呂鵬飛,李新榮,劉立冬

(天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院;天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室:天津 300387)

0 引言

傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)品種廣、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),在眾多的紡紗生產(chǎn)技術(shù)中占據(jù)著主導(dǎo)地位[1];但是,環(huán)錠紡單錠位產(chǎn)能效率低,使其發(fā)展進(jìn)程落后于轉(zhuǎn)杯紡、噴氣紡和渦流紡等新型紡紗技術(shù)。細(xì)紗斷頭率是細(xì)紗生產(chǎn)的主要技術(shù)指標(biāo)之一,高斷頭率則是限制環(huán)錠紡產(chǎn)能的主要原因,也是影響紡織廠勞動生產(chǎn)率的重要因素[2]。細(xì)紗斷頭多,不僅會增加工人巡檢的勞動強(qiáng)度,而且導(dǎo)致成紗質(zhì)量下降、產(chǎn)量減少[3]。此外,細(xì)紗斷頭影響紡紗生產(chǎn)過程的用工、原料損耗、紗線品質(zhì)和能耗等其它與管理和成本相關(guān)的項(xiàng)目[4]。

缺少紡紗監(jiān)測系統(tǒng)的紡織廠在處理關(guān)鍵生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù)時,依賴于低效率、高成本且復(fù)雜的方法,效果難以保證;而應(yīng)用紡紗斷頭監(jiān)測技術(shù),能夠及時監(jiān)測紗條的斷頭、準(zhǔn)確了解斷頭的分布、具體分析斷頭的原因、方便指導(dǎo)排除故障并制定更完善的維護(hù)計劃,以優(yōu)化環(huán)錠細(xì)紗機(jī)值車,使錠子運(yùn)轉(zhuǎn)高速平穩(wěn)從而降低能耗,提高環(huán)錠紡產(chǎn)能和品質(zhì)[5]。環(huán)錠紡斷頭監(jiān)測技術(shù)可使環(huán)錠細(xì)紗機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化、信息化和智能化管理,實(shí)現(xiàn)對原料的批次追蹤,提高成本核算的精確程度,有效拓展紡紗企業(yè)資源管理應(yīng)用的深度和廣度[6]。

1 紡紗斷頭監(jiān)測技術(shù)方案現(xiàn)狀

國內(nèi)外的棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)制造商、紗線測試儀器制造商和科研設(shè)計人員,已經(jīng)提出或運(yùn)用了某些環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗斷頭監(jiān)測技術(shù)方案,其方案類型包括紗線運(yùn)動光線反射、導(dǎo)紗鉤紗線光路遮斷、鋼絲圈運(yùn)動光電掃描、鋼絲圈氣壓式監(jiān)測、鋼絲圈聲音式監(jiān)測等。

1.1 按作用錠位分類

從結(jié)構(gòu)型式上,主要可以分為單錠式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu)和巡回式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu)兩種。

1.1.1 單錠式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu)

單錠式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu)是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的每個錠子處安裝監(jiān)測傳感器,監(jiān)測相應(yīng)的運(yùn)動件如鋼絲圈、紗條或?qū)Ъ嗐^等,從而判斷與其相關(guān)聯(lián)的紗線是否發(fā)生斷頭。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)時在線監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生細(xì)紗斷頭的異常錠位,還可以監(jiān)控各鋼絲圈的轉(zhuǎn)速,統(tǒng)計環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的生產(chǎn)效率和值車時間,并及時將信息送入相應(yīng)的計算機(jī)數(shù)據(jù)庫里。雖然其檢測精確度較高,但存在使用的傳感器數(shù)量較多,線路設(shè)計復(fù)雜,造價昂貴,系統(tǒng)維護(hù)困難等缺陷。

1.1.2 巡回式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu)

巡回式監(jiān)測傳感結(jié)構(gòu),是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)兩側(cè)安裝一個軌道,監(jiān)測頭在軌道內(nèi)完成循環(huán)往復(fù)運(yùn)動的同時監(jiān)測斷頭等相關(guān)信息。該監(jiān)測結(jié)構(gòu)通過大量減少傳感器數(shù)量以節(jié)約成本,而其數(shù)據(jù)時效性低于單錠式,且會存在漏檢或滯后的問題,不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測;若安裝附加的傳動裝置,在其循環(huán)往復(fù)運(yùn)動時則要拖動電纜,不方便且功能單一,很難得到滿意的效果。

