孫 偉，王貫超，王 斌，李志東，賀 翊

(1.西安工程大學(xué) 機電工程學(xué)院，西安 710048;2.陜西寶成航空精密制造股份有限公司，陜西 寶雞 721000)

研究現(xiàn)代高速并條機牽伸羅拉轉(zhuǎn)動的同步性，尤其是并條機雙速啟動時段及伺服驅(qū)動牽伸羅拉的同步性，對于改善并條條干質(zhì)量有著積極的影響。筆者應(yīng)用虛擬儀器測試技術(shù)，分別對幾款國產(chǎn)高速并條機進行了測試與分析，現(xiàn)將其中兩款并條機的測試情況進行介紹。

A型并條機牽伸羅拉配有自調(diào)勻整裝置，主電機為雙速電機，伺服電機通過差速器與主傳動合成后驅(qū)動第2、第3羅拉;B型并條機未配備自調(diào)勻整裝置，主電機采用變頻電機，第4羅拉直接由伺服電機驅(qū)動。

1 測試系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

圖1為測試系統(tǒng)組成框圖，主要包括增量式旋轉(zhuǎn)編碼器和虛擬儀器［1］。編碼器作為并條機牽伸羅拉測速傳感器，虛擬儀器由數(shù)據(jù)采集卡、計算機及相應(yīng)的軟件組成。測試軟件是基于LabVIEW［2］平臺開發(fā)的T法測速軟件，數(shù)據(jù)采集卡采用NI USB-6251，這是一款由美國國家儀器公司生產(chǎn)的M系列高性能多功能DAQ模塊，提供了16路A/D，輸入分辨率為16位，1.25 MS/s的單通道采樣率，每條輸入通道包括7檔可編程輸入范圍(±100 m V～±10 V)。

圖1 測試系統(tǒng)組成

通過對并條機牽伸羅拉轉(zhuǎn)動同步性的測試，結(jié)果表明本系統(tǒng)具有動態(tài)性能好、抗干擾能力強、測量精度高及成本低等優(yōu)點，設(shè)定編碼器光柵線數(shù)為720，可滿足并條機出條速度為600 m/min情況下的測試。

1.2 虛擬測試儀

基于LabVIEW 2012軟件平臺開發(fā)的虛擬測試儀采用圖形化語言編程，具有開發(fā)周期短、擴展性強、界面友好等特點［3］;LabVIEW 2012提供了大量的連接控件與數(shù)學(xué)控件，支持與數(shù)據(jù)采集卡的無縫集成和對數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析。

圖2為羅拉轉(zhuǎn)速曲線測試儀界面，分成參數(shù)設(shè)置、定時設(shè)置、文件記錄和觸發(fā)四個模塊。參數(shù)設(shè)置需要確定采集的物理通道、信號輸入范圍和編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，接線端配置用于指定虛擬通道的接地方式;定時設(shè)置用于設(shè)置采樣時間和采樣率;文件記錄可將已采集的數(shù)據(jù)存盤，便于后期對數(shù)據(jù)的處理與分析，數(shù)據(jù)以TDMS文件格式保存，兼顧了高速、易存取和方便等多種優(yōu)勢;觸發(fā)模塊可以通過軟件觸發(fā)或硬件觸發(fā)完成一些特定要求的自動化測量任務(wù)。

圖2 羅拉轉(zhuǎn)速曲線測試儀界面

1.3 測試原理

編碼器常用的測速方法包括M法、T法和M/T法，筆者采用T法測量，即檢測編碼器相鄰兩個脈沖上升沿之間的時間，并依據(jù)公式(1)的T法公式計算編碼器相鄰兩個脈沖時間段的羅拉轉(zhuǎn)速n［4］:

式中:

M——編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù);

T——周期;

N——點數(shù);

f——采樣頻率。

為了消除采樣率帶來的測量誤差，用最小二乘法對羅拉轉(zhuǎn)速進行了分段擬合［5］，圖3為軟件程序流程圖。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 A型并條機啟動、制動階段

高速優(yōu)質(zhì)是現(xiàn)代并條機的基本要求，因此并條機在高速要求下啟動時段牽伸羅拉的同步性是一個值得注意的問題。圖4是A型高速并條機在出條速度為400 m/min情況下，啟動階段第1、2、3羅拉的轉(zhuǎn)速曲線，圖中可以明顯看出雙速啟動特征。

