传统翼锭粗纱机采用一台主电动机传动，为了实现对纤维条的牵伸、加捻以及粗纱在 筒管上的卷绕与成形，粗纱机的机械传动系统异常复杂。特别是粗纱的卷绕与成形，必须 同时满足4个条件：筒管转速大于锭翼转速；筒管转速随卷绕粗纱直径增加逐层减小；下 龙筋升降速度随卷绕粗纱直径增加逐层减小；下龙筋升降动程随卷绕粗纱直径增加逐层减 小。为了达到所述转速变化的要求，粗纱机通常采用锥轮(即铁炮)变速机构，以完成所 述变速的要求。但铁炮的拖动能力有限，因此粗纱机又采用差动机构来配合铁炮的变速。 差动机构可将主轴的恒速与铁炮的变速合成，并使主轴承担主要拖动工作，以减轻锥轮的 传动负担。除变速要求外，粗纱机还采用了复杂的摆动装置、龙筋升降机构和换向装置、 粗纱成形装置及许多辅助机构，并且要求各机构或装置之间满足协调同步关系。现有这种 传动机构(方式)的缺点很多，特别不适用于量少变化多的试验要求，主要表现在以下几 点：(1)铁炮本身笨重，惯性大，同时皮带打滑难以避免，影响传动和变速的精度；(2) 铁炮曲线的设计制造非常麻烦，不易保证精度；(3)变速机构、卷绕成形装置(包括龙 筋升降机构、换向装置和摆动装置)体积大，机构复杂，可靠性差，成本高；(4)调整、 保养、维修工作量大，使用不便；(5)品种翻改受到限制，不适用试验要求；(6)须有 张力微调装置和防细节装置才能保证一定的粗纱质量；(7)齿轮传动级数多，累积齿隙 误差大，传动精度低，传动效率低，进一步影响传动和变速的精度。

针对现有技术的缺点，本发明拟解决的技术问题是，提供一种数字化粗纱试验机，该 试验机采用数字化技术，大幅简化机械机构，方便操作，提高粗纱质量，且结构简单，特 别适用于粗纱的小样快速试验。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种数字化粗纱试验机，包括喂入机构、 牵伸机构、加捻机构、卷绕机构、成形机构和数字化控制系统，所述的成形机构包括龙筋 升降机构，其特征是所述的成形机构采用滚珠丝杠滑块升降机构，所述滚珠丝杠滑块升降 机构包括垂直对称分别安装在车头内侧和车尾内侧的两根滚珠丝杠，每根滚珠丝杠的前后 两侧垂直对称各安装有一个直线导轨，每根滚珠丝杠上的螺母副配装有一个升降滑块，两 个升降滑块分别与下龙筋的两端固接，且每个升降滑块前后对称的连接臂分别与所述的前 后两个直线导轨滑动连接；成形电机经一个成形减速机、一个联轴器与丝杠连接轴一端机 械连接，丝杠连接轴的另一端经另一个联轴器与另一个成形减速机机械连接；所述的成形 电机为独立的伺服电机，并由数字化控制系统的成形交流伺服驱动控制器驱动和控制。
与国内外先进的生产型粗纱机相比，本发明的数字化粗纱试验机基于可编程控制器、 触摸屏、伺服驱动、计算机技术等数字化技术设计，变换工艺时无需更换齿轮，通过触摸 屏修改工艺参数即可完成，操作方便，同时在试纺过程中可实现各种工艺参数的在线监测、 显示、自动控制和自动调节，也实现了设备运行中的自动监测、自动停车等功能。前、前 中、后中、后罗拉由相应的电机直接传动，机构简单，并可避免大量齿轮装置造成各列罗 拉转速的波动，有利于提高牵伸的稳定性和所纺纱线的质量。当改变牵伸品种以及牵伸倍 数时，即可通过改变各个相应电机的转速来实现。锭翼的传动由一台伺服电机独立控制， 当需要改变粗纱捻度时，只需通过改变前罗拉的转速即可实现，操作十分便捷。筒管的传 动由一台伺服电机独立控制，通过筒管传动机构带动筒管运转。特别是下龙筋的升降设计 了创新的滚珠丝杠滑块升降机构，下龙筋通过升降滑块与滚珠丝杠以及直线导轨的作用， 在数字化控制系统控制下，将旋转运动变成直线运动，使下龙筋精确而稳定地上下往复运 动，运转平稳，传动精度高，使用寿命长。同时，独立驱动的龙筋升降机构不需要传统的 摆动机构和换向机构，结构大为简化，成本大幅降低，维修保养方便。
