圆管编织机锭子系统动力学分析及其结构优化

摘要

圆管编织机主要用于加工各种纤维束圆管、电线电缆绝缘的外包纱、耐压橡胶管的增强相和海洋工程中的绳索。现有圆管编织机存在转速低，噪声高、群机噪声达不到环保要求的不足，编织机锭子运动轨迹是引起这些问题的主要因素。编织机锭子系统的优化设计研究工作尚未有文献报道。本文针对提高圆管编织机运行速度、运行平稳性的优化设计方案进行研究。
　　对编织锭子运动规律进行研究，发现不合理的锭子运动轨迹是限制其稳定运行的主要因素。建立锭子运动的数学模型并分析其运动特性，得出锭子在轨道交叉处承受急剧变化的载荷是引起其振动的主要原因。本文采用修正梯形加速度运动规律曲线轨迹和摆线运动修正等速运动规律曲线轨迹的锭子类跃度均小于采用‘∞’字形运动轨迹的锭子类跃度。以载荷波动量最小化为目标，推得轨迹为等圆相切曲线时锭子运动的类跃度最小。
　　基于锭子理想运动轨迹设计了轨道中心线为等圆相切曲线的轨道盘，其轨道为宽浅窄深的槽型结构。基于三点接触方法设计的窄导向块可以在窄槽内连续稳定运动，而基于五点接触方法设计的宽导向块可以在宽槽内及轨道交叉处保持四点接触稳定运动。对采用上述轨道盘和导向块的编织机进行实验验证，结果表明该设计方案可有效减小锭子在运行过程中的载荷波动量，提高编织机运行速率和平稳性，编织机的噪声得到有效降低。
　　圆管编织机锭子采用双导向块导沿‘∞’字形轨迹运动，锭子几何中心运动轨迹与轨道中心线不完全重合，其偏移量引起锭子在理想轨迹处的载荷波动以及编织机的运行噪音，严重影响生产效率。分析引起锭子运动轨迹偏移的关键因素，并建立锭子及其轨道的数学模型，提出一种锭子几何中心沿等圆相切的轨迹线运行的理想轨道设计方案。该方案锭子运动采用单导向块导向，轨道中心线采用首尾相切的非等圆，且轨道等宽，实现锭子几何中心沿等圆相切轨迹运行；导向块采用曲面接触设计，提高了其与轨道的耐磨损性能，消除了锭子偏心量对锭子运行平稳性的影响。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本文创新点

1.5 本章小结

第2章 圆管编织机锭子系统动力学分析

2.1 圆管编织机结构及工作原理

2.2 圆管编织机存在的问题

2.3 圆管编织机锭子系统动力学分析

2.4 本章小结

第3章 圆管编织机锭子运动轨迹优化

3.1 锭子运动轨迹设计

3.2 锭子运动轨迹为组合摆线运动修正等速运动规律曲线

3.3 锭子运动轨迹为组合修正梯形加速度运动规律曲线

3.4 基于最小载荷波动的轨迹优化

3.5 锭子运动在不同轨迹的运动特性

3.6 本章小结

第4章 基于理想轨迹的锭子系统结构优化

4.1 圆管编织机锭子系统

4.2 轨道中心线为等圆相切曲线的锭子系统结构

4.3 基于锭子偏心量最小化的锭子系统结构设计

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果