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地毯簇绒机纱线牵引和张力稳定方法

东华大学学报（自然科学版） 2009年第2期35卷 206-210页

作者：丁彩红唐军杨延竹东华大学机械工程学院上海201620

首先分析地毯簇绒机引纱过程中牵引罗拉与纱线的相互作用关系,提出牵引罗拉的引纱机理相当于多个小直径罗拉的非挤压式引纱.然后通过理论推导和作图解析,分析了地毯簇绒机的牵引罗拉在引纱过程中对纱线张力的稳定机理,在纱线张力均值按... 详细信息

首先分析地毯簇绒机引纱过程中牵引罗拉与纱线的相互作用关系,提出牵引罗拉的引纱机理相当于多个小直径罗拉的非挤压式引纱.然后通过理论推导和作图解析,分析了地毯簇绒机的牵引罗拉在引纱过程中对纱线张力的稳定机理,在纱线张力均值按eμΦ倍减小的同时,张力波动的方差以e2μΦ倍减小,从而使牵引罗拉输出端纱线张力的波动大幅度减小.并提出可以通过调整两罗拉间隙来改变纱线与罗拉的总包围角,从而调整纱线张力.

关键词：牵引罗拉纱线张力地毯簇绒机

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地毯簇绒机细长主轴系统机构的动平衡

东华大学学报（自然科学版） 2008年第2期34卷 213-217页

作者：樊佳俊丁彩红孙以泽东华大学机械工程学院上海201620

地毯簇绒机械的主轴系统具有细长轴、多组多套连杆机构等特点,这样的机械系统存在惯性不平衡和交变载荷,存在大量的振动问题.以4m幅宽地毯簇绒机主轴系统为研究对象,建立多套连杆机构的数学模型,提出机构完全动平衡理论求解方法;同时以... 详细信息

地毯簇绒机械的主轴系统具有细长轴、多组多套连杆机构等特点,这样的机械系统存在惯性不平衡和交变载荷,存在大量的振动问题.以4m幅宽地毯簇绒机主轴系统为研究对象,建立多套连杆机构的数学模型,提出机构完全动平衡理论求解方法;同时以实际工艺条件为约束,以主轴受到的动反力变化最小为优化目标,提出局部动平衡的解耦优化求解方法.对理论解与优化解进行比较分析,证明经优化求解的局部动平衡可减小轴系振动,且更有利于机构设计实现.

关键词：地毯簇绒机主轴系统动平衡解耦优化

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地毯簇绒机提花控制方法研究与系统设计

地毯簇绒机提花控制方法研究与系统设计

作者：况云峰东华大学

学位级别：硕士

提花地毯主要是由地毯簇绒机通过形成不同绒圈或配置不同颜色的纱线来生产实现的，而不同绒圈高度则是通过控制植入底布的绒纱的喂入量来实现的，即提花控制。提花控制技术是地毯簇绒机生产高品质提花地毯的核心技术。目前这些核心技术... 详细信息

