УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ТКАНИ ПО УТКУ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛИНЫ УЧАСТКА, ПРОЙДЕННОГО ТКАНЬЮ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ ТКАЦКОГО СТАНКА
DEVICE FOR CONTROL CLOTH DENSITY IN WEFT AND METERING TRANSDUCER OF LENGTH OF SECTOR PASSED BY CLOTH WHILE IN OPERATION OF WEAVING MACHINE

Изобретение относится к ткацкому производству, а именно измерительным устройствам, и служит для непрерывного и автоматизированного контроля плотности ткани по утку, скорости и производительности ткацкого станка, а также для хранения полученной информации о станках с последующей передачей этих данных через СОМ или USB порт в ЭВМ в виде файла.
Известно устройство [а.с. 1640234 СССР, МКИ5 D03J 1/20. Прибор для определения плотности ткани по утку / Р.В.Быкадоров, Ю.К.Коллеров, Г.С.Коробкин (СССР). - №4423345/12; заявл. 11.05.88; опубл. 07.04.91, Бюл. №13. - 3 с.: ил.], содержащее установленный в неподвижных направляющих токопроводящие ползун и игольчатый элемент, иглы которого расположены с возможностью взаимодействия с тканью, связанный с ползуном подвижный контакт, взаимодействующий с изолированной шиной, включенной в электрическую цепь счетного устройства; игольчатый элемент снабжен пластиной, плоскость которой перпендикулярна осям его игл, и смонтирован шарнирно на ползуне с зазором относительно шины, а контакт установлен на пластине игольчатого элемента, при этом последняя подпружинена к шине, причем ползун в верхней части имеет продольный паз для размещения и перемещения в нем пластины игольчатого элемента.
Недостатком данного устройства является большое трение скольжения, возникающее между ползуном и элементами датчика, а также применение игл, что может вызвать повреждение структуры ткани. Следствием вышеперечисленных недостатков является уменьшение точности измерения длины.
Еще одним недостатком являются узкие функциональные возможности устройства.
Известно устройство [а.с. 937562 СССР, МКИ D03J 1/20. Устройство для контроля плотности ткани по утку на ткацком станке / П.Л.Гефтер, В.В.Чамов, И.Р.Бренер, Л.Г.Городисский, А.Г.Чхеидзе (СССР). - №3224146/28-12; заявл. 24.12.80; опубл. 23.06.82, Бюл. №23. - 2 с.: ил.], которое содержит импульсный датчик длины ткани, измеритель числа уточных нитей, кинематически связанный с главным валом ткацкого станка и электрически - с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера, а выход - к регистратору, второй триггер входом выходом соответственно связанный с выходом и с установочным входом первого триггера, счетный вход которого соединен с импульсным датчиком длины ткани и имеет последовательно включенные счетчик числа уточных нитей и третий триггер, а измеритель числа уточных нитей выполнен в виде датчика количества прибоев уточных нитей, при этом выход элемента «И» подключен к выходу счетчика, а выход третьего триггера - к сбросовому входу первого триггера.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения длины в условиях возвратно-поступательного движения ткани, поскольку имеет место точечный контакт преобразователя длины с тканью.
В качестве прототипа устройства для контроля плотности ткани по утку выбрано устройство [Пат. 2264487 Российская Федерация, МПК7 D03J 1/20, G01N 33/36. Устройство для контроля плотности ткани по утку / К.А.Харахнин, О.В.Блинов, Е.Н.Калинин; заявитель и патентообладатель ГОУВ-ПО Ивановская государственная текстильная академия - №2003138032/12; заявл. 29.12.2003; опубл. 10.06.2005, Бюл. №32. - 2 с.: ил.], содержащее корпус, датчик приближения берда, датчик длины, усилитель сигнала от датчика приближения берда, формирователь импульсов, схему И, счетчик, индикатор и вычислительное средство, при этом вычислительное средство своими входами подключено к выходу счетчика, к выходу таймера и к выходу датчика длины, а своими выходами вычислительное средство соединено с входом схемы И и входом таймера, при этом чувствительный элемент преобразователя выполнен из шариковых подшипников, соединенных между собой, одновременно являющихся контактами, и свободно вращающихся роликов, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Недостатком прототипа является большая длина дорожки (10 см - контрольная длина участка ткани), на которой производится подсчет уточных нитей, в результате чего увеличивается влияние негативных факторов в виде сложного возвратно-поступательного движения ткани, вибрации ткацкого станка, электромагнитных помех и т.д. Следствием вышеперечисленных недостатков является низкая точность измерения контрольной длины ткани. Кроме того, устройство невозможно использовать при непрерывном или автоматизированном контроле плотности ткани по утку.
