王 銳

(晉中市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所,山西 晉中 030600)

0 引言

據(jù)相關(guān)資料介紹:細(xì)紗機(jī)耗能占紡紗廠能耗的70%,而專件耗能占細(xì)紗機(jī)能耗的70%,錠子能耗又占專件能耗的70%,因此,錠子功率對紡織業(yè)能耗影響較大[1]。此外,在紡紗各工序中細(xì)紗機(jī)噪聲最大,錠子又是細(xì)紗機(jī)噪聲的主要來源,降低細(xì)紗機(jī)噪聲對紡紗業(yè)也有重要意義。

目前,我國細(xì)紗機(jī)約有1億枚錠子的存量,而紡機(jī)專件廠年產(chǎn)約240萬枚錠子,如此巨大的產(chǎn)量和保有量使其功率、噪聲、振程等質(zhì)量參數(shù)的優(yōu)劣對細(xì)紗機(jī)以及整個紡織業(yè)都有著巨大的影響[1];但國內(nèi)現(xiàn)有的檢測手段及設(shè)備只能進(jìn)行單項檢測,急需研發(fā)綜合檢測設(shè)備。

1 技術(shù)研究方案

1.1 錠子指標(biāo)要求

錠子綜合檢驗平臺檢驗的錠子性能指標(biāo)及要求詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2-7]。其中,不同錠子的振程、功率和噪聲3項指標(biāo)要求見表1～表6。

表1 軸承內(nèi)徑?12 mm環(huán)錠錠子指標(biāo)要求

表2 軸承內(nèi)徑?10 mm環(huán)錠錠子指標(biāo)要求

表3 倍捻錠子指標(biāo)要求

表4 錦綸簾子線初復(fù)捻機(jī)錠子指標(biāo)要求

表5 棉紡環(huán)錠細(xì)紗錠子指標(biāo)要求

表6 精梳毛紡環(huán)錠細(xì)紗錠子指標(biāo)要求

1.2 檢測平臺技術(shù)要求

1.2.1 測試性能

功率測試范圍為0～70 W,允許偏差為±5%;振程測量范圍為0～5 mm,允許偏差為±8μm;噪聲檢測范圍為30 dB(A)～100 dB(A),最小分度值為1.5 dB(A);錠子功率、振程測試結(jié)果能數(shù)字顯示、保存并輸出。

1.2.2 運(yùn)行性能

錠子轉(zhuǎn)速為2 kr/min～30 kr/min,且轉(zhuǎn)速可調(diào);無錠子平臺運(yùn)行噪聲不大于50 d B(A),運(yùn)行安全、平穩(wěn)、可靠。

1.2.3 結(jié) 構(gòu)

首先應(yīng)設(shè)計可使錠子按標(biāo)準(zhǔn)要求轉(zhuǎn)動的平臺,并配備相應(yīng)檢測儀器,以檢測錠子噪聲、功率和振程。該錠子檢驗平臺包含固定系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。

1.2.3.1 固定系統(tǒng)

a) 基座:要求厚重穩(wěn)固,其材料采用大理石,尺寸不小于800 mm×700 mm×600 mm,檢測時將錠子固定在平臺上,帶動錠子按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。

b) 錠子固定座:根據(jù)錠子類型配置固定裝置,方便拆卸,可升降調(diào)節(jié),與基準(zhǔn)面垂直度達(dá)6級。

c) 直線導(dǎo)軌和電機(jī)固定座:變頻電機(jī)、扭矩傳感器、皮帶輪安裝固定在同一平臺底板上,平臺底板安裝于直線導(dǎo)軌上,保證平臺底板通過張緊輪和重錘的作用進(jìn)行滑動和張緊。

d) 測量儀器固定架:與臺面穩(wěn)固結(jié)合,剛度好,高度根據(jù)檢測儀器大小及錠子高度制造并可調(diào)。

1.2.3.2 傳動系統(tǒng)

圖1為檢測平臺的傳動系統(tǒng)示意:采用變頻電機(jī)控制速度,精確可調(diào)、噪聲小;為避免電機(jī)啟動時傳感器產(chǎn)生超范圍扭矩,在電機(jī)輸出軸和扭矩傳感器輸入軸端采用5∶1皮帶輪,使兩者通過齒形帶傳動,而扭矩傳感器與錠子則通過錠帶傳動。

圖1 錠子檢測平臺的傳動系統(tǒng)示意

1.2.3.3 電氣系統(tǒng)

圖2為檢測平臺的電氣系統(tǒng)流程。其可編程控制器采用晶體管數(shù)字量輸出,支持20 k脈沖輸入輸出;采用轉(zhuǎn)速誤差不大于0.3%的知名品牌變頻器,功率可根據(jù)實際使用情況選用[8];模擬量采集模塊精度不低于1 m V,分辨率不低于0.5 m V,速率高、可靠性高且有以太網(wǎng)口,可準(zhǔn)確采集扭矩、速度和位移數(shù)據(jù);不小于10英寸、不低于65536色的TFTLCD顯示屏;電氣柜保證整個系統(tǒng)的電氣控制,安全可靠,體積適中、布線合理;打印機(jī)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。

