張秋杰，覃秀鳳，莫建恒，申會(huì)明

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530026；2.廣西劍麻集團(tuán)山圩劍麻制品有限公司，廣西 南寧 530026）

中國(guó)麻紡織歷史悠久，麻繩是古人最早使用的麻紡織品之一。麻紡織用的原材料中麻類纖維資源豐富，具有纖維長(zhǎng)、強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小、吸濕與放濕快等特點(diǎn)。傳統(tǒng)制作工藝過(guò)程將葉纖維或硬質(zhì)植物纖維分扯、緝理、績(jī)成紗線，再搓成繩索[1-3]。麻繩可供航海、水產(chǎn)、工業(yè)、林業(yè)、國(guó)防等部門作栓系、傳動(dòng)、捆扎、拖曳之用，在紡織工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和用途，麻繩需要將數(shù)根或數(shù)十根紗經(jīng)制股機(jī)（股線搓繩機(jī)）合股加拈，工序中通常會(huì)用到繞線裝置[4-6]。現(xiàn)有的繞線裝置十分小眾，多使用光桿排線器，其特點(diǎn)是不改變光桿的方向即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向與無(wú)級(jí)調(diào)速[7-9]，但精確直線進(jìn)給量很難保證，無(wú)法應(yīng)用于載荷大、精度要求高的場(chǎng)合，且結(jié)構(gòu)損壞維護(hù)成本高，市場(chǎng)上鮮有自動(dòng)化程度高的一體化繞線設(shè)備[10-11]?，F(xiàn)有的麻繩繞線裝置大多結(jié)構(gòu)單一[12]，僅能對(duì)麻繩進(jìn)行繞線收納，無(wú)法對(duì)麻繩直徑進(jìn)行測(cè)量，在繞線過(guò)程中需要額外的設(shè)備進(jìn)行直徑測(cè)量，使用時(shí)十分不便。基于此，課題組研究設(shè)計(jì)了一套由PLC 控制的精密測(cè)量與排線一體的自動(dòng)化排線裝置。

1 裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述目的，課題組設(shè)計(jì)了一種便于測(cè)量繞線的一體化裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示，截面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括：箱體、輸送測(cè)量機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、繞線機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

輸送測(cè)量機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)線輥、支撐輥和測(cè)距傳感器，儲(chǔ)線輥與箱體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，設(shè)置在箱體內(nèi)部一側(cè)；支撐輥設(shè)置在箱體中間；測(cè)距傳感器設(shè)置在支撐輥上方。定位機(jī)構(gòu)包括螺桿、移動(dòng)塊和導(dǎo)線桿，螺桿設(shè)置在箱體內(nèi)部，與支撐輥相互平行；移動(dòng)塊設(shè)置在螺桿上；在移動(dòng)塊頂端設(shè)有兩個(gè)相互平行的導(dǎo)線桿。繞線機(jī)構(gòu)包括固定輪、移動(dòng)輪和收線桿，固定輪設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)固定輪對(duì)稱設(shè)置在箱體內(nèi)部另一側(cè)；移動(dòng)輪設(shè)置在收線桿上，移動(dòng)輪可以方便調(diào)節(jié)，便于根據(jù)麻繩直徑對(duì)收線桿寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)；移動(dòng)輪中間設(shè)有與收線桿結(jié)構(gòu)相互對(duì)應(yīng)的通孔，移動(dòng)輪與收線桿滑動(dòng)連接，收線桿設(shè)置在固定輪內(nèi)側(cè)，收線桿兩端分別與固定輪固定連接。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、驅(qū)動(dòng)齒輪和氣缸，電機(jī)設(shè)置在固定輪底端；驅(qū)動(dòng)齒輪設(shè)置在電機(jī)輸出軸上，固定輪側(cè)面設(shè)有與驅(qū)動(dòng)齒輪相互嚙合的齒槽；氣缸與電機(jī)相鄰設(shè)置，電機(jī)輸出軸與移動(dòng)輪固定連接。聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括聯(lián)動(dòng)齒輪和聯(lián)動(dòng)軸，若干個(gè)聯(lián)動(dòng)齒輪為錐形齒輪且相互嚙合，分別設(shè)置在螺桿和固定輪末端；聯(lián)動(dòng)軸設(shè)置在聯(lián)動(dòng)齒輪之間，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以在使用時(shí)使收線桿與作為定位結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線桿保持同步運(yùn)行，使收線過(guò)程中導(dǎo)線桿與收線進(jìn)度保持一致。