В качестве прототипа измерительного преобразователя длины участка в процессе работы ткацкого станка выбрано устройство [а.с. 1158631 СССР, МКИ D03J 1/20. Устройство для контроля плотности ткани / А.В.Гусев, А.Н.Ступников, В.А.Тягунов (СССР). - №3684196/28-12; заявл. 02.01.84; опубл. 30.056.85, Бюл. №20. - 2 с.: ил.], содержащее импульсный датчик длины ткани, выходом связанный со счетным входом триггера, прямым выходом подключенного к первому входу элемента И, второй выход которого соединен с выходом измерителя числа уточных нитей, а выход подключен к суммирующему входу счетчика, имеет последовательно соединенные дополнительные элемент И и счетчик, при этом инверсный выход триггера и выход измерителя числа уточных нитей связаны с соответствующими входами дополнительного элемента И; измеритель числа уточных нитей выполнен в виде датчика положения берда ткацкого станка.
Недостатком данного прототипа является малая информативность измерительного преобразователя и большое контролируемое во времени значение заданной длины ткани, вследствие чего происходит накопление случайных погрешностей.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения плотности ткани по утку в процессе работы ткацкого станка, информативности измерительного преобразователя длины, а также расширение функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля плотности ткани по утку, содержащем корпус, датчик положения берда, измерительный преобразователь длины участка, пройденного тканью, усилитель сигнала от датчика положения берда, формирователь импульсов, схему И, счетчик, таймер, вычислительное средство и дисплей, согласно изобретению дополнительно введены усилитель сигнала измерительного преобразователя длины участка, пройденного тканью, счетчик участков и логические элементы, установленные на выходе измерительного преобразователя длины и соединенные с вычислительным средством, при этом входы усилителя сигнала соединены с выходами измерительного преобразователя длины, связанного со счетчиком участков, а выходы усилителя через логические элементы И-НЕ и счетчик участков связаны с вычислительным средством, имеющим интерфейс с ЭВМ и соединенным с электронной системой управления исполнительными механизмами.
А в измерительном преобразователе длины участка, пройденного тканью, содержащем цилиндрический элемент, контактирующий с тканью, установленный с возможностью вращения и связанный через контрольную метку со счетным средством, согласно изобретению цилиндрический элемент представлен в виде барабана, внутри которого соосно установлен металлизированный с одной торцевой поверхности диск, на которой выполнены трапецеидальные сектора, большие основания которых расположены по периметру диска, а длина меньшего основания трапецеидального сектора выполнена прямо пропорциональной количеству секторов, соответствующему контрольной длине образца ткани; по меньшим основаниям трапецеидальных секторов на диске выполнена концентричная канавка по всей длине окружности, изолирующая внутреннюю часть диска, выполняющую роль общего контакта; при этом сектора изолированы друг от друга и являются контактными площадками; на кронштейне, закрепленном на внутренней торцевой стороне барабана, на уровне линии канавки размещен контакт, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси.
Доказательством достижения технического результата являются данные, полученные при апробации разработанного устройства для контроля плотности ткани по утку и измерительного преобразователя длины участка, пройденного тканью, которая проводилась в ткацком отделе учебно-производственных мастерских Ивановской государственной текстильной академии на станке типа СТБ 2-330.