1.2 按作用原理分類

按作用原理,監(jiān)測方案可分為光電式、磁電式、摩擦熱敏式、導(dǎo)紗鉤氣動式、鋼絲圈氣壓式、鋼絲圈聲音式和機(jī)器視覺式7大類。

1.2.1 光電式監(jiān)測方案

光電式監(jiān)測方案的監(jiān)測頭采用光電傳感器,光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件組成。光電傳感器的工作原理是把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化,將難于測量的非電量信號轉(zhuǎn)換成便于測量的電量信號,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作過程的控制[7]。

1.2.1.1 鋼絲圈運(yùn)動光電掃描

對應(yīng)每個鋼領(lǐng),在鋼領(lǐng)板上安裝相應(yīng)的光電傳感器,用于檢測鋼絲圈回轉(zhuǎn)信號的方案,一般分為光電反射式和光電對射式。

光電反射式:發(fā)光管的發(fā)射中心軸線與光電接收器件的接收中心軸線相交,兩者交點(diǎn)位于鋼領(lǐng)軌道的外圓周面上,且光電接收器的輸出端通過處理電路連接至計算機(jī)等處理系統(tǒng)中。監(jiān)測鋼絲圈運(yùn)動用光電反射式結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 監(jiān)測鋼絲圈運(yùn)動用光電反射式方案

光電對射式:發(fā)光管的發(fā)射中心軸線與光電接收器件的接收中心軸線重合,或兩者軸線的夾角偏差不大于±5°,發(fā)光管的發(fā)射中心軸線與光電接收器的接收中心軸與鋼領(lǐng)跑道的外周面相切或與鋼領(lǐng)跑道的頂面重合,使光電接收器的輸出端與處理電路連接。監(jiān)測鋼絲圈運(yùn)動用光電對射式方案結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)測鋼絲圈運(yùn)動用光電對射式方案

發(fā)光管不停的發(fā)出探測光,隨著鋼絲圈在鋼領(lǐng)上的回轉(zhuǎn),光源照射到鋼領(lǐng)上的光線會產(chǎn)生與鋼絲圈回轉(zhuǎn)一致的明暗變化,傳感器則輸出相應(yīng)的電流脈沖信號,從而間接判斷紗線是否斷頭;其處理電路輸出端與計算機(jī)等處理系統(tǒng)連接,系統(tǒng)接收到信號并發(fā)出警示信息,擋車工根據(jù)警示信號進(jìn)行處理,同時將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)用這種原理的方法較多,如光電對射式環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紗線斷頭檢測機(jī)構(gòu)[8],里特機(jī)械公司的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)傳感器系統(tǒng)[9]和立達(dá)公司單錠監(jiān)測系統(tǒng)(ISM)[10]。

1.2.1.2 導(dǎo)紗鉤紗線光路遮斷

太平洋機(jī)電(集團(tuán))有限公司提出了一種在導(dǎo)紗鉤處監(jiān)測斷頭的技術(shù)方案[11]:導(dǎo)紗鉤固定在導(dǎo)紗板上,在導(dǎo)紗板上設(shè)置一個有光電傳感器的凹形缺口,傳感器安裝在凹形缺口兩側(cè),當(dāng)細(xì)紗斷頭時,吸棉管吸取斷頭后的紗條,使導(dǎo)紗鉤內(nèi)無紗條通過,光電傳感元件未檢測到紗條信號,便會發(fā)出斷紗信號,斷紗信號通過處理電路傳遞到計算機(jī)處理系統(tǒng)。

比利時巴可公司的Spin Master Monitoring System監(jiān)測系統(tǒng),具有3項(xiàng)基本的監(jiān)測信息:紡紗斷頭、氣圈轉(zhuǎn)速和紗條直徑[5]。其設(shè)置在導(dǎo)紗鉤下方的監(jiān)測頭由光電轉(zhuǎn)換組件組成,監(jiān)測頭的數(shù)據(jù)信息被傳輸?shù)絺鞲衅骺刂破?。此斷頭監(jiān)測管理軟件包含斷頭信息、錠速及其優(yōu)化、粗紗停喂等;同時,該系統(tǒng)具有紗條直徑在線監(jiān)測功能,可對環(huán)錠細(xì)紗機(jī)各錠位的紗條直徑、紗條不勻率、紗疵等在線監(jiān)測和分析處理,是真正意義的環(huán)錠紡斷頭監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2.1.3 吸棉管紗條光電掃描