2 裝置工作過(guò)程

裝置工作過(guò)程就是將搓繩機(jī)合股的麻繩精密、均勻地排布到收線桿上[13]。如圖3 所示，開始將儲(chǔ)線輥儲(chǔ)存的麻繩依次穿過(guò)支撐輥和導(dǎo)線桿，最終纏繞至收線桿，測(cè)距傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)麻繩與測(cè)距傳感器之間的距離從而獲取麻繩直徑數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過(guò)氣缸控制移動(dòng)輪位置，使麻繩保持最佳纏繞效果。導(dǎo)線桿可以調(diào)節(jié)麻繩位置，PLC 控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)固定輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，收線桿隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并將麻繩進(jìn)行收納。在使用過(guò)程中，固定輪通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使螺桿保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線桿控制麻繩在纏繞過(guò)程中的位置，使麻繩與纏繞進(jìn)度保持一致。限位桿和螺桿共同作用使移動(dòng)塊移動(dòng)，移動(dòng)步距為測(cè)量得到的麻繩直徑，保證收線桿可以緊密收線。

圖3 截面結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)量繞線一體化裝置的控制系統(tǒng)，如圖4 所示?？刂茊卧梢粔K觸摸屏、PLC 和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成；測(cè)量單元由測(cè)距傳感器連接PLC 構(gòu)成；繞線單元由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同步帶動(dòng)排線機(jī)構(gòu)和收線輪。觸摸屏界面包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口、補(bǔ)償窗口、數(shù)據(jù)導(dǎo)出窗口、報(bào)警窗口和排繩窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口可以實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示及記錄麻繩直徑測(cè)量數(shù)值；補(bǔ)償窗口可以進(jìn)行原點(diǎn)補(bǔ)償和彈簧誤差補(bǔ)償，用以修正麻繩測(cè)量數(shù)值。其中，原點(diǎn)補(bǔ)償修正的是兩個(gè)原點(diǎn)滾筒的機(jī)械誤差，彈簧誤差補(bǔ)償修正的是由于彈簧壓力導(dǎo)致麻繩發(fā)生的形變誤差。數(shù)據(jù)導(dǎo)出窗口用以導(dǎo)出檢測(cè)數(shù)據(jù)文件；報(bào)警窗口顯示數(shù)據(jù)超差或者排繩機(jī)構(gòu)過(guò)載等報(bào)警信息；排繩窗口設(shè)置排繩速度、直徑，有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式可以選擇，手動(dòng)模式下由正向點(diǎn)動(dòng)、負(fù)向點(diǎn)動(dòng)和回零按鈕控制排繩導(dǎo)向桿移動(dòng)，自動(dòng)模式下分別通過(guò)啟動(dòng)按鈕和復(fù)位按鈕控制。為確保設(shè)備安全，有急停按鈕用以保護(hù)人員安全[14]，窗口還會(huì)實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)移動(dòng)的位置和速度。該控制系統(tǒng)主要的電氣硬件配置如表1 所示。

表1 電氣硬件配置表

圖4 測(cè)量繞線一體化裝置的控制系統(tǒng)

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

公司生產(chǎn)麻繩的常規(guī)直徑為0.5 mm~6.5 mm，采用圓筒形、錐形紙筒繞線。系統(tǒng)繞線程序設(shè)計(jì)流程如圖5 所示，觸摸屏開機(jī)初始化并讀取PLC 中的設(shè)置值，包括測(cè)量單元麻繩測(cè)量上、下限值和補(bǔ)償值，繞線單元導(dǎo)向桿絲桿運(yùn)動(dòng)速度和步距值。點(diǎn)動(dòng)模式可以對(duì)測(cè)量單元及繞線單元進(jìn)行參數(shù)值修改，該模式下的繞線機(jī)構(gòu)導(dǎo)線桿移動(dòng)步距按照設(shè)定值進(jìn)行設(shè)置，碰到限位桿處的限位開關(guān)時(shí)換向運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)模式下繞線機(jī)構(gòu)導(dǎo)線桿將讀取到的麻繩直徑測(cè)量值作為移動(dòng)步距，自動(dòng)回零后建立坐標(biāo)系，并根據(jù)量程設(shè)定值進(jìn)行換向運(yùn)動(dòng)。

圖5 系統(tǒng)繞線程序設(shè)計(jì)流程

5 結(jié)語(yǔ)

該裝置屬于麻繩測(cè)量繞線設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)測(cè)量單元可以在對(duì)麻繩進(jìn)行輸送纏繞的同時(shí)對(duì)麻繩的直徑進(jìn)行便捷測(cè)量，提高了工作效率。通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置的步距及速度可以使繞線機(jī)構(gòu)與定位機(jī)構(gòu)保持同步運(yùn)行，使放線端與收線端保持同步。該一體化裝置已經(jīng)在公司生產(chǎn)車間投入使用，具有一定的應(yīng)用參考價(jià)值。