纬编针织机编织动力学分析及控制策略研究

摘要

纬编针织机编织系统在运行过程中导针片和织针与三角发生的冲击和碰撞现象，会引起导针片和织针的位移曲线偏离理论轨迹，影响编织效果。大量的冲击和碰撞还引起导针片和织针磨损，甚至疲劳断裂，极大的降低了系统的稳定性和工作效率。随着现代纬编针织机械朝着高速、高性能的方向发展，对其编织系统进行建模和动力特性分析，以及对其控制策略进行研究具有重要的理论价值和工程指导意义。
　　论文首先概述了圆型针织机的织针与三角间冲击特性的理论分析和实验检测相结合的国内外研究现状和进展。以横机和无缝内衣机为例分析了纬编针织机的工作原理，得出纬编针织机的三角与织针在编织过程中的冲击和振动问题是纬编针织机研究的核心内容。
　　提出了成圈、集圈、移圈工艺的理论模型，给出了织针运动的理论曲线。以单自由度系统从动件与几何封闭的凸轮机构模型为编织系统的动力学模型，研究了织针和导针片与三角之间的受力、碰撞、冲击等问题，并给出动力学方程。
　　分析了在运动过程中导针针踵与三角凸轮轮槽工作表面发生的横越冲击问题。得出横越冲击速度与加速度变号点的跃度的立方根成正比;碰撞速度与凸轮轮槽间隙的大小成正比关系。建立了织针、导针片、三角的动力学模型，运用有限元软件进行瞬态动力学仿真。
　　以高速成像测速实验的方法进行实验研究，使用高速摄像仪得到织针在成圈方向上的位移图像，通过图像处理得到位移、速度、加速度等实验数据，最终通过MATLAB软件进行数据处理，并得到织针针钩在成圈方向上的位移、速度、加速度、跃度等运动特征曲线。分析实验结果可知，织针与三角的冲击在初始点和最大升程点存在大量振动。
　　随着纬编针织机智能化水平的不断提高，控制策略的研究已成为高性能针织机研究的核心内容。考虑到纬编针织机的织针与三角凸轮的动力学特性，提出实时针位置跟踪算法，并运用前瞻控制理论，提出一种机器变速运转的最佳控制方法。控制策略的提出进一步弥补了由于机械加工、安装等引起的动力学响应无法达到理论设计要求的缺陷。核心控制算法对纬编针织机的稳定性和可靠性将起决定性的作用。
　　论文对纬编编织工艺理论分析、三角凸轮轨迹优化、导针片和织针的受力分析、编织系统动力学特性分析，以及纬编针织机核心控制算法的研究等方面具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 国外研宄现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的研宄工作

1．3．1 论文研宄的目标和关键技术

1．3．2 研究方法和技术路线

1．4 论文的结构纲要

第二章 纬编针织机工作原理

2．1 引言

2．2 编织系统

2．2．1 圆型针织机编织系统

2．2．2 平型针织机编织系统

2．3 传动系统

2．3．1 圆型针织机传动系统

2．3．2 平型针织机传动系统

2．4 牵拉系统

2．4．1 圆型针织机牵拉系统

2．4．2 平型针织机牵拉系统

2．5 控制系统

2．5．1 圆型针织机控制系统

2．5．2 平型针织机控制系统

2．6 纬编针织机织造过程机理分析

2．7 本章小结

第三章 编织系统的数学建模

3．1 引言

3．2 凸轮机构的弹性动力学问题

3．3 编织工艺理论模型分析

3．3．1 成圈编织工艺理论模型

3．3．2 集圈编织工艺理论模型

3．3．3 移圈编织工艺理论模型

3．4 纬编针织机编织系统数学建模

3．4．1 编织系统动力学模型

3．4．2 动力学模型的简化

3．4．3 通用简谐组合运动规律的动力学方程

3．5 本章小结

第四章 编织系统动力学分析

4．1 引言

4．2 导针片与三角凸轮轮槽的间隙问题研究

4．2．1 导针片与三角凸轮轮槽的非线性特征研究

4．2．2 导针针踵在三角几何封闭轨道中发生横越冲击的特性分析

4．3 编织机件稳态过程受力分析

4．4 导针片失控区间

4．5 编织过程导针片和三角的有限元分析

4．5．1 动力学显式有限元研究方法

4．5．2 成圈机件模型简化分析

4．5．3 网格划分

4．5．4 仿真结果分析

4．6 本章小结

第五章 编织系统动力学实验研究

5．1 引言

5．2 实验目的和内容

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验研究的主要内容

5．3 实验装置和原理

5．3．1 实验仪器

5．3．2 实验装置及原理

5．4 实验方案

5．5 结果分析

5．6 本章小结

第六章 纬编针织机机头运动控制策略研究

6．1 引言

6．2 高精度针位置实时控制算法

6．2．1 Q算法原理

6．2．2 横机针位置跟踪算法数学模型

6．2．3 试验分析

6．3 机头运动控制算法

6．3．1 纬编针织机机头与编织机件的运动特性分析

6．3．2 基于速度前瞻算法的机头控制算法

6．3．3 试验分析

6．4 本章小结

第七章 总结展望

7．1 论文的主要工作总结

7．2 论文的创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间承担的科研任务和主要成果