综丝自动分离系统设计

颜 鹏，周正元

(常州信息职业技术学院 机电工程学院，江苏 常州 213164)

穿经是织造的重要工序，穿经过程是指将纱线穿过综丝和钢筘。目前国内纺织企业穿经自动化程度很低，大部分中小企业均采用工人手动穿经方式[1-2]，该方式劳动强度大、生产率低，已不能适应现代纺织企业织轴高频率更换的需求。纱线穿过综丝之前，需要将成列放置的综丝进行分离、定位，自动化综丝分离系统是实现穿经自动化的关键装置。本文分析综丝的外形特征，设计了能将综丝从综丝序列中自动分离出来，并将纱线快速穿入综丝孔的综丝分离装置。

1 系统工作原理及结构设计

1.1 工作原理

综丝外观图如图1所示。综丝两侧开有方形孔，挂在导轨上，中间的方形孔用于穿纱。

图1 综丝

综丝自动分离系统工作原理如图2所示。综丝“4”悬挂在综丝导轨“5”上，综丝沿着导向装置“5”排成单列，压紧装置沿着综丝导轨方向压紧综丝。首先分离刀“3”进给，使队列第1根综丝“2”弯曲，然后下分离翼“1”动作，将单根综丝“2”从综丝序列中进一步分离，使被分离综丝“2”与综丝序列的间隙进一步扩大，同时将综丝下端转移到综丝挂销机构“7”上，然后上分离翼“6”动作，将综丝上部从综丝导轨“5”分离转移到综丝挂销机构“7”上，机构“7”动作，将综丝挂到传送链条“8”上，链条“8”上有销钉，综丝挂在销钉上，链轮有上下2层，在驱动轮“10”作用下转动，如果综丝成功挂到位，链条上下2层销钉与综丝会形成一个电流闭合回路，如果综丝没有挂到位，则上下2层销钉无法导通电流。综丝挂到链条上，驱动轮在电动机作用下转动，链轮“10”开始运动，将综丝转移到穿纱工位“9”，等待穿纱,穿纱完毕后，传送系统将综丝传递到排综位置“11”，等待排综。

1—下分离翼；2—待分离单根综丝；3—分离刀；4—综丝序列；5—综丝导轨；6—上分离翼；7—综丝挂销机构；8—链条传送系统；9—待穿纱综丝；10—驱动轮；11—待排综综丝。图2 综丝自动分离系统工作原理

国内大多数企业均采用人工分离综丝方式，工人使用专用工具穿过综丝、钢筘和经停片[3-4]，每天按工作8 h计算， 每天可以分8 000根综丝，采用自动化综丝分离装置后，每天可以分65 000根综丝，效率提高8倍以上。

1.2 结构设计

综丝自动分离机构见图3。整个综丝分离系统可以分成上下2部分，该部分通过花键轴“4”实现上下层链轮同步运动，上半部分包括综丝导轨“1”、上综丝挂销机构“2”、上分离翼“3”和支撑机构组成，下半部分由综丝压紧器“5”、分离刀“6”、下分离翼“7”等部件组成。

1—导轨；2—上综丝挂销机构；3—上分离翼；4—花键轴；5—综丝压紧机构； 6—分离刀；7—下分离翼。图3 综丝自动分离机构

分离刀与下分离翼见图4。分离刀1初步分离综丝序列的第1根综丝，分离刀“1”由气缸驱动，分离刀齿碰到综丝队列中第1根综丝，该综丝会侧向弯曲，与后续综丝之间形成缝隙，然后下分离翼“2”进入缝隙。分离刀头设计成台阶状，便于精确分离第1根综丝。下分离翼“2”在旋转气缸驱动下摆动，将分离刀“1”分出的第1根综丝进一步分开，并将综丝下部推入到综丝挂销转移机构上。

1—分离刀；2—下分离翼。图4 分离刀与下分离翼

1—分离翼驱动气缸；2—传送链条；3—上分离翼。图5 上分离翼机构图

上分离翼负责沿着分离刀和下分离翼分离综丝所形成的综丝间空隙，将综丝上半部分与后续综丝分离开，并将综丝转移到上综丝挂销转移机构上。上分离翼机构图见图5。上分离翼“3”设计成头部细，根部粗的形状，便于插入综丝空隙。为了加分离综丝和排综速度，共设计了2路并行综丝分离机构， 分离刀、上下分离翼各有两套系统。上分离翼“3”的2只分离翼，共同由气缸“1”通过连杆机构驱动。

为保证上层2路综丝挂销机构动作和下层2路综丝挂销机构动作的一致性，上层2路综丝挂销机构由同一台气缸驱动，下层2路综丝挂销机构也由一台气缸驱动，2台气缸由1个电磁阀控制，气缸带动齿条往复运动，齿条推动综丝挂销器将综丝挂在链条上，综丝挂销器见图6，综丝挂销器上部是齿轮，齿轮带动下部凸轮部分运动，推动综丝挂到链条销轴上。链条销轴见图7，该链条销轴组件由轴、挂综销钉“1”、弹簧“2”，支撑部件组成，挂综销钉“1”有一定倾斜度，防止综丝滑落，弹簧“2”用于保持销轴对综丝的拉紧力。

图6 综丝挂销器

注：1—挂综销钉；2—弹簧。图7 链条销轴

2 自动分综控制系统设计

2.1 控制系统硬件选型及运行机制

自动分综系统要求速度快，至少以140根/min速度分综丝，平均无故障间隔时间要达到800 h，可靠性要求高。采用单片机或者嵌入式系统开发控制系统具有成本低的优点，但是开发周期长，系统内构成复杂，稳定性、可靠性较差[5-6]；工业PC系统具有数据处理能力强，人机交互友好等优点，但是在工业现场抗干扰能力方面仍不如PLC[7-8]。经过综合考虑，穿经机采用的大中型PLC Q03UDE控制元件作为控制器(三菱电动机自动化有限公司)[9-10]。自动分综系统以Q03UDE为核心控制元件，选用输入模块QX42作为各种传感器及其他开关的输入装置，采用输出模块QY42P控制分离刀等装置，用QD75D4伺服定位模块作为链条驱动电动机的控制装置，QD75D4可以同时输出4路差分信号，控制4套伺服系统。相对于集电极开路信号，差分信号抗干扰能力强、传输距离更远。QD75D4模块可以使GX-WORKS2 设置参数，包括定位数据，启动数据等，控制系统硬件配置见表1。为了判断综丝是否分离成功并准确挂在销轴上，上下销轴之间通24 V直流电压，如果综丝准确挂在销轴上，上下销轴之间会导通电流， 如果没有准确挂在销轴上，则上下销轴之间电流无法导通，自动分综系统控制电路图见图8。

表1 控制系统硬件配置

图8 自动分综系统控制电路图

2.2 软件设计

软件基于GX WORKS2开发，首先进行IO地址分配，定位模块QD75D4模块占有32点， IO地址分配如表2所示。

表2 IO地址分配

QD75D4与Q03UDE系列PLC可以采用“智能功能软元件”法进行通讯。智能功能软元件应用如图9所示。为了加快系统的分综速度，软件设计时，需要综丝挂销分离动作和分离刀进给动作同时进行。分综系统软件流程如图10所示。

图9 智能功能软元件

图10 分综控制系统流程

3 结束语

本文系统能够进行综丝分离、综丝定位、综丝挂传送链条动作并进行挂综检测。主要完成：综丝分离机构设计、分综机构关键零部件结构设计、综丝控制系统硬件选型及软件设计。该系统稳定、高速、高效，已经成功应用于企业，分综速度可达140根/min，是人工分综效率的8倍以上。