高速交叉鋪網(wǎng)機傳動工藝淺析

鄭州紡機工程技術(shù)有限公司 許濤/文

1 前言

高速交叉鋪網(wǎng)機是針刺、水刺等非織造布生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，在非織造布生產(chǎn)線中占有舉足輕重的地位，它直接影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

早期的交叉鋪網(wǎng)機存在速度低、纖網(wǎng)層對接效果差，鋪網(wǎng)時兩頭厚等弊端，主要原因是對傳動工藝的理解不透，從而使得系統(tǒng)控制程序達不到合理、準(zhǔn)確的狀態(tài)。隨著各企業(yè)對交叉鋪網(wǎng)機的機械性能和生產(chǎn)能力等提出越來越高的要求，交叉鋪網(wǎng)機的傳動工藝，程序控制也越發(fā)重要。由于鋪網(wǎng)機運行速度高、運動部件質(zhì)量大、慣性大，同時要保證鋪網(wǎng)小車兩端換向時的纖網(wǎng)喂出量與中間位置喂出量一致，即高速多出，低速少出，終點停止時不出，才能保證鋪網(wǎng)厚度一致。

在往復(fù)鋪網(wǎng)過程中，小車和碳簾驅(qū)動電機頻繁起停，各傳動之間銜接與配合要求精密、準(zhǔn)確，很難直觀看出其相互關(guān)系，設(shè)備傳動工藝較難掌握。傳動工藝是電器編程的基本依據(jù)，傳動工藝的復(fù)雜性也給高速交叉鋪網(wǎng)機電器程序編制造成了一些難度。下面就工作過程中對該設(shè)備在傳動工藝方面的一些認(rèn)識和見解作簡單分析。

2 機器用途

高速交叉鋪網(wǎng)機在非織造設(shè)備中主要作用是將前道梳理機梳理出的薄型纖網(wǎng)由縱向變橫向，鋪疊多層，根據(jù)工藝要求生產(chǎn)出一定寬度、克重的厚型纖網(wǎng)，然后輸出給下道工序使用。

3 機器結(jié)構(gòu)

主要由機架部件、鋪網(wǎng)輸送帶部件、前碳簾、后碳簾、小車拖動部件、鋪網(wǎng)小車部件、儲網(wǎng)小車部件、后補償小車部件、前補償小車部件、出網(wǎng)簾部件、進網(wǎng)簾部件，氣路部件等組成。

4 涉及的勻變速直線運動物理公式及數(shù)學(xué)解方程公式

4.1 勻變速直線運動物理公式

平均速度▽V＝s/t

末速度Vt＝V0+at

4.2 數(shù)學(xué)公式：

一元二次方程式：ax2+bx+c=0

5 交叉鋪網(wǎng)機傳動部件運行模式和速度關(guān)系

5.1 主要傳動部件示意圖

圖1 傳動示意圖

5.2 交叉鋪網(wǎng)機正常運行的幾個速度關(guān)聯(lián)、推斷依據(jù)

5.2.1 梳理機的出網(wǎng)速度與交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度

梳理機的出網(wǎng)速度即為交叉鋪網(wǎng)機的入網(wǎng)速度，這個速度在整個交叉鋪網(wǎng)機運行期間是穩(wěn)定的，纖網(wǎng)以恒定的速度源源不斷地喂入到前碳簾上，前碳簾入網(wǎng)部分速度Vo要保持勻速，否則跟梳理機之間纖網(wǎng)會產(chǎn)生意外牽伸。

5.2.2 交叉鋪網(wǎng)機碳簾的運動形式

交叉鋪網(wǎng)機在運行過程中，碳簾運轉(zhuǎn)是分段式運轉(zhuǎn)，一掛簾子中可能部分靜止，部分運動，有時靠小車?yán)瓌樱袝r靠小車?yán)瓌优c電機驅(qū)動二者同時作用。前碳簾是在B小車作用或M3與B小車同時作用，兩種形式下分階段逆時針運轉(zhuǎn)；后碳簾是在A小車作用或M4與A小車同時作用，兩種形式下分階段順時針運轉(zhuǎn)。