圖5是該并條機在啟動時段的總牽伸曲線(第1羅拉與第3羅拉的線速度之比)，從圖中可以看到0到0.7 s左右是并條機停車階段，3個羅拉都未轉(zhuǎn)動，因此總牽伸倍數(shù)不顯示;隨后開車信號到達，第1羅拉首先轉(zhuǎn)動，由于機械傳動鏈導(dǎo)致第3羅拉的轉(zhuǎn)動時間有所遲滯，此時會產(chǎn)生瞬間牽伸沖擊，這種由并條機啟動產(chǎn)生的瞬間牽伸沖擊而帶來的條干問題應(yīng)該引起注意。在0.7 s到3 s時段是并條機的低速啟動時段，總牽伸倍數(shù)約為6.176，比正常運行時段總牽伸倍數(shù)6.26略小，并且在3 s～3.4 s時段會再次出現(xiàn)一個小的牽伸沖擊。

圖5 啟動階段總牽伸倍數(shù)曲線

圖6為并條機停車制動階段的轉(zhuǎn)速曲線，制動發(fā)生在1.2 s處;圖7為同階段總牽伸倍數(shù)變化曲線，在制動的末端階段，總牽伸倍數(shù)緩慢減小，隨后總牽伸倍數(shù)迅速變?yōu)椤?”，在全程停車制動階段無明顯的瞬間牽伸沖擊出現(xiàn)。

圖8為B型并條機啟動階段第1羅拉和第4羅拉轉(zhuǎn)速曲線;圖9為總牽伸曲線(第1羅拉與第4羅拉線速度之比)。

從圖9中可以明顯看出，在約2.3 s啟動開始后，會出現(xiàn)因傳動鏈造成的瞬間牽伸沖擊，隨后總牽伸逐漸減小，在約3.7 s時啟動結(jié)束，總牽伸倍數(shù)穩(wěn)定在正常運行時段的值為8.14。

從圖10的停車制動階段的轉(zhuǎn)速曲線中可以清楚看出，B型并條機的制動時間段為2.7 s～3.9 s，在這一階段總牽伸倍數(shù)(見圖11)有一緩慢減小的過程，隨后第1羅拉與第4羅拉逐漸停止轉(zhuǎn)動，總牽伸倍數(shù)也變?yōu)榱恪?/p>

2.3 并條機啟動、制動階段輸出棉條長度

并條機啟動、制動階段的棉條條干質(zhì)量與此階段的牽伸波動量的大小及棉條輸出長度密切相關(guān)，以圖4曲線為例，第1羅拉從0.7 s啟動開始到3.4 s啟動結(jié)束。此階段第1羅拉的轉(zhuǎn)速曲線分別由變速斜線υ1、恒速水平線υ2和變速斜線υ3構(gòu)成，可根據(jù)公式(2)計算出并條機啟動時間段的輸出棉條長度L。

依據(jù)公式(2)計算出A型并條機啟動階段輸出棉條長度約為3.12 m，制動階段輸出棉條長度約為2.78 m。B型并條機啟動、制動階段輸出棉條長度的計算方法與上述相同，計算結(jié)果是啟動階段約為2.46 m，制動階段約為 2.12 m。

3 結(jié)論

3.1 運用虛擬儀器測試技術(shù)所開發(fā)的并條機羅拉同步轉(zhuǎn)動虛擬測試系統(tǒng)，具有開發(fā)成本低廉、搭建快、編程簡單、可靠、抗干擾性強、測量精確、通用性強等特點。

3.2 并條機的啟動會產(chǎn)生瞬間牽伸沖擊和牽伸倍數(shù)的變化，在一定程度上影響棉條的條干質(zhì)量。

3.3 B型并條機的啟動平穩(wěn)、制動迅速，轉(zhuǎn)動同步性也優(yōu)于A型并條機。

3.4 開發(fā)的虛擬儀器測試系統(tǒng)，非常適合并條機的牽伸機械波分析和診斷，可快速、有效地找出產(chǎn)生牽伸機械波的原因。

［1］宋栓軍，王貫超，梁海順，等.基于虛擬儀器的織機回轉(zhuǎn)不勻測試系統(tǒng)［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報，2008(1):79-82.

［2］龍華偉，顧永剛.LabVIEW 8.2.1 與 DAQ 數(shù)據(jù)采集［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［3］楊幫華，高曉丁，宋栓軍.基于虛擬儀器的織機經(jīng)紗張力測試方法［J］.紡織學(xué)報，2005，26(1):90-91.

［4］崔桂梅，董麗榮，董文智.基于DSP控制器的M/T法測速［C］//中國計量協(xié)會冶金分會2009年年會論文集，2009.

［5］王貫超，梁海順，宋栓軍，等.基于編碼器的織機主軸回轉(zhuǎn)不勻檢測方法［J］.紡織器材，2008，35(5):13-15.