为了实现精密交叉卷绕,“单锭控制驱动器”通过实时采集卷绕电机反馈编码器脉冲信号计算其实时速度,根据精密卷绕工艺要求,用独特数控算法得出横动伺服电机的速度给定指令,以保证横动伺服电机转速与卷绕电机转速按照卷绕比的定义保持一定关系,让纱线以空间螺旋线的形状往复绕在纱筒上。通过精密控制卷绕比,往复卷绕的纱线彼此交叉,不重叠,也就是说巧妙采用电子齿轮和电子凸轮取代机械齿轮和凸轮传动实现纱筒的精密卷绕。
为了实现精密卷绕的高速性能,需要横动伺服电机在做往复运动时,能够快速换向,这就要求伺服电机具备较高的转矩惯量比,为此对横动伺服电机进行了独特优化设计,以保证电机转子惯量尽可能小。同时伺服驱动器的电机控制算法在高动态响应性方面也做了针对性的设计,采用PID控制结合模糊控制算法,保证伺服电机速度在不产生超调的情况下,尽可能短时间内完成换向。
由于横动电机换向时,不论多快,都会因为换向加减速造成有硬边现象出现,按照机械式络筒机硬边消除原理,在“单锭控制驱动器”中嵌入了差动凸轮运动规律算法,周期性地实时变换横动导纱器的换向点,完成硬边消除功能。同时可以根据不同纱线特性,选择不同的差动凸轮曲线,设置差动周期和幅度。
圆网印花机是纺织机械中运用伺服系统比较集中的地方,在多套色印花时,如何保证每套色所印的花色能准确无误地套在前一套色上,是印花控制系统的主要功能之一。第一套花色印制后,各套花色的印制要保证对印花精度达到工艺要求,实际生产中绝大多数都安装有伺服电机,以代替以前人工盘头耗时耗力的工艺方法。现代工业的发展要求纺织产品质量和数量都有大幅度提升的趋势,在圆网印花机上为了使各种套色的圆网准确在运动的花布上进行准确定位,每个套色圆网筒上均装配一个伺服电机进行相应的控制,所控制的参数包括速度和位置的精确计算,以确保不出现套色重叠和错位的现象。
图表2:圆网印花机伺服机构示意图
现场生产中,每个圆网有一个套色,多的达16种颜色的圆网,但大多在8种颜色以下。辊子持续带动花布前进,圆网准确在花布相应位置印上花纹,不能出现花色重叠或错位的现象,保证位置的跟踪非常精准。以前的工艺是,要求人工在机器停下来后,手工盘头以确保圆网印花的准确性,这样既浪费生产时间,又浪费人工,生产效率很低。
伺服技术基本解决了这个问题。现在,工厂在每一根圆网上都配备一台伺服电机,保证速度和位移都精确跟踪,在整机运行不太快的情况下,肉眼基本上就能分辨出花色印花的准确性,这样就保证了更高的生效率和印花质量。
在平网印花机上也有伺服技术的应用。平网与圆网的最大区别在于前者靠平板印花网的升降来对花布进行印染,工艺不是连续进行,而是辊子机械装置带动导带上的花布进行间歇性前进。停歇过程中,上部的平板印花网下降,将各种花色印在指定的区域,在平板印花网的升降过程中就用到伺服电机,这样可以保证印花网精确运动,不致出现偏差,从而保证所生产的都是正品布匹。
伺服的另一个应用案例是在纺织机械中的假捻变形机。假捻变形机机身比较长,内中安装有一根细长轴,运动时很难保证两端的同步运行,这样就可能出现丝线断裂而被迫停工,所以若只在一端进行电机驱动,轴的另一端就很容易抖动,不能确保整个轴的稳定运行,此时就需要在另一端装上从动伺服电机,由主电机提供运动信号,保证长轴两端的同步稳定运行,避免因为轴端的跳动导致丝线的断裂影响整体设备的稳定性。