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1、4/4国在爱荷楮*禅毕业设计（论文）开题报告题院专班学目:系:业:级:号:YD5000系列锭子温度声音特性检测系统设计智慧制造学院机械电子工程机电172学生姓名:指导教师:中原工学院信息商务学院毕业设计开题报告论文题目YD5000系列锭子温度声音特性检测系统设计姓名王瑞锋院系智慧制造学院专业班级机电172学号201706144227L选题背景和意义锭子是由锭杆、锭盘、锭脚、锭胆、锭钩和锭底等部件组成。锭杆为材料是优质高碳钢的平直圆形管，其在工作时可以在允许范围内存在微小振动，由其振动特性规范参数所限定。锭盘通常是一个材料为HT-200铸铁的高速回转件，它和锭杆共同组成回转体，为防止出现跳动，锭
2、钩会将其卡住。锭胆中弹性管把轴承座和锭底连接在一起，可使两者中心同轴，里面的卷簧具有缓冲作用。锭子中的锭胆和锭脚压配在一起共同起支撑及存储锭子油的作用。锭子是纺纱机上的主要部件，主要作用是把纤维拈成纱，再把纱绕在筒管上。早在新石器时代，都是人工转动纺专，纱线旋转而被加拈并卷绕在专杆上。随着社会的发展，经过各国研究人员的不断研究改善，由19世纪初期6000转/分的锭速到20世纪初期转速为8000-12000转/分的刚性锭子，再到70年代棉纺锭速已经达至“8000转/分以上。河南二纺机有限公司展出的YD50()()系列棉纺锭子下轴承由径向滑动轴承和轴向止推轴承组成，锭盘带轮直径最小可至中18mm最
3、高工作速度达到22000转/分。YD5000系列高速锭子是为适应棉纺企业提高车速和单产而设计的新型锭子。下轴承由径向滑动轴承和向止推轴承组成，有运转稳定，吸振性能好，磨损小，寿命长等优点。因此，锭子工作中出现的问题，如振幅过大，温升过高，噪音加大等，这些都是锭子综合特性研究的重点。其中最重要的问题是因锭子高速运转时，锭子所产生的温升过高和噪声过大。这就需要对锭子进行特性的分析与研究。于是，提出对高转速状态下纺纱锭子的噪声、温升等特性进行检测与分析，从而寻找锭子在结构参数、制造、运行等方面的优化途径和方法，提高锭子制造质量与使用性能，达到节能降振的目的。纺织厂大量的废弃物不仅增加了生产成本，而且
4、恶化了工作环境。所以研制一套具有噪声、温度特性的检测系统具有重要意义。本课题利用对锭子高速运转过程中的环境噪声、锭底温升等系统性能指标的检测与分析，旨在研发出对YD5000系列锭子在高速运转时的噪声及温度进行监测的实验平台。2 .本选题在国内外的研究状况及发展趋势(参考文献不少于10篇)(1)锭子检测系统在国外的现状及发展国外研究状况在锭子检测系统的研究中，美国很早就把虚拟仪器技术用于锭子的检测中来。虚拟仪器实际就是一种计算机仪器系统，利用使用者对该系统的设计思想，把计算机作为控制器，使用软件达到人机交互的目的和实现大部分仪器功能。该技术应用于实验仪器的开发，数据采集与分析，自动控制，它广泛用
5、于多种领域，使用虚拟仪器可以在检测系统中用软件代替硬件的优势，这非常有利的促进产品的开发。多种基于虚拟仪器的笔式振动检测仪均可检测出振动速度的有效值，检测因动不平衡，轴偏心或润滑不足引起的异常振动。美国一家公司研发的振动分析仪已经投入使用，且效果很好；美国ENTEK公司的DP1500、DI.2200以及丹麦B&K公司中的信号采集系列产品也都在实际使用中发挥着重要作用。(2)锭子检测系统在国内的现状及发展国内研究状况杨建成等从机械、检测和控制三个部分对锭子振动测试系统进行整体方案设计，并用该系统对锭子的振动情况进行实验，并对不同转速下的实验结果开展数据研究分析。魏协奔等针对旋转机械工作中的机械异