將光電傳感器安裝在經(jīng)過改造的吸棉管內(nèi)部,當(dāng)細(xì)紗發(fā)生斷頭后,在吸棉風(fēng)機(jī)作用下的細(xì)紗斷頭被吸棉管口的吸風(fēng)氣流吸入吸棉管小孔內(nèi),紗線對光電傳感器發(fā)出的光信號形成遮擋,當(dāng)光電傳感器檢測到纖維流時,即識別為是細(xì)紗發(fā)生斷頭、發(fā)出細(xì)紗斷頭的指示信號[12]。

吸棉管改造如圖3所示。將吸棉管分為A、B、C三處,C處安裝光電傳感器,光電傳感器能夠檢測到纖維流,完成細(xì)紗斷頭的自動檢測。

圖3 吸棉管改造示意

1.2.1.4 紗線運(yùn)動光線反射

紗線運(yùn)動光線反射檢測,是通過判別發(fā)射光照射到紗線表面后有或無紗線的反射光強(qiáng)度的差異,從而監(jiān)測是否斷紗。導(dǎo)紗鉤位于紗管正上方,反射式光電傳感器放置于導(dǎo)紗鉤和紗管之間,緊貼導(dǎo)紗鉤的下方,正對紗線的轉(zhuǎn)動軌跡,如圖4所示。該結(jié)構(gòu)可以通過檢測環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗過程中紗錠轉(zhuǎn)速,探測紗線運(yùn)動狀態(tài),從而探測斷紗和滑錠兩種問題;用于紗線檢測的反射式光電結(jié)構(gòu)及方法[13]、紅外光反射式紗線斷紗監(jiān)控專用導(dǎo)紗裝置[14]等發(fā)明專利就是運(yùn)用相關(guān)原理。這種方法還可用在纏繞紗線的紗管以及導(dǎo)紗鉤之間的氣圈位置上。

圖4 導(dǎo)紗鉤紗線運(yùn)動光線反射示意

巡回式傳感器監(jiān)測頭沿著導(dǎo)軌在紡紗工位巡回監(jiān)測,該傳感器具有一個特殊的、用于測定紗線橫截面或紗線直徑的測量元件,轉(zhuǎn)動的氣圈被照亮并引起穿透紗線的光線變化,當(dāng)巡回式傳感器監(jiān)測頭從各紡紗錠位旁移過時,該光線變化被近似轉(zhuǎn)換為紗條的直徑值或者紗線的橫截面值,利用測定的紗條尺寸數(shù)據(jù)計算出紗條的特性,并由此確定紗線的質(zhì)量[15]。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 氣圈紗線運(yùn)動光線反射示意

1.2.2 磁電式監(jiān)測方案

磁電式監(jiān)測方案即鋼絲圈電磁感應(yīng)監(jiān)測方案,采用電渦流式傳感器監(jiān)測頭,監(jiān)測頭主要由一個安置在傳感器殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)較簡單的扁平狀圓形線圈構(gòu)成。電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,當(dāng)電流I1發(fā)生變化時,在線圈周圍產(chǎn)生一個對應(yīng)的交變磁場?1;當(dāng)將金屬導(dǎo)體置于通有交變電流的傳感器線圈磁場?1中時,由于電渦流效應(yīng)導(dǎo)體內(nèi)隨之產(chǎn)生電渦流I2,同時也產(chǎn)生一個新磁場?2,并和?1方向相反,抵消部分原磁場,進(jìn)一步引起傳感器線圈的電感量、阻抗發(fā)生變化。其磁場變化如圖7所示。

當(dāng)鋼絲圈沿著鋼領(lǐng)軌道運(yùn)轉(zhuǎn),并切割磁傳感器探頭產(chǎn)生磁力線時,磁傳感器感應(yīng)線圈的磁通量發(fā)生改變,磁傳感器數(shù)據(jù)變化通過數(shù)據(jù)線纜傳輸給計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理,從而獲得鋼絲圈運(yùn)動信息。

