摘 要：在簡要介紹倍捻機工作原理的基礎上重點研討機電一體化倍捻機自動化系統設計術。系統基于PLC控制平臺與變頻器驅動的集成結構。
關鍵詞：倍捻機 伺服驅動器 PLC 變頻器 交叉角

1 引言

在紡織工程領域，紡紗與織布是兩個完全不同的工藝過程。紡紗是織布的前期工藝。加捻屬于紡紗的后期工藝。對于短纖紗，加捻使纖維之間抱合得更加緊密，使紗具有一定物理機械性質；對于長絲，加捻的工藝目的是改善織布工藝的加工性，提高紡織品抗起毛起球、抗勾絲性，強捻使織物風格獨特。加捻是使紗條的兩個截面產生相對回轉，這時紗條中原來平行于紗軸的纖維傾斜成螺旋線。紗線加捻的多少以及紗線在織物中的捻向與捻度的配合，對產品的外觀和性能都有較大的影響。加捻性質的指標有：表示加捻程度的捻度、捻系數及表示加捻方向的捻向。紗線的捻向對織物的外觀和手感影響很大，利用經緯紗的捻向與織物組織相配合，可織出外觀、手感等風格各異的織物。

顧名思義，倍捻機作為一種加捻設備，實現一轉兩捻，效率比傳統捻線機成倍提高，卷裝容量增大，加捻質量大幅度提高。倍捻機主要具有以下特點：高品質錠子在高速運轉下的持久穩定性；二級傳動機構，使受力更合理，加捻范圍更廣；油浴式齒輪箱，特殊的導紗曲線，使卷繞成形良好；卷繞張力可以在超喂羅拉上任意調節，因此也適用于染色用松馳柔軟的卷繞，倍捻機結構如圖1所示。

圖1 倍捻機結構
2 機電一體化倍捻原理設計

自動化倍捻機是高性能的機電一體化設備，適用于棉、毛、滌等纖維的純紡、混紡紗線的加捻。與傳統環錠捻線機相比，自動化倍捻機可直接做成標準筒子（錐形或圓柱形）或松邊筒子用于染色，其紗線質量優于傳統捻線機，有利于劍桿織機和針織機性能的完全發揮。

在國內設計出以臺達EH系列可編過程控制器為主控制單元，控制全機錠子速度（臺達變頻器控制），卷繞電機速度（臺達變頻器控制），橫動移紗電機速度（臺達B系列伺服驅動器），用臺達人機界面設置和顯示工藝參數的控制方案。取消移紗成形凸輪機構。對主軸轉速信號采用高速計速，對卷繞輥進行測速；通過在人機界面上設置工藝參數如：錠子速度、捻度、交叉角α等，對運轉過程中出現的故障信息均在人面界面上用顯示出來，為排除故障提供方便。基于臺達機電技術的倍捻機自動化系統體系結構參見圖2。

圖2 倍捻機自動化系統體系結構
倍捻機倍捻部分的組成由滾筒、超喂羅拉、錠子、龍帶、及剎車踏板等組成，倍捻錠子加捻原理，從喂入筒子上退繞的紗，經過張力器，錠子內孔和加捻盤的外表面到達導紗桿。紗在張力夾與錠子出紗口之間得到第一個捻回，在導紗桿之間又得到第二個捻回；從而，錠子一轉得到了二個捻回。紗絲加捻角扭轉一圈為一個捻回。紗線單位長度內的捻回數稱捻度。我國棉型紗線采用特數制捻度，即用10 cm紗線長度內的捻回數表示；精梳毛紗和化纖長絲則采用公制支數制捻度，即以每米內的捻回數表示：

2.1 倍捻機工藝計算及電控部分運轉分析

（1）轉速及捻度的設定。轉速及捻度是根據生產工藝而預先確定的。

（2）設定捻度。電氣窗口顯示為設定捻度（即計算捻度）其計算為：

設定捻度數是按平行卷繞計算的，在進行交叉卷繞時，紗線所獲得的捻度須時行修正。

通過公式可以知道紗速和轉子轉速的跟蹤關系，即轉子的轉速/2即為紗速，通過齒輪的比數和變速箱的系數計算出出紗電機的所需轉數，經過PLC的計算后，將出紗的速度所需的要變頻器的頻率值用通訊的方式傳給電機的拖動變頻器。

（3）交叉角的選擇。本機可供選擇的交叉解范圍 ,具體參數一般可根據實際應用工藝而確定。交叉角的大小一經選定了往復次數多少，對于普通紡織用紗選擇交叉角不成問題，但低捻紗需高速卷取時就要合理的選擇交叉角和錠速，以使在往復次數在機器許可范圍之內。交叉角控制原理結構參見圖3。交叉角與往復次數的計算機關系：

其中：θ為交叉角； L為往復動程；V為卷繞速度。

在選擇交叉角時，一事實上要進行往復次數的驗證控制往復次數<60次/分，參見圖3。

圖3 交叉角控制原理結構
筒子的成形及防硬邊,倍捻機成紗的筒子形式有三種：平行筒、錐形筒及染色筒。平行筒，導紗動程不變，沒有防硬邊，不能直接染色。錐形筒，導紗動程不變，沒有防硬邊，不能直接染色。染色筒，導紗動程周期性變化，防止筒子出現硬邊，可直接染色。平行筒子錐形筒轉換需要更換筒子架的筒盤并相應調整筒子架的傾斜角。直邊筒與染色筒可在電氣面板的功能按鈕進行轉換。

由PLC控制橫動伺服電機來控制紗筒的成形，伺服電機的速度是紗速和導紗角共同控制的，由導紗角公式可以計算出伺服的橫動的頻率。

（4）超喂率計算。超喂羅拉的表面出紗速度比磨擦滾面線速度高，使倍捻機獲得可供直接染色的松軟筒子。

超喂率=超喂羅拉表面出紗速度/磨擦滾筒表面線速度（卷繞速度）×

其中：G為超喂量變換輪。



其中：V-卷繞速度（米/分）；t-工作時間（小時）；Nm-股線支數（Nm=1.715Ne,Ne:英制支數）；N-每臺錠數；η-效率。

2.2 回饋及計算

倍捻機的回饋控制，為了確保捻度的均勻高質，所以用閉環控制倍捻機各種電機拖動的轉速。一是通過轉子處的轉速脈沖數，二是檢測紗速的脈沖數回饋給PLC，PLC對檢測到的高速脈沖進行計數采集，在PLC中采用浮點計算的方式，對轉子轉速和紗速進行實時的監控，再對將監控的數值進行計算用通訊的方式傳給下位機變頻器，通過監控值和實際轉速修正變頻器的頻率來調整轉速，紗速的控制也是通過閉回路的控制達到：