5.2.3 交叉鋪網(wǎng)機兩個碳簾夾持纖網(wǎng)部分的速度要求

不論A小車和B小車向哪個方向移動，兩個碳簾在A小車和B小車之間夾持纖網(wǎng)部分線速度應(yīng)該始終相同，根據(jù)整機入網(wǎng)，出網(wǎng)運行要求，可能兩者都靜止，也可能兩者同時按相同速度運行，但不能有速差，產(chǎn)生錯位，否則纖網(wǎng)質(zhì)量或鋪網(wǎng)效果會受影響。

5.2.4 交叉鋪網(wǎng)機兩個小車對兩個碳簾速度的影響

小車對碳簾無拉伸作用時，小車運動時對碳簾速度沒有影響。也就是說：A小車在運動過程中對前碳簾速度沒有影響，對后碳簾速度有影響，如果后碳簾驅(qū)動M4靜止，A小車向右速度為V，加速度為a，則A小車作用于后碳簾運動部分的碳簾速度為2V,加速度為2a；B小車在運動過程中對后碳簾速度沒有影響，對前碳簾速度有影響，如果前碳簾驅(qū)動M3靜止，B小車向左速度為V/2,加速度為a，則B小車作用于前碳簾運動部分的碳簾速度為V,加速度為2a。在下面對傳動工藝推論、分析時這種速度、加速度關(guān)系非常重要。

5.2.5 A小車鋪網(wǎng)過程中兩個碳簾靜止部分區(qū)間范圍

A小車向左鋪網(wǎng)過程中，前碳簾在A小車—M3傳動—D小車區(qū)間部分相對于地面靜止。A小車向右鋪網(wǎng)過程中，后碳簾在A小車—M4傳動—C小車區(qū)間部分相對于地面靜止。如果該靜止部分碳簾產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，鋪出纖網(wǎng)會產(chǎn)生意外牽伸，纖網(wǎng)層會發(fā)生拉伸或折皺，影響均勻度。

5.2.6 B小車運行至左、右兩端位置時換向時間、加速度與前碳簾啟動時間、加速度的關(guān)系

B小車到達左端終點換向時，狀態(tài)由Vo/2→減速→0過程中，M3傳動要由靜止加速，狀態(tài)由0→加速→Vo，同時二者加速度方向相同，M3傳動的加速度是B小車加速度的2倍（由5.2.4得知），以保證交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度Vo不變。通過此位置速度關(guān)系，可推算出B小車與A小車速度關(guān)系，后面速度、加速度推算過程中會用到。

以此類推，B小車到達右端終點換向時，狀態(tài)由0→加速→Vo/2過程中，M3傳動要減速，同時二者加速度方向相同，狀態(tài)由Vo→減速→0，M3傳動的加速度是B小車加速度的2倍。

5.2.7 A小車換向時間、速度、加速度與碳簾啟動時間、速度、加速度的關(guān)系

A小車到達左端終點時換向減速→0→加速過程中，M4傳動要由減速→0，其后，M3傳動要由0→加速，兩者銜接交替動作，M3傳動速度和加速度是鋪網(wǎng)小車2倍（V=at,相同時間內(nèi)，速度與加速度比例關(guān)系相同）；

A小車到達右端終點時換向減速→0→加速過程中，M3傳動要由減速→0，其后，M4傳動也要由0→加速，兩者銜接交替動作，M4傳動速度和加速度是鋪網(wǎng)小車2倍。

5.2.8 兩個補償小車作用

D小車（前補償小車）與B小車是同一個同步帶傳動，速度大小相同，方向相反。由5.2.4得知，B小車往復(fù)運動僅對前碳簾速度有影響，D小車主要作用就是配合B小車對前碳簾進行收放，使前碳簾始終處于漲緊狀態(tài)，由于是同一個電機驅(qū)動，D小車傳動工藝不再討論分析。

同理，C小車（后補償小車）與A小車是同一個同步帶傳動，速度大小相同，方向相反。由5.2.4得知，A小車往復(fù)運動僅對后碳簾速度有影響，C小車主要作用就是配合A小車對后碳簾進行收放，使后碳簾始終處于漲緊狀態(tài)，由于是同一個電機驅(qū)動，C小車傳動工藝不再討論分析。

