第九章粗纱机机电一体化1.了解新型粗纱机机电一体化的技术特征。
2.了解新型粗纱机传动系统数学模型的建立。
3.掌握多电动机传动粗纱机的张力控制。
4.掌握CCD张力传感器的特点及工作原理。
5.了解自动落纱的形式及工作过程。
第九章粗纱机机电一体化第一节粗纱机概述一、粗纱机二、新型粗纱机机电一体化的主要技术特征第二节粗纱机控制系统一、新型粗纱机控制系统的要求二、四电动机传动的粗纱机三、其他多电动机粗纱机传动系统四、多电动机传动粗纱机张力控制五、粗纱自动落纱与自动运输（粗细联）——思考题第九章粗纱机机电一体化一、粗纱机第一节粗纱机概述根据粗纱机的机构和作用，粗纱机可分为喂入、牵伸、加捻、卷绕和成形五个部分。
同时为了保证产品的产量和质量，粗纱机还有一些辅助机构，如清洁装置、光电自停装置、防细节装置及张力补偿装置等。
第九章粗纱机机电一体化粗纱工艺流程如图。
棉条从机后条筒引出，经分条器将诸根棉条隔开后，由导条辊和喇叭口喂入牵伸装臵。
棉条被牵伸成规定线密度的须条后，由前罗拉输出，假捻器回转使须条获得捻度而形成粗纱，粗纱穿过锭翼的顶孔和侧孔，进入锭翼导纱臂，然后从导纱臂下端引出，在压掌曲臂上绕几圈，由压掌将粗纱卷绕在筒管上。
锭翼安装在上龙筋上，锭子插入筒管中心孔，筒管安装在下龙筋上的筒管座上，以高于或低于锭翼的速度回转，筒管与龙筋之间的转速差使粗纱卷绕到筒管上，筒管在随锭翼回转的同时，又随下龙筋做升降运动，将粗纱卷绕成两端呈圆台形中间为圆柱形的粗纱卷装。
粗纱机工艺过程示意图1-下龙筋2-粗纱筒子3-压掌4-翼锭牵伸装置5-锭子6-上龙筋7-假捻器8-粗纱9-输出罗拉10-导条辊11-棉条12-棉条筒第九章粗纱机机电一体化二、新型粗纱机机电一体化的主要技术特征新型粗纱机具有高速度、大张力、大捻度、大卷装、定重量等特点，其机电一体化的主要技术特征有以下几项。
（1）电子计算机控制的多单元传动体系取代了锥轮变速及差微等机械传动系统，使复杂的机械传动系统大为简化。
实现牵伸、锭翼、筒管和龙筋升降独立驱动，运用计算机控制技术，实现多单元之间的同步匹配，精确完成粗纱的卷绕，彻底消除粗纱机开关车造成的细节。
（2）粗纱张力自动控制。
新型粗纱机上应用张力传感器（CCD）自动控制与调节卷绕张力控制系统，能够在线调整粗纱张力，不论大纱、中纱、小纱或车间温湿度的变化，经计算机控制的卷绕张力始终保持恒定，使粗纱张力差异更加理想。
（3）配备悬挂式全封闭高速锭翼，在高速旋转中避免了开式锭翼因气流大造成的纱条毛羽，飞花附入而形成的纱疵。
全封闭式锭翼上、下端都有滚珠轴承，锭翼两臂封闭成环，高速回转时不易变形，运转平稳，最高锭速达1800转/分；锭端都配有高效假捻器，假捻效果明显。
（4）粗纱机的牵伸系统有三罗拉双短皮圈式、三罗拉长短皮圈式及四罗拉双短皮圈式，目前国内外先进粗纱机多采用四罗拉双短胶圈，即D型牵伸。
D型牵伸减小了无捻区，有利于加捻的均匀度；同时提高了纤维的平行伸直度，有利于改善粗纱条干；加压方式采用较先进的弹簧摇臂加压和气动加压。
第九章粗纱机机电一体化（5）采用自动及半自动落纱技术提高自动化程度，并配有高架式运输轨道，能与细纱机配套，形成粗纱、细纱联合，提高生产率，降低了劳动强度，实现了传纱连续化及自动化。
（6）新型粗纱机增加了许多负压吸尘点，能及时清除罗拉、皮辊、皮圈等处的短绒及杂质，防止纤维缠绕罗拉等部件，并保证不出现由于积聚短绒及飞花造成的纱疵。
（7）具有精确的三定(定长、定向、定位)及自动生头功能。
（8）工艺调整简单，通过触摸屏进行参数设臵，同时可显示有关技术参数、产量、设备运行状态及设备故障，真正实现了人机对话，直观快捷。
