一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，属于机械振动与测试领域。该装置包括支撑系统、三轴定位系统、光学位移传感器、运动控制器、数据采集器和计算机等。本发明专利技术所提出的测试装置可在卷绕机实际工作状态下测量卷绕机转子系统在全部5个过程中的振动特性。装置可通过控制程序快速准确地调整传感器的测量位置，一方面可以测量卷绕机锭轴在长度方向上不同位置的振动特性，另一方面还可以适应由于卷绕机卷位变化而引起的测量位置变化。本发明专利技术解决了高速卷绕机锭轴转子系统振动特性在实际工作状态下难以直接测量的问题，并实现了高速卷绕机在实际工作状态下全部5个过程中对锭轴振动特性的直接、实时测量。

A Measuring Device for Spindle Shaft Vibration of High Speed Winding Machine in Whole Process

【技术实现步骤摘要】
一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置
本专利技术涉及一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，属于机械动力学

技术介绍
为便于储藏和运输等作业，涤纶长丝通常在卷绕机上被卷绕成一定规格的圆盘形状(又称丝饼)。因此，卷装是一种暂态。根据工艺需要，卷装既要求卷绕密度大以增加容量，又要求外观形状符合规定且丝线铺放均匀不塌边，使其在后续工序中退绕张力稳定，并顺利退绕。卷绕机的核心部件为卷绕锭轴转子系统，如图1所示，整套卷绕系统通过其座套0.2安装在卷绕机的机架0.1上(具体安装参见图3)。转盘0.3可绕自身回转轴旋转；转盘0.3上设置有两套锭轴——锭轴Ⅰ0.4和锭轴Ⅱ0.5，分别由电机驱动高速旋转；处于卷绕状态的锭轴0.5处于上位，而准备退卷或准备卷绕的锭轴0.4处于下位，每套锭轴上设有膨胀圈0.7，在卷绕时膨胀圈确保卷装与锭轴胀紧并作同步旋转。根据目前涤纶长丝生产工艺，卷绕线速度高达6000m/min，为保持卷绕线速度恒定，随着卷装0.6直径的增大，锭轴转速由18000r/min逐渐下降至3000r/min，同时为稳定刚卷绕上卷装0.6表面的丝线能稳定、正确地铺放在卷装0.6圆柱表面上，卷绕机设有接触辊0.8，接触辊0.8以恒定的高转速旋转确保与卷装表面只产生相对转动而不发生相对滑动，避免造成卷装0.6表面丝线受损。涤纶长丝生产是连续不间断工作，卷绕头在连续不间断生产过程中，从开始卷绕到落卷，每一卷绕周期内有5个不同阶段，如图2所示：空管快速启动阶段、最高转速点保持阶段、长丝卷绕过程阶段、满卷降速停止阶段和落卷阶段。①空管快速启动阶段：在空管快速启动阶段，锭轴Ⅰ0.4在电机的驱动下运转，转速随时间快速增大至最高卷绕转速。该阶段锭轴Ⅰ0.4上虽然不进行卷绕，但其动力学不平衡响应不仅会影响后续阶段的运动状态，还直接影响转盘、锭轴Ⅱ0.5，乃至整个卷绕机的平稳运行，因此该阶段锭轴Ⅰ0.4在不同转速下的振动特性不容忽视。②最高转速点保持阶段：锭轴Ⅰ0.4转速达到最高卷绕工作转速后，保持旋转速度恒定等待锭轴Ⅱ0.5卷绕完成。当锭轴Ⅱ0.5卷绕完成后，接触辊0.8上移，转盘0.3转动180°，两锭轴位置交换完成换筒工艺，锭轴Ⅰ0.4进入卷绕位置，并仍保持最高转速，以便机器人自动或人工辅助完成丝线生头工艺。③长丝卷绕过程阶段：处于卷绕位置的锭轴Ⅰ0.4生头动作完成后进入卷绕阶段，在该阶段锭轴通过旋转将长丝卷绕在夹套纸筒0.7上并形成卷装0.6(又称丝饼)，为确保卷绕质量，正常卷绕后接触辊0.8通过气缸加压同卷装0.6保持紧密接触，形成“锭轴-卷装-接触辊”耦合系统。随着卷装0.6直径的增大，一方面为保持卷绕线速度恒定，锭轴转速逐渐下降，另一方面为了使接触辊0.8与卷装0.6表面的压力适中，锭轴通过转盘0.3每隔一段时间旋转一定角度，到达新的预设卷绕位，直到卷装达到设定重量(满卷状态)时，该周期卷绕工艺完成。