у
Найдем среднеарифметическое значение ошибки измерения плотности ткани по утку - Р:
Среднеарифметическое значение данных плотности ткани по утку, представленных в таблице, по всем замерам, полученных с помощью заявляемого устройства, составит:
Абсолютная и относительная погрешности измерения плотности ткани по утку равны:
Определим среднеарифметическое значение плотности ткани по утку по данным, приведенным в таблице для прототипа:
Абсолютная и относительная погрешности измерения плотности ткани по утку составят:
Результаты измерения плотности ткани по утку в процессе работы станка, выполненные с помощью заявляемого устройства и прототипа, а также рассчитанные параметры абсолютной и относительной погрешности измерений в соответствии с формулами (1-4) представлены в таблице.
Полученные результаты точности проведенных измерений для наглядности представлены гистограммой (фиг.5). Из проведенных вычислений видно, что точность измерения плотности ткани по утку, выполненного заявляемым устройством, в 4.8 раза больше, чем у прототипа.
При этом благодаря усовершенствованию конструкции измерительного преобразователя длины участка, пройденного тканью в процессе работы ткацкого станка, повышается информативность о контрольном участке благодаря разделению контрольной длины на равные участки и получению информации с каждого участка, при этом снижается накопительная составляющая влияния негативных факторов за счет сокращения временных интервалов измерений, что также способствует повышению точности контроля плотности ткани по утку в процессе работы ткацкого станка. Кроме того, заявляемая группа изобретений за счет выполненных усовершенствований позволяет также увеличить и точность контроля рабочей скорости станка (частоты вращения главного вала, см. табл. и фиг.5).
Усовершенствованное выполнение заявляемой схемы устройства для контроля плотности ткани по утку и измерительного преобразователя длины участка, пройденного тканью в процессе работы ткацкого станка с одновременным обеспечением интерфейса с ЭВМ, расширяет функциональные возможности устройства за счет способности использовать (интегрировать) его в автоматизированных системах контроля текущей плотности ткани по утку, позволяющих менять ее в процессе работы ткацкого станка и вести автоматический контроль заданного значения плотности.
На фиг.1 приведена блок-схема заявляемого устройства; на фиг.2а показан заявляемый измерительный преобразователь длины участка, пройденного тканью в процессе работы ткацкого станка, соединенный с датчиком положения берда, фронтальная проекция; на фиг.2б - то же, горизонтальная проекция; на фиг.2в - то же, разрез по А-А; на фиг.3 показан измерительный преобразователь длины с расположением контактов; на фиг.4 представлен держатель измерительного преобразователя длины; на фиг.5 приведена гистограмма точности измерений, выполненных с помощью заявляемого устройства и прототипа.
Блок-схема заявляемого устройства содержит: датчик положения берда 1, преобразующий приближение берда к опушке ткани в электрический сигнал; усилитель сигнала от датчика положения берда 2, служащий для усиления и детектирования сигнала; блок формирования импульсов 3, предназначенный для формирования поступающего сигнала в импульс прямоугольной формы; схему И 4, с помощью которой импульсы подаются или не подаются на счетчик импульсов 5; вычислительное средство 6, своими входами подключенное к выходу счетчика 5, к выходу таймера 7, а своими выходами соединено с входом схемы И 4, входом таймера 7 и дисплеем 8; установленные на выходе измерительного преобразователя 9 длины участка, пройденного тканью в процессе работы ткацкого станка, усилитель сигнала измерительного преобразователя длины 10, счетчик участков 11 и логические элементы И-НЕ 12, а выходы усилителя 10 через логические элементы И-НЕ 12 и счетчик участков 11 связаны с вычислительным средством 6, имеющим интерфейс с ЭВМ 13 и соединенным с электронной системой управления исполнительными механизмами 14.
