基于虛擬儀器的錠子綜合特性檢測實驗臺研究

崔陸軍 王成銀 杜虹 尚會超 翁玉東 郭強

摘要：紡紗錠子性能的好壞對紡紗的質(zhì)量有重要影響。為了測試高速紡紗錠子檢測實驗臺的綜合性能，以YD5000系列棉紡錠子為研究對象，進行振動、噪聲和溫升等性能指標的測試。該實驗測試系統(tǒng)以大理石為底座，主要由電機傳動、傳感器固定升降裝置和錠子固定座等組成，具有抗震隔離等特點。測試系統(tǒng)由激光位移傳感器、高速數(shù)據(jù)采集卡、溫度傳感器、伺服電機等硬件組成，利用虛擬儀器作為軟件分析、測試和計算的平臺。結(jié)果表明：測試出的錠子空錠在20 000 r/min轉(zhuǎn)速以內(nèi)時檢測誤差能夠達到企業(yè)要求。

關鍵詞：紡紗錠子;虛擬儀器;綜合性能;振幅

中圖分類號：TS103.8

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0093-04

在紡織行業(yè)中，錠子是紡織機械上的重要部件之一，是加捻卷繞機構(gòu)的核心部件，錠子性能的好壞對紡紗機的生產(chǎn)效率和紗線質(zhì)量具有直接的影響，所以要不斷地改進與發(fā)展新型錠子來促進紡紗技術的不斷發(fā)展[1]。不同錠子的性能好壞主要是通過振動，溫度和噪聲等信息表現(xiàn)出來[2]。隨著紡織產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，紡紗錠子的技術不斷提高，國內(nèi)研發(fā)的錠子速度在10 000～20 000 r/min，國外的可達到30 000 r/min以上。錠子在高速回轉(zhuǎn)時難免會引起振動和磨損，而劇烈的振動會引起筒管竄跳，使紗線斷頭或成形不良，加速機件的磨損[4]。

企業(yè)使用錠子的主要性能要求有：a）可靠性，錠子的性能穩(wěn)定，無早期故障，使用壽命長;b）穩(wěn)定性，錠子受負載、張力變化影響，承載能力強，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動和噪聲低，能耗低;c）一致性，錠子的錠間指標差異小、錠子運行狀態(tài)差異小;d）低噪聲，錠速在20 000 r/min時，噪聲要小于70 dB，錠速在16 000 r/min時，噪聲小于62 dB[5]。

為了滿足對錠子各種性能參數(shù)的檢測，有必要設計一種對錠子綜合特性進行檢測的實驗臺。通過LabVIEW軟件實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集卡對噪音傳感器、溫度傳感器和激光位移傳感器等的數(shù)據(jù)采集和處理，以及伺服電機的控制[6]。

要達到上述標準，需要對研發(fā)出的錠子的綜合性能指標進行檢測，本測試平臺可以滿足要求。本檢測系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度可達30 000 r/min，可檢測錠子在高速運轉(zhuǎn)時的振動、噪聲和溫升變化。目前國內(nèi)所使用的的錠子中，絕大多數(shù)的錠子轉(zhuǎn)速還在20 000 r/min以下，因此，研發(fā)高速而又穩(wěn)定的錠子具有重要的意義[7]。本文以YD5000系列棉紡錠子為研究對象，利用高速紡紗錠子特性檢測實驗臺對錠子進行綜合檢測，并對實驗數(shù)據(jù)進行測試與分析。

1測試實驗臺機械結(jié)構(gòu)設計

為了盡量減小振動的傳遞，實驗臺采用三塊大理石臺相互不接觸的設計方式，錠子固定采用可換裝的夾具，傳感器固定采用升降可調(diào)裝置，故可滿足不同類型和長度錠子的測量需求。如圖1實驗臺的機械結(jié)構(gòu)所示，左側(cè)為伺服電機傳動部分底座，中間為固定升降臺底座，右側(cè)為錠子固定底座。

1—重錘;2—導軌固定板;3—導軌;4—重錘支架;5—電機固定架;6—伺服電機;7—聯(lián)軸器;8—帶輪;9—錠帶;10—升降臺;11—步進電機;12—錠子圖1實驗臺的機械結(jié)構(gòu)

左側(cè)大理石塊上的導軌固定板固定在人造花崗巖上，電機固定架與導軌連接，電機固定架的左邊連有重錘，重錘通過重錘支架，滑輪懸掛在左側(cè)，伺服電機安裝在電機固定支架上，帶輪經(jīng)過軸、軸承和聯(lián)軸器與伺服電機連接。中間呈龍門架形式，升降臺固定在龍門架上，皮帶通過龍門傳動。右側(cè)大理石塊也為龍門形式，錠子固定在上端固定板上。升降臺上固定著位移傳感器和溫度傳感器。高速紡紗錠子測試實驗臺實物圖如圖2所示。

