电气工程及其自动化毕业论文：橡毯预缩机预缩率与超喂的模型设计

电气工程及其自动化毕业论文：橡毯预缩机预缩率与超喂的模型设计

摘 要
预缩率是染整生产成品布的重要质量指标。染整预缩生产通常采用改变预缩机入口处喂布轮速度的方法，来调节喂布量（即超喂量），使成品布的预缩率达到用户要求。因此，研究预缩率与超喂的关系，对提高产品质量，生产的一次合格率，降低预缩环节加工能耗和生产成本具有重要作用。
本文主要对橡毯预缩机预缩率与超喂的关系进行如下几个方面的研究：
（1）预缩率与超喂自动控制系统原理分析，结构及系统框图构建；
（2）预缩率与超喂自动控制系统中的测速控制系统，超喂控制系统，及整体系统的组成设计；
（3）预缩率与超喂自动控制系统基于Matlab的建模与仿真，最终系统运行结果应显示克重输出值能跟综到达设定值。

关键词：预缩率；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

目录

第一章 绪论 1
1.1 研究预缩率的意义和目的 1
1.2 橡毯预缩机预缩率与超喂的研究现状 1
1.3 本论文的组成 1
第二章 预缩机工艺及设备 2
2.1预缩简介 2
2.1.1 胶毯预缩机 2
2.1.2 呢毯预缩机 3
2.1.3 阻尼预缩机 3
2.1.4 橡毯预缩机 4
2.1.5 各种预缩机的织物运行过程 6
2.2预缩原理及要素分析 6
2.2.1 橡毯预缩的基本原理 6
2.2.2 影响预缩效果的七个要素 7
2.3预缩机的调试 11
2.3.1预缩机的机械状态调试 11
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略3034字，正式会员可完整阅读）……　
织物稳定。织物的预缩量可由两辊间的速度差来控制。速度差大，预缩量大；速度差小，预缩量也小。
2.1.4 橡毯预缩机
1.橡胶毯预缩机的工作原理
图2.1。橡胶毯预缩机的工作原理是：充分给湿的面料在给布辊1和加热承压辊5之间通过橡胶毯2的包覆，进入预缩机的加热承压辊5表面，橡胶毯2在给布辊1和加热承压辊5之间被弯曲，发生外层拉伸内层挤压的变形，利用橡胶毯良好的弹性形变面料被紧紧挤压包覆在橡胶毯和加热承压辊5之间，一边挤压收缩，一边烘干，达到经向收缩的目的。

1- 给布辊 2-橡胶毯 3-橡胶毯张力辊 4-出布辊 5-加热承压辊 6-织物
图2.1 橡胶毯机械预缩机工作机构示意图

图2.2 橡胶毯拉伸压缩原理图
橡胶毯“弯曲变形挤压”原理如图2.。设加热承压辊半径为R，橡胶毯厚度为h，取一单元段ab，包覆角为α，面料厚度不计，理论上可以认为，面料的挤压变形产生的收缩等于橡胶毯上的内圈ab处的压缩变形量。橡胶毯的内圈压缩变形量Δ为橡胶毯中心层长度和内圈ab处长度之差，可以表示为：

