電氣工程及其自動化畢業(yè)論文：橡毯預縮機預縮率與超喂的模型設(shè)計

電氣工程及其自動化畢業(yè)論文：橡毯預縮機預縮率與超喂的模型設(shè)計

摘 要
預縮率是染整生產(chǎn)成品布的重要質(zhì)量指標。染整預縮生產(chǎn)通常采用改變預縮機入口處喂布輪速度的方法，來調(diào)節(jié)喂布量（即超喂量），使成品布的預縮率達到用戶要求。因此，研究預縮率與超喂的關(guān)系，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)的一次合格率，降低預縮環(huán)節(jié)加工能耗和生產(chǎn)成本具有重要作用。
本文主要對橡毯預縮機預縮率與超喂的關(guān)系進行如下幾個方面的研究：
（1）預縮率與超喂自動控制系統(tǒng)原理分析，結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)框圖構(gòu)建；
（2）預縮率與超喂自動控制系統(tǒng)中的測速控制系統(tǒng)，超喂控制系統(tǒng)，及整體系統(tǒng)的組成設(shè)計；
（3）預縮率與超喂自動控制系統(tǒng)基于Matlab的建模與仿真，最終系統(tǒng)運行結(jié)果應(yīng)顯示克重輸出值能跟綜到達設(shè)定值。

關(guān)鍵詞：預縮率；超喂控制；Matlab


ABSTRACT
The shrinkage is an important quality inde* of dyeing and finishing productionfinished fabric. Dyeing and finishing of pre shrinking production usually adopts the method of changing the shrinking machine entrance feed wheel speed, to adjust the feed quantity (overfeeding), so that the finished fabric preshrunk ratio reaches the requirement of users. Therefore, study on the shrinkage andover feed, to improve the quality of products, a pass rate of production, plays an important role in reducing the shrinking link of processing energy consumption and production cost.
Research conducted in the following several aspects of the relationship between the main compressor shrinkage of rubber blanket pre and overfeeding:
(1)The shrinkage and overfeeding principle analysis of automatic control system, structure and system block diagram;
(2) The shrinkage and overfeeding automatic control system in the speed control system, ultra feed control system,design and overall system;
(3)The shrinkage and overfeeding automatic control system modeling and simulation based on Matlab, and finally the running results of the system should display the weightoutput can follow to the setting value.

Keywords:Shrinking machine ; shrinkage;overfeeding control; The Matlab

目錄

第一章 緒論 1
1.1 研究預縮率的意義和目的 1
1.2 橡毯預縮機預縮率與超喂的研究現(xiàn)狀 1
1.3 本論文的組成 1
第二章 預縮機工藝及設(shè)備 2
2.1預縮簡介 2
2.1.1 膠毯預縮機 2
2.1.2 呢毯預縮機 3
2.1.3 阻尼預縮機 3
2.1.4 橡毯預縮機 4
2.1.5 各種預縮機的織物運行過程 6
2.2預縮原理及要素分析 6
2.2.1 橡毯預縮的基本原理 6
2.2.2 影響預縮效果的七個要素 7
2.3預縮機的調(diào)試 11
2.3.1預縮機的機械狀態(tài)調(diào)試 11
……（新文秘網(wǎng)http://m.jey722.cn省略3034字，正式會員可完整閱讀）……　
織物穩(wěn)定�？椢锏念A縮量可由兩輥間的速度差來控制。速度差大，預縮量大；速度差小，預縮量也小。
2.1.4 橡毯預縮機
1.橡膠毯預縮機的工作原理
圖2.1。橡膠毯預縮機的工作原理是：充分給濕的面料在給布輥1和加熱承壓輥5之間通過橡膠毯2的包覆，進入預縮機的加熱承壓輥5表面，橡膠毯2在給布輥1和加熱承壓輥5之間被彎曲，發(fā)生外層拉伸內(nèi)層擠壓的變形，利用橡膠毯良好的彈性形變面料被緊緊擠壓包覆在橡膠毯和加熱承壓輥5之間，一邊擠壓收縮，一邊烘干，達到經(jīng)向收縮的目的。