提花地毯主要是由地毯簇绒机通过形成不同绒圈或配置不同颜色的纱线来生产实现的，而不同绒圈高度则是通过控制植入底布的绒纱的喂入量来实现的，即提花控制。提花控制技术是地毯簇绒机生产高品质提花地毯的核心技术。目前这些核心技术基本被国外垄断，国内还缺乏这样技术的自主产权。本论文以地毯簇绒机提花控制系统为研究对象，以喂纱量的控制作为研究主线，对基于电磁离合器的提花控制方法进行了分析和改进，并提出了一种基于直流无刷伺服电机的新提花控制方法。通过相关理论和实验的研究，设计了提花控制系统，并进行了比较分析。主要研究工作如下：1)基于电磁离合器的提花控制方法中，根据提花罗拉轴动力的来源不同，分别设计了两种提花控制系统，采用机械传动和伺服同步的方式驱动提花罗拉轴，再通过电磁离合器的切换，使各提花罗拉组获得不同的喂纱转速，向成圈机构输出不同的喂纱量，实现喂纱量的控制。2)分析了影响提花成圈的主要因素，提出利用电磁离合器动作特性改善和伺服补偿的方法来实现喂纱量的精确控制。由此，提出了基于PWM的电磁离合器动作特性改善方法，设计了控制电路，提高了喂纱量的控制精度;在伺服同步的控制方式中，通过对实测数据的分析拟和，得出伺服电机转速与绒高的数学关系描述，实现喂纱量的精确控制。3)将CAN总线技术应用到地毯簇绒机的控制系统中，提出了基于直流无刷伺服电机的地毯簇绒机提花控制方案，通过CAN总线控制整个系统提花伺服电机的协同工作。提花伺服电机作为CAN总线的控制节点，每一个提花罗拉用一个直流无刷伺服电机控制，使经过每一个提花罗拉的绒纱的喂入速度都可以不同于其他绒纱的喂入速度，从而可实现绒高的大范围可调。同时通过总线实现提花电机与主轴电机的同步控制。4)提花节点的伺服性能直接影响到喂纱量控制的精度，系统选用DSP作为主控芯片，设计了提花伺服电机的控制系统。通过建立纱线受力分析模型，分析了提花节点的机械负载特性，对提花节点控制系统进行建模仿真，并对其控制策略进行了研究。分别采用普通PID和模糊PID进行转速调节，比较分析了控制系统的调速性能，为实现高性能伺服控制提供了理论依据。对比电磁离合器和直流无刷伺服电机提花控制方法，可以得出，基于直流无刷伺服电机提花方法可得到更大调节范围的绒纱喂入量，且控制灵活、精度高，可实现高品质多绒高地毯提花效果。并且，基于CAN总线的控制系统扩展性强，便于实现监控一体化，体现了簇绒机的数字化和信息化的发展趋势。

关键词：地毯簇绒机提花控制电磁离合器 CAN总线直流无刷电机

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地毯簇绒机绒纱张力控制系统的研究

地毯簇绒机绒纱张力控制系统的研究

作者：黄尤东华大学

学位级别：硕士

本课题研究的内容是地毯簇绒机的纱线张力控制,纱线张力控制系统是纺织行业中的一个重要环节,张力控制的好坏直接影响到产品质量和生产效率。特别是在地毯簇绒过程中,纱线张力大小影响着喂纱量,从而影响到地毯毯面的质量。由于在地毯簇... 详细信息

本课题研究的内容是地毯簇绒机的纱线张力控制,纱线张力控制系统是纺织行业中的一个重要环节,张力控制的好坏直接影响到产品质量和生产效率。特别是在地毯簇绒过程中,纱线张力大小影响着喂纱量,从而影响到地毯毯面的质量。由于在地毯簇绒过程中影响纱线张力的因素很多,建立模型很困难,而且纱线张力较小,很容易受到干扰,所以纱线张力控制一直是纺织行业的难题。并且现在市面上张力控制装置大多数以机械式为主,电子式控制装置少。首先,本文分析与研究了地毯簇绒机的工作原理,各种提花装置结构、簇绒工艺参数、簇绒成圈原理,分析簇绒过程中影响绒纱张力的主要因素。通过研究现有的纱线张力传感器原理以及纱线张力信号采集方法,并结合现有的实验条件,利用纱线张力传感器获得张力信号,并借助NI的数据采集卡PCI-6221,通过LabVIEW环境下编程,在地毯簇绒机小样机设备上完成了簇绒过程中在线对多根纱线张力信号的采集,为后续的地毯簇绒过程中纱线张力控制提供了试验数据。其次,本文针对地毯簇绒机的提花控制系统,结合了常见的一些机械式调节装置,提出了一套基于单片机的绒纱张力控制系统,通过采集纱线张力信号形成反馈,并借助PWM信号对直流电机进行调速,从而调节和控制纱线张力的大小。最后,本文讨论了该控制系统的算法和系统设计。由于在地毯簇绒过程中存在着非线性和不确定性、影响因素多、建立数学模型困难,在控制算法上引入了模糊控制算法。并借助MATLAB模糊工具箱对纱线张力模糊控制器进行了设计,并完成模糊控制器在单片机内的实现。接着针对该纱线张力控制系统具体的各个功能模块进行了设计,其中包括张力检测放大电路、A/D转化接口、直流电机驱动电路。通过对纱线张力控制系统控制方案的设计和算法的研究,得到了基于单片机的纱线张力控制方法和控制策略,对纱线张力控系统的研究提供了指导意义,具有工程实用价值。

