【文章內(nèi)容簡介】 6卷簧 7錠底 8隔離圈 圖 11 錠子 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 16 錠子高速回轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)縱向振動和橫向振動，縱向振動是指錠子和筒管的上下竄動，而橫向振動表現(xiàn)為錠子的擺頭。所謂的錠子擺頭是指錠端軌跡在水平面內(nèi)的投影程圓形、橢圓形或其他不規(guī)則的復合曲線。橫向振動實質(zhì)是三種振動現(xiàn)象的復合，即自然振動、強迫振動和自激振動。 自然振動是由于錠子受到錠帶接頭或外界突然的作用力沖擊而產(chǎn)生的振動，其出現(xiàn)無一定規(guī)律，但有一定頻率，并由于外界阻尼作用而逐漸消失。 強迫振動是由于錠盤偏心、錠桿彎曲、筒管偏心等造成的振動，是由于周期性干擾力而引起的 一種周期性振動，其頻率與錠速相同，一般情況下隨錠速增大而增大。 引起自激振動的能量是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生或控制，當運動停止時，引起振動的能量也就消失。這種振動頻率低于強迫振動頻率，并接近于第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。強迫振動頻率就是錠子的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，自激振動就是繞錠子旋轉(zhuǎn)中心軸線的兜圈子運動稱為進動。 產(chǎn)生進動的速度大約 8000轉(zhuǎn)／分左右，在高速時進動的方向與錠子旋轉(zhuǎn)的方向相同，在低速時進動的方向與錠速旋轉(zhuǎn)的方向相反，自激振動是研究錠子振動的主要對象。 棉紡細 紗錠子 的錠速 一般為 8000 轉(zhuǎn) /分 16000 轉(zhuǎn) /分，在適當?shù)墓に嚄l件 和質(zhì)量優(yōu)良的筒管配合下 , 錠速可達到 18000 轉(zhuǎn) /分 。 觀察錠子的振動軌跡，當僅有強迫振動時錠端的軌跡是一個簡單的橢圓。如在強迫振動之外伴有自激振動，錠端的軌跡是兩種不同頻率振動組成的復合曲線。它的高頻部分是強迫振動，低頻部分是自激振動。當錠速恰是自激振動頻率的整數(shù)倍時，錠端的軌跡為穩(wěn)定的帶內(nèi)環(huán)的外擺線。如下圖 12所示，外擺線環(huán)數(shù) K（ K= n 錠 /n 自激 1）不同時的帶內(nèi)環(huán)的外擺線。當 K 不是整數(shù)倍時，錠端的軌跡并不封閉。在自激振動的情況下，錠子振動的振幅較僅有強迫振動時為大。 K=4 K=3 K=2 圖 12 帶內(nèi)環(huán)的外擺線 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 17 下圖 13 是兩種型號錠子振動的軌跡。不同型號在不同的轉(zhuǎn)速下有不同的軌跡。 型號 D3203 型號 HA25 錠速 2960 轉(zhuǎn) /分 錠速 8090 轉(zhuǎn) /分 負載加偏心 負載加偏心 圖 13 錠子的振動軌跡 現(xiàn)有的高速錠子一般都采用彈性錠膽及油膜阻尼吸振，速度愈高，阻尼作用愈強，運動也愈穩(wěn)定，此時的軌跡就會呈現(xiàn)穩(wěn)定的圓形或橢圓。反之，如運動不穩(wěn)定，出現(xiàn)自激振動或分諧共振，則振動軌跡就呈現(xiàn)不穩(wěn)定的內(nèi)或外擺線圖形。 減小錠盤紗管的偏心，錠子安裝的歪斜度 ,控制紡紗橫向卷繞張力都可減小錠子的強迫振動及自激振動 . 研究錠子就是研究錠子的振 動。振程值是影響紡紗質(zhì)量的重要指標，是制造廠的出廠標準，也是使用廠的失效標準。錠子的外部持性固然很重要，但這是在一種特定的條件下振程值才能改善，如果不掌握內(nèi)在特性，錠子在使用上將受到限制，如在臨界轉(zhuǎn)速附近工作，錠桿太細等，即使外部特性掌握得很好，也將使振程值增加。 由 于錠子本身和卷裝都存在高速回轉(zhuǎn)時引起劇烈的振動、沖擊和噪聲，并使其功率及磨損大大增加，最后導致錠子的壽命迅速下降。為了研究和掌握錠子的運動規(guī)律，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)和支承條件，控制其運動穩(wěn)定性，以達到高速，低噪音，低功率及壽命長的目的，有必要借助 各種新的測試手段來研究其振動規(guī)律，以改善錠子的振動特性。 本課題設計的目的主要是研究設計測試錠子的振動系統(tǒng)的方案。 2 振動測試系統(tǒng) 振動測試系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機以及相應的軟件組成。 錠子機電測試系統(tǒng)測試的軟件部分采用 LAB VIEW 軟件 。 整個測量系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成：傳感器及其調(diào)理電路和虛擬儀器平臺。 錠子測試系統(tǒng)應具備的功能 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 18 隨著計算機與數(shù)字信號處理技術的高速發(fā)展，基于計算機的測試技術在各個行業(yè)都得到了廣泛的應用。