1- 給布輥 2-橡膠毯 3-橡膠毯張力輥 4-出布輥 5-加熱承壓輥 6-織物
圖2.1 橡膠毯機械預縮機工作機構(gòu)示意圖

圖2.2 橡膠毯拉伸壓縮原理圖
橡膠毯“彎曲變形擠壓”原理如圖2.。設(shè)加熱承壓輥半徑為R，橡膠毯厚度為h，取一單元段ab，包覆角為α，面料厚度不計，理論上可以認為，面料的擠壓變形產(chǎn)生的收縮等于橡膠毯上的內(nèi)圈ab處的壓縮變形量。橡膠毯的內(nèi)圈壓縮變形量Δ為橡膠毯中心層長度和內(nèi)圈ab處長度之差，可以表示為：

因此，橡膠毯的內(nèi)圈ab處的最大理論收縮率ε（也是最大理論預縮率）可以寫成：

從以上分析可以看出濕熱預縮機理論收縮率主要與包覆帶（橡膠毯等）的厚度h及加熱承壓輥半徑R兩個因素有關(guān)。
應(yīng)該指出：實際生產(chǎn)中烘燥筒的溫度、噴濕量、烘燥速度、包覆帶的張力大小、承壓輥壓力、彈性模量和包角大小、織物的組織結(jié)構(gòu)等眾多因素對預縮率也是有影響的，上述公式中并沒有反映出來，濕熱預縮機的研發(fā)人員應(yīng)對此作深入的研究。
例如，織物的組織結(jié)構(gòu)中，紗支、捻度、密度三個參數(shù)對預縮率就有很大的關(guān)系。經(jīng)緯密度大的織物紗線間的空隙較經(jīng)緯密度小的織物小，因此經(jīng)緯密度大的織物較經(jīng)緯密度小的織物難收縮；同樣，紗支粗的也較紗支細的織物難收縮。
當經(jīng)紗密度大于緯紗密度時（如卡其、華達呢），經(jīng)向縮水率就大于緯向縮水率；反之，經(jīng)向縮水率就大于緯向縮水率；當經(jīng)緯紗密度相近（如平布類）時，經(jīng)、緯紗縮水率較接近。捻度高的紗、線密度大，潤濕溶脹后紗、線直徑增加幅度大，導致在長度方向的縮水加重，下機縮水率高。所以，不同組織的面料預縮前的給濕量有一定的要求，給濕量的控制直接影響到預縮效果，給濕量一般控制在10%-20%之間，厚密織物為15%-20%左右。這些情況都是服裝廠在使用預縮機應(yīng)該預以注意的。
2.1.5 各種預縮機的織物運行過程
1．簡式三輥膠毯預縮機
進布架干進布→水管噴霧給濕→三輥膠毯預縮→落布架落布
2．布鋏鏈預縮整理聯(lián)合機
進布架干進布 → 給濕箱噴霧給濕和蒸汽給濕 → 單烘筒預烘 →短布鋏拉幅 → 三輥橡膠毯預縮 → 呢毯整理機平燙烘燥 → 冷卻裝置冷卻 → 消除靜電 → 落布架落布
3．普通三輥橡膠毯預縮聯(lián)合機
進布架干織物進布 → 給濕箱雙面噴霧給濕 → 單只烘筒預烘 →三輥橡膠毯預縮 → 呢毯熨燙烘燥 → 落布架落布
4．呢毯預縮機
進布架干進布 → 噴霧給濕 → 蒸汽給濕 → 單只烘筒預烘 → 短布鋏拉幅 → 兩組呢毯預縮 → 落布
5．阻尼預縮機
進布輥平幅干進布 → 超喂輪超喂 → 蒸汽給濕 → 兩組阻尼預縮 →膠輥簾帶送布 → 折疊或卷取出布

