新型环锭细纱机的多电动机传动与控制优化

图6-19 所示为一种新型细纱机传动与控制系统，传动系统采用四轴独立传动。

图6-19　一种新型细纱机的传动和控制系统

（1）主电动机M1。驱动锭子回转，一般为变频调速，可根据设置的锭子变速曲线在纺小纱、中纱、大纱时以不同的锭速回转。

（2）前罗拉电动机M2。驱动前罗拉回转，一般为交流伺服电动机，控制细纱出条速度，与主电动机配合控制细纱捻度。

（3）中后罗拉电动机M3。驱动中后罗拉回转，一般为交流伺服电动机，与前罗拉电动机配合，控制细纱牵伸倍数。

（4）钢领板升降电动机M4。驱动钢领板升降，一般为交流伺服电动机，与主电动机和前罗拉电动机配合，控制细纱卷绕位置，实现细纱电子凸轮成形。

下面讨论各电动机传动的数学模型。建立数学模型就是建立系统输入和输出的关系，具体来说，就是设备的基本工艺参数与传动电动机转速或频率的关系。

（一） 主电动机转速与锭子转速

根据主电动机M1到锭子传动的路线，得到主电动机的转数公式如下：

式中：ns为锭子转速（r／min）；nM1为主电动机转速（r／min）；D1为主动皮带盘直径（mm）；D2为被动皮带盘直径（mm）；D3为滚盘直径（mm）；D4为锭盘直径（mm）；δ 为锭带厚度（mm）；A 为滑溜系数。

（二） 前罗拉传动

前罗拉使用单独的电动机传动，其转速及其传动电动机转速的数学模型如下：

式中：Vf为前罗拉出条速度（m／min）；nf为前罗拉转速（r／min）；nM2为前罗拉电动机转速（r／min）；T 为细纱捻度（捻／m）；Df为前罗拉直径（mm）；B 为细纱捻缩率；C 为牵伸效率；i2为前罗拉减速器速比。

（三） 牵伸分配与中后罗拉电动机转速

由于中后罗拉转速接近，后区牵伸倍数不大，且不经常变化，因此中后罗拉由同一台电动机驱动，以降低成本。牵伸分配与中后罗拉电动机转速的数学模型如下：

式中：Dz为总牵伸倍数；Df为前区牵伸倍数；Dh为后区牵伸倍数；Ttc为粗纱线密度（tex）；Ttx为细纱线密度（tex）；nM3为中后罗拉电动机转速（r／min）；db为后罗拉直径（mm）；i3为中后罗拉减速器速比。(www.xing528.com)

图6-20　细纱管纱卷绕结构示意图

（四） 细纱成形与钢领板升降电动机转速

细纱管纱的卷绕成形必须卷绕紧密、层次分明、不相互纠缠，且后工序高速轴向退绕时不脱圈，以及便于搬运和储存等。管纱卷装尺寸和容量，除直接纬纱受梭子内腔大小限制外，其余都应尽量大一些，以减少落纱和后工序退绕时的换管次数，提高设备生产率和劳动生产率。细纱管纱都采用圆锥形交叉卷绕形式，满纱位置如图6-20 所示。

圆锥形的大直径即管身的最大直径d（比钢领直径小3mm 左右），小直径d0就是筒管的直径，每层纱的绕纱高度为h（即钢领板升降动程），管纱成形角为a。为了完成管纱的全程卷绕，钢领板每升降一次要有一个很小的升距j（称为级升）。细纱在纱管底部卷绕时，为了增加管纱的容纱量，钢领板升降动程和级升均较管身部分卷绕时要小。设从空管卷绕开始，钢领板经过n 次升降后，其动程由h1逐渐增大至正常动程h，其级升由j1逐渐增大至正常级升j，至此管底卷绕完成，转变为管身成形，钢领板升降动程h 和级升j 不再变化。

在数字式小样细纱机上，管底成形时，只要给定起始动程h1和管身动程h、起始级升j1和管身级升j 以及管底成形所需钢领板往复升降次数n，由PLC 自动计算钢领板每次往复升降的目标高度，其算法如下：

管底成形时，1≤i≤n

钢领板第i 次升降动程：hi＝h1+（i-1）Δh

钢领板第i 次升降的级升：ji＝j1+（i-1）Δj

钢领板第i 次升降的下降目标位置：

钢领板第i 次升降的上升目标位置：Hui＝Hdi-1+hi＝Hdi-1+h1+（i-1）Δh

管身成形时，i＞n

钢领板第i 次升降的下降目标位置：Hdi＝Hdi-1+j

钢领板第i 次升降的上升目标位置：Hui＝Hdi-1+h

当钢领板上升目标位置高于满纱位置时即达到满纱，启动满纱自停程序。

在细纱成形过程中，钢领板上升时卷绕的纱层称为卷绕层，钢领板下降时卷绕的纱层称为束缚层。一般情况下，钢领板升降速度是上升慢而下降快。在电子凸轮成形细纱机上，可设置两个成形参数，一个是绕层卷绕数m（圈／层），另一个是钢领板下降速度与上升速度的比值k，则有：

式中：Vd为钢领板下降速度；Vu为钢领板上升速度。