因此，橡胶毯的内圈ab处的最大理论收缩率ε（也是最大理论预缩率）可以写成：

从以上分析可以看出湿热预缩机理论收缩率主要与包覆带（橡胶毯等）的厚度h及加热承压辊半径R两个因素有关。
应该指出：实际生产中烘燥筒的温度、喷湿量、烘燥速度、包覆带的张力大小、承压辊压力、弹性模量和包角大小、织物的组织结构等众多因素对预缩率也是有影响的，上述公式中并没有反映出来，湿热预缩机的研发人员应对此作深入的研究。
例如，织物的组织结构中，纱支、捻度、密度三个参数对预缩率就有很大的关系。经纬密度大的织物纱线间的空隙较经纬密度小的织物小，因此经纬密度大的织物较经纬密度小的织物难收缩；同样，纱支粗的也较纱支细的织物难收缩。
当经纱密度大于纬纱密度时（如卡其、华达呢），经向缩水率就大于纬向缩水率；反之，经向缩水率就大于纬向缩水率；当经纬纱密度相近（如平布类）时，经、纬纱缩水率较接近。捻度高的纱、线密度大，润湿溶胀后纱、线直径增加幅度大，导致在长度方向的缩水加重，下机缩水率高。所以，不同组织的面料预缩前的给湿量有一定的要求，给湿量的控制直接影响到预缩效果，给湿量一般控制在10%-20%之间，厚密织物为15%-20%左右。这些情况都是服装厂在使用预缩机应该预以注意的。
2.1.5 各种预缩机的织物运行过程
1．简式三辊胶毯预缩机
进布架干进布→水管喷雾给湿→三辊胶毯预缩→落布架落布
2．布铗链预缩整理联合机
进布架干进布 → 给湿箱喷雾给湿和蒸汽给湿 → 单烘筒预烘 →短布铗拉幅 → 三辊橡胶毯预缩 → 呢毯整理机平烫烘燥 → 冷却装置冷却 → 消除静电 → 落布架落布
3．普通三辊橡胶毯预缩联合机
进布架干织物进布 → 给湿箱双面喷雾给湿 → 单只烘筒预烘 →三辊橡胶毯预缩 → 呢毯熨烫烘燥 → 落布架落布
4．呢毯预缩机
进布架干进布 → 喷雾给湿 → 蒸汽给湿 → 单只烘筒预烘 → 短布铗拉幅 → 两组呢毯预缩 → 落布
5．阻尼预缩机
进布辊平幅干进布 → 超喂轮超喂 → 蒸汽给湿 → 两组阻尼预缩 →胶辊帘带送布 → 折叠或卷取出布

2.2预缩原理及要素分析
2.2.1 橡毯预缩的基本原理
根据棉及混纺织物在一定温度和湿度等条件下具有的可塑性以及天然橡胶的高弹性，运用机械物理方法，将在各道生产工序中被拉长的织物，缩回至纤维自身的自然状态并将其稳定下来。这就是橡毯预缩的目的。
预缩的过程为橡毯的挤压点处，通过压紧辊对橡毯的挤压，与承压辊接触的橡毯表面发生变形，经向伸长，织物在伸长的橡毯与承压辊之间被握持进步。随着承压辊的转动，被挤压的橡毯在失去挤压力后，橡毯回弹并带动织物经向收缩，这种经向收缩的过程即织物预缩过程。整个预缩过程在挤压点至后承压辊的1/4圆周内完成。
2.2.2 影响预缩效果的七个要素
挤压力、橡毯品质、布面湿度、布面及承压辊温度、预缩时间、织物状态、超喂，这是直接影响预缩效果的七个要素。这七个要素既有一定的独立性，又相互联系和影响。在实际应用中，这七个要素往往可以相互弥补。若一个要素的应用条件不好，可通过改变其他6个要素的应用条件，以最终保证预缩效果。七个要素调配得好，往往不仅保证了预缩效果，而且可提高生产效率或延长机器使用寿命。
（1）挤压力——指挤压点处橡毯所受的力
在特定几何形状的条件下，挤压力的大小之间决定了橡毯变形量的大小，即橡毯经向伸长量的大小。挤压力越大经向伸长量越大，回缩自然也越大，则织物预缩率相应大。
挤压力是预缩机的预缩能力的标志，现国际水平的预缩机，其挤压力可达200—250KN，对于宽180cm的橡毯而言，其线电压为1.1—1.4kN/cm。
橡毯硬度在邵尔40°时，橡毯厚度、最大推荐挤压力、线压力三者的关系如表所示。