2.2預縮原理及要素分析
2.2.1 橡毯預縮的基本原理
根據(jù)棉及混紡織物在一定溫度和濕度等條件下具有的可塑性以及天然橡膠的高彈性，運用機械物理方法，將在各道生產(chǎn)工序中被拉長的織物，縮回至纖維自身的自然狀態(tài)并將其穩(wěn)定下來。這就是橡毯預縮的目的。
預縮的過程為橡毯的擠壓點處，通過壓緊輥對橡毯的擠壓，與承壓輥接觸的橡毯表面發(fā)生變形，經(jīng)向伸長，織物在伸長的橡毯與承壓輥之間被握持進步。隨著承壓輥的轉(zhuǎn)動，被擠壓的橡毯在失去擠壓力后，橡毯回彈并帶動織物經(jīng)向收縮，這種經(jīng)向收縮的過程即織物預縮過程。整個預縮過程在擠壓點至后承壓輥的1/4圓周內(nèi)完成。
2.2.2 影響預縮效果的七個要素
擠壓力、橡毯品質(zhì)、布面濕度、布面及承壓輥溫度、預縮時間、織物狀態(tài)、超喂，這是直接影響預縮效果的七個要素。這七個要素既有一定的獨立性，又相互聯(lián)系和影響。在實際應(yīng)用中，這七個要素往往可以相互彌補。若一個要素的應(yīng)用條件不好，可通過改變其他6個要素的應(yīng)用條件，以最終保證預縮效果。七個要素調(diào)配得好，往往不僅保證了預縮效果，而且可提高生產(chǎn)效率或延長機器使用壽命。
（1）擠壓力——指擠壓點處橡毯所受的力
在特定幾何形狀的條件下，擠壓力的大小之間決定了橡毯變形量的大小，即橡毯經(jīng)向伸長量的大小。擠壓力越大經(jīng)向伸長量越大，回縮自然也越大，則織物預縮率相應(yīng)大。
擠壓力是預縮機的預縮能力的標志，現(xiàn)國際水平的預縮機，其擠壓力可達200—250KN，對于寬180cm的橡毯而言，其線電壓為1.1—1.4kN/cm。
橡毯硬度在邵爾40°時，橡毯厚度、最大推薦擠壓力、線壓力三者的關(guān)系如表所示。

