【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(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(fù)合曲線。橫向振動實(shí)質(zhì)是三種振動現(xiàn)象的復(fù)合，即自然振動、強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)運(yùn)動停止時，引起振動的能量也就消失。這種振動頻率低于強(qiáng)迫振動頻率，并接近于第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。強(qiáng)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(yùn)動稱為進(jìn)動。 產(chǎn)生進(jìn)動的速度大約 8000轉(zhuǎn)／分左右，在高速時進(jìn)動的方向與錠子旋轉(zhuǎn)的方向相同，在低速時進(jìn)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(xì) 紗錠子 的錠速 一般為 8000 轉(zhuǎn) /分 16000 轉(zhuǎn) /分，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件 和質(zhì)量優(yōu)良的筒管配合下 , 錠速可達(dá)到 18000 轉(zhuǎn) /分 。 觀察錠子的振動軌跡，當(dāng)僅有強(qiáng)迫振動時錠端的軌跡是一個簡單的橢圓。如在強(qiáng)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(fù)合曲線。它的高頻部分是強(qiáng)迫振動，低頻部分是自激振動。當(dāng)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(dāng) 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(qiáng)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(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(fù)載加偏心 負(fù)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(qiáng)，運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(biāo)，是制造廠的出廠標(biāo)準(zhǔn)，也是使用廠的失效標(biāo)準(zhǔn)。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(xì)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(dǎo)致錠子的壽命迅速下降。為了研究和掌握錠子的運(yùn)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(yùn)動穩(wěn)定性，以達(dá)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(shè)計(jì)的目的主要是研究設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件組成。 錠子機(jī)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(yīng)具備的功能 武漢科技學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)的測試技術(shù)在各個行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。為了方便、有效地對錠子的振動特性進(jìn)行測試、分析，并給出一個符 合實(shí)際的評價，錠子測試系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)，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(jìn)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(yīng)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(shù)指標(biāo) 精確度 精確度是指精密度和準(zhǔn)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?jǐn)?shù)，表示為： A%=△ y*100%/yFS （ 21） 式中： △ y可以是儀器的非線性、重復(fù)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(shí)際單位表示（如 mV/mm） 。 分辨率也是表示輸入 /輸出關(guān)系特性的指標(biāo)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(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 最大輸出的百分?jǐn)?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(jìn)程和回程時輸入與輸出的關(guān)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(xiàng)性能指標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(jī)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(shí)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(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shù)更新慢，開發(fā)費(fèi)用高。 采用 VC 編程，雖然可以利用其強(qiáng) 大的圖形功能創(chuàng)建可視化的虛擬儀器前面板，使用先進(jìn)的 DLL 和 ActiveX 實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了軟件的維護(hù)性和擴(kuò)展性，也提高了開發(fā)效率，但用其編程，程序既冗長又復(fù)雜．可讀性和可維護(hù)性較差．這對于提高設(shè)備監(jiān)測的實(shí)時性和有效性、故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性是非常不利的。 隨著 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)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(shí)時化 ， 硬件平臺通用 化等技術(shù)。 虛擬儀器技術(shù)是 90 年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)．主要應(yīng)用于自動測試、過程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想就是在測試系統(tǒng)或儀器 設(shè)計(jì)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(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心、配置有 I/O 接口設(shè)備的硬件平臺上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測控功能由測控軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)是其總線技術(shù)和以圖形化編程方法為核心的軟件技術(shù)。 從虛擬儀器的定義來說，它更多地強(qiáng)調(diào)軟件在儀器中的應(yīng)用，但虛擬儀器仍離不開硬件技術(shù)的支持，信息的獲取仍需要通過硬件來實(shí)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(jì)算機(jī)采用的總線連接方式的不 同，可分為內(nèi)插卡式和外接機(jī)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(jì)算機(jī)擴(kuò)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(jī)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(jì)算機(jī)來實(shí)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(yīng)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(shù)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(shí)驗(yàn)錠子機(jī)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(shí)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(shí)時采集原理。 被測信號 數(shù)據(jù)采集卡 計(jì)算機(jī)顯示波形 武漢科技學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 21 被測信號實(shí)時采集框圖 如上圖所示，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)對 采集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)。將各路信號輪流切換到放大器的輸入端，實(shí)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(guān)切換進(jìn)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(shí)際系統(tǒng)中放大器做成增益可調(diào)的放大器，設(shè)計(jì)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(shí)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(biāo) 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。