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技术 | 影响电脑横机选针可靠性的几个因素

2022-04-01 15:42:07


目前,针织横机已普遍采用了计算机控制技术。而其控制的一项主要功能就是利用电子选针技术,控制横机进行选针,从而形成各种花色。选针的可靠性指选针的准确性和稳定性。选针能否准确动作将直接影响到产品能否符合工艺设计要求,以及防止损坏选针机构等。选针不稳定则会引起编织错误和撞针现象,同样不能符合工艺要求,甚至会损坏机器。在采用国外的选针元件,研究电脑横机控制的试验中我们发现,电脑横机上影响选针的因素很多,如:选针器结构、驱动方式、选针到位时差等。


一、选针器影响选针稳定的几个因素


选针系统中的选针器是用来实施选针控制的关键元件,其结构、性能如何将直接影响选针控制的稳定性。


1、选针器类别的选择


目前常用的选针器,从动作原理上分为:压电式和电磁式两种。压电式选针器是利用压电陶瓷材料作为转换元件,利用控制器发送的脉冲信号,作用于压电元件上,靠压电材料的逆压电效应,使压电元件弯曲到预先记忆的形状来进行选针。


另一种选针器则是利用对电磁螺线管通入不同方向电流,使电磁螺线管头端的极性相应变化,或与永久性磁铁配合使用,靠电磁铁与永久性磁铁间的吸引力和斥力来实现选针刀片的摆动,即用压针法实现选针,或者直接通过电磁铁的极性变化来控制选针器选针,使织针分走不同的轨道用抄针法完成选针。



两种选针方式相比较,压电式选针器具有响应速度快、发热少的特点,但在元件的受力和防冲击、振动等方面稍稍逊色,易发生压电元件失去记忆的情况,故在针织圆机上使用较多,以保证快速响应,并适应多路,同时选针器耗电和发电量也不会太大。


而在横机上选用电磁式选针器较为有利,主要原因有:第一,横机机针较粗,编织时纱线张力较大,因而选针器受力较大,采用电磁式选针器可承受较大的力,且防振动的性能较好,选针稳定可靠,使用寿命长。第二,横机控制动作复杂,各部分之间配合精度要求高,因而采用电磁选针器使其选针动作稳定可靠,满足配合要求。


2、电磁式选针器的结构和原理


电磁式选针器是由电磁螺线管、选针刀片和永久磁铁等组成,如图1所示。本次研究所用的织针和辅助针为4枚(段织针,由选针片、弹簧针、挺针片以及织针组成。


选针时(如图1虚线所示,选针器中的电磁螺线管被通以某个方向的电流产生极性,该极性磁场与永久磁铁产生的磁场相互作用,推拉结合,使选针器的选针刀片绕轴上摆,如图2(a)所示。选针刀片不与选针片上的针踵作用,选针片露出针床,挺针片便可沿选针三角上升。


不选针时(如图1实线所示,电磁螺线管被通以反方向的电流,产生相反极性,使得选针器的选针刀片摆向下方,如图2(b)所示。选针刀片作用于选针片上的针踵,使该选针片被压入针槽,不露出针床表面,挺针片不沿选针三角上升。




由此可见,对选针的控制,简而言之就是控制选针电磁铁使选针刀片处于工作或不工作两个位置。选针器结构必须满足:无论是选针还是不选针,都能使选针刀片能迅速摆动到位(选针或不选针工作位置,而且在规定的时间内稳定下来,而后仍受小电流和永久磁铁控制,使选针器的选针刀片始终处于受控制的状态,都不会处在一个不确定的中间位置,这样则不会出现编织错误和撞针现象。


本次试验中使用的德国雅迪(HARTING公司的电磁选针器便是这样一种具有双稳态结构的选针器。它无需电磁铁释放动作,仅在工作和不工作两个位置间摆动,选针工作稳定可靠。