在转盘0.3转动两锭轴交换位置前，接触辊0.8与卷装0.6分离。在卷绕阶段，卷装质量、转动惯量时变，锭轴转速时变，因而该阶段锭轴的实时振动特性尤为重要。④满卷降速停止阶段：锭轴上的卷装0.6达到满卷状态后，本周期卷绕工艺结束，锭轴带着卷装0.6由最低转速逐渐下降，直至静止，期间转盘0.3旋转将已经满卷的锭轴Ⅰ0.4置于转盘0.3下部非卷绕位置，为落卷作准备。⑤落卷阶段：带有卷装0.6的锭轴Ⅰ0.4静止后，卷装0.6连同纸筒0.7一起从锭轴上被取下。卷绕机锭轴的不平衡振动是造成卷绕机振动的主要原因，也是决定卷绕机是否可正常工作的关键。由上述卷绕机单一卷绕周期内卷绕转子系统的工作过程可以看出，整个卷绕过程连续不间断，锭轴工作位置不断变化，卷装0.6直径也在不断变化，而且卷装0.6以及纸筒0.7几乎将金属锭轴外圆柱面完全包裹，给测量锭轴振动带来难度。如图3所示，目前通常采用以下两种间接方式测试卷绕机工作状态下锭轴转子系统的振动特性：第一种方式是通过传感器测量卷绕机压辊轴承座上规定测点处(如图3的A点，FZ/T96025-2018)的振动情况，以此来间接反映卷绕机转子系统的振动特性，然而锭轴的高速不平衡运转才是卷绕机产生振动的根源，因此测量结果与真实状况往往有较大偏差，不能真实反映卷绕机工作状态下转子系统的振动特性；第二种方式是通过电涡流传感器测量锭轴处的振动特性，但由于电涡流传感器的量程较小，其感测头与锭轴或卷装的距离需要保持在0.5mm左右，由于锭轴位置随卷绕时间变化，传感器位置无法根据锭轴的位置变化作出快速、有效地调整，且锭轴的振幅在启动过程中由于倍频共振容易超出量程而对传感器造成损坏，给测试带来很大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种能够实现高速卷绕机全流程状态下(快速启动、卷绕、降速等5个状态)进行锭轴振动测试的试验装置，利用该装置可在高速卷绕机实际工作状态下实时获得卷绕机锭轴转子系统的振动特性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，其特征在于，包括支撑系统1、三轴定位系统、光学位移传感器、运动控制器、信号采集器和计算机，其中：支撑系统用于保证测试状态稳定；光学位移传感器用于直接测量卷绕机锭轴或卷装下边缘处的振动位移，从而真实反映卷绕机锭轴在实际工作状态下的振动特性，实现大振幅、非接触式直接测量；利用计算机和信号采集器采集光学位移传感器获得的振动位移数据；利用计算机和运动控制器驱动三轴定位系统，根据预先已知的锭轴位置变化规律设定运动控制程序，由运动控制器控制三轴定位系统带动光学位移传感器3进行锭轴位置跟踪测量，光学位移传感器在三轴定位系统的带动下改变测量位置，通过三轴定位系统使得光学位移传感器可以测量卷绕机锭轴长度方向不同位置的振动特性，同时还可以使得光学位移传感器适应由于卷绕机卷位变化和卷装直径变化而引起的测量位置变化，实现高速卷绕机在实际工作状态下全工作过程中对锭轴振动特性的直接、实时测量。优选地，所述三轴定位系统包括用于带动所述光学位移传感器上、下移动的上下位移驱动机构、用于带动所述光学位移传感器左、右移动的左右位移驱动机构、用于带动所述光学位移传感器前、后移动的前后位移驱动机构。优选地，所述上下位移驱动机构包括上下位移伺服电机和上下位移滑轨滑块机构，上下位移伺服电机驱动上下位移滑轨滑块机构中的上下位移滑块沿着上下位移滑轨上、下移动；左右位移驱动机构包括左右位移伺服电机和左右位移滑轨滑块机构，左右位移伺服电机驱动左右位移滑轨滑块机构中的左右位移滑块沿着左右位移滑轨左、右移动；所述前后位移驱动机构包括前后位移伺服电机和前后位移滑轨滑块机构，前后位移伺服电机驱动前后位移滑轨滑块机构中的前后位移滑块沿着前后位移滑轨前、后移动；所述光学位移传感器固定在前后位移滑块上，前后位移滑轨滑块机构固定在左右位移滑块上，左右位移驱动机构固定在上下位移滑块上；所述计算机控制上下位移伺服电机、左右位移伺服电机及前后位移伺服电机。