关键词：地毯簇绒机纱线张力控制模糊控制直流电机

地毯簇绒机步进伺服提花控制系统的设计与研究

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地毯簇绒机步进伺服提花控制系统的设计与研究

作者：王然东华大学

学位级别：硕士

簇绒提花技术是簇绒地毯生产的关键,深入研究地毯簇绒机提花控制技术对于打破国外技术垄断,发展本国地毯簇绒机产业具有重要意义。课题研究了簇绒地毯的成圈原理、提花原理以及簇绒提花工艺,通过对国内外同类产品的调研和比较,提出了小... 详细信息

簇绒提花技术是簇绒地毯生产的关键,深入研究地毯簇绒机提花控制技术对于打破国外技术垄断,发展本国地毯簇绒机产业具有重要意义。课题研究了簇绒地毯的成圈原理、提花原理以及簇绒提花工艺,通过对国内外同类产品的调研和比较,提出了小伺服电机提花系统,将多步进伺服控制系统运用在地毯提花控制上,代替传统的离合器提花和凸轮提花,不但突破了圈高限制,丰富了地毯花型,而且简化了机构,真正实现了柔性控制。该课题的主要研究内容如下:(1)通过对簇绒工艺、成圈原理、提花原理的研究,结合比较前两代提花系统,按照功能改进要求,提出了步进伺服多圈高提花系统的功能结构规划,并顾及到了今后系统升级的考虑。(2)基于RS-485总线进行单片机组网,从而实现了对步进电机的群控。从元器件选型开始进行硬件电路设计,解决了RS-485串口与RS-232串口、TTL电平之间的信号转换,通过光电隔离保证了数据收发和电机驱动控制的可靠性;并在电路设计和总线网络安装过程中,充分考虑到了生产现场可能会遇到的总线冲突和干扰等问题。(3)基于RS-485串口协议,通过对提花控制工艺和功能的充分考虑,设计该系统的通讯协议。采用Delphi编写上位机程序,设计上位机调试控制界面,打造柔性控制平台,实现主从机通讯,向下位机传输数据。从机程序用单片机C语言编写,实现通过RS-485串口通讯接收上位机数据和调用数据控制驱动步进电机两大功能。最后结合硬件电路将系统调试成功。(4)针对簇绒地毯织造过程中遇到的过渡圈高现象,通过创建步进电机加速的数学模型进行解释。建立步进电机动力学模型,研究加速控制曲线;制定补偿方案,计算补偿量,设计补偿曲线;最终通过单片机控制步进电机速度补偿的方式解决过渡圈高问题。较之传统的提花系统,该系统更易于控制,而且极大地丰富了花型,使产品更具有市场竞争力。

关键词：地毯簇绒机提花控制系统 RS-485总线步进电机群控速度补偿

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地毯簇绒机超长主轴系统动态特性的研究

地毯簇绒机超长主轴系统动态特性的研究

作者：樊佳俊东华大学

学位级别：硕士

国内地毯簇绒机的设计与研究尚处于起步阶段。本文以4米门幅地毯簇绒机的超长主轴系统为研究对象，以提高主轴转速，提高工作效率为目标，对其动态特性进行了分析与研究。(1)由于组成该主轴系统的曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构本身存在动... 详细信息