6 小車及碳簾瞬時運動速度、加速度與入網(wǎng)速度之間函數(shù)關(guān)系推算

A小車平均速度與交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度的關(guān)系

清楚了交叉鋪網(wǎng)機保證正常鋪網(wǎng)時關(guān)鍵部件速度要求，終點換向時速度轉(zhuǎn)換關(guān)系，就可以分析推算其速度之間的函數(shù)關(guān)系。由于A小車一個鋪網(wǎng)幅寬行程時間內(nèi)，進入交叉鋪網(wǎng)機纖網(wǎng)長度與A小車出網(wǎng)長度應(yīng)相等，否則會產(chǎn)生意外牽伸，所以A小車平均速度與入網(wǎng)速度Vo應(yīng)相等。下面以A小車按啟動→加速→勻速→減速→0模式和啟動→勻加速→勻減速→0模式兩種情況分析討論。

6.1當(dāng)A小車加速度設(shè)定為已知固定參數(shù)，A小車按啟動→加速→勻速→減速→0模式運行時，A小車加速度、速度推算

6.1.1 列出已知量與未知量

已知量：

入網(wǎng)速度：Vo（等于A小車平均速度）

A小車鋪網(wǎng)幅寬：S

A小車加速度（減速時為負值）：a（6.1.2分析其由來）

A小車走完一個幅寬行程的時間：S/Vo

未知量：

假設(shè)：A小車中間勻速時的速度：VA

A小車加速（或減速）時的時間為：t1

6.1.2 列方程計算

兩個未知量，兩個方程，解此方程可得出：

鋪網(wǎng)小車到勻速時的速度

由上式可以看出，此種運行模式下，只有A小車加速度a預(yù)先給定，入網(wǎng)速度Vo與鋪網(wǎng)小車勻速時的速度VA之間的函數(shù)關(guān)系才能確立，否則VA不確定，無法進行電器程序設(shè)計。通過開車運行試驗得出a經(jīng)驗值：5.5-8，低于最小值5.5時，整機運行速度偏低，產(chǎn)量低；高于最大值8時，電機驅(qū)動故障，超載。

A小車加速或減速時間

A小車中間段勻速時間

入網(wǎng)速度與中間勻速時間的關(guān)系

分析：從上面入網(wǎng)速度與中間勻速時間關(guān)系式可以看出，在交叉鋪網(wǎng)機幅寬S以及A小車加速度a一定的情況下，A小車勻速時的時間t2越小，入網(wǎng)速度Vo越大，當(dāng)t2=0時，入網(wǎng)速度Vo達到最大值。也就是說：A小車按啟動→勻加速→勻減速→0模式運行，不僅最大限度實現(xiàn)高產(chǎn)，鋪網(wǎng)小車運行軌跡線型關(guān)系更為簡單，纖網(wǎng)層對接更易控制，鋪網(wǎng)均勻度更好。

6.2由于以鋪網(wǎng)小車加速度為參數(shù)關(guān)系式較復(fù)雜，不便于圖示表達，也可以把鋪網(wǎng)小車加速度a作為一個變量，鋪網(wǎng)小車勻速時速度VA與入網(wǎng)速度Vo的比值n（VA=nV0）作為固定參數(shù)來推算小車及碳簾的速度、加速度關(guān)系。

6.2.1 B小車與A小車瞬時運動速度、加速度關(guān)系推算

B小車向右運動

B小車向右運動時，A小車同時也向右運動，A小車瞬時速度為VA,由于M4停止，則后碳簾夾持纖網(wǎng)部分速度為2VA，因為夾持纖網(wǎng)部分的兩個碳簾速度應(yīng)相等，前碳簾夾持纖網(wǎng)部分速度也為2VA，由此推斷M3此時速度VM3為2VA，所以，設(shè)B小車瞬時速度為VB，根據(jù)5.2.4，B小車向右運動時，作用于前碳簾的速度是B小車速度的2倍，則：

此時B小車向右方向瞬時速度:

此過程B小車與A小車瞬時速度相差Vo/2，加速度相同，當(dāng)B小車速度達到0時，A小車速度VA=Vo/2，M3速度VM3=Vo，保證了交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度Vo不變。

