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磁力驱动针织圆纬机的输纱系统动态分析与机械工程控制

时间:2018-10-01 19:50来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇机械工程论文,机械工程一向以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性,即以提高人类的利益为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代,新产品的研制将以
本文是一篇机械工程论文,机械工程一向以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性,即以提高人类的利益为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代,新产品的研制将以降低资源消耗,发展洁净的再生能源,治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇机械工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 引言
近年来,随着针织行业不断的快速发展,产业规模越来越大,在纺织机械领域的地位不断提高,其产品针织物已经融入人们日常生活之中[1]。针织物主要包括袜子、内衣、汗衫、羊毛衫、手套等不同性质、不同用途的各种织物,随着针织物的用途不断推广,产品种类不断增多,产品质量不断提高,必将带动针织机械向高速、高效率、低能耗方向发展。随着人们对新型服装用、家居用、装饰用和产业用针织物的多元化要求,结合针织机械设备在研发上的大量资金投入,制造技术的不断完善和提高,使得各种各类新颖和特种针织物不断推出和应用[2]。然而我国针织机械虽然发展迅速,但大多数高端加工设备和高性能高精度针织机械设备都是引进国外进口设备,由于针织机械的关键核心原创技术依赖进口,不仅严重制约了我国高端针织机械设备的研发,而且影响了国产针织机械设备在国际市场的发展,基于此现状,国产高端针织机械设备原始创新、具有完全知识版权的核心技术显得尤为重要。虽然我国是纺织“大国”,从业人员达 2100 多万,是主要的出口创汇产业,但不是纺织“强国”。《纺织工业“十二五”科技发展纲要》和《纺织工业“十三五”科技发展纲要》要求加强纺织装备的原创核心技术的基础研究及技术应用创新,其中明确提出“新型系列针织装备核心技术研究”——针织圆纬机、针织横机、袜机等国产化工作。
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1.2 国内外研究现状
近年来,由于东南亚地区具有廉价劳动力、人口红利等优势,针织行业等劳动密集型行业正在向东南亚地区转移,该地区对针织设备的需求越来越旺盛。据国家统计局数据如表 1.1 所示,2016 年,我国纺机设备出口总额达 29.81 亿美元,出口金额前五位分别是:印度、孟加拉、越南、巴基斯坦、印度尼西亚,其中针织机械进口总额达 4.01 亿美元,进口设备主要为高端纺机设备[6]。这一方面显示在东南亚地区对我国纺机设备需求旺盛,从而带动纺机行业规模不断增大,另一方面显示了我国在高端针织设备上仍然依赖进口,研发能力不足等问题。“十二五”期间,我国针织机械行业发展迅速,规模不断增大,已经成为纺织机械领域发展最快的行业之一。随着我国工业技术水平的不断提高,电子电气与计算机技术在针织行业的广泛应用,使得针织行业的自动化水平不断提高,具备高速、高效、低能耗的针织设备不断向市场推出,针织行业日益受到市场重视。针织圆纬机作为针织机械中最重要的生产设备之一,目前日益朝着精细化、可靠性高、功能丰富、操作简易维护方便、自动化程度高、高智能化方向发展[10]。泉州卜硕机械有限公司生产的 WS/3.0F 高速四跑道单面机,如图 1.1(a)所示,筒径 18”-38”,针距 16G-36G,进线 54F-114F,适用于纯棉、化纤、混纺等原料;日本福原产业贸易株式会社小提花单面织机,如图 1.1(b)所示,其花型转换简单快捷、最适应小批量多品种的生产,生产布样如图 1.2 所示。
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2 传统针织圆纬机的组成及结构
 
针织机械是近几年纺织机械中发展较快的行业之一,针织机械主要分为针织圆纬机、袜机、经编机、钩编机和横机五类[15],其中由于针织圆纬机具有成圈系数多、转速高、花型种类多、布料产量高、质量好、产品适应性强等特点,故其发展速度较快。针织圆纬机分为单面和双面两类圆纬机。本章节主要研究现有单面针织圆纬机组成及结构。
 