圖7 磁場示意

采用鋼絲圈電磁感應(yīng)監(jiān)測的方案,如烏斯特公司的Ring Data系統(tǒng)、Ring Expert環(huán)錠專家系統(tǒng)和USTER?Sentinel系統(tǒng)(單錠式)[16-17],印度普瑞美公司Ring I或Ring eye(巡回式)監(jiān)測系統(tǒng)[18],德國青澤公司的紗線斷頭監(jiān)視器Fila Guard(單錠式)[19]和意大利品特芬尼公司高效紡紗監(jiān)控系統(tǒng)Effispin中的Sensor Fil(單錠式)[20]。

1.2.3 摩擦熱敏監(jiān)測方案

該監(jiān)測方案采用以熱敏元件為一次元件構(gòu)成的傳感器,將其安裝在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗時摩擦發(fā)熱的部位,包括紗條與導(dǎo)紗鉤內(nèi)圈接觸部位和鋼絲圈在鋼領(lǐng)回轉(zhuǎn)軌道接觸部位。環(huán)錠細(xì)紗機(jī)開始紡紗時,摩擦發(fā)熱使該部位溫度上升,正常紡紗時接觸點(diǎn)的溫度值變化緩慢,而斷頭發(fā)生之后,由于失去了運(yùn)動摩擦接觸點(diǎn)溫度會有所下降。上海二紡機(jī)股份有限公司應(yīng)用該原理發(fā)明了一種紗線斷頭監(jiān)測專利[21]。

以熱敏元件安裝位置不同,摩擦熱敏監(jiān)測方案分為3種結(jié)構(gòu)形式:

a) 傳感器安裝在鋼領(lǐng)板內(nèi)側(cè),夾持鋼領(lǐng)座的緊固件將熱敏元件夾緊固定,并使其緊貼鋼領(lǐng)的油線槽槽壁;

b) 傳感器安裝在鋼領(lǐng)板內(nèi)側(cè),傳感器外殼上固定有彈簧,其支頂熱敏元件緊貼鋼領(lǐng)外壁;

c) 熱敏元件置于導(dǎo)紗鉤內(nèi)側(cè),并與信號檢測儀通過導(dǎo)線直接連接。

1.2.4 導(dǎo)紗鉤氣動監(jiān)測方案

紹興華裕紡機(jī)有限公司公開了一種斷紗氣動處理裝置[22]發(fā)明,該裝置設(shè)置于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的導(dǎo)紗鉤處,包括導(dǎo)紗鉤、作動筒、分氣閥和氣閥開關(guān)等。

在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗時,紗條會對導(dǎo)紗鉤施加一定的壓力,氣閥關(guān)閉;在斷紗時壓力消除,導(dǎo)紗鉤在內(nèi)部彈簧的彈力下移動,氣閥開啟。利用正常紡紗和斷紗兩種壓力狀態(tài)的不同,判斷紡紗過程中是否斷紗,是該方案設(shè)計斷紗處理裝置的原理。

以彈簧的彈力和磁性裝置的磁力作為該斷紗處理裝置的雙重推動力,從而擴(kuò)大了氣閥開關(guān)在細(xì)號、中號、粗號紗不同情況下的動作適應(yīng)性,使得該斷紗處理裝置擴(kuò)大了適用范圍。

1.2.5 鋼絲圈氣壓式監(jiān)測方案

a) 反射式氣壓監(jiān)測

將氣管噴頭和氣壓傳感器安裝在每個鋼領(lǐng)的同側(cè),噴頭的中心線正對鋼領(lǐng)跑道的外圓周面,因此氣壓傳感器能夠檢測到由氣管噴頭噴出并經(jīng)鋼領(lǐng)反射的恒定氣流壓力。

b) 對射式氣壓監(jiān)測

將氣管噴頭和壓力傳感器安裝在鋼領(lǐng)兩側(cè)的相對位置,噴頭的中心線相切于鋼領(lǐng)跑道的外圓周面,或噴頭的中心線相切于鋼領(lǐng)跑道的頂面,因此氣壓傳感器能夠檢測到由氣管噴頭噴出的、正對而來的恒定氣流壓力。