附图说明
图1为本发明数字化粗纱试验机一种实施例的整体结构示意图；
图2为本发明数字化粗纱试验机一种实施例的数字化控制系统结构示意图；
图3是本发明数字化粗纱试验机一种实施例的牵伸机构结构示意图；
图4是本发明数字化粗纱试验机一种实施例的下龙筋升降机构(粗纱机长度方向剖 面)结构示意图；
图5为本发明数字化粗纱试验机一种实施例的下龙筋升降机构(粗纱机宽度方向剖 面)结构示意图。

下面结合具体实例及其附图对本发明做更详细的描述：
本发明数字化粗纱试验机(以下简称粗纱机，参见图1-5)，包括喂入机构、牵伸机 构、加捻机构、卷绕机构、成形机构和数字化控制系统，所述的成形机构包括龙筋升降机 构，其特征是所述的龙筋升降机构采用滚珠丝杠滑块升降机构，所述滚珠丝杠滑块升降机 构包括垂直对称安装的两根滚珠丝杠(实施例为左滚珠丝杠416和右滚珠丝杠416’)，一 根(实施例为左滚珠丝杠416)安装在车头内侧(靠近工作区域或有锭翼一侧)靠近墙板 处，另一根(实施例为右滚珠丝杠416’)安装在车尾内侧(靠近工作区域或有锭翼一侧) 靠近墙板处，每根滚珠丝杠的前后两侧垂直对称各安装有一个直线导轨(实施例为左前直 线导轨4171和左后直线导轨4172；右前直线导轨4171’和右后直线导轨4172’)，每根滚 珠丝杠上的螺母副配装有一个升降滑块(实施例为左升降滑块415和右升降滑块415’)， 两个升降滑块分别与下龙筋34的左右两端固接，且每个升降滑块前后对称的连接臂分别 与所述的两个直线导轨滑动连接；成形电机411经一个成形减速机(实施例为左成形减速 机412)、一个联轴器(实施例为左联轴器413)与丝杠连接轴(实施例为丝杠连接轴419) 一端(实施例为左端)机械连接，丝杠连接轴419的另一端(实施例为右端)经另一个联 轴器(实施例为右联轴器413’)与另一个成形减速机(实施例为右成形减速机412’)机械 连接；所述的成形电机411为独立的伺服电机，并由所述数字化控制系统中的成形交流伺 服驱动控制器驱动和控制。
实施例的龙筋升降机构具体结构是：在成形机构中，上龙筋固定不动，下龙筋做升降 运动，龙筋升降机构即是指下龙筋升降机构。所述的滚珠丝杠滑块升降机构采用两根滚珠 丝杠及四根直线导轨进行传动。滚珠丝杠滑块升降机构为左右对称结构。左滚珠丝杠416 和右滚珠丝杠416’、左前直线导轨4171和左后直线导轨4172、右前直线导轨4171’和右 后直线导轨4172’均垂直放置，左滚珠丝杠416的上下两端通过左下丝杠轴承座414和左 上丝杠轴承座418固定在车头内侧的墙板上，同时在左滚珠丝杠416的上下两端用螺母锁 紧，左滚珠丝杠416的下部插在左成形减速机412内，左前直线导轨4171和左后直线导 轨4172以左滚珠丝杠416为中心，前后对称安装在车头内侧的墙板上，下龙筋34的左端 和左升降滑块415相连接，左升降滑块415上有一个与滚珠丝杠416配装的通孔，左滚珠 丝杠416从该通孔中间穿过，并将左滚珠丝杠416上的螺母副配装固定在左升降滑块415 上，左升降滑块415通孔的两侧是两个连接臂，用来与左前直线导轨4171和左后直线导 轨4172滑动连接，所述直线导轨对升降滑块起辅助的导向作用，有利于升降滑块的上下 往复稳定运行。右侧结构与左侧结构对称：即右滚珠丝杠416’的上下两端通过右下丝杠轴 承座414’和右上丝杠轴承座418’固定在墙板上，同时在右滚珠丝杠416’的上下两端用螺 母锁紧，右滚珠丝杠416’的下部插在右成形减速机412’内，右前直线导轨4171’和右后直 线导轨4172’以右滚珠丝杠416’为中心，前后对称安装在车尾的墙板上，下龙筋34的右侧 部分和右升降滑块415’相连接，右升降滑块415’上同样有一个与右滚珠丝杠416’配装的 通孔，右滚珠丝杠416’从该通孔中间穿过，并将右滚珠丝杠416’上的螺母副配装固定在右 升降滑块415’上，右升降滑块415’通孔的两侧是也两个连接臂，用来与右前直线导轨4171’ 和右后直线导轨4172’滑动连接，所述直线导轨对升降滑块同样起辅助的导向作用，有利 于升降滑块的上下往复稳定运行。