（9）具有联网功能，便于车间管理和监控；具有故障的自诊断、显示和统计功能，便于问题的查找和维修；还具有远程诊断和监控功能。
第九章粗纱机机电一体化国内外部分最新型粗纱机的机电一体化技术特征制造厂商型号车速r/min分部传动变频/伺服控制装置张力微调装置粗细联自动落纱系统Oerlikon（德国）670机械锭速1800工艺转速1500电动机独立驱动罗拉、筒管、锭翼、龙筋升降，筒管、锭翼为每24锭一组分组驱动，全伺服或全变频控制特制CPU与触摸屏合二为一已实现粗细联内置式自动落纱系统，落纱时间4分半钟；具有断电保护；取消传统车面；无平衡系统MARZOLI(意大利)FT2DN工艺转速1500四电动机全变频控制，无差速机构，有摆动机构S7-300PLCCCD张力检测，微调（2锭）已实现粗细联外置式自动落纱系统，落纱时间4分钟；每锭装有断纱检测装置；齿条升降；经CE认证TOYOTA（日本）FL200工艺转速1500三电动机驱动锭翼、筒管、升降，有差速机构，有摆动机构，全变频控制特制CPUCCD张力检测（3锭）已实现粗细联外置式自动落纱，3.5分钟完成自动落纱，有断电保护ELECTRO-JET（西班牙）ADR工艺转速1500电动机独立驱动罗拉、筒管、锭翼、龙筋升降，筒管、锭翼为每16锭一组分组驱动，全伺服控制PLC已实现粗细联外置式自动落纱，3分钟完成自动落纱，有断电保护，每锭装有断纱检测装置天津宏大纺织机械有限公司JWF1418A机械锭速1800工艺转速1500锭翼用变频，罗拉、龙筋升降、筒管用伺服直接传动，无差速箱，无摆动机构工控机PLCCCD张力检测，微调（3锭）已实现粗细联自主设计内置式自动落纱装置，有断电保护江苏宏源纺机股份有限公司HY495A机械锭速1600工艺转速1400四电动机独立驱动罗拉、筒管、锭翼、龙筋升降，无差速箱，有摆动机构，全变频控制PLC控制CCD张力检测（3锭）可粗细联内置式自动落纱系统，有断电保护河北太行机械工业有限公司THFA4461机械锭速1700工艺转速1500罗拉、筒管、锭翼、龙筋升降用四变频传动，无差速箱，有摆动机构工控机PLCCCD张力检测，微调（3锭）外置式自动落纱系统，有断电保护青岛环球集团纺织机械有限公司CMT998机械锭速1800工艺转速1600罗拉、筒管、锭翼、龙筋升降用四变频控制传动，无差速箱，有摆动机构PLC控制CCD张力检测，微调可粗细联具有一机满足两台粗纱使用的外置双向全自动落纱机FAD1801，落纱时间3分钟第九章粗纱机机电一体化一、新型粗纱机控制系统的要求第二节粗纱机控制系统1.为简化结构、减少细节、适应不同纱支和翻改工艺的需求，新型粗纱机需多电动机传动；2.为避免细节的产生、提高纱线质量和强度，多电动机之间要求同步控制；3.为适应大中小纱及车间温湿度的变化，满足恒张力纺纱，需配臵张力传感器；4.为保证成型质量，在换向区需设臵换向不停区，且换向不停区随成纱直径的变化而不同；5.为满足人性化要求，需具备人机对话功能，故障自动诊断及显示功能；6.具备多种锭数间的控制系统扩展功能；7.具有网络控制功能，便于车间管理和监控；8.具有远程诊断和监控，便于快捷地服务用户；9.具有自动落纱及自动运输功能，包括定长满纱自停、自动空满管交换及自动运输、自动完成不同粗纱机、不同纺纱品种、不同细纱机之间的调度等。
第九章粗纱机机电一体化二、四电动机传动的粗纱机新型电脑粗纱机采用机电一体化技术，由计算机控制多电动机分部传动，去掉了原有的锥轮机构和成形机构，使复杂的机械传动系统大为简化。
现有二、三、四、五甚至七台电动机同步传动的多种方案。
一般来说，电动机使用数量越多，机械传动系统就越简化，但控制系统也会更复杂，制造成本也相应增加，目前以四台电动机同步传动居多。
