基本信息
- 項目名稱：
- “高精度雙頭無梭芯紗線底線繞線機”的研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- “高精度雙頭無梭芯紗線底線繞線機” 具有工作穩(wěn)定、可靠，檢測、控制準確、快捷，使用簡潔、方便的特點，并采用了機械智能化。它為企業(yè)的生產(chǎn)提供完善的、全面的技術(shù)手段，使之成為企業(yè)理想的生產(chǎn)設備。其主要功能有：1）過程工藝參數(shù)、狀態(tài)檢測功能；2）過程數(shù)據(jù)處理功能；3）過程參數(shù)實時控制功能；4）順序控制功能；5）過程工藝參數(shù)設置及人-機交互功能；6）智能故障診斷和容錯功能；7）掉電保護功能；8）增進功能的功能
- 詳細介紹：
- A．作品發(fā)明的背景和目的： 目前國際、國內(nèi)紡織機械行業(yè)都生產(chǎn)有大量紗線底線繞線機面市，但多數(shù)紗線底線繞線機產(chǎn)品質(zhì)量一般。要么張力控制不準確、不穩(wěn)定，要么紗線長度控制不準確、不穩(wěn)定，致使線團成型不平整、不規(guī)范，或花紋密度疏密不規(guī)范，嚴重的甚至影響到線團成型后不符合直徑、寬度等要求而不能夠使用，有的產(chǎn)品則在紗線繞制過程中隨時發(fā)生斷線情況，嚴重影響設備的產(chǎn)出量，另一方面，目前行業(yè)中的紗線底線繞線機在很大的程度上仍然依賴于人工操作，自動化程度較低，生產(chǎn)效率不容樂觀，鑒于上述情況，為了提高產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的準確性、可靠性、穩(wěn)定性，降低故障率，減輕企業(yè)在設備售后維護、維修的壓力，我項目團隊科研攻關(guān)，在本產(chǎn)品中融入智能故障診斷與容錯的功能，改進手工操作環(huán)節(jié)，大幅提升產(chǎn)品的自動化水平，力爭使其具有工作穩(wěn)定、可靠，檢測、控制準確、快捷，使用簡潔、方便的特點，此項技術(shù)勢必為業(yè)界之先河，國內(nèi)之首創(chuàng)。 B．作品發(fā)明的基本思路： 1．系統(tǒng)設計方案 1）機械部分 繞線機整機由旋轉(zhuǎn)工作臺、裝芯機構(gòu)、引線/繞線/排線機構(gòu)和切線/卸芯機構(gòu)四大部分組成，各個部分即是相互獨立又是相互聯(lián)系的，他們通過電腦控制。 2）電子部分 紗線繞線機電子部分由卷繞紗線張力檢測系統(tǒng)、卷繞紗線速度檢測系統(tǒng)和單片機檢測控制系統(tǒng)、卷繞紗線張力控制接口、電機驅(qū)動接口、鍵盤/顯示接口組成。 2. 設計說明 加密技術(shù) 為了防止外界竊取本項目國內(nèi)首創(chuàng)的技術(shù)成果和核心技術(shù)機密，以保證本產(chǎn)品在銷售過程中始終獲得高附加值，本項目對硬件電路采用以SOPC技術(shù)、用CPLD對硬件實施加密處理為核心的多重硬件加密處理；同時所有軟件也采用多重軟件加密技術(shù)的方式實施加密處理。 抗干擾 為了防止干擾，有必要用光電耦合器對輸入、輸出進行隔離處理。 實時性 繞線機控制系統(tǒng)的實時性很強，而且主程序與中斷程序、中斷程序與中斷程序之間的嵌套比較復雜，因此，整個程序都用匯編語言編寫和調(diào)試。在單片機中斷資源的利用方面應作詳盡、合理的安排。當開發(fā)高檔機時，建議改用32位嵌入式系統(tǒng)或由增強型單片機構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)以完成更復雜但協(xié)調(diào)性更高的完美功能。 先進的控制算法 卷徑的遞歸運算、空心卷激活時張力的線性遞加、張力錐度計算公式的運用、轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等。 在實時控制中，須提高卷徑的實時計算精度，以保證收卷電機輸出轉(zhuǎn)矩具有較好的平滑性。為保證在操作失誤時能夠自動糾正卷徑到較精確的數(shù)據(jù)，在計算卷徑時將加入卷徑的遞歸運算。 C．作品的創(chuàng)新點： 目前，只有日本和韓國有這種全自動化繞線機，但是它們不銷往中國，所以本產(chǎn)品彌補了國內(nèi)這一空缺，使中國的紗線底線繞線機走向了全自動化。