国内地毯簇绒机的设计与研究尚处于起步阶段。本文以4米门幅地毯簇绒机的超长主轴系统为研究对象，以提高主轴转速，提高工作效率为目标，对其动态特性进行了分析与研究。(1)由于组成该主轴系统的曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构本身存在动不平衡，而这种不平衡可能会导致主轴系统受到周期性交变载荷作用，引起振动。针对这个问题，本文运用传统动平衡理论进行了主轴系统机构动平衡分析计算。由于理论动平衡方案受到实际工况的限制而导致失效，因此，提出了将相关参变量解耦后的局部动平衡方案，事实证明，该方案不仅有效，且能够适用于实际工程。依照动平衡方案的要求，还对各连杆机构进行了平衡质量块的添加方案设计，对于不改变质量，但要改变质心位置的构件进行了结构再设计。(2)由于基于传统动平衡理论的动平衡方案计算所耗时间较长，占用资源也比较多，因此，运用ADAMS仿真软件对超长主轴系统的机构进行了动平衡优化设计，提出了计算效率高、动平衡效果好的动平衡方案。同样，对需要添加平衡质量的构件设计了平衡质量块的结构和添加方案，对于不改变质量，但要改变质心位置的构件进行了结构再设计。(3)其次，基于有限元方法对超长主轴系统进行了模态分析和动力学分析，计算出系统的多阶固有频率和临界转速，以及各个节点处，尤其是支承节点处的受力状况和周期响应，为此，分析了主轴系统在结构上存在的不足，并给出了相应的解决方案;综合主轴系统动力学分析过程，设计出针对主轴系统的动力学分析计算机辅助软件。(4)最后，基于上述一系列的研究，对地毯簇绒机超长主轴系统进行了结构改进设计，减小甚至避免了绝大部分原有结构存在的不足。通过上述研究，填补了地毯簇绒机超长主轴系统在国内的研究空白，不仅可以作为改进现有机型主轴系统的动平衡和结构改进的参考，也可以指导将来高速机型的一般的或超长的多组多连杆主轴系统的设计，具有重要意义。

关键词：地毯簇绒机超长主轴系统动态特性动平衡 ADAMS 有限元方法

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地毯簇绒机高速主轴系统的构型设计方法研究

地毯簇绒机高速主轴系统的构型设计方法研究

作者：李梁东华大学

学位级别：硕士

地毯作为一种软性铺装材料,在家庭、公司以及高端酒店等场合的使用越来越广泛,其市场需求也在逐年增大。面对需求的增长,相对于盲目扩大生产规模,实现单台地毯簇绒织机的高速化成为目前地毯厂商重点关注的研究方向。主轴系统作为簇绒机... 详细信息