錠子通過紗條帶動鋼絲圈旋轉(zhuǎn),鋼絲圈轉(zhuǎn)過氣流路徑時改變氣流方向,氣壓傳感器即可檢測到數(shù)值的變化;因此,鋼絲圈每轉(zhuǎn)過一周,檢測值會發(fā)生一次較大的變化,就能得到鋼絲圈的轉(zhuǎn)速信息;而紗線斷頭后,鋼絲圈轉(zhuǎn)速變慢直至停止,氣流壓力檢測值變化周期發(fā)生改變,氣壓傳感器將氣流壓力信號傳至處理單元后,系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理,如:反射氣壓式環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紗線斷頭檢測機(jī)構(gòu)[23],對射氣壓式環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紗線斷頭檢測機(jī)構(gòu)[24]。

1.2.6 鋼絲圈聲音式監(jiān)測方案

以鋼絲圈旋轉(zhuǎn)時與鋼領(lǐng)表面產(chǎn)生的摩擦聲為聲源,利用聲音傳感器采集摩擦聲,以聲音傳感器拾取摩擦聲的有或無,轉(zhuǎn)換成電信號的相應(yīng)變化,從而判斷細(xì)紗是否發(fā)生了斷頭。

該細(xì)紗斷頭檢測方法的特征在于利用微控制器,通過聲音傳感器采集紡紗時鋼領(lǐng)外側(cè)的聲音信號,如果檢測到的聲音信號在每個對應(yīng)于鋼絲圈接近聲音傳感器的時刻均具有相對于鋼絲圈距離聲音傳感器較遠(yuǎn)時刻的較高波峰,且該波峰出現(xiàn)的頻率比錠子轉(zhuǎn)動的頻率略低,則該錠位細(xì)紗未斷頭;否則,該錠位細(xì)紗斷頭。該聲音傳感器在垂直方向上優(yōu)選位于與鋼領(lǐng)水平或比鋼領(lǐng)略高的位置,在水平方向聲音傳感器距離鋼領(lǐng)豎直方向中心線的最小距離大于鋼絲圈及紗線氣圈運(yùn)動軌跡的最大外徑[25-27]。

1.2.7 機(jī)器視覺監(jiān)測方案

機(jī)器視覺處理是通過利用圖像采集裝置將實(shí)物采集成圖像,得到圖像采集目標(biāo)的相關(guān)形態(tài)信息,并傳輸給計算機(jī)圖像處理系統(tǒng),進(jìn)行圖像信號到數(shù)字化信號的轉(zhuǎn)換過程;計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對這些數(shù)字化的信息進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,抽取需要的目標(biāo)特征進(jìn)行判別,最后根據(jù)判別結(jié)果處理并控制設(shè)備。機(jī)器視覺監(jiān)測方案流程如圖8所示。

1.2.7.1 紗線光點(diǎn)斷頭檢測

土耳其Uludag University的Eldar Musa等提出了一種基于線激光的紗線光點(diǎn)斷頭檢測傳感器[28],是一種基于線激光的紗線斷裂傳感器。在該傳感器系統(tǒng)中,用線燈照射排列在同一平面上的紗線,用CCD攝像機(jī)檢測紗線上的光點(diǎn),并與線激光在紗線上形成的光點(diǎn)數(shù)進(jìn)行比較,如果使用的紗線數(shù)量大于光斑數(shù)量,傳感器會警告斷紗。另一種基于線激光的實(shí)時非接觸紗線斷頭檢測方法[29]也類似于相機(jī)監(jiān)測光點(diǎn)原理。雖然該方法比較有效地對紗線斷頭進(jìn)行檢測,但目前僅限于理論實(shí)驗(yàn),且監(jiān)測到的數(shù)據(jù)單一,實(shí)際紡紗生產(chǎn)中應(yīng)用難度較大。

圖8 機(jī)器視覺監(jiān)測方案流程圖

1.2.7.2 紗線拍照斷頭監(jiān)測

該監(jiān)測裝置具有特定的、提高紗線光照強(qiáng)度的光源(便于圖像采集),用工業(yè)相機(jī)拍攝環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗時的紗線圖像,并將其傳輸給工控機(jī)進(jìn)行每幀圖像的處理;計算機(jī)服務(wù)器接收處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果后進(jìn)行相應(yīng)的處理控制,還可以將結(jié)果通過指示燈、計算機(jī)屏幕、手機(jī)等終端展示出來;具有紗條斷頭數(shù)據(jù)的實(shí)時呈現(xiàn)、歷史查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能[30]。