2測試系統(tǒng)硬件和軟件構(gòu)成

高速錠子檢測實驗臺是將錠子運轉(zhuǎn)時的性能參數(shù)信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路對電信號進行濾波放大后通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C，由裝有LABVIEW軟件的計算機對采集到的數(shù)據(jù)進行顯示、分析和保存[8]。圖3所示是本檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

系統(tǒng)的軟件采用模塊化的編程思想，把每一個傳感器和伺服電機等硬件分模塊進行編寫，如圖4檢測系統(tǒng)的溫度傳感器采集程序、噪聲傳感器采集程序、位移傳感器采集程序和伺服電機控制程序，后續(xù)再對采集的數(shù)據(jù)進行保存和處理。

3實驗

3.1振動測試

振動測試采用德國米依位移傳感器中的optoNCDT系列的傳感器，此傳感器是一種利用激光三角反射的原理實現(xiàn)非接觸式位移測量。采用雙激光位移傳感器時錠子轉(zhuǎn)一周至多可采集12個點，可完全滿足錠子工作狀態(tài)的位移測量要求，測試結(jié)果見表1。

由于用于測試的錠子的最高工作轉(zhuǎn)速在22 000 r/min以內(nèi)，故實驗最高測試到20 000 r/min。錠子在2 000 r/min左右時，實驗臺的機械結(jié)構(gòu)和傳動裝置對錠子的振動影響較大，隨著轉(zhuǎn)速增加，振動平穩(wěn)上升，直到20 000 r/min時平均振幅達到了38.5 μm，符合錠子在工作轉(zhuǎn)速下振幅小于40 μm的使用要求[10]。圖5是錠子空錠各轉(zhuǎn)速下的振幅曲線，與錠子的工作規(guī)律基本一致。

錠子的振動受多重因素的影響，而不平衡、軸承的狀態(tài)、上下軸承的同軸度和工作轉(zhuǎn)速等是最主要的因素。后續(xù)將對錠子進行頻譜分析，找出其固有頻率，分析出各個因素對錠子振動的影響，對錠子的設計和改進有著很大的指導意義。

3.2噪聲測試

采用的CRY2110噪聲傳感器是一種內(nèi)置高靈敏度傳感器、前置放大器、計權網(wǎng)絡、聲校準裝置及數(shù)據(jù)信號調(diào)理電路的噪聲測試系統(tǒng)。它具有體積小，重量輕，安裝靈活等優(yōu)點。噪聲測量范圍25～130 dB。頻率范圍20 Hz～20 kHz，可對錠子的工作狀態(tài)下的噪音實行實時監(jiān)測。測試時噪聲傳感器測定錠子的距離1 m的噪聲。測量數(shù)據(jù)如表1、圖6所示，可以看出隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，錠子的空錠振幅不斷的增大。由于測試環(huán)境噪音的影響，背景噪聲偏高，測試出的噪聲數(shù)據(jù)僅可作為參考。

3.3溫升測試

由于錠子運行環(huán)境中充滿灰塵和潤滑油等物質(zhì)，故采用的IRTP300L紅外測溫系統(tǒng)是一種非接觸式溫度傳感器，它是一種集成了專用信號處理電路及環(huán)境溫度補償電路的多用途紅外溫度測量系統(tǒng)，具有效率高，體積小，不受外部環(huán)境影響等優(yōu)點，可對瞬變對象的表面溫度進行測量。其溫度測試最高可達300 ℃，在常溫環(huán)境下測試精度可達到0.6 ℃，響應時間300 ms。將錠子的探頭對準錠子軸承檔旋轉(zhuǎn)部位進行溫度測量，測得錠子溫度變化數(shù)據(jù)如表1所示。錠子的溫升可以反映出軸承是否缺油或磨損的程度，圖7所示是錠子溫升測試數(shù)據(jù)曲線圖。

4結(jié)語

作為紡紗機上的一個關鍵部件，錠子的動態(tài)性能直接影響到紡紗的質(zhì)量，而且錠子的溫升和噪聲變化對錠子的功耗、紡紗車間的環(huán)境都有較大的影響。本文分析了高速紡紗錠子檢測實驗臺應用于錠子性能檢測中，實驗臺分析出的數(shù)據(jù)可對錠子工作狀態(tài)進行檢測，并對以后研制新型錠子提供了一個

圖7錠子溫升測試數(shù)據(jù)曲線

檢測平臺。通過實驗測試可以得出，實驗所用的錠子測試出的性能指標符合錠子的性能指標，能夠滿足使用要求。

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