地毯作为一种软性铺装材料,在家庭、公司以及高端酒店等场合的使用越来越广泛,其市场需求也在逐年增大。面对需求的增长,相对于盲目扩大生产规模,实现单台地毯簇绒织机的高速化成为目前地毯厂商重点关注的研究方向。主轴系统作为簇绒机的核心部件,其构型设计是目前高速化研究的重点,提出一种满足当前设计需求的高速构型设计方法,是进行高速簇绒机主轴系统设计的一个首要任务。为此,本课题在分析传统簇绒机主轴系统难以高速化运转的基础上,对平面构型方法进行深入研究,提出一种基于变异机制,融合再生原理和组合原理的高速主轴系统混合构型设计方法。主要研究内容如下:首先,对传统多连杆型主轴系统难以高速化的问题进行分析,通过封闭矢量方程法和动态静力分析法,对传统主轴系统关键节点的动反力进行计算,明确其无法实现高速化的原因。在此基础上,结合针钩成圈运动的实现方式,提出了轴系动力传递、实现运动功能和实现高速化三种构型设计需求。同时,调研了国内外高速簇绒机主轴系统和同类高速主轴系统构型设计的研究现状,提出了四种实现主轴系统高速化的技术途径,即增加对称执行机构、增加平衡配重、改变主从轴载荷传递方式和运动构件轻量化,为后续混合构型设计理论的提出奠定基础。其次,针对构型设计需求,选取机构变异设计方法进行研究,阐述了该方法在高速簇绒机构型设计时的优势与不足。针对变异方法在连杆机构进行Ⅰ型变异时逻辑推理能力不足的问题,提出引入再生原理,通过图论的方式,利用运动链一般化,运动链再生进行构型设计;针对变异方法在基于功能实现进行Ⅱ型设计时存在的问题,提出引入组合原理,通过功能分解和串并组合重组的方式进行构型设计;针对Ⅲ型变异方式进行高速化变异时,变异手段不全面的问题,通过四种高速化实现途径进行完善。在此基础上,将三种构型理论的优势进行融合,提出基于变异机制,融合再生原理和组合原理的高速主轴系统混合构型设计方法,得到了混合构型理论的集成模型,并对模型中各个阶段进行了具体阐述。随后应用混合构型方法对簇绒机主轴系统进行构型设计,得到了三种满足全部构型需求的高速主轴系统设计方案。最后,为验证高速主轴系统设计的可行性,提出一种轴系不平衡响应分析的计算方法,将轴系结构简化为集总参数模型,利用传递矩阵法对轴系进行数学建模,对不同结构计算其各自的传递矩阵及总传递矩阵,应用Matlab软件进行仿真分析,得到主轴各节点振动位移。在此基础上,通过对实际工况下传统多连杆型主轴系统进行振动测试,与仿真结果进行对比,验证了计算方法的有效性。随后,计算了三种新型方案1500r/min高速运转时主轴的最大动反力,通过对比,确定D1同步带型主轴系统为最优方案。而后对新型主轴系统进行关键节点的不平衡响应计算,通过与同转速下传统簇绒机进行对比,最大振动位移减少约70%,验证了构型设计方法及新型方案设计的合理性。

关键词：地毯簇绒机高速化主轴系统构型设计振动分析

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地毯簇绒机纱线张力控制与纱线路径规划研究

地毯簇绒机纱线张力控制与纱线路径规划研究

作者：谢奇峰东华大学

学位级别：硕士

纱线张力是织造各工序均涉及的重要工艺参数。张力不仅与纤维的种类、纱线的结构有关,而且与各工序生产过程中其它工艺参数的配置有关。纱线张力的大小显著影响到织物的质量、纱线断头率和设备的效率。本论文以“8+4”型地毯簇绒机张力... 详细信息

纱线张力是织造各工序均涉及的重要工艺参数。张力不仅与纤维的种类、纱线的结构有关,而且与各工序生产过程中其它工艺参数的配置有关。纱线张力的大小显著影响到织物的质量、纱线断头率和设备的效率。本论文以“8+4”型地毯簇绒机张力控制系统为研究对象。根据地毯簇绒机工艺的具体要求,重点研究了喂纱罗拉和类齿轮牵引罗拉张力装置的修正欧拉公式。对地毯簇绒机中引纱装置进行大量的理论研究与分析,提出地毯簇绒机张力控制系统的控制策略。主要研究内容有:(1)分析了地毯簇绒机的工艺流程,提出了影响绒圈高度的主要因素。通过分析常用张力控制装置的设计原理,提出地毯簇绒机的纱线张力问题主要体现为纱线在曲面上的力学问题;(2)通过比较平圈和提花引纱系统,分析了各张力控制装置的作用。对地毯簇绒机中喂纱罗拉、导纱管、导纱板和类齿轮牵引罗拉引纱情况下纱线的力学问题进行理论研究,建立了各引纱装置的修正欧拉公式;(3)提出了衡量纱线张力不匀率和纱线张力波动的指标参数,并分析了喂纱罗拉、类齿轮牵引罗拉和导纱板对纱线张力不匀率和纱线张力波动的影响;(4)通过试验分析了常用地毯绒纱BCF丙纶簇绒的特性,研究了纱线张力产生的机理。动态分析了经喂纱罗拉、类齿轮牵引罗拉和导纱板导纱后的纱线张力变化,得到了各张力装置影响纱线张力的主要因素;(5)研究了地毯簇绒机的纱线路径,对“8+4”地毯簇绒机的纱线导纱路径进行改进,将开环控制系统改进为闭环控制系统,引入张力检测系统,采用主动反馈式张力控制,并提出地毯簇绒机张力控制系统的控制策略,设计了基于自适应模糊PID的地毯簇绒机张力控制方案。通过对地毯簇绒机的张力控制装置进行理论研究和动态分析,得到了张力控制装置的修正欧拉公式,可作为纱线路径规划的理论依据,对实际工程的应用具有指导意义。