1.2.8 電錠驅(qū)動管理監(jiān)測方案

近些年來,國內(nèi)外多家企業(yè)提出電錠驅(qū)動的方案并申請相關(guān)專利,如瑞士立達(dá)、日本豐田和德國漢寧等公司,使環(huán)錠細(xì)紗機(jī)電錠驅(qū)動技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,相關(guān)產(chǎn)品也在近幾年的展覽會上推出。圖9為某種智能化電錠驅(qū)動單元。

圖9 智能化電錠驅(qū)動單元

智能化電錠細(xì)紗機(jī)利用驅(qū)動控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)對單個錠子的獨(dú)立驅(qū)動,取代了傳統(tǒng)的帶傳動。完美的電錠驅(qū)動管理技術(shù)融合了信息技術(shù)和智能技術(shù),可自動實(shí)時監(jiān)測紗線的斷頭信息;當(dāng)紗線發(fā)生斷頭時,驅(qū)動控制系統(tǒng)檢測到信號并上傳至環(huán)錠細(xì)紗機(jī)機(jī)臺計算機(jī),發(fā)出警示信號并統(tǒng)計記錄,同時反饋控制,完成錠子停轉(zhuǎn)和粗紗停喂等相應(yīng)功能[31-32]。

2 紡紗斷頭監(jiān)測技術(shù)方案對比

光電式監(jiān)測方案采用獨(dú)立的光電感應(yīng)器,監(jiān)測前方紗線的正常與斷頭狀態(tài),對紡紗生產(chǎn)(不限號數(shù)及顏色)實(shí)現(xiàn)斷紗無損檢測;也可以調(diào)制特定波長光線,以避開自然光線干擾;光電傳感方式多樣,能夠適應(yīng)多種紡紗類型的檢測。

目前,鋼絲圈運(yùn)動光電掃描和導(dǎo)紗鉤紗條光路遮斷式監(jiān)測方案應(yīng)用得較多,而吸棉管紗條光電掃描和紗條運(yùn)動光線反射方案應(yīng)用極少。這是因?yàn)槲薰芗啑l光電掃描方案裝置麻煩且檢測量少,還需要改造吸棉管,將吸棉管中間打斷并連接光電傳感器,只有在發(fā)生細(xì)紗斷頭、吸棉管吸入斷頭的紗條之后,才能監(jiān)測到斷頭信息和紗條直徑。紗條運(yùn)動光線反射監(jiān)測方案采用紗線反射光與無紗線反射光的強(qiáng)度差異進(jìn)行斷頭判定,容易受到環(huán)境光的影響,且紗線氣圈振蕩會造成監(jiān)測失誤。

由于牽伸后的紗線很細(xì),而且車間棉絮纖維和飛塵較多,易出現(xiàn)靜電吸附和沉積;因此,在實(shí)際使用中光電探測頭常被遮擋污染,導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)成本較高,且飛花、灰塵等會使傳感器誤報率偏高,而其它會影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的因素,還需進(jìn)一步查找和改進(jìn)。表1為各種斷頭監(jiān)測方案監(jiān)測信息對比。

電磁傳感器監(jiān)測方案利用電磁感應(yīng)原理監(jiān)測鋼絲圈獲取相關(guān)信息,已經(jīng)過數(shù)十年的驗(yàn)證,使用壽命較長,性能較為穩(wěn)定,可準(zhǔn)確監(jiān)測極廣范圍號數(shù)的紗線,且在紡紗毛羽多的環(huán)境下依然能正常工作;監(jiān)測傳感器堆積的灰塵和油漬均不會影響檢測的準(zhǔn)確性,并可以準(zhǔn)確監(jiān)測所有類型的鋼絲圈。但是,在鋼絲圈轉(zhuǎn)向和遠(yuǎn)離電磁傳感器時會受到渦電流的電磁阻尼作用,使鋼絲圈經(jīng)過傳感器時的速度突然變緩、紗線張力變化較大,易增大紗線斷頭概率。

