条工序。