為了方便、有效地對錠子的振動特性進行測試、分析，并給出一個符 合實際的評價，錠子測試系統(tǒng)應具有以下功能： 1. 數(shù)據(jù)采集與存貯。振動數(shù)據(jù)的采集是錠子振動特性分析與故障診斷的第一步。根據(jù)不同的測試目的與要求選用不同的傳感器，采用不同的采樣頻率，這就要求系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)采樣頻率的功能。另外，不同的分析方法對采樣方式有不同的要求，因而，系統(tǒng)應該具有可選擇的連續(xù)采集和單次采集功能。為了隨后處理方便，應采用不同的格式對數(shù)據(jù)加以存貯。 2. 信號處理。根據(jù)錠子振動信號的特點，采用不同的信號處理方法，提取可以反映錠子狀態(tài)的數(shù)字化特征。 3. 信號顯示。對信號在時域或頻域采用不同 的分辨率和放大倍數(shù)進行顯示。 傳感器 傳感器完成信號的獲得，它將被測參量轉(zhuǎn)換成相應的可用輸出信號。被測參量可以是各種非電氣參量，如壓力、溫度、加速度等，也可以是電氣量，如電力輸電線路電網(wǎng)電壓及電流等。高壓電網(wǎng)通過高壓互傳感器將電網(wǎng)高壓變?yōu)?100V，通過電流互傳感器將電網(wǎng)大電流變?yōu)?5A 電流后再用采用電壓、電流傳感器或變送器將 100V、 5V分別轉(zhuǎn)換成 5V低電壓送到虛擬儀器。 傳感器的主要技術指標 精確度 精確度是指精密度和準確度二者意義的總和。在工程測試中，為表示儀器測量結(jié)果的可靠程 度，引入表示儀器精確度程度等級的概念 —— 精確度等級，用 A表示。 A 以系列百分比數(shù)值表示。 A 通常是儀器在規(guī)定工作條件下其最大允許誤差 △ y相對于儀器示值全程（ FS）的百分數(shù)，表示為： A%=△ y*100%/yFS （ 21） 式中： △ y可以是儀器的非線性、重復性、回滯等各單向的最大誤差值。 輸入 /輸出特性 1） 靈敏度（ S） 靈敏度表示傳感器在穩(wěn)定工作時輸出增量對輸入增量的比值，即 S=△ Y/△ X （ 22） S用輸出、輸入量的實際單位表示（如 mV/mm） 。 分辨率也是表示輸入 /輸出關系特性的指標之一。 2） 線性度 線性傳感器測出的輸入 /輸出曲線與某一規(guī)定直線的不吻合程度，稱為非線性誤差或線性度。在輸出特性曲線與規(guī)定直線間，垂直方向上的最大偏差相對于 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 19 最大輸出的百分數(shù)，即為非先行誤差 E，表示為 E=△ Lmax/YFS （ 23） 3）回滯 回滯是指輸入量在進程和回程時輸入與輸出的關系特性不一致的程度。 4）量程 量程是指傳感器測量信號的上、下限值范圍。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指在工作條件不變的情況下，傳感器工作性能在規(guī)定時間內(nèi)保持不變的能力。 動態(tài)特性 1） 頻響 頻響是指傳感器在保持各項性能指標的情況下，工作的最高頻率。 2） 穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間是指從輸入信號階躍變化起，到輸出信號進入并不再超過對最終穩(wěn)態(tài)值 Ys 規(guī)定的允許誤差區(qū)時的時間間隔。 可靠性 可靠性表示對于規(guī)定條件，在 規(guī)定時間內(nèi)完成所要求功能的能力。 傳感器及其調(diào)理電路 只有那些數(shù)值大小合適的電壓信號可以直接進入虛擬儀器平臺外，大多數(shù)被測信號要經(jīng)由傳感器及其調(diào)理電路才能進入虛擬儀器系統(tǒng)，也可以說虛擬儀器的輸入信號大多數(shù)來自傳感器及其調(diào)理電路。 來自傳感器的輸出信號通常是含有微弱信號或者是非電壓信號，如電流、電荷、電參量（電阻、電容、電感等）信號，故調(diào)理電路的基本作用有三個： 1） 放大。將微弱電壓信號放大。 2） 轉(zhuǎn)換。將非電壓輸出信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。 3） 濾波。濾除高頻干擾，限制信號的最高頻率 fmax，避免產(chǎn)生混淆。 虛擬儀器平臺 虛擬儀器平臺包括硬件和軟件平臺。下面分別介紹一下硬件和軟件平臺。虛擬儀器的硬件平臺由 PC 計算機與數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）組成。軟件平臺是指所選的測試軟件。本課題選的是 Lab view 軟件。 虛擬儀器 以往的錠子機電測試系統(tǒng)測試采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件電路或固化軟件實現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 20 是固定的，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。另外，傳統(tǒng)儀器的價格昂貴，技術更新慢，開發(fā)費用高。 