表1 斷頭監(jiān)測方案監(jiān)測信息對比

摩擦熱敏傳感器監(jiān)測方案目前還未見到實(shí)際應(yīng)用,這是因?yàn)闊崦魝鞲衅鳠岫栊源?實(shí)際監(jiān)測的靈敏度偏低、系統(tǒng)響應(yīng)差,而且其受紡紗車間溫濕度等工況環(huán)境影響較大。

導(dǎo)紗鉤氣動監(jiān)測方案采用機(jī)械結(jié)構(gòu)和氣動機(jī)構(gòu)結(jié)合的方式,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、維護(hù)難度大,還因?yàn)榄h(huán)錠細(xì)紗機(jī)目前都是多錠位設(shè)計,在紡紗生產(chǎn)中應(yīng)用該裝置難以靈敏、穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行;更重要的問題是,這種監(jiān)測方案無法得到各錠位的電子化監(jiān)測信息,也不能實(shí)現(xiàn)錠位和紡紗生產(chǎn)過程的信息化、智能化管理及其它系列功能擴(kuò)展。

鋼絲圈氣壓式監(jiān)測方案對每個鋼絲圈進(jìn)行監(jiān)測并獲取轉(zhuǎn)速信息,其成本高且需有氣源裝置和氣壓傳感器,噴出的氣體對鋼絲圈產(chǎn)生較大的擾動,以至紗線張力變化劇烈、增加紗線斷頭概率。

鋼絲圈聲音式監(jiān)測方案結(jié)構(gòu)簡單,聲音采集傳感器放置于每個錠子處,鋼絲圈旋轉(zhuǎn)時與鋼領(lǐng)表面產(chǎn)生的摩擦聲被采集用于判定轉(zhuǎn)速信息;但應(yīng)用環(huán)境中的各種噪聲會干擾聲音采集的準(zhǔn)確性。

機(jī)器視覺監(jiān)測方案利用工業(yè)相機(jī)直接拍攝紗線光點(diǎn)數(shù)或?qū)崟r氣圈圖像,通過計算機(jī)處理獲得斷頭等信息;但其圖像處理需存儲量大、運(yùn)行快的計算機(jī)設(shè)備和價格昂貴的高清相機(jī)鏡頭,而且車間飛花、灰塵等污染、遮擋鏡頭,設(shè)備清理維護(hù)成本偏高,且易受現(xiàn)場光照條件影響。

電錠驅(qū)動式監(jiān)測方案采用新型直流無刷電機(jī),其傳動穩(wěn)定、一致性好,隨著現(xiàn)代控制技術(shù)以及電機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電機(jī)主軸直接連接錠子,取消了傳統(tǒng)主軸、滾盤、張力盤等機(jī)械傳動機(jī)構(gòu),避免了帶傳動滑溜而造成的一系列問題,既節(jié)省能耗又減少傳動磨損,而且電錠可變頻調(diào)速,其啟動響應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩大,紗線張力穩(wěn)定且不易斷紗;但目前所用電機(jī)價格較高,電錠的價格約是目前一套錠子設(shè)備的2倍～5倍。

3 結(jié)語

環(huán)錠紡斷頭監(jiān)測技術(shù)是環(huán)錠細(xì)紗機(jī)信息化、自動化和智能化管理的必要技術(shù),通過設(shè)計、運(yùn)用相關(guān)技術(shù),能更好實(shí)現(xiàn)紡紗企業(yè)的高效、智能生產(chǎn)。文中所述監(jiān)測技術(shù)方案各有優(yōu)缺點(diǎn),巡回式監(jiān)測方案結(jié)構(gòu)簡單易安裝、改造費(fèi)用低,然而不如單錠式結(jié)構(gòu)能實(shí)時監(jiān)測每個錠位;數(shù)據(jù)采集方面,單錠式明顯優(yōu)于巡回式;而電錠式通過單電機(jī)驅(qū)動每個錠子,集斷頭監(jiān)控、節(jié)約能耗等功能于一體,融合了信息技術(shù)和智能技術(shù),是未來環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠子驅(qū)動、斷頭監(jiān)測與控制的發(fā)展趨勢。