B小車向左運動

B小車向左運動，由于M3處于靜止?fàn)顟B(tài)，為保證入網(wǎng)速度Vo不變，B小車需按啟動→加速→勻速→減速→0模式運行，中間段勻速時：VB=Vo/2

6.2.2 根據(jù)B小車與A小車瞬時運動速度、加速度關(guān)系畫出示意圖并計算

圖2 運動示意圖

列方程：

t=t1+t2+t1

S=V0t鋪網(wǎng)小車平均速度與入網(wǎng)速度相等

由以上可得出：

由此可以看出：1＜n≤2，n值越大，t2越小n=2時，t2=0；

設(shè)儲網(wǎng)小車加速時間為tB1，由運動示意圖2可知：

通過速度曲線與橫向座標(biāo)之間區(qū)域面積計算儲網(wǎng)小車行程：

向右運行時，

向左運行時，

左右運動儲網(wǎng)小車行程計算結(jié)果相同，符合往復(fù)運動邏輯關(guān)系：

VA=nVo=a(t-t/n)統(tǒng)一單位后

由上式可以看出，系數(shù)n一定的情況下，交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度Vo在升速過程中，小車加速度需要逐漸變大；n=2時，，。

6.3 A小車按啟動→勻加速→勻減速→0模式運行時，A小車加速度與速度的分析推算

6.3.1 列出已知量與未知量

已知量：

入網(wǎng)速度：Vo（梳理機信號控制）

A小車鋪網(wǎng)幅寬：S

鋪網(wǎng)小車走完一個幅寬行程的時間：t=S/Vo

未知量：

假設(shè)：A小車中間速度：Vmax

A小車加速度：a

由于A小車速度平均值與入網(wǎng)速度相等，則：

6.3.2 根據(jù)已知量與未知量列方程計算鋪網(wǎng)小車加速度、速度：

S=Vot

解方程可得鋪網(wǎng)小車瞬時加速度:

a=4Vo2/S

注:也可由6.1.2推算:此情況t2=0則:

也可由6.2.2推算:此情況n=2則:

由于速度單位為m/min，加速度單位為m/S2，統(tǒng)一單位后：

由此可見，該運行模式下，交叉鋪網(wǎng)機在升速過程中，鋪網(wǎng)小車加速度是個變量，鋪網(wǎng)幅寬一定，入網(wǎng)速度越高，鋪網(wǎng)小車加速度需要隨之變大，當(dāng)鋪網(wǎng)小車加速度達到最大值時，交叉鋪網(wǎng)機的生產(chǎn)速度也就達到了最大。

7 B小車與A小車瞬時運動速度、加速度關(guān)系推算

此運動模式情況下，B小車與A小車瞬時運動速度、加速度關(guān)系與6.2.1一致，不做重復(fù)分析。

8 根據(jù)速度函數(shù)關(guān)系及關(guān)鍵要素推算、分析其傳動工藝

8.1根據(jù)5.2，6.3，7.1及7.2畫出小車運動示意圖

圖3 運動示意圖

8.2傳動工藝分析、計算

8.2.1 B小車行程

由運動示意圖3中藍線與橫向座標(biāo)T之間的面積可計算出B小車行程。

S代表交叉鋪網(wǎng)機幅寬，也即A小車行程，SB代表B小車行程。

由6.3.2知：S=Vot則：

B小車向右運動時：

B小車向左運動時：

注：也可由6.2.2推算驗證，此時n=2，則：

由計算結(jié)果可知：B小車向右與向左運轉(zhuǎn)時計算出結(jié)果相同,符合往復(fù)運動邏輯關(guān)系。

8.2.2 兩個小車的運動狀態(tài)分析、計算

由運動示意圖3可以看出：兩個小車不能同時停，向右開始運轉(zhuǎn)時，B小車動作要滯后t/8加速啟動，到達右端終點時，B小車動作要超前t/8減速換向。

A小車向右運動時，A小車是按勻加速→勻減速狀態(tài)運行，加速度，行程中間位置S/2的瞬時速度最大，VA=2Vo；A小車向左運動時，A小車仍然是按勻加速→勻減速狀態(tài)運行，加速度，行程中間位置S/2的瞬時速度最大，。