6、常振动，研发了一套基于LABVIEW的高速转子碰磨故障检测系统，进行了高速转子的振动信号检测，并在其实验平台上做了高速转子碰磨故障实验。钱家德等研究了纺纱锭子的各种运动周期，定性的研究了锭子的运行状态并模拟出锭子的运动轴心轨迹图等动态特性图。马晓建等分析锭子振动频谱随锭子转速以及锭子和机架之间的接触刚度的变化情沆，得出了DFG2型锭子的杆盘组合件、锭脚、锭子和机架构成系统的固有频率。齐晓旭等基于小波分析理论对各转速下锭子的振动特征进行分析，结合故障诊断系统分别总结得出各个阶段锭子故障的原因。刘妍等设计了基于LabVIEW分析系统的锭子振动测试装置，可通过软件内置接口与电机驱动器通讯，实现锭子转
7、速无极调控，可实现对纺织行业各种型号锭子的振动信号检测与分析。2014年，国内某一家公司研发了一套细纱机在线检测系统，此系统主要对产品的生产过程进行检测，检测结果可对锭子及生产过程进行改进，提高了生产效率。2015年，河南二纺机股份有限公司组织多名专家共同开发针对锭子的动态虚拟功率测试仪。综合上述国内外研究现状，可以看到，目前对纺纱锭子特性检测的参数指标主要包括锭子功耗、噪声等方面，都与锭子振动相关，还需要再次进行监测分析。所以对锭子工作时所产生的温度声音进行进一步的检测分析还需进一步的优化。3 .主要研究内容(1)锭子温度声音特性检测系统机械结构的设计本实验台主要由实验台人造花岗岩底座，传动
8、装置，检测装置升降台三大部分组成。(1)电动机传动部分的设计机械传动模块主要由伺服电动机和配套驱动器，以及带动锭子高速旋转的带轮、皮带等传动部件组成。在电动机的选择方而，由于锭子的运行速度非常高，其转速范围在14000-22000rmin,为了检测锭子在不同转速下的动态特性，要求电动机有较广的转速范围和稳定性，因此采用伺服电动机。在锭子检测过程中，可以提供稳定的输出，减小锭子检测的误差。电机由重锤在电机滑动轨道上进行控制，通过调整重锤的重量来控制带轮与锭盘之间的张力，锭带及张紧方式的不同对检测平台的可靠性有重要影响。关于联轴器的选择，在电动机端选择扭矩限制类联轴器。因为电动机端开始速度较低，电
9、动机扭矩较大，而扭矩传感器属于精密仪器，很容易由于开始时扭矩过大造成扭矩传感器的损坏，所以使用扭矩限制器可以有效保障仪器的安全。在传动方式选择方面，传动方式同样采用带传动。为了确保传动的稳定，锭带采用传动能力强、抗拉强度高、伸缩率小的高速环形橡胶平带。传动带在张紧方式上设计了两种方案，如图3-1所示。图3-1张紧方案的选择(2)检测装置设计检测装置主要用来检测锭子在高速运转时所产生的温度及噪声。传感器模块主要由温度传感器和噪声传感器组成I助。同时，还要满足测得锭子不同位置处的温度和噪声，因此可直接将传感器固定在检测装置的升降台上，或者在锭子不同的高度安装多枚传感器。综合考虑，采用将传感器固定在
10、升降台上。检测装置升降台采用步进电机控制丝杠副，使检测装置升降台可上下移动，检测装置安装板，通过丝杠传动，滑动导轨限位，可点控升降。（3）底座模块的设计检测平台的材料采用大理石结构或者花岗岩结构。与铸铁结构相比，大理石耐酸碱，不会生锈，维护保养方便简单。同时大理石结构表面光滑、质量轻、稳定性好。人造花岗岩，可以有效吸振，将外界影响降到最低，使得测量值更加准确有效。和大理石相比，花岗岩的硬度更高。为减少振动，综合考虑，底座模块采用两块大理石组成，分别为电动机传动部分的底座、固定升降台的底座以及固定锭子的底座。（2）锭子温度声音特性检测系统控制系统的设计控制系统部分主要是控制伺服电机的运转方式及转