采用 VC 編程，雖然可以利用其強 大的圖形功能創(chuàng)建可視化的虛擬儀器前面板，使用先進的 DLL 和 ActiveX 實現(xiàn)軟件的模塊化設計，增強了軟件的維護性和擴展性，也提高了開發(fā)效率，但用其編程，程序既冗長又復雜．可讀性和可維護性較差．這對于提高設備監(jiān)測的實時性和有效性、故障診斷的可靠性和準確性是非常不利的。 隨著 現(xiàn)代計算機技術和信息技術的迅猛發(fā)展 ，出現(xiàn)了 虛擬儀 化，集成化 模塊化 ， 參數(shù)整定與修改實時化 ， 硬件平臺通用 化等技術。 虛擬儀器技術是 90 年代發(fā)展起來的一項新技術．主要應用于自動測試、過程控制、儀器設計和數(shù)據(jù)分析等領域，其基本思想就是在測試系統(tǒng)或儀器 設計中盡可能地用軟件代替硬件，即“ 軟件就是儀器 ” 。 虛擬儀器是現(xiàn)代儀器技術和計算機技術結(jié)合的產(chǎn)物。 虛擬儀器是在以通用計算機為核心、配置有 I/O 接口設備的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測控功能由測控軟件實現(xiàn)的一種計算機系統(tǒng)。虛擬儀器的關鍵技術是其總線技術和以圖形化編程方法為核心的軟件技術。 從虛擬儀器的定義來說，它更多地強調(diào)軟件在儀器中的應用，但虛擬儀器仍離不開硬件技術的支持，信息的獲取仍需要通過硬件來實現(xiàn)。目前，虛擬儀器的類型主要取決于儀器所采用的接口總線類型。從儀器與計算機采用的總線連接方式的不 同，可分為內(nèi)插卡式和外接機箱式兩大類。內(nèi)插卡式就是將各種數(shù)據(jù)采集卡插入計算機擴展槽，再加上必要的連接電纜或探頭，就可形成一個儀器。外接機箱式采用背板總線結(jié)構(gòu)，所有儀器都連接在總線上或采用外總線方式，用外部主控計算機來實現(xiàn)控制。這種類型的虛擬儀器以 VXI 儀器為典型代表。無論哪種虛擬儀器，都離不開數(shù)據(jù)采集硬件的支持。 虛擬儀器應用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種 :一種是基于傳統(tǒng)的文本語言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有 Lab Windows/CVI、 Visual BASIDC/VC++等：一種是基于圖形化語言的軟件開發(fā) 環(huán)境，常用的有 Lab VIEW 和 HP VEE。其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。 因此本實驗錠子機電測試系統(tǒng)測試部分的虛擬示波器采用 LAB VIEW 軟件。 數(shù)據(jù)采集卡 被測信號的實時采集，要使用數(shù)據(jù)采集卡。下面框圖說明了被測信號的實時采集原理。 被測信號 數(shù)據(jù)采集卡 計算機顯示波形 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 21 圖 21 被測信號實時采集框圖 如上圖所示，計算機對采集卡發(fā)出指令，啟動數(shù)據(jù)采集卡，采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算機對 采集的信號數(shù)據(jù)進行存儲、處理和顯示。 數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ 卡）由以下幾個部分組成： 1） 多路開關。將各路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。 2） 放大器。將前一級多路開關切換進入待采集信號放大（或衰減）至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。通常實際系統(tǒng)中放大器做成增益可調(diào)的放大器，設計者根據(jù)輸入信號不同的幅值選擇不同的增益倍數(shù)。 3） 采樣 /保持器。取出待測信號在某一瞬間的值（即實現(xiàn)信號的時間離散化），并在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中保持信號不變。如果被測信號變化很緩慢，也可以不用采樣 /保持器。 4） A/D 轉(zhuǎn)換器。將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，并完成信號幅值的量化。 數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標 1 模擬信號輸入部分 1）模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。 2）信號的輸入方式。一般待采集信號的輸入方式有： ★ 單端輸入：即信號的其中一個端子接地。 ★ 差動輸入：即信號兩端均浮地。 ★ 單極性：信號幅值范圍為 [0， A]， A 為信號最大幅值。 ★ 雙極性：信號幅值為 [A， A]。 3）模擬信號的輸入范圍（量程） 一般根據(jù)信號輸入特性的不同（單極性輸入還是雙極性輸入）有不同的輸入范圍。 4）放大器增益。 5）模擬輸入阻抗。