橡毯厚度/cm 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52-50 48 46-44
最大推薦擠壓量/mm 16 15 14 13.5 12.5 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9
線壓力/N/cm 1000 921 862 804 764 735 700 676 657 637 627 627
需注意一點：對于不同的橡毯硬度，當橡毯厚度和擠壓量相同時，其擠壓線壓力是不同的。橡毯硬度越高，需要的擠壓力量越大。 進口橡毯推薦最大擠壓量S=橡毯厚度*25%， 國產(chǎn)橡毯推薦最大擠壓量S=橡毯厚度*20%。
為保證橡毯擠壓力左中右均勻，其前提條件是保證緊壓輥與承壓輥的平行。影響擠壓力左右中均勻的還有兩個因素：一是橡毯自身硬度左中右是否一致；而是壓緊輥和承壓輥在擠壓過程中所產(chǎn)生的撓度變形；對于180幅寬系列預縮機的擠壓力橫向均勻性影響不大，但對于280-360系列的預縮機，就可能較大程度地影響到擠壓力橫向均勻性，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)措施，防止撓度變形過大。
在實際操作中，為保證擠壓力左中右均勻，最常用的辦法就是保證壓緊輥與承壓輥的平行和磨輥與壓緊輥的平行。具體平行測量工具一般采用內(nèi)卡鉗，平行度量具等，用這些工具直接測量并保證兩輥外圓之間的間隙左右一致。
（2）橡毯品質(zhì)
橡毯品質(zhì)對織物預縮的影響極大，橡毯的彈性、硬度、均勻性、親水性、磨擦系數(shù)、抗疲勞性、抗斷裂性、耐熱及抗老化性、耐磨性、可修補性等等，都將直接影響預縮效果。
橡毯的彈性，對織物預縮的影響最大。橡毯受擠壓后照成的變形量及橡毯失去擠壓后的回彈能力，這一物理過程可以理解為橡毯的彈性，變形量大小回彈能力，則彈性好。目前，國產(chǎn)橡毯的彈性指數(shù)65-68，而進口橡毯的彈性指數(shù)為70-72，由于國產(chǎn)橡毯。
橡毯的硬度是與其彈性密切相關(guān)的一個指標，硬度高，抗壓性好，但彈性將變差；經(jīng)長期的應(yīng)用實踐，國內(nèi)外即備受均把橡毯硬度定在邵氏38-40°，以同時滿足彈性及抗壓性的要求。在實際使用時，當橡毯表面發(fā)光并出現(xiàn)微小龜裂紋時，說明表面硬度提高，此時應(yīng)進行磨毯。近期，西歐地區(qū)常用邵氏36±2°，主要為追求織物的柔軟風格。
橡毯的均勻性直接影響被加工織物的品質(zhì)和機械運動狀態(tài)。如彈性或硬度不均勻，就會造成織物預縮的不均勻，還可能造成橡毯向一邊跑而糾不過來，或左右“蛇行”。橡毯均勻性的好壞，一般通過檢查表面硬度來決定。橡毯的圓周及幅寬方向其邵氏硬度誤差值應(yīng)在±0.5°。
橡毯表面的親水性，對織物的含濕量可產(chǎn)生一定程度的影響。親水性的好壞，與橡毯的配方及表面粗糙度有關(guān)。具體應(yīng)用過程中，可通過調(diào)整橡毯壓水輥的壓力來改變橡毯的帶水量。該帶水量可增加織物的濕度，大約在2%左右。在調(diào)節(jié)給濕機的給濕量時應(yīng)考慮橡毯給濕的存在。橡毯親水性的好壞對橡毯表面的冷卻和潤滑也將起重要作用，親水性好，橡毯表面的冷卻和潤滑就好，則橡毯壽命長。
橡毯表面與織物的摩擦系數(shù)，直接決定了兩者之間的摩擦力。而摩擦力的大小，就決定了橡毯對織物的握持能力。握持能力越大，則橡毯在受擠壓后回彈時帶動布一起回縮的能力越強，即預縮率大；反之，則預縮率小。摩擦系數(shù)與橡毯原材料有直接關(guān)系，在實際應(yīng)用中不易檢測，一般采用不同牌號的砂帶來打磨橡毯表面，以獲取不同的握持能力。常用的砂帶牌號為60#-120#，牌號低適合厚重織物，牌號高適合輕薄織物。
橡毯的抗疲勞性、耐性及抗老化性、抗斷裂性等，直接關(guān)系到橡毯的壽命。橡毯一致處在高負荷下，如圓周方向一直處在正反彎曲狀態(tài)，且在寬度方向不間斷地加壓和卸壓，同時加熱和冷卻在交替進行。在這種狀態(tài)下，橡毯的抗疲勞性、耐熱及抗老化性、抗斷裂性等性能若不好，將加速橡毯的疲勞老化，甚至斷裂，橡毯壽命可想而知。目前，進口橡毯中壽命較高的可加工1000萬米以上織物，過程較好的橡毯可加工500萬米左右。