11、速以及控制检测装置升降台的运动。（1）控制系统硬件设计此控制系统的有很多种类型可以选择，其中经常用到的有以单片机为基础的控制系统和以PLC为基础的控制系统，单片机控制系统的优点就是成本很低控制也相对简单，但是它的开发难度很；PLC控制系统具有可靠性、实时性、配置系统灵活性等优点，于是以PLC为基础的控制系统就得到了广泛的应用，因此本次选题的选用以PLC为基础来进行控制系统设计。其系统的硬件设计主要包括以下几个部分：1） PLC的选型2）传感器的选型3）电动机的选型4）驱动器的选型（2）控制系统软件设计锭子温度声音检测系统控制系统的软件设计中，最重要的是对PLC控制器的初始化设置和控制电动机转速
12、以及控制传感器座的匀速升降的要求进行编写PLC程序，通过PLC程序来控制步进电机的驱动系统，由驱动系统提供动力完成不同速度下锭子特性的检测。主要包括以下几个方面的设计：1）系统工作流程的设计2） I/O接口功能设计与分配3）外部接线图4）PLC程序设计(3)锭子温度声音特性检测系统的设计由于需要对纺纱锭子在运转时的噪声及温度信号进行数据检测，并对数据进行分析处理，以得到纺纱锭子的一些特性参数。因此，高速纺纱锭子综合特性检测系统的功能就应对信号数据采集。本测试系统数据采集使用基于USB总线的高精度的SmaCqUSb.4621数据采集卡UL该采集卡由于每个通道匹配一个AD转换单元，所以可进行多路的
13、同步采集，此项功能在本采集系统中是特别重要的。采集结束后再调用相应的库函数进行停止读取数据、关闭触发、清除触发标志清空缓存数据的操作，最后关闭采集卡。数据采集软件使用LabVlEW软件结合数据采集卡实现。LabVIEW是Nl公司开发的用图形进行编程的一种软件，不同于其他的编程软件，其用图形表示编程语句学习起来更加方便，简单易学。以字符串的形式输入控件，为数据源代码，最后数据会载入到显示前面板上；该软件主要是由前面板和程序框图两部分组成的，前面板上是用来放显示的部件，程序框图界面就是用来写程序。在该测试系统中，需进行数据采集的信号温度、噪声信号。对采集到的信号为了能够较为直观的看出变化，因此可以
14、将数据生成连续的折线图，可以直观的看出锭子在不同转速下其特性的变化U4。数据信号有多种处理及表达方式，对于噪音和温度信号来说，较常用的表达形式为信号与时间或转速的关系图、信号的频谱图等口叫使用时域分析中的均值这一指标作为温度与噪声信号处理的显示参数，可使其误差进行平均进而接近真值，所以本检测系统对数据信号处理的表达方式是：噪声信号与转速关系图及温度信号与转速关系图U*噪声和温度信号与转速的关系通过图像显示能直观的反映出锭子运行过程噪声变化和温度变化。实验台是将锭子运转时的性能参数信号转换为电压信号，经过信号调理电路对电信号进行滤波放大后通过数据线传输到计算机，号进行滤波放大后通过数据线传输到计
15、算机，由装有LABVIEW软件的计算机对采集到的数据进行显示、分析和保存。图3-2所示是本检测系统基于数据采集卡的数据采集系统的结构框图。图3-2结构框图4.研究基本思路及技术关键点(1)研究基本思路锭子温度声音检测系统的整体设计，主要由机械传动模块、检测装置及底座模块组成。方案一采用两块大理石台相互不接触的设计方式，锭子固定采用可换装的夹具，传感器固定采用升降可调装置。左侧导轨固定在大理石上，电机固定架与导轨连接，电机固定架的左边有重锤，重锤通过重锤支架，滑轮悬挂在左侧，伺服电机安装在电机固定支架上，带轮经过轴、轴承和联轴器与伺服电机连接。右侧呈龙门架形式，升降台固定在龙门架上，皮带通过龙门