优选地，所述支撑系统包括钢制支架和四个空气弹簧隔振器，四个空气弹簧隔振器分别位于钢制支架底部的四角处，所述三轴定位系统固定在钢制支架上。优选地，所述钢制支架上设有用于确保钢制支架平稳而不前倾的配重块。优选地，四个所述空气弹簧隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，其特征在于，包括支撑系统(1)、三轴定位系统(2)、光学位移传感器(3)、运动控制器(4)、数据采集器(5)和计算机(6)，其中：支撑系统(1)用于保证测试状态稳定；光学位移传感器(3)用于直接测量卷绕机卷装(0.6)下边缘处的振动位移，从而真实反映卷绕机锭轴在实际工作状态下的振动特性，实现大振幅、非接触式直接测量；计算机(6)通过数据采集器(5)采集光学位移传感器(3)获得的振动位移数据；计算机(6)通过运动控制器(4)驱动三轴定位系统(2)，根据预先已知的锭轴位置变化规律设定运动控制程序，由运动控制器(4)控制三轴定位系统(2)带动光学位移传感器(3)进行锭轴位置跟踪测量，光学位移传感器(3)在三轴定位系统(2)的带动下改变测量位置，通过三轴定位系统(2)使得光学位移传感器(3)可以测量卷绕机锭轴长度方向不同位置的振动特性，同时还可以使得光学位移传感器(3)适应由于卷绕机卷位变化和卷装直径变化而引起的测量位置变化，实现高速卷绕机在实际工作状态下全工作过程中对锭轴振动特性的直接、实时测量。

【技术特征摘要】
1.一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，其特征在于，包括支撑系统(1)、三轴定位系统(2)、光学位移传感器(3)、运动控制器(4)、数据采集器(5)和计算机(6)，其中：支撑系统(1)用于保证测试状态稳定；光学位移传感器(3)用于直接测量卷绕机卷装(0.6)下边缘处的振动位移，从而真实反映卷绕机锭轴在实际工作状态下的振动特性，实现大振幅、非接触式直接测量；计算机(6)通过数据采集器(5)采集光学位移传感器(3)获得的振动位移数据；计算机(6)通过运动控制器(4)驱动三轴定位系统(2)，根据预先已知的锭轴位置变化规律设定运动控制程序，由运动控制器(4)控制三轴定位系统(2)带动光学位移传感器(3)进行锭轴位置跟踪测量，光学位移传感器(3)在三轴定位系统(2)的带动下改变测量位置，通过三轴定位系统(2)使得光学位移传感器(3)可以测量卷绕机锭轴长度方向不同位置的振动特性，同时还可以使得光学位移传感器(3)适应由于卷绕机卷位变化和卷装直径变化而引起的测量位置变化，实现高速卷绕机在实际工作状态下全工作过程中对锭轴振动特性的直接、实时测量。2.如权利要求1所述的一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，其特征在于，所述三轴定位系统包括用于带动所述光学位移传感器(3)上、下移动的上下位移驱动机构、用于带动所述光学位移传感器(3)左、右移动的左右位移驱动机构、用于带动所述光学位移传感器(3)前、后移动的前后位移驱动机构。3.如权利要求2所述的一种高速卷绕机全流程状态下的锭轴振动测试装置，其特征在于，所述上下位移驱动机构包括上下位移伺服电机(2.1)和上下位移滑轨滑块机构(2.4)，上下位移伺服电机(2.1)驱动上下位移滑轨滑块机构(2.4)中的上下位移滑块沿着上下位移滑轨上、下移动；左右位移驱动机构包括左右位移伺服电机(2.2)和左右位移滑轨滑块机构(2.5)，左右位移伺服电机(2.2)驱动左...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永兴，张里俊，李姝佳，侯曦，马勋勋，李新奇，刘国志，于海燕，马晓建，王生泽，
申请(专利权)人：东华大学，恒天重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31