2.1 针织圆纬机的组成
针织圆纬机的机架由下角和圆形工作平面组成,工作平面上安装多根立柱,在立柱上安装有纱筒放置架,编织出的布料全部卷取在纱架座上。下角的空隙处安装安全门,一旦机器运行过程中发生故障,会导致安全门打开,机器根据设定程序自动停止运行并在上位机的控制界面上显示警告,从而避免事故发生。由于下角具有内藏式结构特点,所有电子装置和控制系统均可置于下脚内,保证了工作平面的整洁。针织圆纬机的输纱机构由储纱架、储纱器、喂纱嘴、送纱盘、圆形托架等组成。输纱机构需要在高速运转的同时提供稳定、持续的纱线张力,能够满足不同路数之间的输纱比例,并且送纱盘能够无级调节输纱量,满足了不同针织物组织结构的耗纱需求和张力需求,上述功能可以减少织物产生疵点的机率和降低针耗,提高了整机的编织效率。储纱架如图 2.2 所示,主要用来放置筒纱,纱线从储纱架上脱出,被储纱器卷取。它具有两种结构,分别为挂式纱架和落地式纱架,其中机顶式不易接备用筒纱,落地式纱架分为三角式和墙式,移动方便且易于穿纱。
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2.2 针织圆纬机输纱系统结构研究
针织圆纬机的输纱系统主要为编织区域输送纱线,故圆纬机的编织工艺直接决定输纱系统的结构及其功能。如图 2.6 所示,传统圆纬机选针及驱动原理是织针放置于针筒的针槽内,被三角凸轮推动进行上下往复运动,此时,沉降片辅助织针成圈做前后往复运动,实现编织动作。其选针模式采用压电选针,通过改变晶片的位移,从而控制织针运动轨道,使织针在针槽内运动到设定高度,完成织针“三功位”编织动作:成圈、集圈、浮线[17-[28]。传统圆纬机的针筒是转动的,由于织针放置于针槽内,故织针也随针筒转动,织针在做沿针筒轴心转动的同时也由三角推动进行上下往复运动。根据上述传统圆纬机选针及驱动原理,传统圆纬机输纱原理如图 2.7 所示,纱线从放置于纱架上的筒纱中脱出,输纱器缠绕纱线,并输送至编织区域,在编织区域中,纱线从固定的喂纱嘴中脱出被织针按顺序勾取,进行编织[29-[32]。
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3 磁力驱动针织圆纬机输纱系统.....10
3.1 磁悬浮式驱动织针原理 ......... 10
3.1.1 磁悬浮式驱动织针的运动轨迹分析 ...... 10
3.1.2 凸轮、沉降片设计 ............. 12
3.2 磁力驱动针织圆纬机输纱系统 ....... 14
3.3 本章小结 ............. 17
4 磁力驱动针织圆纬机纱线力学模型的建立.....18
4.1 纱线力学路径规划 ...... 18
4.2 弯纱过程中的纱线力学模型的建立 ......... 18
4.3 成圈过程中的纱线张力力学模型 ............ 23
4.4 纱线张力对织针电磁力的影响 ...... 23
4.5 本章小结 ............. 30
5 磁力驱动针织圆纬机控制系统 ....31
5.1 控制系统组成部分 ...... 31
5.2 控制系统硬件部分 ...... 32
5.3 控制系统软件部分 ...... 36
5.4 张力控制系统 .... 41
5.5 本章小结 ............ 44
 
6 实验调试及结果分析
 
本章通过制作磁力驱动针织圆纬样机,通过织针运动实验,采集织针运动高度,验证织针电磁驱动方式可行,达到预期效果;通过输纱实验,采集纱线张力信号,分析张力值波动范围,验证输纱系统稳定可靠;通过织针、沉降片、凸轮联动实验,验证了织针编织动作可靠,沉降片完成辅助脱圈,凸轮运转平稳可靠;
 
6.1 织针运动实验
本文设定的织针运动行程为 16mm,首先对织针单元行程进行实验,观察每个织针运动高度能否达到要求,亦要保证 32 织针行程的一致性,通过将 32 织针分为 4 组 8 织针,每组进行单独实验,保证每组织针运动一致性,从而保证 32 织针的运动一致性。如图 6.1 所示,图(a)是织针初始状态,图(b)是织针最高点,也是行程最大点。由图可知,8 个织针行程满足设计要求。图中部分实验织针发生倾斜,主要原因是径向没有限位,当织针放置于针筒槽中时,有了径向支撑后,织针会保持竖直。当织针单独实验达到要求时,需要将 32 织针放置于针筒槽中,与配套控制系统一起进行运动实验。本次实验主要目的是:1、检查 32 织针在针槽内运动状态;2、检查织针配套控制系统可行性和稳定性;3、单个织针可控,32 织针连续运动分析。如图 6.2所示的织针控制实验平台中,可知织针运动状态具有连续性,其行程与上文织针运动实验一致,在整个实验的 1h 中,织针未发生不工作、不按程序运动等情况,实验结果验证了织针单元可靠,织针运动控制系统可行,符合圆机编织要求。
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总结
 
本文通过对传统针织圆机构成部分进行研究分析,结合磁悬浮式驱动织针原理,对磁力驱动针织圆纬机输纱系统进行了较为深入的理论研究和实验研究,并通过分析各机构运动,设计了配套的控制系统,最后研制出样机并成功织出样布。本文主要工作分为以下几个方面:
(1)通过研究传统针织圆纬机的组成及结构,结合磁悬浮式驱动织针原理,提出了一种磁力驱动针织圆纬机输纱原理,根据此原理中织针固定位置上下往复运动、喂纱嘴绕中心轴转动输纱的特性,设计了符合磁力驱动圆纬机编织要求的输纱系统。
(2) 根据米纳科夫定理,结合织针运动轨迹,研究了编织过程中纱线张力的动态变化,建立弯纱过程中、成圈过程中纱线张力力学模型,并通过 ANSYS 仿真验证模型建立正确,得到了满足磁力驱动针织圆纬机输纱原理要求的纱线张力。建立了电磁线圈磁场数学模型,探讨电磁力与纱线张力的关系。
(3)基于磁力驱动针织圆纬机输纱原理,分析编织过程中织针运动轨迹,研究凸轮、沉降片与织针三者之间的运动关系,设计了一套织针动作五坐标联动的控制系统。
(4)根据磁力驱动圆纬机输纱系统设计要求,制作了 5 英寸磁力驱动织针圆纬样机,实验结果表明,样机输纱系统能够根据织物组织实时调节纱线张力、输纱量,满足编织要求。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:gufeng)
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