綜絲自動分離系統設計

顏 鵬，周正元

(常州信息職業技術學院 機電工程學院，江蘇 常州 213164)

穿經是織造的重要工序，穿經過程是指將紗線穿過綜絲和鋼筘。目前國內紡織企業穿經自動化程度很低，大部分中小企業均采用工人手動穿經方式[1-2]，該方式勞動強度大、生產率低，已不能適應現代紡織企業織軸高頻率更換的需求。紗線穿過綜絲之前，需要將成列放置的綜絲進行分離、定位，自動化綜絲分離系統是實現穿經自動化的關鍵裝置。本文分析綜絲的外形特征，設計了能將綜絲從綜絲序列中自動分離出來，并將紗線快速穿入綜絲孔的綜絲分離裝置。

1 系統工作原理及結構設計

1.1 工作原理

綜絲外觀圖如圖1所示。綜絲兩側開有方形孔，掛在導軌上，中間的方形孔用于穿紗。

圖1 綜絲

綜絲自動分離系統工作原理如圖2所示。綜絲“4”懸掛在綜絲導軌“5”上，綜絲沿著導向裝置“5”排成單列，壓緊裝置沿著綜絲導軌方向壓緊綜絲。首先分離刀“3”進給，使隊列第1根綜絲“2”彎曲，然后下分離翼“1”動作，將單根綜絲“2”從綜絲序列中進一步分離，使被分離綜絲“2”與綜絲序列的間隙進一步擴大，同時將綜絲下端轉移到綜絲掛銷機構“7”上，然后上分離翼“6”動作，將綜絲上部從綜絲導軌“5”分離轉移到綜絲掛銷機構“7”上，機構“7”動作，將綜絲掛到傳送鏈條“8”上，鏈條“8”上有銷釘，綜絲掛在銷釘上，鏈輪有上下2層，在驅動輪“10”作用下轉動，如果綜絲成功掛到位，鏈條上下2層銷釘與綜絲會形成一個電流閉合回路，如果綜絲沒有掛到位，則上下2層銷釘無法導通電流。綜絲掛到鏈條上，驅動輪在電動機作用下轉動，鏈輪“10”開始運動，將綜絲轉移到穿紗工位“9”，等待穿紗,穿紗完畢后，傳送系統將綜絲傳遞到排綜位置“11”，等待排綜。

1—下分離翼；2—待分離單根綜絲；3—分離刀；4—綜絲序列；5—綜絲導軌；6—上分離翼；7—綜絲掛銷機構；8—鏈條傳送系統；9—待穿紗綜絲；10—驅動輪；11—待排綜綜絲。圖2 綜絲自動分離系統工作原理

國內大多數企業均采用人工分離綜絲方式，工人使用專用工具穿過綜絲、鋼筘和經停片[3-4]，每天按工作8 h計算， 每天可以分8 000根綜絲，采用自動化綜絲分離裝置后，每天可以分65 000根綜絲，效率提高8倍以上。

1.2 結構設計

綜絲自動分離機構見圖3。整個綜絲分離系統可以分成上下2部分，該部分通過花鍵軸“4”實現上下層鏈輪同步運動，上半部分包括綜絲導軌“1”、上綜絲掛銷機構“2”、上分離翼“3”和支撐機構組成，下半部分由綜絲壓緊器“5”、分離刀“6”、下分離翼“7”等部件組成。

1—導軌；2—上綜絲掛銷機構；3—上分離翼；4—花鍵軸；5—綜絲壓緊機構； 6—分離刀；7—下分離翼。圖3 綜絲自動分離機構

分離刀與下分離翼見圖4。分離刀1初步分離綜絲序列的第1根綜絲，分離刀“1”由氣缸驅動，分離刀齒碰到綜絲隊列中第1根綜絲，該綜絲會側向彎曲，與后續綜絲之間形成縫隙，然后下分離翼“2”進入縫隙。分離刀頭設計成臺階狀，便于精確分離第1根綜絲。下分離翼“2”在旋轉氣缸驅動下擺動，將分離刀“1”分出的第1根綜絲進一步分開，并將綜絲下部推入到綜絲掛銷轉移機構上。

