步進電動機在針織開幅機上的應(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
國內(nèi)的開幅機大都為人工操作，要達到每分鐘幾十米的開幅速度，操作工人要隨時注意開幅線，及時調(diào)整開幅線的偏差，勞動強度非常大，且難以控制開幅的精度。少數(shù)幾種開幅機，雖有光電自動跟蹤裝置，但檢測與執(zhí)行機構(gòu)不盡人意，剖幅精度低，速度也達不到設(shè)計要求。
本文研制的用步進電動機作為開幅線跟幅的執(zhí)行電機，用單片機控制其糾偏的步數(shù)和方向，不僅結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，實現(xiàn)了機電一體化設(shè)計，而且達到了予期的目的，比國內(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．具有故障報警，超差自停及處理功能。
3開幅機的結(jié)構(gòu)
整機由電源、舒解機構(gòu)、傳感器組、單片機模塊、跟蹤執(zhí)行杌構(gòu)、超限報警及處理機構(gòu)、切割控制、卷布控制組成。
準(zhǔn)備開幅的布要經(jīng)過舒解機構(gòu)去捻，基本上保證輸入機器的布沒有卷捻，進入導(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組成的智能模塊隨時判斷開幅線的位置，并發(fā)出各種控制指令，以驅(qū)動糾偏電機旋轉(zhuǎn)，及時校正開幅線，使其始終對準(zhǔn)剪切刀口，開幅控制與卷布控制同步，當(dāng)開幅線超出檢測范圍時，超限報警，并控制開幅和卷布機構(gòu)自動停止，單片機處理程序驅(qū)動跟蹤電機自動尋縫，當(dāng)開幅線回到正常位置后，重新啟動開幅控制和卷布運動，系統(tǒng)繼續(xù)運行。
4傳感器的設(shè)計和執(zhí)行機構(gòu)的選擇
開幅機的關(guān)鍵是開幅的速度和開幅的精度，歸根到底是檢測的精度和執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)速度。因而傳感器的設(shè)計和執(zhí)行機構(gòu)的選擇就決定了整個機器的性能。
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)成的檢測頭及其放大和信號轉(zhuǎn)換部分組成。當(dāng)針織物的開幅線對準(zhǔn)硅光電池組的正中間時，若紅外光透過被測物時，留有開幅線的地方對應(yīng)的光電池得到的電勢信號就與周圍光電池不同，經(jīng)過對信號進行放大和a/d轉(zhuǎn)換，由單片機識別開幅線的位置，用其指揮糾偏處理，基本上能達到所要求的檢測精度。傳感器與單片機的接口框圖如圖1所示。
為了滿足多參數(shù)測量和分時采集的要求，選用帶多路開關(guān)的a/d轉(zhuǎn)換器，通過電纜直接與被測信號相聯(lián)，讀入信號進行放大再轉(zhuǎn)換，這樣可以避免多路開關(guān)引入較大的誤差，且各路信號通過一個放大器可以減少硬件。
4.2執(zhí)行電機的選擇
為了達到規(guī)定的響應(yīng)速度，所選電機應(yīng)有快速響應(yīng)的特點，實現(xiàn)小調(diào)偏量的快速調(diào)節(jié)。電機本身要具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩，才能拖動導(dǎo)布花籃。當(dāng)轉(zhuǎn)矩選擇過大，機電時間常數(shù)就增大，隨動特性變差；轉(zhuǎn)矩選擇過小，拖不動導(dǎo)布花籃，往往造成堵轉(zhuǎn)或燒毀電機，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)軸被扭斷的現(xiàn)象。因此初選步進電機作為執(zhí)行電機，當(dāng)矩角特性和矩頻特性都適當(dāng)時，甚至可以不帶齒輪減速機構(gòu)就可以達到拖動的要求。因而避免了減速元件所產(chǎn)生的噪聲及搌動，同時避免了電機正反轉(zhuǎn)間隙誤差和傳遞誤差的產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的精度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也不會產(chǎn)生減速箱漏油造成的織物污染現(xiàn)象。
4.2.1電機步長的確定
若布前進速度即開幅速度為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1mm，偏差又增加0. 866mm，這就要求布料前進過程中，每前進1mm就要及時修正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)此可確定步進電機的起動頻率及每步轉(zhuǎn)角 |