橡毯的耐磨性，取決于橡毯的原材料和加工工藝。耐磨性好，則每次磨橡毯后減薄量小，壽命自然就延長。
橡毯的可修復性，指橡毯局部損壞時可修復的程度�？尚迯托院�，往往可挽救一條橡毯；若可修復性不好，修復點處于橡毯其他地方相比，彈性或硬度造成差異，則對織物預縮的均勻性產(chǎn)生影響。
（3）布面的濕度——指預縮前織物的含潮率
預縮前織物的含潮率一般為10%--15%。具體按織物平方米克重掌握，即布的平方米克重越大，含潮率也應(yīng)越大。纖維之間的水分是一種潤滑劑，沒有水分，纖維之間很難產(chǎn)生滑動即很難預縮。
給濕方式有如下幾種：噴霧（噴嘴、甩盤）、汽蒸箱、汽蒸烘筒、泡沫法、帶水輥、橡毯表面含潮等。
什么給濕方式并不是關(guān)鍵，關(guān)鍵是給濕均勻�？椢锝�(jīng)噴霧給濕后，再經(jīng)過Φ570mm烘筒的烘蒸，就是促使織物含潮均勻的一種常用方式。噴霧給濕時可使用各種添加劑，但要注意，添加劑是一種潤滑劑，既可造成織物易縮，又會造成織物伸長。
橡毯表面的含濕量，直接對織物含濕量產(chǎn)生影響，可改變織物的含濕率1%--3%。具體控制橡毯帶水量主要有兩個辦法：一是選擇不同號的砂帶磨橡毯，如60#，帶水量大，100#，帶水量小；而是改變壓水輥壓力大小，也可改變橡毯帶水量。
預縮整理后的織物含潮率應(yīng)在4%左右，此時最有利于織物的穩(wěn)定。烘的過干，空氣重的水分會對織物產(chǎn)生沖擊；按自然回潮率7%掌握，不利于尺寸的穩(wěn)定。
（4）溫度——指進預縮機前布面溫度和承壓輥溫度
織物在一定的溫度條件下通過濕度等因素的配合，是植物容易產(chǎn)生預縮形變，且織物預縮后形狀可以穩(wěn)定下來�？椢镱A縮前的溫度控制在60—80°是較理想狀態(tài)。但由于布面溫度不易檢測，一般通過Φ570mm烘筒溫度或壓力來大致控制布面溫度，Φ570mm烘筒表面溫度一般掌握在105℃左右；使用噴直接蒸汽烘筒時要蒸汽均勻噴出，穿透布面。承壓輥表面溫度應(yīng)根據(jù)不同織物的預縮要求，掌握在107--140℃，輕薄織物溫度可偏小，厚重織物溫度應(yīng)偏大。兩個溫度的控制調(diào)整要根據(jù)織物預縮的具體情況相互協(xié)調(diào)，以求達到較好的預縮效果。蒸汽質(zhì)量的好壞對溫度有直接影響，有時有雨蒸汽質(zhì)量太差，甚至會影響到左右產(chǎn)生較大溫差，這將直接影響植物預縮。
溫度的測量方法：①紅外在線檢測承壓輥表面溫度。②紅外溫度檢測器人工測量布面或各輥面溫度。③輥體表面專用測量器（熱電偶）。④輥體內(nèi)部安裝熱電偶直接測量蒸汽溫度。⑤觀察蒸汽壓力表讀數(shù)。⑥手摸布面，憑經(jīng)驗感覺。以上六種辦法，最常用的方法是第⑤、⑥兩種。
（5）預縮整理時間——又可稱為車速
沒有一定的時間保證，織物隨著橡毯回彈而回縮這一物理過程就不能充分的完成。若時間較短，即使溫度、濕度、橡毯壓力等因素調(diào)整的很合適，也不會達到預期的預縮效果。但預縮時間與橡毯的彈性是有一定關(guān)系的，橡毯的彈性好，則預縮時間相應(yīng)短。
織物預縮后的整理過程也與時間有密切關(guān)系。剛預縮的織物若沒有一定時間的烘干整理，其尺寸就不會穩(wěn)定下來�，F(xiàn)為了提高生產(chǎn)效率即提高車速，同時又要保證整理效果即保證整理時間，通過采用加大呢毯整理烘筒直接的辦法。在保證整理時間的條件下，烘筒直接越大，車速相應(yīng)提高。所以，目前大洪筒直徑有不斷加大的趨勢，從最早的Φ1500mm不斷發(fā)展到Φ1800mm、Φ2000mm、Φ2200mm，最近又發(fā)展到Φ2540mm。
預縮整理時間與蒸汽溫度即蒸汽壓力有著直接的聯(lián)系。溫度高，傳遞同樣的熱量所需時間就少，這樣車速就可提高。實際應(yīng)用中，可結(jié)合具體情況進行調(diào)整。
（5）織物本身狀態(tài)及前道工序?qū)︻A縮的影響
織物本身狀態(tài)對預縮的影響，主要表現(xiàn)在織物是否具有吸水性。坯布（直接來自織機），通常有很強的防水性，此類織物預縮前就要進行吸水化處理，如牛仔預縮前先經(jīng)過浸扎機，然后烘干至一定濕度進行預縮。