1—分離刀；2—下分離翼。圖4 分離刀與下分離翼

1—分離翼驅動氣缸；2—傳送鏈條；3—上分離翼。圖5 上分離翼機構圖

上分離翼負責沿著分離刀和下分離翼分離綜絲所形成的綜絲間空隙，將綜絲上半部分與后續綜絲分離開，并將綜絲轉移到上綜絲掛銷轉移機構上。上分離翼機構圖見圖5。上分離翼“3”設計成頭部細，根部粗的形狀，便于插入綜絲空隙。為了加分離綜絲和排綜速度，共設計了2路并行綜絲分離機構， 分離刀、上下分離翼各有兩套系統。上分離翼“3”的2只分離翼，共同由氣缸“1”通過連桿機構驅動。

為保證上層2路綜絲掛銷機構動作和下層2路綜絲掛銷機構動作的一致性，上層2路綜絲掛銷機構由同一臺氣缸驅動，下層2路綜絲掛銷機構也由一臺氣缸驅動，2臺氣缸由1個電磁閥控制，氣缸帶動齒條往復運動，齒條推動綜絲掛銷器將綜絲掛在鏈條上，綜絲掛銷器見圖6，綜絲掛銷器上部是齒輪，齒輪帶動下部凸輪部分運動，推動綜絲掛到鏈條銷軸上。鏈條銷軸見圖7，該鏈條銷軸組件由軸、掛綜銷釘“1”、彈簧“2”，支撐部件組成，掛綜銷釘“1”有一定傾斜度，防止綜絲滑落，彈簧“2”用于保持銷軸對綜絲的拉緊力。

圖6 綜絲掛銷器

注：1—掛綜銷釘；2—彈簧。圖7 鏈條銷軸

2 自動分綜控制系統設計

2.1 控制系統硬件選型及運行機制

自動分綜系統要求速度快，至少以140根/min速度分綜絲，平均無故障間隔時間要達到800 h，可靠性要求高。采用單片機或者嵌入式系統開發控制系統具有成本低的優點，但是開發周期長，系統內構成復雜，穩定性、可靠性較差[5-6]；工業PC系統具有數據處理能力強，人機交互友好等優點，但是在工業現場抗干擾能力方面仍不如PLC[7-8]。經過綜合考慮，穿經機采用的大中型PLC Q03UDE控制元件作為控制器(三菱電動機自動化有限公司)[9-10]。自動分綜系統以Q03UDE為核心控制元件，選用輸入模塊QX42作為各種傳感器及其他開關的輸入裝置，采用輸出模塊QY42P控制分離刀等裝置，用QD75D4伺服定位模塊作為鏈條驅動電動機的控制裝置，QD75D4可以同時輸出4路差分信號，控制4套伺服系統。相對于集電極開路信號，差分信號抗干擾能力強、傳輸距離更遠。QD75D4模塊可以使GX-WORKS2 設置參數，包括定位數據，啟動數據等，控制系統硬件配置見表1。為了判斷綜絲是否分離成功并準確掛在銷軸上，上下銷軸之間通24 V直流電壓，如果綜絲準確掛在銷軸上，上下銷軸之間會導通電流， 如果沒有準確掛在銷軸上，則上下銷軸之間電流無法導通，自動分綜系統控制電路圖見圖8。

表1 控制系統硬件配置

圖8 自動分綜系統控制電路圖

2.2 軟件設計

軟件基于GX WORKS2開發，首先進行IO地址分配，定位模塊QD75D4模塊占有32點， IO地址分配如表2所示。

表2 IO地址分配

QD75D4與Q03UDE系列PLC可以采用“智能功能軟元件”法進行通訊。智能功能軟元件應用如圖9所示。為了加快系統的分綜速度，軟件設計時，需要綜絲掛銷分離動作和分離刀進給動作同時進行。分綜系統軟件流程如圖10所示。

圖9 智能功能軟元件

圖10 分綜控制系統流程

3 結束語

本文系統能夠進行綜絲分離、綜絲定位、綜絲掛傳送鏈條動作并進行掛綜檢測。主要完成：綜絲分離機構設計、分綜機構關鍵零部件結構設計、綜絲控制系統硬件選型及軟件設計。該系統穩定、高速、高效，已經成功應用于企業，分綜速度可達140根/min，是人工分綜效率的8倍以上。