紀(jì)秀乾
青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司(中國(guó))
錫林-蓋板梳理區(qū)是梳棉機(jī)梳理的核心部位,蓋板針布與錫林針布之間的隔距大小及一致性,對(duì)梳棉機(jī)的梳理效果至關(guān)重要,尤其是對(duì)后續(xù)生條中的棉結(jié)、雜質(zhì)及短絨等質(zhì)量指標(biāo)的控制,有著直接的影響[1]。根據(jù)棉紡工藝的要求,選擇合適的錫林-蓋板工作區(qū)隔距,一直以來(lái)都是紡織工作者的目標(biāo)。
考慮到梳棉機(jī)回轉(zhuǎn)蓋板安裝、維護(hù)及后期更換的易操作性,目前市場(chǎng)上主流的梳棉機(jī)蓋板均為鋁合金結(jié)構(gòu)。圖1為梳棉機(jī)錫林-蓋板主梳理區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,其中,回轉(zhuǎn)蓋板需包覆蓋板針布,在傳動(dòng)輪及傳動(dòng)帶的作用下,沿曲軌表面運(yùn)動(dòng),參與梳理過(guò)程。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,準(zhǔn)確控制蓋板針布與錫林針布間的隔距,對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。
圖1 梳棉機(jī)主梳理區(qū)示意圖
目前,蓋板隔距的確定主要采用的是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)隔距片人為測(cè)量的方法。操作人員根據(jù)隔距片測(cè)量各隔距點(diǎn)錫林針布與蓋板針布之間的距離,然后調(diào)節(jié)曲軌的高低,以達(dá)到所需隔距。先設(shè)置好梳理機(jī)一側(cè)的蓋板隔距,再按這種方法設(shè)置另一側(cè)的隔距,最后還需在同一隔距點(diǎn)位置測(cè)量多根蓋板的隔距,以避免因單根蓋板隔距的差異影響整個(gè)梳理區(qū)隔距的設(shè)定。
傳統(tǒng)的蓋板隔距設(shè)定方法操作復(fù)雜,耗時(shí)較長(zhǎng),且因受人為操作因素的影響,校準(zhǔn)的偏差較大。此外,隔距片本身的精度水平、磨損量也直接影響隔距的測(cè)定。與此同時(shí),紡織行業(yè)寬幅梳棉機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多,這種梳棉機(jī)的蓋板中部距其兩側(cè)較遠(yuǎn),造成操作人員很難測(cè)得蓋板中部的隔距。
通過(guò)傳統(tǒng)方式設(shè)定蓋板隔距值通常不夠精準(zhǔn),這導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,無(wú)法準(zhǔn)確地控制分梳強(qiáng)度,從而對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。針對(duì)這一問(wèn)題,青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種蓋板隔距在線檢測(cè)裝置(圖2),旨在使梳棉機(jī)主梳理區(qū)蓋板隔距設(shè)定更便捷、精準(zhǔn)。
如圖2所示,蓋板隔距在線檢測(cè)裝置的載體為一根普通的回轉(zhuǎn)蓋板,蓋板表面包覆蓋板針布,其外形尺寸滿足運(yùn)行要求,左右踵趾端的結(jié)構(gòu)與普通蓋板相同,可替代現(xiàn)有梳棉機(jī)上的任一蓋板,并可正常運(yùn)行,參與纖維分梳過(guò)程。
這種蓋板隔距在線檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)主要包括:中央處理器、無(wú)線發(fā)射器、電源及無(wú)線通信模塊,同時(shí)預(yù)留有多個(gè)連接端口,可與高精度傳感器相連。根據(jù)梳棉機(jī)幅寬的不同,可在蓋板檢測(cè)裝置上安裝2~5個(gè)傳感器。
圖2 蓋板檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