而且本機器具有以下一些特點： 1）高度的可靠性和穩(wěn)定性 2）功能的完備性和性能的優(yōu)良性 3）先進性、標準化、通用性、開放兼容性和可擴展性 4）良好的可維護性 5）完善的機械性能 6）經(jīng)濟性和較高的效益性的完美結(jié)合 7）核心技術(shù)的高度保密性 D．技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標： 1．主要功能 繞線機產(chǎn)品的主要功能中主要包括：1）過程工藝參數(shù)、狀態(tài)檢測功能；2）過程數(shù)據(jù)處理功能；3）過程參數(shù)實時控制功能；4）順序控制功能；5）過程工藝參數(shù)設置及人-機交互功能；6）智能故障診斷和容錯功能；7）掉電保護功能；8）增進功能的功能。 2．主要性能和技術(shù)指標 主要技術(shù)指標 參考、示例值 ? 繞線機型號、規(guī)格 ? 線團成型規(guī)格 ? 單位時間產(chǎn)能 ? 顯示類型 ? 功耗 ≤ W ? 適用溫度、濕度、大氣壓： n ℃ ～ n′℃ ℃ ～ ＋ ℃ n % ～ n′% % ～ % n kPa ～ n′kPa ～ kPa ? 外形尺寸： 長×寬×高 a×b×c mm ? 重量： n kg 紗線張力檢測系統(tǒng)的研制，特別是對動態(tài)張力的檢測，歷來是紡織業(yè)一直探討的問題。隨著器件集成化、信息數(shù)字化、控制智能化技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外的紗線張力檢測儀器已有較大發(fā)展，功能及自動化程度均有提高。但總的來說，無論是國家或是進口的儀器，都不能很好的解決實際生產(chǎn)中的紗線張力的檢測問題。我們的產(chǎn)品克服了現(xiàn)有產(chǎn)品的種種缺陷，而且在技術(shù)上有一系列自主開發(fā)的、屬國內(nèi)首創(chuàng)的先進技術(shù)同時還有一整套加密、保密的措施。另一方面，為了提高產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的準確性、可靠性、穩(wěn)定性，減少在生產(chǎn)過程中的故障率，減輕售后維護、維修的壓力，在本產(chǎn)品中融入智能故障診斷與容錯的功能，目前國內(nèi)產(chǎn)品還處于半自動化，我們的產(chǎn)品已實現(xiàn)全自動化，并且保證產(chǎn)品在投入市場后至少十年內(nèi)仍不失為國內(nèi)先進水平。 此繞線機產(chǎn)品所包含的實質(zhì)性技術(shù)主要有： 1）過程工藝參數(shù)、狀態(tài)檢測功能技術(shù)； 主要含卷繞紗線實時張力檢測、卷繞紗線總長度累計檢測兩大項。卷繞紗線實時張力檢測采用CCD非接觸光電型動態(tài)紗線張力傳感器作前端，以智能化儀表設計理念開發(fā)該部分 ；卷繞紗線總長度累計檢測采用動態(tài)紗線速度傳感器作前端，以智能化儀表設計理念開發(fā)該部分，以積分方式累計已卷繞紗線總長度。 2）過程數(shù)據(jù)處理功能技術(shù)； 采用超限判斷和預估報警及快速反應，能根據(jù)現(xiàn)有采集數(shù)據(jù)以及預先設定的高限、低限并結(jié)合預估數(shù)據(jù)變化趨勢等功能，實時判斷或預估數(shù)據(jù)變化趨勢以決策是否發(fā)出高、低限報警。 3）過程參數(shù)實時控制功能技術(shù)； 采取改進的PI運算或改進的PID運算，對現(xiàn)場工藝參數(shù)給予實時、準確、精確的控制，以全面滿足控制系統(tǒng)對過渡過程時間、超調(diào)量等指標的要求。 4）順序控制功能技術(shù)； 由引線順序控制程序自動控制繞線機引線順序控制機構(gòu)和機械手裝置，自動地、協(xié)調(diào)地完成在繞線機上可靠地引線并夾裝的操作；再由紗團卸出順序控制程序自動控制繞線機紗團卸出順序控制機構(gòu)和機械手裝置，自動地、協(xié)調(diào)地完成在繞線機上可靠地卸出紗團的操作；并且由機械聯(lián)動完成繞線、排線功能及工作臺換位功能。 5）過程工藝參數(shù)設置及人-機交互功能技術(shù)； 人-機交互方式以鍵盤/顯示方式實現(xiàn)，操作人員以鍵盤的輸入實現(xiàn)對現(xiàn)場的干預以及對過程工藝參數(shù)的設置。 