关键词：地毯簇绒机修正欧拉公式纱线路径规划纱线张力控制动态分析

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地毯簇绒机执行机构运动和力学特性研究

地毯簇绒机执行机构运动和力学特性研究

作者：张少平东华大学

学位级别：硕士

国内的地毯簇绒机的研制及其技术研究尚处于起步阶段。本文以4米宽幅地毯簇绒机的簇绒执行机构为研究对象，对其运动和力学特性进行了研究。簇绒执行机构以主轴旋转运动为输入，以簇绒钩和簇绒针配合的植绒运动为输出，形成两套多连杆... 详细信息

国内的地毯簇绒机的研制及其技术研究尚处于起步阶段。本文以4米宽幅地毯簇绒机的簇绒执行机构为研究对象，对其运动和力学特性进行了研究。簇绒执行机构以主轴旋转运动为输入，以簇绒钩和簇绒针配合的植绒运动为输出，形成两套多连杆机构。在主轴和摇轴上布置了多组这样的连杆执行机构。执行机构的性能是影响地毯簇绒机的性能的关键部件之一，在运行过程中产生的惯性力会对机器产生振动和噪声等不良影响，分析和优化其运动和力学特性，可以提高地毯簇绒机整机的性能。(1)簇绒地毯的簇绒工艺主要由执行机构的运动轨迹决定。本文对地毯簇绒机的簇绒运动和相关机构进行了详细的分析，并就簇绒执行机构对机器运行和地毯质量的影响因素做了深入的分析。在此基础上，利用虚拟样机仿真软件ADAMS，研究了簇绒执行机构的运动规律，总结出了执行机构的急回特性和传力特性。针对簇绒钩放纱线的速度对毯面横向不平的影响进行了探讨性研究，得出缩短放纱过程的时间可以提高地毯毯面横向的平整度的结论，并设计了一套新的簇绒钩执行机构，提高了放纱过程中簇绒钩的速度。(2)地毯簇绒机簇绒执行机构的主要工作阻力是簇绒针受到的阻力，因此地毯簇绒机的针的受力情况不仅是选择主轴电机功率的依据，而且是设计机器和对机器进行理论分析的重要参数。本文针对簇绒针在穿过底布的过程中的受力情况，设计了一套测试系统，在空车的情况下测得一组数据，与仿真结果相吻合。随后采集到使用无纺布和PP布两种底布、不同速度下的簇绒针的受力情况，并对簇绒针的受力情况做出了定性分析，实验数据可以作为估算同种类型的地毯簇绒机簇绒针的受力分析的参考。(3)针对地毯簇绒机簇绒执行机构进行了力学性能分析。对簇绒执行机构的惯性力、各构件间的摩擦进行了分析，在此基础上，根据能量守恒定理研究了执行机构的等效力矩，分析总结得出：由于簇绒针梁受力的周期性变化和连杆本身质量分布不平衡的特点，簇绒执行机构在运行过程中会对主轴产生周期变化的载荷。

关键词：地毯簇绒机簇绒执行机构运动分析力学分析连杆机构