基于虚拟样机技术的腈纶定型铺丝机的设计

摘要

腈纶铺丝机在腈纶生产中对腈纶的烘干定型质量有重要的影响。国内差别化腈纶的需求促进相关产品生产线的升级改造。由于生产线资源有限，在单线上实现多种腈纶的生产是一种较为经济的做法。当前铺丝机针对单一产品进行设计，难以适应差别化腈纶生产的工艺多样性。本文利用虚拟样机仿真技术设计一种针对差别化腈纶生产的铺丝机。
　　通过对差别化腈纶生产的具体要求分析，选定斜摆臂式结构为铺丝机主体结构。通过对斜摆臂铺丝机理的研究设计了一种斜摆臂式主控铺丝方案。并应用Pro/E对执行机构、驱动机构、喂丝机构进行模型的参数化建模。
　　落丝斗槽在铺丝过程中存在往复震荡，影响了铺丝质量，同时在薄弱环节发生断裂等。通过ANSYS与ADAMS进行落丝斗槽的柔性体建模，发现在动载荷下落丝斗槽存在应力集中的现象。通过边沿卷边、添加肋板增强了其强度，有效的解决了落丝斗槽的震荡、断裂问题。通过对驱动机构参数化建模，分析了驱动杆、驱动滑块对相关连接点受力、驱动力的影响，最终选取较优的方案，使驱动结构更加合理。
　　腈纶铺丝机的作用体是腈纶丝束。通过对腈纶丝束进行合理简化，建立了腈纶丝束的抛射模型，通过对其受力状态的求解得到了数学模型。在Matlab中对数学模型求解腈纶抛射的运动轨迹曲线，从而得到腈纶丝束的着地运动状态。通过对腈纶着地的三维模拟分析，发现其水平速度分量对铺丝径向均匀度具有较大的影响，以此为依据设计了落丝斗挡板，使落丝速度水平分量降为零，提高了铺丝径向均匀度。
　　腈纶铺丝机是一个机电一体化的产品，铺丝效果是整个系统综合作用的结果。在Matlab/Simulink中对电气系统及控制系统进行建模，与ADAMS动力学模型进行数据交换，得到机电一体化仿真模型。根据铺丝机落丝斗和喂丝机构响应特性设计了主从跟随式模糊同步控制器，将两个电机的同步性进行了调整。最终进行铺丝机铺丝质量的研究与分析。由于喂丝和铺丝过程的同步性得到了调节，铺丝质量得到了大幅度的提高，满足了差别化腈纶的生产要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究意义

1.2 国内外铺丝机的研究现状

1.3 虚拟样机技术及其在工程中的应用

1.4 本文主要研究内容

第2章 铺丝机总体方案设计

2.1 铺丝机的设计需求分析

2.2 铺丝机机械结构设计

2.3 主控式腈纶铺丝机机械整体方案

2.4 本章小结

第3章 铺丝机机械结构分析及设计

3.1 落丝斗的动力学分析及设计

3.2 传动机构的改进

3.3 主控式喂丝机构设计

3.4 本章小结

第4章 斜摆式腈纶铺丝机落丝模型的仿真研究

4.1 织物变形模拟技术

4.2 腈纶落丝模型的建立及求解

4.3 本章小结

第5章 基于软件接口的铺丝机控制系统的设计与铺丝质量研究

5.1 ADAMS与MATLAB/SIMULINK机电一体化建模

5.2 多电机同步控制系统的设计

5.3 主控式腈纶铺丝机铺丝质量的研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

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