所述成形电机411的输入轴插入左成形减速机412的输 入孔内，左成形减速机412的输出轴通过左联轴器413与丝杠连接轴419连接，丝杠连接 轴419通过右联轴器413’与右成形减速机412’连接。机器运转时，成形电机411通过左成 形减速机412、左联轴器413、丝杠连接轴419、右联轴器413’以及右成形减速机412’带 动左滚珠丝杠416和右滚珠丝杠416’同步转动，滚珠丝杠在与丝杠螺母的配合作用下，将 旋转运动变成直线运动，也即使左升降滑块和右升降滑块上下往复同步运动，进而使下龙 筋34左右平稳一致地做升降运动。
需要说明的是，本发明所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安装方位词 是依据生产线的操作工位(挡车面)而言，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代 表该安装位置的唯一性和必须性，实施例具体设计完全可以根据需要做非本质的适当的调 整和变化。
本发明设计的滚珠丝杠滑块升降机构结构紧凑，运转平稳，传动精度高，所选用的蜗 轮蜗杆减速机具有反行程自锁功能，使龙筋在升降运动及停止时都能很好的定位，不会产 生误动作或惯性动程。
本发明粗纱机的喂入机构为现有技术。棉条52从棉条筒51中引出进入喂入机构，通 过导棉辊53送入牵伸机构。
本发明粗纱机的进一步特征是所述牵伸机构为四罗拉牵伸机构(参见图3)，即前 罗拉11、前中罗拉12、后中罗拉13和后罗拉14，且四列罗拉分别由四套牵伸交流伺服 驱动系统在所述数字化控制系统控制下独立驱动。具体说，所述的前罗拉11由前罗拉电 机111通过与前罗拉电机相连的前罗拉同步带轮112、与前罗拉相连的前罗拉同步带轮 112’和前罗拉同步带113直接传动；前中罗拉12由前中罗拉电机121通过与前中罗拉电 机相连的前中罗拉同步带轮122、与前中罗拉相连的前中罗拉同步带轮122’和前中罗拉同 步带123直接传动；后中罗拉13由后中罗拉电机131通过后中罗拉减速机132、与后中 罗拉电机相连的后中罗拉同步带轮133、与后中罗拉相连的后中罗拉同步带轮133’和后中 罗拉同步带134直接传动；后罗拉14由后罗拉电机141通过后罗拉减速机142、与后罗 拉电机相连的后罗拉同步带轮143、与后罗拉相连的后罗拉同步带轮143’和后罗拉同步带 144直接传动。本发明所述的四列罗拉(前罗拉11、前中罗拉12、后中罗拉13和后罗拉 14，下同)由相应的电机单独直接传动，没有复杂的齿轮传动系统，不仅机构简单，而且 可避免齿轮传动造成的转速波动，有利于提高牵伸机构的稳定性和精确性，提高所纺纱线 的质量。
本发明电机独立传动的牵伸机构方便调整工艺，当改变纱线品种以及牵伸倍数时，只 需改变各个相应电机的转速即可实现，十分有利于小批多变的试验要求。本发明粗纱机实 施例的牵伸机构的牵伸倍数为4.2～30倍，捻度范围为10～200捻/米，可调范围大，适纺 范围宽。还要补充说明的是，本发明牵伸机构实施例虽然设计为四罗拉牵伸机构，但其电 机独立驱动罗拉的牵伸机构设计完全适用于三罗拉牵伸系统。
本发明粗纱机的加捻机构为现有技术。锭翼24安装在上龙筋23上，由独立的加捻 电机211、加捻传动机构22和加捻交流伺服驱动控制器635在所述数字化控制系统控制下 独立驱动。