6）智能故障診斷和容錯功能技術(shù)； 具備大量的智能故障診斷和容錯的功能，并有相應的出錯顯示和報警提示功能。更為重要的是繞線機在外界干擾或機內(nèi)元器件偶然出現(xiàn)故障而出錯時或因操作人員偶然誤操作而出錯時，能夠以智能的方式容錯而克服錯誤產(chǎn)生的影響，使系統(tǒng)能夠正常工作下去。 7）掉電保護功能技術(shù)； 本繞線機在掉電情況下，具有保護過程中全部有效數(shù)據(jù)和全部有用狀態(tài)的功能。同時在恢復上電后，有以程序?qū)崿F(xiàn)無縫的自動恢復控制全過程的能力。 8）增進功能的功能技術(shù)。 如計算器功能、時鐘功能及帶有管理功能和較強的報表功能。 繞線機應當具有工作穩(wěn)定、可靠，檢測、控制準確、快捷，使用簡潔、方便的特點，它應為企業(yè)的生產(chǎn)提供完善的、全面的技術(shù)手段，使之成為企業(yè)理想的生產(chǎn)設備。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- A．作品發(fā)明的目的：致力于解決現(xiàn)有紗線底線繞線機自動化程度低、精準度不高以及生產(chǎn)效率低等問題。 B．作品發(fā)明的基本思路： 1．系統(tǒng)設計方案 1）機械部分2）電子部分 2. 設計說明 1）加密技術(shù) 2）抗干擾 3)實時性 4)先進的控制算法 C．作品的創(chuàng)新點： 1.采用CCD非接觸光電型動態(tài)紗線張力控制系統(tǒng)，實時檢測張力。 2.采用動態(tài)紗線速度傳感器控制系統(tǒng)，全面實現(xiàn)機械控制長度 3.實現(xiàn)機械自動上芯管，繞線，剪線，切換功能。 D．技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標： 1．技術(shù)關(guān)鍵 1)開創(chuàng)性的解決了卷繞紗線張力檢測、控制問題。 2）融入智能容錯，故障診斷功能。 3)大幅提升了繞線機的自動化程度，從而提高了生產(chǎn)率。 2．主要性能和技術(shù)指標 主要技術(shù)指標 參考、示例值 ? 繞線機型號、規(guī)格 ? 線團成型規(guī)格 ? 單位時間產(chǎn)能 ? 顯示類型 ? 功耗 ≤ W ? 適用溫度、濕度、大氣壓： n ℃ ～ n′℃ ℃ ～ ＋ ℃ n % ～ n′% % ～ % n kPa ～ n′kPa ～ kPa ? 外形尺寸： 長×寬×高 a×b×c mm ? 重量： n kg
科學性、先進性
- 我們的產(chǎn)品克服了現(xiàn)有產(chǎn)品的種種缺陷，且在技術(shù)上有一系列自主開發(fā)的、屬國內(nèi)首創(chuàng)的先進技術(shù)，同時還有一整套加密、保密的措施。另一方面，我們在本產(chǎn)品中融入智能故障診斷與容錯的功能，目前國內(nèi)產(chǎn)品還處于半自動化，我們的產(chǎn)品已實現(xiàn)全自動化，并且保證產(chǎn)品在投入市場后至少十年內(nèi)仍不失為國內(nèi)先進水平。 此繞線機產(chǎn)品所包含的實質(zhì)性技術(shù)主要有： 1）過程工藝參數(shù)、狀態(tài)檢測功能技術(shù)； 2）過程數(shù)據(jù)處理功能技術(shù)； 3）過程參數(shù)實時控制功能技術(shù)； 4）順序控制功能技術(shù)； 5）過程工藝參數(shù)設置及人-機交互功能技術(shù)； 6）智能故障診斷和容錯功能技術(shù)； 7）掉電保護功能技術(shù)； 8）增進功能的功能技術(shù)。 繞線機應當具有工作穩(wěn)定、可靠，檢測、控制準確、快捷，使用簡潔、方便的特點，它應為企業(yè)的生產(chǎn)提供完善的、全面的技術(shù)手段，使之成為企業(yè)理想的生產(chǎn)設備。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月13日在西南科技大學獲得第十屆“挑戰(zhàn)杯”四川省大學生課外學術(shù)科技作品競賽省一等獎
作品所處階段
- 研發(fā)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)出讓