圖2 錠子檢測平臺的電氣系統(tǒng)流程

1.2.3.4 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)的速度傳感器可準(zhǔn)確采集電機(jī)轉(zhuǎn)速,誤差不大于0.05%;扭矩傳感器的精度不小于0.05%,量程為0.5 N·m;位移傳感器精度不小于0.1%,量程為8 mm,分辨率為0.5μm;聲級計準(zhǔn)確度為±1.5 dB(A),測量范圍為30 dB(A)～130 dB(A)。

2 檢測技術(shù)方案

2.1 噪聲檢測

用精密級聲級計檢測錠子轉(zhuǎn)動噪聲[9],檢測過程分為環(huán)境本底噪聲測試和負(fù)載噪聲測試。標(biāo)準(zhǔn)要求本底噪聲和被測物噪聲差值小于10 d B(A),因此結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮傳動系統(tǒng)的消音問題。

2.2 功率檢測

配置扭矩和速度傳感器,測出扭矩和速度2個參數(shù),按公式(1)計算出錠子旋轉(zhuǎn)時的機(jī)械功率。

式中:

M n——扭矩/(N·m);

P——功率/k W;

n——轉(zhuǎn)速/(r·min-1)。

通過扭矩傳感器將模擬量電壓信號(0～10 V)轉(zhuǎn)換為扭矩數(shù)值,通過測速齒輪及速度傳感器接收脈沖反饋形成閉環(huán),提高其速度測試精度,即速度信號通過給定脈沖頻率的變化,結(jié)合自身內(nèi)部的計算實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速。因此,轉(zhuǎn)速與扭矩的測試準(zhǔn)確度直接影響功率的最終測試結(jié)果。而設(shè)定的轉(zhuǎn)速需經(jīng)修正后參與運(yùn)算才更準(zhǔn)確,因此需經(jīng)過多次測量,利用外部設(shè)備測速儀對輸出端進(jìn)行測試,確定修正值[10-11]。

由于直接輸入傳動比和錠軸轉(zhuǎn)速偏差不方便,為了適應(yīng)多規(guī)格的錠子功率檢測,筆者進(jìn)行多次的測試和反復(fù)驗證,發(fā)現(xiàn)錠軸轉(zhuǎn)速偏差與電機(jī)轉(zhuǎn)速成線性比,所以將傳動比改為零件的直徑,錠軸轉(zhuǎn)速偏差改為轉(zhuǎn)速輸出系數(shù)更便于操作。經(jīng)過最終測試,可滿足檢驗要求。

2.3 振程測量

配置位移傳感器檢測錠子旋轉(zhuǎn)時的振程。位移傳感器將模擬量電壓信號(0～10 V)轉(zhuǎn)換為振動數(shù)值,通過對選定的已知振程的錠子進(jìn)行測量驗證,該平臺所測數(shù)值均在可接收范圍內(nèi)。

3 平臺解決的關(guān)鍵問題和技術(shù)創(chuàng)新點

3.1 此次設(shè)計的綜合檢驗平臺,解決了錠子噪聲、功耗、振程3項難以同時檢測的問題,且檢測更精準(zhǔn)、便捷、經(jīng)濟(jì)。

3.2 采用先進(jìn)的電子技術(shù),實現(xiàn)錠子單錠功率的精確測量。以往的測量手段需分別測量出錠子的轉(zhuǎn)速和扭矩值,之后利用公式計算出錠子消耗的功率。然而因單個錠子本身消耗的功率很小,一般不超過10 W,其測試轉(zhuǎn)速一般約為20 kr/min,所以其本身的扭矩非常小,一般不超過0.005 N·m,目前市場上尚無如此高精度的扭矩測試儀,所以測量扭矩值一直是個難題。雖然可以通過提高傳動比,使傳感器得到較大的扭矩,但考慮錠帶輪的包角,傳動輪的直徑不宜太大,因此確定傳動輪的直徑大小、選擇扭矩傳感器的測量范圍和精度成了檢驗錠子功率的關(guān)鍵。經(jīng)過精密計算、測試和綜合比較,最終將設(shè)計檢測平臺的傳動比確定為5∶1,扭矩傳感器的精度范圍控制為0.05%,量程為0.5 N·m,最終由PLC將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,并將結(jié)果直接顯示出來。

3.3 檢測平臺安裝高精度位移傳感器,利用光電技術(shù)精確測量錠子振程。

4 結(jié)語

目前,國內(nèi)尚無錠子噪聲、功耗、振程綜合檢驗的設(shè)備,而錠子綜合檢驗平臺的建設(shè),填補(bǔ)了這個空白,且能保證檢測結(jié)果精確和速度快捷。該平臺建設(shè)完成后,可直接服務(wù)于紡機(jī)和錠子制造企業(yè),以協(xié)助企業(yè)進(jìn)行錠子性能研究和改進(jìn),同時可承擔(dān)錠子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作,為制造企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)改造提供技術(shù)支撐,也為紡織企業(yè)節(jié)能降耗提供參考。該平臺不僅是錠子類產(chǎn)品檢測方面的創(chuàng)新,也為其它檢測平臺的建設(shè)提供了思路借鑒。