通常,在線檢測(cè)系統(tǒng)需通過(guò)傳感器從被檢測(cè)對(duì)象中獲得其特征信息。打開(kāi)運(yùn)行開(kāi)關(guān)后,在控制系統(tǒng)內(nèi),中央處理器接收傳感器信號(hào),并通過(guò)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)數(shù)字模塊(A/D模塊)進(jìn)行傳感器信號(hào)放大與轉(zhuǎn)換[2],信息通過(guò)無(wú)線通信模塊及無(wú)線發(fā)射器發(fā)送到終端。無(wú)線設(shè)備工作在AP(Access Point)模式下, 采用TCP/IP協(xié)議,接受手機(jī)或計(jì)算機(jī)登錄訪問(wèn)。登錄成功后,蓋板在線檢測(cè)裝置作為服務(wù)器(TCP Server),手機(jī)或計(jì)算機(jī)作為客戶端(TCP Client),可實(shí)時(shí)讀取裝置上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并以圖表或數(shù)字的形式顯示數(shù)值。通過(guò)顯示的圖表或數(shù)字,維護(hù)人員可精準(zhǔn)設(shè)定所需的蓋板隔距值。
蓋板在線檢測(cè)裝置的控制原理圖如圖3所示。其中,中央處理器是蓋板在線檢測(cè)裝置的核心部件,具有良好的運(yùn)算及存儲(chǔ)能力,其主要任務(wù)是對(duì)傳感器發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)與演算。
圖3 控制原理圖
由于被測(cè)量面由細(xì)小的、緊密分布的針尖組成,這對(duì)所使用的傳感器提出了更高的要求。蓋板檢測(cè)裝置采用的傳感器為電渦流傳感器,它屬于一種非接觸式的線性化計(jì)量工具,這種傳感器既能在靜態(tài)工況下進(jìn)行測(cè)量,又能在動(dòng)態(tài)情況下準(zhǔn)確反映錫林與蓋板之間的位移情況[3]。
對(duì)蓋板隔距在線檢測(cè)裝置進(jìn)行供電后,傳感器的前置器內(nèi)部將產(chǎn)生一個(gè)高頻的電流信號(hào),該電流信號(hào)被內(nèi)部線纜輸送至傳感器探測(cè)面后,將在探測(cè)面的頂部區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)H1,若磁場(chǎng)H1周圍沒(méi)有金屬導(dǎo)體材料接近,則磁場(chǎng)的能量會(huì)全部釋放;相反,若磁場(chǎng)H1區(qū)域出現(xiàn)有金屬導(dǎo)體材料,則交變磁場(chǎng)H1將在導(dǎo)體表面產(chǎn)生一個(gè)電渦流場(chǎng),新出現(xiàn)的電渦流場(chǎng)將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H2。磁場(chǎng)H2會(huì)產(chǎn)生一種反作用,從而改變傳感器內(nèi)部線圈的有效阻抗。線圈有效阻抗的改變,實(shí)質(zhì)上是傳感器頭部線圈與被檢測(cè)金屬導(dǎo)體表面之間的位移變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。蓋板與錫林之間的位移變化,將引起傳感器輸出信號(hào)的改變,電渦流傳感器即根據(jù)這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬導(dǎo)體位移值的精確檢測(cè)。
圖4 工作原理
蓋板隔距在線檢測(cè)裝置采用的電渦流傳感器為放大器內(nèi)置型傳感器,在不失精度和穩(wěn)定性的前提下,這種傳感器在結(jié)構(gòu)上更緊湊,安裝更便捷。經(jīng)大量的試驗(yàn)測(cè)試可知,當(dāng)輸出電壓為4~7 V時(shí),傳感器檢測(cè)距離(蓋板隔距)與輸出電壓之間成正比例關(guān)系(圖5)。
圖5 檢測(cè)距離與輸出電壓之間的關(guān)系