橡毯厚度/cm 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52-50 48 46-44
最大推荐挤压量/mm 16 15 14 13.5 12.5 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9
线压力/N/cm 1000 921 862 804 764 735 700 676 657 637 627 627
需注意一点：对于不同的橡毯硬度，当橡毯厚度和挤压量相同时，其挤压线压力是不同的。橡毯硬度越高，需要的挤压力量越大。 进口橡毯推荐最大挤压量S=橡毯厚度*25%， 国产橡毯推荐最大挤压量S=橡毯厚度*20%。
为保证橡毯挤压力左中右均匀，其前提条件是保证紧压辊与承压辊的平行。影响挤压力左右中均匀的还有两个因素：一是橡毯自身硬度左中右是否一致；而是压紧辊和承压辊在挤压过程中所产生的挠度变形；对于180幅宽系列预缩机的挤压力横向均匀性影响不大，但对于280-360系列的预缩机，就可能较大程度地影响到挤压力横向均匀性，应在结构上采取相应措施，防止挠度变形过大。
在实际操作中，为保证挤压力左中右均匀，最常用的办法就是保证压紧辊与承压辊的平行和磨辊与压紧辊的平行。具体平行测量工具一般采用内卡钳，平行度量具等，用这些工具直接测量并保证两辊外圆之间的间隙左右一致。
（2）橡毯品质
橡毯品质对织物预缩的影响极大，橡毯的弹性、硬度、均匀性、亲水性、磨擦系数、抗疲劳性、抗断裂性、耐热及抗老化性、耐磨性、可修补性等等，都将直接影响预缩效果。
橡毯的弹性，对织物预缩的影响最大。橡毯受挤压后照成的变形量及橡毯失去挤压后的回弹能力，这一物理过程可以理解为橡毯的弹性，变形量大小回弹能力，则弹性好。目前，国产橡毯的弹性指数65-68，而进口橡毯的弹性指数为70-72，由于国产橡毯。
橡毯的硬度是与其弹性密切相关的一个指标，硬度高，抗压性好，但弹性将变差；经长期的应用实践，国内外即备受均把橡毯硬度定在邵氏38-40°，以同时满足弹性及抗压性的要求。在实际使用时，当橡毯表面发光并出现微小龟裂纹时，说明表面硬度提高，此时应进行磨毯。近期，西欧地区常用邵氏36±2°，主要为追求织物的柔软风格。
橡毯的均匀性直接影响被加工织物的品质和机械运动状态。如弹性或硬度不均匀，就会造成织物预缩的不均匀，还可能造成橡毯向一边跑而纠不过来，或左右“蛇行”。橡毯均匀性的好坏，一般通过检查表面硬度来决定。橡毯的圆周及幅宽方向其邵氏硬度误差值应在±0.5°。
橡毯表面的亲水性，对织物的含湿量可产生一定程度的影响。亲水性的好坏，与橡毯的配方及表面粗糙度有关。具体应用过程中，可通过调整橡毯压水辊的压力来改变橡毯的带水量。该带水量可增加织物的湿度，大约在2%左右。在调节给湿机的给湿量时应考虑橡毯给湿的存在。橡毯亲水性的好坏对橡毯表面的冷却和润滑也将起重要作用，亲水性好，橡毯表面的冷却和润滑就好，则橡毯寿命长。
橡毯表面与织物的摩擦系数，直接决定了两者之间的摩擦力。而摩擦力的大小，就决定了橡毯对织物的握持能力。握持能力越大，则橡毯在受挤压后回弹时带动布一起回缩的能力越强，即预缩率大；反之，则预缩率小。摩擦系数与橡毯原材料有直接关系，在实际应用中不易检测，一般采用不同牌号的砂带来打磨橡毯表面，以获取不同的握持能力。常用的砂带牌号为60#-120#，牌号低适合厚重织物，牌号高适合轻薄织物。