16、传动，锭子固定在上端固定板上，升降台上固定着声音传感器和温度传感器。实验台结构简图如图4-1所示。图4-1实验台的机械结构方案二将电动机传动部分设计为一个整体，联轴器通过轴与带轮连接。检测装置将温度传感器与声音传感器共同固定在传感器座上，通过丝杠滑动手柄调整传感器的位置。实验台结构简图如图4-2所示。F图42实验台机械结构因为本次锭子声音温度特性检测系统设计要求运行精确，通过对比发现方案二中丝杆滑动手柄是通过手来调整传感器的位置，不如方案二中的运行平稳；方案二选择联轴器，由于细长轴刚度差，易弯曲，尤其是当细长轴的顶端加上带轮后，在高速运动时极易造成振动，从而影响检测结果。故经过综合考虑选择方案
17、一的设计比较合适。（2）技术关键点1）实验台机械结构的设计2）升降台机械结构的设计3）控制系统硬件的选型4）控制系统程序的编写5）检测系统的设计5.预期成果锭子作为纺纱机上的一个高速旋转部件，锭子的动态性能的好坏直接影响到纺纱的产量和质量，锭子的振动、噪声和功耗是衡量锭子性能好坏的重要指标。根据锭子的测试需求，结合锭子振动、噪声和温升测试的国家标准，研制了一套基于虚拟仪器的锭子综合性能测试系统，对一种YD5000棉纺系列锭子进行了测试与分析，得出其符合锭子的测试要求。参考文献1TheharmonicconsistencyindexfortheanalytichierarchyprocessJ.
18、EuropeanJournalofOperationalResearch,2007,177(1):488-497.2PeterTieman.EnhancingthelearningexperienceofundergraduatetechnologystudentswithLabVIEWsoftwareJ.Computers&Ecucation.2010.55(4)3RapuanoS,HarrisFJ.AnintroductiontoFFTandtimedomainwindowsJ.Instrumentation&MeasurementMagazineIEEE,2007,10(6):32-44
19、.4杨建成,刘妍,蒋秀明,等.基于LabVIEW的锭子振动测试试验装置:，CN202049027UP2011.|5魏协奔，林蓉，林若波,等.基于LabVIEW的高速转子碰磨故障诊断系统J.机电工程疗术,2014,000(007):44-46,180.6钱家德.纺纱锭子动态特性的研究J.机械设计,2002,19(8):22-24.7马晓建，吴文英，相兴利,等.DZ2A型锭子轴承测试系统的设计棉纺织技术，2003,31(008):22-25.8齐晓旭，马晓建，何勇.纺纱锭子的振动分析J.现代纺织技术,2007(02):6-8.9刘妍.高速锭子动态特性与检测系统研究D.天津工业大学,2011.10陈
20、小兰，梅顺齐，詹白勺,等.基于DRVI虚拟仪器的锭子振动测试系统的研究J.武双科技学院学报,2007(01):64-66.11代蕾.虚拟仪器技术的锭子振动测试系统探讨J现代商贸工业，2010,22(021):304304.12魏协奔，林蓉，林若波,等.基于LabVIEW的高速转子碰磨故障诊断系统J.机电工程疗术,2014,000(007):44-46,180.13王成银.高速纺纱锭子特性检测实验台测试与研究D.中原工学院,2018.口4秦大同，谢里阳.现代机械设计手册M.化学工业出版社,2011.15翁玉东.基于LabVIEW的高速纺纱锭子综合特性测控系统设计|D.中原工学院,2018.16刘宝廷.步进电机及其驱动控制系统M.哈尔滨工业大学出版社，1997:26-37.17刘金梅，王东颖，刘立超,等.基于LabVIEW串口通信的多路数据采集系统设计J.北华航天工业学院学报,2012,22(004):16-18.6.指导教师意见及建议签字：年月日2020T 2制注：此表一式一份，随学生毕业设计（论文）材料存档。