3、驱动方式对选针可靠性的影响


电磁式选针器的驱动方式有两种:一种是脉冲宽度调制法控制开关电压;第二种是用斩波限流的电流控制法。若从选针可靠的角度和选针工艺出发,应采用第二种方法,此方法控制方式比较稳定,同时避免了受温度的影响。


这是因为电磁铁在电磁感应中,除了磁能增加,做机械功外,还有一部分能量用于产生热量,该热量会使电磁铁温度升高,而温度又影响电阻大小,从而影响电流大小,最终影响电磁力,即影响选针的可靠性。图3中(a)为通人电磁铁的电流波形图,(b)为选针器的选针刀片运动图。




其中:t1、t2为通人的大、小电流的时间,I为选针刀片响应时间,II为选针片摆动时间包括回跳和抖动时间),III为选针刀片的可靠作用时间,作用于选针片应在此时间内。由此可见,当脉冲信号发出后,选针刀片要滞后若干时间才开始摆动,摆动到位后还会产生短时间的回跳与抖动,稳定下来后才能开始与选针片作用。


当选针刀片到位后,只需对通电螺线管通一微小电流,就可以起到使永久磁铁保持在原位的作用,这样可以防止因意外振动等引起的抖动,从而提高了选针的可靠性,而且这种小电流可使得通电电磁螺线管发热量很少,但却可以维持多针握持而不会烧毁电磁铁。而且对于几次选针信号相同的情况,选针刀片可以保持不动。


二、选针信号提前量和保持量控制准确选针


1、选针提前量


一般的电脑横机采用上下两级计算机结构,上位机为工控机,主要负责管理与监控;下位机采用单片机及其扩展系统,用于控制与驱动。进行选针时,上位机将花型信号转化为控制电信号,再由下位机负责控制执行机构(选针器执行,即控制选针器的选针刀片摆动到位以便作用于选针片。选针器一般采用多级摆片式选针刀片。本次试验选用德国雅迪HTING公司的产品对选针刀片的响应进行研究。其由控制信号发出到选针器的选针刀片响应的关系曲线如图4所示。




图4中1、2为电信号脉冲,3、4为选针器的选针刀片的响应曲线,一个上摆,一个下摆,每条响应曲线又可分为几段:脉冲时间t1,选针器选针刀片的响应时间t2:,摆动到位后的弹跳时间t3,选针刀片完成位置摆动变化共需t时间。


由图4可见,从控制信号发出,到选针刀片摆动到位稳定下来需要一段时间,即在执行机构的机械动作与电信号间有一个时间差,在这个时间差内,机头又在行进方向上运行了若干针,故要准确选取某针,即让选针刀片运动到该针时准确作用于它,需要控制信号发出时有一个提前量。这一值的大小取决于机器速度、机号及选针器参数。其计算如下:




2、选针保持量


无论选针与否,选针刀片都应在控制信号作用下在上方或下方保持若干针,以准确选针,即选针保持量。该量的大小与选针器尺寸等有关。为保证准确选针,必须满足以下条件:


(1)选针提前量对应的时间必须大于电磁铁吸合动作完成时间。


(2)对于多级选针器而言,多级选针器每一片选针刀片循环作用的时间间隔针数,减去前一针的保持针数的差,必须大于或等于此针的提前选针针数,这样才能保证不致影响下一循环的选针作用。


将上述设计应用于电脑横机的控制后,机器运转正常,选针正确性方面可达到较好的效果。




结语




本文主要讨论了影响选针可靠性的两大因素:一方面是选针器的机构和性能,它影响了选针稳定性;另一方面则是选针到位的时间差,它影响了选针准确性。


在选用选针器时,应考虑其自身特点,注意以下几个问题。


选用适合电脑横机使用的选针器种类;

采用合理的控制方式,减少控制过程中的不稳定因素;

宜采用双稳态结构,使选针刀片始终处于受控制状态,以保证性能稳定;

考虑控制信号发出到选针刀片稳定的时间差,以保证选针准确。


总之,选针控制是一个复杂而又关键的技术问题,必须从多方面全面考虑


End



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