基于虛擬儀器的錠子綜合特性檢測實驗臺研究

崔陸軍 王成銀 杜虹 尚會超 翁玉東 郭強

摘要：紡紗錠子性能的好壞對紡紗的質量有重要影響。為了測試高速紡紗錠子檢測實驗臺的綜合性能，以YD5000系列棉紡錠子為研究對象，進行振動、噪聲和溫升等性能指標的測試。該實驗測試系統以大理石為底座，主要由電機傳動、傳感器固定升降裝置和錠子固定座等組成，具有抗震隔離等特點。測試系統由激光位移傳感器、高速數據采集卡、溫度傳感器、伺服電機等硬件組成，利用虛擬儀器作為軟件分析、測試和計算的平臺。結果表明：測試出的錠子空錠在20 000 r/min轉速以內時檢測誤差能夠達到企業要求。

關鍵詞：紡紗錠子;虛擬儀器;綜合性能;振幅

中圖分類號：TS103.8

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0093-04

在紡織行業中，錠子是紡織機械上的重要部件之一，是加捻卷繞機構的核心部件，錠子性能的好壞對紡紗機的生產效率和紗線質量具有直接的影響，所以要不斷地改進與發展新型錠子來促進紡紗技術的不斷發展[1]。不同錠子的性能好壞主要是通過振動，溫度和噪聲等信息表現出來[2]。隨著紡織產業的不斷發展，紡紗錠子的技術不斷提高，國內研發的錠子速度在10 000～20 000 r/min，國外的可達到30 000 r/min以上。錠子在高速回轉時難免會引起振動和磨損，而劇烈的振動會引起筒管竄跳，使紗線斷頭或成形不良，加速機件的磨損[4]。

企業使用錠子的主要性能要求有：a）可靠性，錠子的性能穩定，無早期故障，使用壽命長;b）穩定性，錠子受負載、張力變化影響，承載能力強，運轉平穩，振動和噪聲低，能耗低;c）一致性，錠子的錠間指標差異小、錠子運行狀態差異小;d）低噪聲，錠速在20 000 r/min時，噪聲要小于70 dB，錠速在16 000 r/min時，噪聲小于62 dB[5]。

為了滿足對錠子各種性能參數的檢測，有必要設計一種對錠子綜合特性進行檢測的實驗臺。通過LabVIEW軟件實現同步數據采集卡對噪音傳感器、溫度傳感器和激光位移傳感器等的數據采集和處理，以及伺服電機的控制[6]。

要達到上述標準，需要對研發出的錠子的綜合性能指標進行檢測，本測試平臺可以滿足要求。本檢測系統運轉速度可達30 000 r/min，可檢測錠子在高速運轉時的振動、噪聲和溫升變化。目前國內所使用的的錠子中，絕大多數的錠子轉速還在20 000 r/min以下，因此，研發高速而又穩定的錠子具有重要的意義[7]。本文以YD5000系列棉紡錠子為研究對象，利用高速紡紗錠子特性檢測實驗臺對錠子進行綜合檢測，并對實驗數據進行測試與分析。

1測試實驗臺機械結構設計

為了盡量減小振動的傳遞，實驗臺采用三塊大理石臺相互不接觸的設計方式，錠子固定采用可換裝的夾具，傳感器固定采用升降可調裝置，故可滿足不同類型和長度錠子的測量需求。如圖1實驗臺的機械結構所示，左側為伺服電機傳動部分底座，中間為固定升降臺底座，右側為錠子固定底座。

1—重錘;2—導軌固定板;3—導軌;4—重錘支架;5—電機固定架;6—伺服電機;7—聯軸器;8—帶輪;9—錠帶;10—升降臺;11—步進電機;12—錠子圖1實驗臺的機械結構

左側大理石塊上的導軌固定板固定在人造花崗巖上，電機固定架與導軌連接，電機固定架的左邊連有重錘，重錘通過重錘支架，滑輪懸掛在左側，伺服電機安裝在電機固定支架上，帶輪經過軸、軸承和聯軸器與伺服電機連接。中間呈龍門架形式，升降臺固定在龍門架上，皮帶通過龍門傳動。右側大理石塊也為龍門形式，錠子固定在上端固定板上。升降臺上固定著位移傳感器和溫度傳感器。高速紡紗錠子測試實驗臺實物圖如圖2所示。