Измерительный преобразователь длины участка, пройденного тканью 8, состоит из корпуса 15; чувствительного элемента 16, выполненного в виде барабана, установленного на подшипниках 17, размещенных на оси 18, которая жестко закреплена в корпусе 15; установленного на оси 18 металлизированного с одной торцевой поверхности диска 19, на котором выполнены трапецеидальные сектора 20 (контактные площадки с подведенными к ним, внутри оси, проводниками 21), большие основания которых расположены по периметру диска 19, а по меньшим основаниям трапецеидальных секторов выполнена концентричная канавка 22 по всей длине окружности, изолирующая внутреннюю часть 23 диска 19, выполняющую роль общего контакта; кронштейна 24, установленного на внутренней торцевой стороне барабана 16, на котором на уровне линии канавки размещен контакт 25, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси; резинового покрытия 26, размещенного на барабане 16, которое обеспечивает лучшее сцепление чувствительного элемента с тканью; держателя 27, удлинителя 28 и хомута 29, служащего для фиксирования устройства.
Устройство работает следующим образом. Измерительный преобразователь длины 9 фиксируется на ткацком станке посредством держателя 27, удлинителя 28 и хомута 29. Движущаяся ткань за счет силы трения перемещает измерительный преобразователь 9 длины, выполненный в виде вращающегося на подшипниках 17 барабана 16, вместе с которым по диску 19, описывая окружность, перемещается подвижный контакт 25. Подвижный контакт 25, перемещаясь вместе с барабаном 16, поочередно замыкает контактные площадки 20 (трапецеидальные сектора) с общим контактом 23 (внутренней частью диска 19). Таким образом, отслеживается последовательное перемещение ткани на 10-ти участках (длина каждого равна 1 см). В свою очередь датчик положения берда 1 (Фиг.1) при каждом приближении берда выдает сигнал, который усиливается и детектируется в блоке усиления 2, формируется в импульс прямоугольной формы в блоке 3 и поступает на один из входов логического элемента И 4. Как только подвижный контакт 25 (Фиг.2 и 3) замкнет внутреннее кольцо и контактную площадку, появляется сигнал, поступающий на вход усилителя сигнала измерительного преобразователя длины 10. Усиленный сигнал поступает на вход логического блока И-НЕ 12, выполняющего роль согласующего и буферного элемента. С логического элемента 12 сигнал поступает в вычислительное средство 6. Вычислительное средство подает сигнал на логический элемент И 4, при этом импульсы начинают поступать на вход счетчика 5, а также включают таймер 7. Счетчик 5 начинает подсчитывать импульсы (соответствующие прокинутым уточинам). Включенный таймер 7 формирует определенный временной интервал, по окончании которого подается сигнал в вычислительное средство 6, и посчитанное число импульсов сохраняется в памяти устройства. Далее поочередно будут подсчитаны импульсы на всех контактных площадках 20 (секторах). При этом количество задействованных секторов (участков) сохранится в счетчике участков 11, подсоединенном к измерительному преобразователю длины участка 9, и будет считано вычислительным средством 6. С помощью вычислительного средства 6 определится текущая плотность ткани по утку по формуле:
у
уч
треб
сек
где П - плотность ткани по утку (нитей/см); П - плотность ткани по утку (число уточин) на отдельном участке (секторе); N - количество задействованных участков (секторов); L - требуемая (заданная) длина контрольного участка ткани; L - длина внутренней дуги отдельного сектора.
[Блинов О.В. Разработка системы оперативного контроля плотности ткани по утку / О.В.Блинов: автореф. дис. канд. техн. наук. - Иваново, 2006 - 15 с.]
В вычислительном средстве 6 после получения данных также рассчитываются рабочая скорость ткацкого станка (частота вращения главного вала) и производительность.
Данные сохраняются в энергонезависимой памяти вычислительного средства. В зависимости от функционального использования заявляемого устройства полученные данные выводятся на дисплей 8 и могут быть использованы для выработки управляющего воздействия, поступающего в электронную систему управления исполнительными механизмами 14, и далее полученные данные о станках могут быть переданы в процессе работы в ЭВМ 13 через СОМ или USB порт.