作品可展示的形式
- 圖紙、錄像、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 繞線機運行以鍵盤/顯示方式實現(xiàn)。操作人員以鍵盤的輸入實現(xiàn)對現(xiàn)場的干預以及對過程工藝參數(shù)的設置。操作人員設定卷繞紗線張力、累計長度、線型、電機轉(zhuǎn)速參數(shù)、PID參數(shù)，完成后機器自動運行并產(chǎn)出相應產(chǎn)品。如果需要修改參數(shù)或暫停，可以按復位、停止操作等鍵。并且繞線機所有操作都可以通過操作面板上的鍵盤和顯示器配合進行。 此繞線機采用全自動化，并且操作簡單、易懂，并且此機器比目前國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品增加了過程工藝參數(shù)、狀態(tài)檢測功能，智能故障診斷和容錯功能及掉電保護功能。由于此產(chǎn)品在技術(shù)上有一系列自主開發(fā)的、屬國內(nèi)首創(chuàng)的先進技術(shù)。而且此繞線機成品價格定位在一個較低標準上，我們預計在將來的市場上，將會全部實現(xiàn)繞線機的自動化。并且在推廣前景上此產(chǎn)品不僅可以在國內(nèi)銷售，還可以出口東南亞國家。此產(chǎn)品不僅可以為生產(chǎn)廠家打開國內(nèi)市場，占據(jù)主導地位，而且能夠為客戶節(jié)省大部分勞動力，實現(xiàn)一人多機的控制。
同類課題研究水平概述
- 放眼世界，至今只有中國、德國、日本、瑞士、韓國五個國家具備生產(chǎn)紗線底線的全自動繞線機的能力。 國外雖然已經(jīng)生產(chǎn)這類繞線機產(chǎn)品，不過他們限制對中國的出口，并沒有運到中國銷售，只對東南亞等其它國家進行出口。而國內(nèi)生產(chǎn)的這類機器都是以繞金屬絲為主，還沒有生產(chǎn)出紗線底線的全自動繞線機。在半自動繞線機中，臺灣泰能機器工業(yè)有限公司所生產(chǎn)的編號為：TN-29繞線機已經(jīng)配備計算機自動計長裝置、自動上油裝置、電磁式張力裝置等，并適合各種角度的紗管，而且占用空間較小、速度快、效率比傳統(tǒng)機器提升3-4倍。采用高速軸承，免加油、保養(yǎng)容易。其中電磁式張力裝置可設定起步張力與最終張力持續(xù)遞減，使成型美觀一致。 就目前而言，我國國內(nèi)的最先進的繞線機可達到如下水平：繞線長度可調(diào)整。具自動理線功能，不留余線。高級語言指令，程式編輯，具細線多股繞線功能，能實現(xiàn)多種線圈的平繞,槽繞,間繞,并繞,忖紙繞，梯形繞，能任意定位主軸和排線位置，能設定主軸運動方向和排線方向，能自動跟蹤和調(diào)整排繞的平整度，具有開機系統(tǒng)自檢和出錯報警功能，能自動過線和自動過槽,所有用戶參數(shù)可永久保存在機器中。 雖然現(xiàn)在的繞線機有了如此大的發(fā)展，但依然有很大不足，我國國內(nèi)的大多數(shù)繞線機都處在半自動化水平，一個工人最多只能操作2――4臺機器，而且在剪線，取成品，上膠圈，上線，上膠都需要人工操作，極費時和勞動力。有些機器體積龐大，而且不易操作，沒有做到占用空間小、傻瓜式操作這些最主要的特點。在對于張力的調(diào)試上，國內(nèi)現(xiàn)有的紗線底線繞線機并不能夠保證產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中張力的衡定，當張力出現(xiàn)較大范圍內(nèi)的波動時，就會發(fā)生斷線，而出來的產(chǎn)品也是廢品。對于目前國內(nèi)市場繞線機高噪音的，主要是由于機械組件摩擦力比較大，沒有檢測機械部件潤滑油的量，所以在轉(zhuǎn)動過程中當出現(xiàn)潤滑油較少時出現(xiàn)了較高的噪音和振動，既不利于機械對于張力的控制，也不利于工人的工作。而我們的研制的高精度雙頭無梭芯紗線底線繞線機 采用全過程自動化技術(shù)，克服了目前國內(nèi)使用的半自動化產(chǎn)品的種種缺陷，在產(chǎn)品完成后實現(xiàn)了自動剪線，自動脫落，對張力控制實行計算機自動調(diào)節(jié)，當潤滑油、膠水較少時提供自動報警功能，提醒工人添加潤滑油和膠水。實現(xiàn)了產(chǎn)品高度的先進性、可靠性和穩(wěn)定性。