第九章粗纱机机电一体化（一）四台电动机驱动的粗纱机机械传动系统四电动机粗纱机驱动系统粗纱机的前罗拉转速决定出条速度，锭翼转速与前罗拉出条速度决定捻度大小，筒管转速与龙筋速度决定粗纱卷绕速度，龙筋升降速度决定粗纱成形。
因此采用四台电动机分别控制前罗拉转速、锭翼转速、筒管转速和龙筋升降速度，这样就可以省去大量的变换齿轮，并且可以通过精确控制各电动机的转速，精确的实现工艺设计。
第九章粗纱机机电一体化（二）各电动机速度控制数学模型1.锭翼电动机M1转速一般锭翼在纺纱过程中转速恒定，且消耗整机大部分功率，故在多电动机驱动的粗纱机中，将锭翼电动机称为主电动机，其转速可根据传动系统计算：式中：n Dt—锭翼电动机速度，r/min;n t —锭翼速度，r/min。
3142tDt ZZZZnn⨯⨯⨯=第九章粗纱机机电一体化2.前罗拉电动机M2转速一般情况下，在纺纱工艺固定时，前罗拉以恒速回转，前罗拉转速和前罗拉电动机转速按下式计算：式中：n F—前罗拉速度，r/min；n DF—前罗拉电动机速度，r/min；d F—前罗拉直径，mm；T w—粗纱捻度，捻/10cm；Tt—粗纱号数，tex；a t—粗纱捻系数。
7586FDF ZZZZnn⨯⨯⨯=tFwFtFTt100100adTdnn⨯=⨯⨯=ππ第九章粗纱机机电一体化3.筒管电动机M3转速现代粗纱机一般采用管导方式卷绕粗纱，即筒管转速高于锭翼转速，靠随筒管转速与锭翼转速的差实现粗纱的卷绕，粗纱每卷绕一层，其卷绕直径增大，筒管转速与锭翼转速的差值应相应减小，因此在纺纱过程中，筒管转速是逐级减小的。
筒管电动机转速控制模型可由下式确定：式中：n K—筒管转速，r/min；n DK—筒管电动机转速，r/min;d K—粗纱的卷绕直径，mm；ε —粗纱张力牵伸系数；n f —手动张力补偿;ΔP —粗纱张力实际值与目标值之差，没有CCD时为0。
fi kFFtKΔnPddεnnn i+++=1516KiDK ZZnn i⨯=（9-1）（9-2）第九章粗纱机机电一体化d k0d k1d knH1H nθλh在正常生产过程中，粗纱卷绕直径d K为变化量，随着粗纱卷绕层数的增加而增加。
确定了d K的变化规律，就可以确定筒管电动机转速。
d K规律确定若有误差，将严重影响粗纱的卷绕。
粗纱卷绕时，应使纱圈沿筒管轴向整齐排列，粗纱的圈层之间既不重叠，又无空隙。
假设每根粗纱截面均为椭圆形，其沿筒管轴向的长轴为h（mm），也称为粗纱卷绕的圈距；沿筒管半径方向的短轴为λ（mm），也称为粗纱卷绕的层厚，由于内部纱层受到外部纱层的挤压，粗纱各层厚度并不一致。
粗纱筒子的轴向截面示意图第九章粗纱机机电一体化内部纱层厚度小于外部纱层的厚度，研究认为，粗纱各纱层的厚度由内向外基本成等差数列，即：式中：δ —相邻两层粗纱之间的厚度差。
各纱层的厚度可分别表示为：第层：粗纱各卷绕层的卷绕直径分别为：第1层：第层：（=1~n）式中：d K0—筒管直径，mm；—粗纱卷绕层数，由内向外=1~n，n为粗纱卷绕总层数。
δλλi-i=-1δλδλλ)1(11-+=+=-iii1K1Kλ+=ddδλλλ21K11KK)1()12(-+-+=++=--iiddd iiii（9-3）第九章粗纱机机电一体化粗纱在卷绕过程中，纱层之间存在相嵌情况，而第一层纱是直接绕在筒管上的，没有相嵌的情况，所以在系统控制程序计算卷绕直径时，第一层纱的卷绕直径就出现误差，因此构造粗纱筒管系数σ，对第一层粗纱的卷绕直径进行修正，σ的值域范围0.1～1.5，一般取0.7，构造公式：式中：ζ—筒管系数；d K0’ —筒管修正计算直径，mm。