步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在針織開幅機(jī)上的應(yīng)用
何福友 （軍械工程學(xué)院）
張素欣 （石家莊市紡織研究所）
1引言
國(guó)內(nèi)的開幅機(jī)大都為人工操作，要達(dá)到每分鐘幾十米的開幅速度，操作工人要隨時(shí)注意開幅線，及時(shí)調(diào)整開幅線的偏差，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，且難以控制開幅的精度。少數(shù)幾種開幅機(jī)，雖有光電自動(dòng)跟蹤裝置，但檢測(cè)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)不盡人意，剖幅精度低，速度也達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
本文研制的用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為開幅線跟幅的執(zhí)行電機(jī)，用單片機(jī)控制其糾偏的步數(shù)和方向，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，而且達(dá)到了予期的目的，比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的速度和開幅精度都有相當(dāng)大的提高。
2主要技術(shù)指標(biāo)
a．檢測(cè)范圍：適用于針織毛巾、汗衫、棉毛、毛棉等織物。要求織物的開幅線縫隙透光性與四周組織的透光性有比較顯著的差異。
b．織物直徑的范圍（異布花籃進(jìn)布處）：φ300～700mm。
c．織物門幅（出布處）：1000～2200mm。
d．適應(yīng)布速：12～60m/min。
e．織物布型：干、濕筒針織物，縫隙寬度1～5mm。
f．剖幅精度：小于或等于±2mm。
g．具有故障報(bào)警，超差自停及處理功能。
3開幅機(jī)的結(jié)構(gòu)
整機(jī)由電源、舒解機(jī)構(gòu)、傳感器組、單片機(jī)模塊、跟蹤執(zhí)行杌構(gòu)、超限報(bào)警及處理機(jī)構(gòu)、切割控制、卷布控制組成。
準(zhǔn)備開幅的布要經(jīng)過舒解機(jī)構(gòu)去捻，基本上保證輸入機(jī)器的布沒有卷捻，進(jìn)入導(dǎo)布花籃，針織筒子被撐開，使織物保持足夠的張力。經(jīng)過由光電傳感器組成的傳感頭及單片機(jī)組成的智能模塊隨時(shí)判斷開幅線的位置，并發(fā)出各種控制指令，以驅(qū)動(dòng)糾偏電機(jī)旋轉(zhuǎn)，及時(shí)校正開幅線，使其始終對(duì)準(zhǔn)剪切刀口，開幅控制與卷布控制同步，當(dāng)開幅線超出檢測(cè)范圍時(shí)，超限報(bào)警，并控制開幅和卷布機(jī)構(gòu)自動(dòng)停止，單片機(jī)處理程序驅(qū)動(dòng)跟蹤電機(jī)自動(dòng)尋縫，當(dāng)開幅線回到正常位置后，重新啟動(dòng)開幅控制和卷布運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
4傳感器的設(shè)計(jì)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
開幅機(jī)的關(guān)鍵是開幅的速度和開幅的精度，歸根到底是檢測(cè)的精度和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度。因而傳感器的設(shè)計(jì)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇就決定了整個(gè)機(jī)器的性能。
4.1光電傳感器的構(gòu)成
傳感器由紅外光光源構(gòu)成的發(fā)射頭、硅光電池組構(gòu)成的檢測(cè)頭及其放大和信號(hào)轉(zhuǎn)換部分組成。當(dāng)針織物的開幅線對(duì)準(zhǔn)硅光電池組的正中間時(shí)，若紅外光透過被測(cè)物時(shí)，留有開幅線的地方對(duì)應(yīng)的光電池得到的電勢(shì)信號(hào)就與周圍光電池不同，經(jīng)過對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和a/d轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)識(shí)別開幅線的位置，用其指揮糾偏處理，基本上能達(dá)到所要求的檢測(cè)精度。傳感器與單片機(jī)的接口框圖如圖1所示。
為了滿足多參數(shù)測(cè)量和分時(shí)采集的要求，選用帶多路開關(guān)的a/d轉(zhuǎn)換器，通過電纜直接與被測(cè)信號(hào)相聯(lián)，讀入信號(hào)進(jìn)行放大再轉(zhuǎn)換，這樣可以避免多路開關(guān)引入較大的誤差，且各路信號(hào)通過一個(gè)放大器可以減少硬件。
4.2執(zhí)行電機(jī)的選擇
為了達(dá)到規(guī)定的響應(yīng)速度，所選電機(jī)應(yīng)有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)小調(diào)偏量的快速調(diào)節(jié)。電機(jī)本身要具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩，才能拖動(dòng)導(dǎo)布花籃。當(dāng)轉(zhuǎn)矩選擇過大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)就增大，隨動(dòng)特性變差；轉(zhuǎn)矩選擇過小，拖不動(dòng)導(dǎo)布花籃，往往造成堵轉(zhuǎn)或燒毀電機(jī)，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)軸被扭斷的現(xiàn)象。因此初選步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)，當(dāng)矩角特性和矩頻特性都適當(dāng)時(shí)，甚至可以不帶齒輪減速機(jī)構(gòu)就可以達(dá)到拖動(dòng)的要求。因而避免了減速元件所產(chǎn)生的噪聲及搌動(dòng)，同時(shí)避免了電機(jī)正反轉(zhuǎn)間隙誤差和傳遞誤差的產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的精度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也不會(huì)產(chǎn)生減速箱漏油造成的織物污染現(xiàn)象。
4.2.1電機(jī)步長(zhǎng)的確定
若布前進(jìn)速度即開幅速度為60m/min，則為im/s或1mm/ms，在此速度下，若刀口已偏離開幅線5mm，在最不利情況下開幅線與軸線成60度夾角，這樣每前進(jìn)1mm，偏差又增加0. 866mm，這就要求布料前進(jìn)過程中，每前進(jìn)1mm就要及時(shí)修正0.866mm以上才能保證調(diào)整到正確的切口位置。即布料前進(jìn)速度為imm/ms，要求每毫秒的修正量必須大于0. 866mm，暫設(shè)定為每毫秒的修正量為1mm，據(jù)此可確定步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)頻率及每步轉(zhuǎn)角 |