橡毯的抗疲劳性、耐性及抗老化性、抗断裂性等，直接关系到橡毯的寿命。橡毯一致处在高负荷下，如圆周方向一直处在正反弯曲状态，且在宽度方向不间断地加压和卸压，同时加热和冷却在交替进行。在这种状态下，橡毯的抗疲劳性、耐热及抗老化性、抗断裂性等性能若不好，将加速橡毯的疲劳老化，甚至断裂，橡毯寿命可想而知。目前，进口橡毯中寿命较高的可加工1000万米以上织物，过程较好的橡毯可加工500万米左右。
橡毯的耐磨性，取决于橡毯的原材料和加工工艺。耐磨性好，则每次磨橡毯后减薄量小，寿命自然就延长。
橡毯的可修复性，指橡毯局部损坏时可修复的程度。可修复性好，往往可挽救一条橡毯；若可修复性不好，修复点处于橡毯其他地方相比，弹性或硬度造成差异，则对织物预缩的均匀性产生影响。
（3）布面的湿度——指预缩前织物的含潮率
预缩前织物的含潮率一般为10%--15%。具体按织物平方米克重掌握，即布的平方米克重越大，含潮率也应越大。纤维之间的水分是一种润滑剂，没有水分，纤维之间很难产生滑动即很难预缩。
给湿方式有如下几种：喷雾（喷嘴、甩盘）、汽蒸箱、汽蒸烘筒、泡沫法、带水辊、橡毯表面含潮等。
什么给湿方式并不是关键，关键是给湿均匀。织物经喷雾给湿后，再经过Φ570mm烘筒的烘蒸，就是促使织物含潮均匀的一种常用方式。喷雾给湿时可使用各种添加剂，但要注意，添加剂是一种润滑剂，既可造成织物易缩，又会造成织物伸长。
橡毯表面的含湿量，直接对织物含湿量产生影响，可改变织物的含湿率1%--3%。具体控制橡毯带水量主要有两个办法：一是选择不同号的砂带磨橡毯，如60#，带水量大，100#，带水量小；而是改变压水辊压力大小，也可改变橡毯带水量。
预缩整理后的织物含潮率应在4%左右，此时最有利于织物的稳定。烘的过干，空气重的水分会对织物产生冲击；按自然回潮率7%掌握，不利于尺寸的稳定。
（4）温度——指进预缩机前布面温度和承压辊温度
织物在一定的温度条件下通过湿度等因素的配合，是植物容易产生预缩形变，且织物预缩后形状可以稳定下来。织物预缩前的温度控制在60—80°是较理想状态。但由于布面温度不易检测，一般通过Φ570mm烘筒温度或压力来大致控制布面温度，Φ570mm烘筒表面温度一般掌握在105℃左右；使用喷直接蒸汽烘筒时要蒸汽均匀喷出，穿透布面。承压辊表面温度应根据不同织物的预缩要求，掌握在107--140℃，轻薄织物温度可偏小，厚重织物温度应偏大。两个温度的控制调整要根据织物预缩的具体情况相互协调，以求达到较好的预缩效果。蒸汽质量的好坏对温度有直接影响，有时有雨蒸汽质量太差，甚至会影响到左右产生较大温差，这将直接影响植物预缩。
温度的测量方法：①红外在线检测承压辊表面温度。②红外温度检测器人工测量布面或各辊面温度。③辊体表面专用测量器（热电偶）。④辊体内部安装热电偶直接测量蒸汽温度。⑤观察蒸汽压力表读数。⑥手摸布面，凭经验感觉。以上六种办法，最常用的方法是第⑤、⑥两种。
（5）预缩整理时间——又可称为车速
没有一定的时间保证，织物随着橡毯回弹而回缩这一物理过程就不能充分的完成。若时间较短，即使温度、湿度、橡毯压力等因素调整的很合适，也不会达到预期的预缩效果。但预缩时间与橡毯的弹性是有一定关系的，橡毯的弹性好，则预缩时间相应短。
织物预缩后的整理过程也与时间有密切关系。刚预缩的织物若没有一定时间的烘干整理，其尺寸就不会稳定下来。现为了提高生产效率即提高车速，同时又要保证整理效果即保证整理时间，通过采用加大呢毯整理烘筒直接的办法。在保证整理时间的条件下，烘筒直接越大，车速相应提高。所以，目前大洪筒直径有不断加大的趋势，从最早的Φ1500mm不断发展到Φ1800mm、Φ2000mm、Φ2200mm，最近又发展到Φ2540mm。
预缩整理时间与蒸汽温度即蒸汽压力有着直接的联系。温度高，传递同样的热量所需时间就少，这样车速就可提高。实际应用中，可结合具体情况进行调整。
