步進電動機在針織開幅機上的應用
何福友 （軍械工程學院）
張素欣 （石家莊市紡織研究所）
1引言
國內的開幅機大都為人工操作，要達到每分鐘幾十米的開幅速度，操作工人要隨時注意開幅線，及時調整開幅線的偏差，勞動強度非常大，且難以控制開幅的精度。少數幾種開幅機，雖有光電自動跟蹤裝置，但檢測與執行機構不盡人意，剖幅精度低，速度也達不到設計要求。
本文研制的用步進電動機作為開幅線跟幅的執行電機，用單片機控制其糾偏的步數和方向，不僅結構簡單，調試維修方便，實現了機電一體化設計，而且達到了予期的目的，比國內同類產品的速度和開幅精度都有相當大的提高。
2主要技術指標
a．檢測范圍：適用于針織毛巾、汗衫、棉毛、毛棉等織物。要求織物的開幅線縫隙透光性與四周組織的透光性有比較顯著的差異。
b．織物直徑的范圍（異布花籃進布處）：φ300～700mm。
c．織物門幅（出布處）：1000～2200mm。
d．適應布速：12～60m/min。
e．織物布型：干、濕筒針織物，縫隙寬度1～5mm。
f．剖幅精度：小于或等于±2mm。
g．具有故障報警，超差自停及處理功能。
3開幅機的結構
整機由電源、舒解機構、傳感器組、單片機模塊、跟蹤執行杌構、超限報警及處理機構、切割控制、卷布控制組成。
準備開幅的布要經過舒解機構去捻，基本上保證輸入機器的布沒有卷捻，進入導布花籃，針織筒子被撐開，使織物保持足夠的張力。經過由光電傳感器組成的傳感頭及單片機組成的智能模塊隨時判斷開幅線的位置，并發出各種控制指令，以驅動糾偏電機旋轉，及時校正開幅線，使其始終對準剪切刀口，開幅控制與卷布控制同步，當開幅線超出檢測范圍時，超限報警，并控制開幅和卷布機構自動停止，單片機處理程序驅動跟蹤電機自動尋縫，當開幅線回到正常位置后，重新啟動開幅控制和卷布運動，系統繼續運行。
4傳感器的設計和執行機構的選擇
開幅機的關鍵是開幅的速度和開幅的精度，歸根到底是檢測的精度和執行機構的響應速度。因而傳感器的設計和執行機構的選擇就決定了整個機器的性能。
4.1光電傳感器的構成
傳感器由紅外光光源構成的發射頭、硅光電池組構成的檢測頭及其放大和信號轉換部分組成。當針織物的開幅線對準硅光電池組的正中間時，若紅外光透過被測物時，留有開幅線的地方對應的光電池得到的電勢信號就與周圍光電池不同，經過對信號進行放大和a/d轉換，由單片機識別開幅線的位置，用其指揮糾偏處理，基本上能達到所要求的檢測精度。傳感器與單片機的接口框圖如圖1所示。
為了滿足多參數測量和分時采集的要求，選用帶多路開關的a/d轉換器，通過電纜直接與被測信號相聯，讀入信號進行放大再轉換，這樣可以避免多路開關引入較大的誤差，且各路信號通過一個放大器可以減少硬件。
4.2執行電機的選擇
為了達到規定的響應速度，所選電機應有快速響應的特點，實現小調偏量的快速調節。電機本身要具有適當的轉矩，才能拖動導布花籃。當轉矩選擇過大，機電時間常數就增大，隨動特性變差；轉矩選擇過小，拖不動導布花籃，往往造成堵轉或燒毀電機，甚至發生轉軸被扭斷的現象。因此初選步進電機作為執行電機，當矩角特性和矩頻特性都適當時，甚至可以不帶齒輪減速機構就可以達到拖動的要求。因而避免了減速元件所產生的噪聲及搌動，同時避免了電機正反轉間隙誤差和傳遞誤差的產生，提高系統的精度，簡化系統結構，也不會產生減速箱漏油造成的織物污染現象。
4.2.1電機步長的確定
若布前進速度即開幅速度為60m/min，則為im/s或1mm/ms，在此速度下，若刀口已偏離開幅線5mm，在最不利情況下開幅線與軸線成60度夾角，這樣每前進1mm，偏差又增加0. 866mm，這就要求布料前進過程中，每前進1mm就要及時修正0.866mm以上才能保證調整到正確的切口位置。即布料前進速度為imm/ms，要求每毫秒的修正量必須大于0. 866mm，暫設定為每毫秒的修正量為1mm，據此可確定步進電機的起動頻率及每步轉角 |