2測試系統硬件和軟件構成

高速錠子檢測實驗臺是將錠子運轉時的性能參數信號轉換為電壓信號，經過信號調理電路對電信號進行濾波放大后通過數據線傳輸到計算機，由裝有LABVIEW軟件的計算機對采集到的數據進行顯示、分析和保存[8]。圖3所示是本檢測系統的結構框圖。

系統的軟件采用模塊化的編程思想，把每一個傳感器和伺服電機等硬件分模塊進行編寫，如圖4檢測系統的溫度傳感器采集程序、噪聲傳感器采集程序、位移傳感器采集程序和伺服電機控制程序，后續再對采集的數據進行保存和處理。

3實驗

3.1振動測試

振動測試采用德國米依位移傳感器中的optoNCDT系列的傳感器，此傳感器是一種利用激光三角反射的原理實現非接觸式位移測量。采用雙激光位移傳感器時錠子轉一周至多可采集12個點，可完全滿足錠子工作狀態的位移測量要求，測試結果見表1。

由于用于測試的錠子的最高工作轉速在22 000 r/min以內，故實驗最高測試到20 000 r/min。錠子在2 000 r/min左右時，實驗臺的機械結構和傳動裝置對錠子的振動影響較大，隨著轉速增加，振動平穩上升，直到20 000 r/min時平均振幅達到了38.5 μm，符合錠子在工作轉速下振幅小于40 μm的使用要求[10]。圖5是錠子空錠各轉速下的振幅曲線，與錠子的工作規律基本一致。

錠子的振動受多重因素的影響，而不平衡、軸承的狀態、上下軸承的同軸度和工作轉速等是最主要的因素。后續將對錠子進行頻譜分析，找出其固有頻率，分析出各個因素對錠子振動的影響，對錠子的設計和改進有著很大的指導意義。

3.2噪聲測試

采用的CRY2110噪聲傳感器是一種內置高靈敏度傳感器、前置放大器、計權網絡、聲校準裝置及數據信號調理電路的噪聲測試系統。它具有體積小，重量輕，安裝靈活等優點。噪聲測量范圍25～130 dB。頻率范圍20 Hz～20 kHz，可對錠子的工作狀態下的噪音實行實時監測。測試時噪聲傳感器測定錠子的距離1 m的噪聲。測量數據如表1、圖6所示，可以看出隨著轉速的不斷升高，錠子的空錠振幅不斷的增大。由于測試環境噪音的影響，背景噪聲偏高，測試出的噪聲數據僅可作為參考。

3.3溫升測試

由于錠子運行環境中充滿灰塵和潤滑油等物質，故采用的IRTP300L紅外測溫系統是一種非接觸式溫度傳感器，它是一種集成了專用信號處理電路及環境溫度補償電路的多用途紅外溫度測量系統，具有效率高，體積小，不受外部環境影響等優點，可對瞬變對象的表面溫度進行測量。其溫度測試最高可達300 ℃，在常溫環境下測試精度可達到0.6 ℃，響應時間300 ms。將錠子的探頭對準錠子軸承檔旋轉部位進行溫度測量，測得錠子溫度變化數據如表1所示。錠子的溫升可以反映出軸承是否缺油或磨損的程度，圖7所示是錠子溫升測試數據曲線圖。

4結語

作為紡紗機上的一個關鍵部件，錠子的動態性能直接影響到紡紗的質量，而且錠子的溫升和噪聲變化對錠子的功耗、紡紗車間的環境都有較大的影響。本文分析了高速紡紗錠子檢測實驗臺應用于錠子性能檢測中，實驗臺分析出的數據可對錠子工作狀態進行檢測，并對以后研制新型錠子提供了一個

圖7錠子溫升測試數據曲線

檢測平臺。通過實驗測試可以得出，實驗所用的錠子測試出的性能指標符合錠子的性能指標，能夠滿足使用要求。

參考文獻：

[1] 冼俊飛.基于DRVI虛擬儀器技術的錠子振動測試系統研究[J].現代商貿工業，2010，22（8）：295-296.

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