（5）织物本身状态及前道工序对预缩的影响
织物本身状态对预缩的影响，主要表现在织物是否具有吸水性。坯布（直接来自织机），通常有很强的防水性，此类织物预缩前就要进行吸水化处理，如牛仔预缩前先经过浸扎机，然后烘干至一定湿度进行预缩。
经过煮练。漂白等工艺的织物，其吸水性是大大增强了，但在这些工序中，一定要注意尽可能减少织物的张力，即减少织物的伸长。否则，势必会提高织物的潜在缩水率，增加预缩的难度。
织物的经纬密度及纱支不同，其预缩的难以程度也不同，如高支高密的府绸和粗支纱大克重的牛仔布，都是比较难预缩的。
织物纱线的各种成分（棉、涤棉、化纤、麻等）的含量比例不同，对预缩也有一定影响。甚至织机的张力控制是否一致，都可能造成对织物预缩的影响，只有充分考虑了织物因素和预缩前各道工序因素，才能保证预缩的质量和稳定性。
（7）超喂
织物进入的线速度稍大于布夹链的线速度叫做正超喂（或超喂、缩码）。正超喂使经向保持一定的松弛状态，有利于织物的扩幅，能使织物经向有一定的回缩效果，同时纬密上升，克重增加，经向缩水降低。
如果织物进入的线速度稍小于布夹链的线速度就叫做反超喂（或负超喂、拉码）。反超喂使得经纱伸长，纬密下降，克重减少，经向缩水变大。
2.3预缩机的调试
天然面料水洗尺寸变化的问题一直是纺织印染行业中的难题之一，为解决这一问题，现普遍采用橡毯预缩设备。该设备简单、实用、无污染，但能否用好该设备以满足不同织物的各种预缩工艺要求，关键是看能否调试好设备的状态。调试不到位，不仅预缩效果不好，而且可能造成机器不能正常开车运转，甚至造成设备损坏或织物的废次品。
下面以国家攻关项目——LMA451型预缩整理机为例，对设备的机械状态和工艺生产状态的调试进行探讨，并对生产中常见问题提出一些处理方法。
2.3.1预缩机的机械状态调试
（1）各单元机之间要严格按照地面十字线确定安装位置，尤其要注意调整各单元机的主要辊子中心线一定要平行和水平，否则，易造成织物跑遍或织物单边皱褶。若安装后发现机器位置不正，其返工量时很大的。
（2）喷雾箱的喷嘴要做喷雾试验，每对喷嘴逐一调试，保证左中右喷雾均匀，喷雾量大小应能通过调压阀灵活调整。
（3）橡毯预缩单元的主传动联轴节及呢毯单元的传动联轴节，其同轴度一定要精确细致地反复调整，确保同轴度一致。否则，将造成传动功率的损耗，并增大减速器的噪音和温升，影响减速器的寿命。
（4）磨辊应进行空转试验，保证无明显跳动、抖动和振动，必要时重新校动平衡。对电动机的工作电流应作记录，此电流值在磨橡毯时作为磨毯进刀量的参考。经改造可以灌油的磨辊，在空转试验后应加油(按磨辊内部容积的60%左右注油),再进行转动试验,不得有振动等现象,此时的电动机电流应记录在案,并作为正式磨毯电流值的参考。
（5）准确测量橡胶毯厚度,测厚时应将张紧辊放松,在张紧辊与导辊之间用游标卡尺(或外卡钳)测量。左右两侧均应测量并记录在案。按照实测橡毯厚度值,调整压紧辊与承压辊之间的距离,然后把橡毯压紧量刻度尺调到“0”位。特别应注意压紧辊与承压辊的间距一定要一致。
（6）橡毯张力调整时,应首先将橡毯放松(在张紧辊与导辊之间的橡毯出现较大圆弧的情况下,应用光滑的木杆将两端橡毯扛直),在橡毯两侧面进行标记,标记长度为305 mm,然后缓缓升起张紧辊,同时运转橡毯,当橡毯两侧标记长度为311~312 mm时,张力即为合适。
（7）橡毯跑偏时应通过张紧辊调整。调试时,橡毯运行状态可逐步向正常开车状态靠拢。如: 压水辊　不加压—→加压2.5 kg/cm2
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