經(jīng)過煮練。漂白等工藝的織物，其吸水性是大大增強了，但在這些工序中，一定要注意盡可能減少織物的張力，即減少織物的伸長。否則，勢必會提高織物的潛在縮水率，增加預縮的難度。
織物的經(jīng)緯密度及紗支不同，其預縮的難以程度也不同，如高支高密的府綢和粗支紗大克重的牛仔布，都是比較難預縮的。
織物紗線的各種成分（棉、滌棉、化纖、麻等）的含量比例不同，對預縮也有一定影響。甚至織機的張力控制是否一致，都可能造成對織物預縮的影響，只有充分考慮了織物因素和預縮前各道工序因素，才能保證預縮的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
（7）超喂
織物進入的線速度稍大于布夾鏈的線速度叫做正超喂（或超喂、縮碼）。正超喂使經(jīng)向保持一定的松弛狀態(tài)，有利于織物的擴幅，能使織物經(jīng)向有一定的回縮效果，同時緯密上升，克重增加，經(jīng)向縮水降低。
如果織物進入的線速度稍小于布夾鏈的線速度就叫做反超喂（或負超喂、拉碼）。反超喂使得經(jīng)紗伸長，緯密下降，克重減少，經(jīng)向縮水變大。
2.3預縮機的調(diào)試
天然面料水洗尺寸變化的問題一直是紡織印染行業(yè)中的難題之一，為解決這一問題，現(xiàn)普遍采用橡毯預縮設(shè)備。該設(shè)備簡單、實用、無污染，但能否用好該設(shè)備以滿足不同織物的各種預縮工藝要求，關(guān)鍵是看能否調(diào)試好設(shè)備的狀態(tài)。調(diào)試不到位，不僅預縮效果不好，而且可能造成機器不能正常開車運轉(zhuǎn)，甚至造成設(shè)備損壞或織物的廢次品。
下面以國家攻關(guān)項目——LMA451型預縮整理機為例，對設(shè)備的機械狀態(tài)和工藝生產(chǎn)狀態(tài)的調(diào)試進行探討，并對生產(chǎn)中常見問題提出一些處理方法。
2.3.1預縮機的機械狀態(tài)調(diào)試
（1）各單元機之間要嚴格按照地面十字線確定安裝位置，尤其要注意調(diào)整各單元機的主要輥子中心線一定要平行和水平，否則，易造成織物跑遍或織物單邊皺褶。若安裝后發(fā)現(xiàn)機器位置不正，其返工量時很大的。
（2）噴霧箱的噴嘴要做噴霧試驗，每對噴嘴逐一調(diào)試，保證左中右噴霧均勻，噴霧量大小應(yīng)能通過調(diào)壓閥靈活調(diào)整。
（3）橡毯預縮單元的主傳動聯(lián)軸節(jié)及呢毯單元的傳動聯(lián)軸節(jié)，其同軸度一定要精確細致地反復調(diào)整，確保同軸度一致。否則，將造成傳動功率的損耗，并增大減速器的噪音和溫升，影響減速器的壽命。
（4）磨輥應(yīng)進行空轉(zhuǎn)試驗，保證無明顯跳動、抖動和振動，必要時重新校動平衡。對電動機的工作電流應(yīng)作記錄，此電流值在磨橡毯時作為磨毯進刀量的參考。經(jīng)改造可以灌油的磨輥，在空轉(zhuǎn)試驗后應(yīng)加油(按磨輥內(nèi)部容積的60%左右注油),再進行轉(zhuǎn)動試驗,不得有振動等現(xiàn)象,此時的電動機電流應(yīng)記錄在案,并作為正式磨毯電流值的參考。
（5）準確測量橡膠毯厚度,測厚時應(yīng)將張緊輥放松,在張緊輥與導輥之間用游標卡尺(或外卡鉗)測量。左右兩側(cè)均應(yīng)測量并記錄在案。按照實測橡毯厚度值,調(diào)整壓緊輥與承壓輥之間的距離,然后把橡毯壓緊量刻度尺調(diào)到“0”位。特別應(yīng)注意壓緊輥與承壓輥的間距一定要一致。
（6）橡毯張力調(diào)整時,應(yīng)首先將橡毯放松(在張緊輥與導輥之間的橡毯出現(xiàn)較大圓弧的情況下,應(yīng)用光滑的木桿將兩端橡毯扛直),在橡毯兩側(cè)面進行標記,標記長度為305 mm,然后緩緩升起張緊輥,同時運轉(zhuǎn)橡毯,當橡毯兩側(cè)標記長度為311~312 mm時,張力即為合適。
（7）橡毯跑偏時應(yīng)通過張緊輥調(diào)整。調(diào)試時,橡毯運行狀態(tài)可逐步向正常開車狀態(tài)靠攏。如: 壓水輥　不加壓—→加壓2.5 kg/cm2
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