圖6為連接蓋板隔距在線檢測(cè)裝置后,手機(jī)APP的顯示界面。點(diǎn)擊開(kāi)始運(yùn)行后,顯示界面的右側(cè)區(qū)域可根據(jù)需要顯示測(cè)試點(diǎn)(以標(biāo)準(zhǔn)配置3個(gè)點(diǎn)SP1、SP2和SP3為例)的實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)。在初裝車及后期維護(hù)、保養(yǎng)期間,操作人員可通過(guò)手動(dòng)控制,將測(cè)量蓋板移動(dòng)到相應(yīng)的設(shè)定位置,此時(shí)計(jì)算機(jī)或手機(jī)屏幕顯示界面的圖表上可實(shí)時(shí)顯示蓋板隔距,維護(hù)人員在幾秒內(nèi)即可調(diào)整好隔距值,遠(yuǎn)比現(xiàn)有的隔距片設(shè)定方式省時(shí)省力,且設(shè)定精準(zhǔn)??紤]到傳感器的初裝問(wèn)題,該裝置配備初始隔距清零功能。顯示界面除實(shí)時(shí)顯示蓋板隔距值外,還可顯示去零后的蓋板隔距變化值(SP1_0、SP2_0、SP3_0)。
圖6 顯示界面
該蓋板隔距在線檢測(cè)裝置可測(cè)量和存儲(chǔ)整個(gè)蓋板區(qū)的隔距數(shù)值,這些數(shù)值被無(wú)線傳輸至計(jì)算機(jī)后,經(jīng)計(jì)算分析,以波動(dòng)曲線的形式顯示(圖6左側(cè)的顯示區(qū)域),供維護(hù)人員察看。標(biāo)準(zhǔn)值則可根據(jù)工藝中所紡原料及產(chǎn)量的不同而具體設(shè)定。通過(guò)曲線對(duì)比,維護(hù)人員可清晰地判定整臺(tái)車的隔距情況,避免由于活動(dòng)蓋板隔距設(shè)定不當(dāng)而造成產(chǎn)品質(zhì)量損失,并且相較于傳統(tǒng)的人為經(jīng)驗(yàn)判斷,這種方法可使蓋板隔距設(shè)定偏差減小,從而可確保每臺(tái)梳棉機(jī)的蓋板隔距都在有效的范圍內(nèi)工作,提高產(chǎn)品的平均質(zhì)量水平。
金屬材料具有熱脹冷縮的特性。因梳棉機(jī)產(chǎn)量及各部件運(yùn)行的工藝速度不同,正常工作狀態(tài)下梳棉機(jī)主梳理區(qū)的工作溫度通常為40~70℃,而梳棉機(jī)上的分梳元器件均為金屬材料,較高的溫度條件下,分梳元器件容易變形。因此,冷車條件下設(shè)定好的隔距,在熱車情況下可能會(huì)發(fā)生改變。一直以來(lái),這種溫度改變?cè)斐傻母艟嘧兓饕拷?jīng)驗(yàn)推測(cè),無(wú)法直接準(zhǔn)確測(cè)定。對(duì)于高速運(yùn)行的梳棉機(jī)而言,蓋板隔距的變動(dòng)一直是一個(gè)非常大的不確定因素。本文的蓋板隔距在線檢測(cè)裝置的外形尺寸與普通蓋板完全一致,表面包覆針布,其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可確保檢測(cè)蓋板正常參與分梳過(guò)程,并實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)隔距數(shù)值。冷、熱車狀態(tài)下蓋板隔距的變化,也可通過(guò)圖表的形式對(duì)比呈現(xiàn),從而為工程師及設(shè)備維護(hù)人員提供良好的設(shè)計(jì)依據(jù)與隔距設(shè)定參考。
隨著通信、自動(dòng)化及圖像分析等技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用,梳棉機(jī)在設(shè)計(jì)理念上有了很大的創(chuàng)新,遠(yuǎn)程控制、無(wú)線傳輸及自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)在梳棉機(jī)產(chǎn)品上都得到了廣泛的應(yīng)用。
本文介紹的梳棉機(jī)蓋板隔距在線檢測(cè)裝置,首次實(shí)現(xiàn)了在冷、熱車狀態(tài)下,對(duì)蓋板隔距的精確測(cè)量。該蓋板隔距在線檢測(cè)裝置采用無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù),使檢測(cè)與分析結(jié)果以圖表的形式便捷地呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)或手機(jī)顯示界面上,極大地提高了錫林-蓋板梳理區(qū)的分梳潛力,使梳棉機(jī)在不斷向高速、高產(chǎn)方向發(fā)展的同時(shí),生條質(zhì)量指標(biāo)也得到有效的保證。與此同時(shí),該蓋板隔距在線檢測(cè)裝置也體現(xiàn)出紡織機(jī)械向智能化、人性化發(fā)展的趨勢(shì)。