B小車向右運動時，B小車同樣是按勻加速→勻減速狀態(tài)運行，加速度，行程中間位置啊的瞬時速度最大，；B小車向左運動時，B小是按勻加速→勻速→勻減速狀態(tài)運行，加速度，到達位置時，速度達到最大,然后勻速到達位置時，開始減速換向。如下圖：

圖4 運動示意

B小車向右運行的中間位置為：

B小車向左勻加速距離（等于勻減速距離）：

B小車向左勻加速與勻速距離之和：

8.2.3 兩個碳簾傳動M3與M4的線速度

由5.2.4分析計算，A小車向右（速度為VA，加速度為a）運動的整個過程中，后碳簾傳動M4靜止，前碳簾傳動M3啟動與停止時間與A小車一致，加速度，速度VM3=2VA,A小車到達中間位置時,M3傳動速度達到最大值4Vo。

反之，A小車向左運動的整個過程中，前碳簾傳動M3靜止，后碳簾傳動M4啟動與停止時間與A小車一致，加速度,速度,A小車到達中間位置時,M4傳動速度達到最大值4Vo。

如圖：運動示意圖3

8.2.4 如何選擇開車啟動位置

根據(jù)傳動示意圖1，運動示意圖3及8.2，可先通過回參考點計算出兩個小車行程的最左端位置，使兩個小車都從最左端開始向右啟動，A小車與M3傳動同時啟動，當(dāng)A小車速度達到Vo/2時，M3傳動速度為Vo，B小車再開始向右啟動；

也可通過回參考點計算出兩個小車行程的最右端位置，使兩個小車都從最右端開始向左啟動，當(dāng)B小車速度達到Vo/2時，A小車與M4傳動再同時開始啟動。

8.2.5 出網(wǎng)簾與鋪網(wǎng)小車速度關(guān)聯(lián)

假設(shè)已知量：

交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)寬度（等于前道工序梳理機出網(wǎng)寬度）為L，鋪網(wǎng)層數(shù)為N，則：出網(wǎng)簾每次行程為L/N，

其運行模式，啟停時間應(yīng)與鋪網(wǎng)小車一致，則：t=S/Vo，

假設(shè)未知量出網(wǎng)簾加速度為aE，出網(wǎng)簾最高速度為VE。則 ：

鋪網(wǎng)層數(shù)越多，出網(wǎng)簾每次行程越小，運轉(zhuǎn)平均速度、加速度越?。讳伨W(wǎng)層數(shù)越少，出網(wǎng)簾每次行程越大，運轉(zhuǎn)平均速度、加速度越大。其運動關(guān)系相對簡單，不多分析。

9 結(jié)束語

交叉鋪網(wǎng)機入網(wǎng)速度恒定不變；兩個碳簾之間夾持纖網(wǎng)部分的碳簾線速度始終相同；鋪網(wǎng)小車的鋪網(wǎng)平均速度與入網(wǎng)速度大小相等；此三個速度關(guān)系是交叉鋪網(wǎng)機傳動工藝設(shè)計的基本準(zhǔn)則。不同型號交叉鋪網(wǎng)機運轉(zhuǎn)小車的最大加速度是一定的，當(dāng)運轉(zhuǎn)小車的加速度達到最大值時，其生產(chǎn)速度也就達到了最大。

高速交叉鋪網(wǎng)機性能的不斷提高，不僅需要逐漸提高其材質(zhì)和加工制造工藝，減輕運轉(zhuǎn)小車重量，從而提高其運轉(zhuǎn)加速度，還取決于先進的電器控制技術(shù)在鋪網(wǎng)機運行控制中的應(yīng)用，而軟件控制技術(shù)水平的進一步提高則基于對鋪網(wǎng)機結(jié)構(gòu)，各運動部件及運動關(guān)系的深入分析研究，控制理論的正確應(yīng)用。通過分析高速交叉鋪網(wǎng)機傳動部件的速度、加速度以及傳動之間如何銜接、配合，函數(shù)關(guān)系，基本明確了其工作原理，運行要求。希望能對相關(guān)從業(yè)愛好者提供一些借鑒與幫助，同時為生產(chǎn)制造企業(yè)，設(shè)備使用企業(yè)在機械性能，工藝水平提高等方面起到一些積極作用。