本发明粗纱机的卷绕机构为现有技术。筒管31安装在筒管齿轮32上，由独立的卷绕 电机311、卷绕传动机构33和卷绕交流伺服驱动控制器636在所述数字化控制系统控制下 独立驱动。
本发明粗纱机的成形机构包括下龙筋升降配重机构，但没有传统粗纱机的摆动机构、 差动机构和换向机构。实施例的配重机构为现有技术。其主要包括配重大导轮431，配重 平带432，配重平衡轴433，配重体434，配重小导轮435和下龙筋平带436。本发明实施 例采用吊带代替链条传动，提高了传动的稳定性，无须加油保养，使用寿命长。
本发明粗纱机的数字化控制系统包括触摸屏、可编程控制器和交流伺服驱动控制器。 其结构是：所述的前罗拉电机111经前罗拉交流伺服驱动控制器631与可编程控制器62 连接；所述前中罗拉电机121经前中罗拉交流伺服驱动控制器632与可编程控制器62连 接；所述后中罗拉电机131经后中罗拉交流伺服驱动控制器633与可编程控制器62连接； 所述后罗拉电机141经后罗拉交流伺服驱动控制器634与可编程控制器62连接；所述加 捻电机211经加捻交流伺服驱动控制器635与可编程控制器62连接；所述卷绕电机311 经卷绕交流伺服驱动控制器636与可编程控制器62连接；所述成形电机411经成形交流 伺服驱动控制器637与可编程控制器62连接。
所述的触摸屏61是数字化控制系统的控制中心。可编程控制器62与触摸屏61连接。 牵伸机构中，可编程控制器62根据预先设置在触摸屏61中的纺纱工艺参数，如牵伸倍数、 锭翼转速、捻度值等，按照相应的传动要求计算出四列罗拉的转速，然后与相应的交流伺 服驱动控制器(或者前罗拉交流伺服驱动控制器631、前中罗拉交流伺服驱动控制器632、 后中罗拉交流伺服驱动控制器633和后罗拉交流伺服驱动控制器634)之间进行数据传输。 由于牵伸机构的特征为四台伺服电机分别独立传动四列罗拉，改变电机的转速即可实现牵 伸倍数的变换，而且可以无级调整罗拉转速，因此对牵伸倍数的控制相当精确，进而对粗 纱定量的理论控制也非常精确。
在加捻机构中，锭翼的转速是粗纱机的主要基准，加捻电机211内部的光电编码器用 于检测锭翼24的实际转速，通过程序设定将信号脉冲传送到可编程控制器62，可编程控 制器62与加捻交流伺服驱动控制器635之间进行数据传输，确保锭翼24的转速符合工艺 设计的要求。在卷绕机构和成形机构中，粗纱要卷绕成双锥形卷装，筒管31需做两个方 向的运动，即随锭翼24做圆周运动的同时随下龙筋34做上下往复直线运动。
在卷绕机构中，可编程控制器62按照粗纱卷绕成形规律的数学模型，计算出每绕一 层粗纱时筒管31的理论卷绕速度，然后与卷绕交流伺服驱动控制器636进行数据传输， 驱动筒管31按一定的规律进行转动。卷绕电机311内部的光电编码器用于检测筒管31的 实际转速，通过程序设定将信号脉冲传送到可编程控制器62，确保粗纱张力稳定。
在成形机构中，可编程控制器62按照粗纱卷绕成形规律的数学模型以及预先设定在 触摸屏61中的成形角度，计算出每绕一层粗纱时筒管31的升降动程，然后与成形交流伺 服驱动控制器637进行数据传输，驱动下龙筋34做升降运动，结合筒管31的回转，卷绕 成双锥形的粗纱卷装。成形电机411内部的光电编码器用于检测筒管31的实际升降速度， 通过程序设定将信号脉冲传送到可编程控制器62，确保粗纱成形良好。
本发明采用触摸屏61来完成人机对话功能，方便快捷，满足少量粗纱试验需要。触 摸屏61可设置各种纺纱工艺参数：包括牵伸倍数、锭翼转速、捻度值、空管转速、满纱 转速、龙筋升降动程和速度、卷绕系数、成形角度等，然后将这些工艺参数传送给可编程 控制器62，以对纺纱过程进行控制，同时可编程控制器62将检测或计算的实时状态传送 到触摸屏61上显示出来。
本发明虽是针对粗纱试验机，但其结构设计特征至少有部分适用于生产型粗纱机。