空气捻接器气体驱动机构运动特性分析研究

摘要

目前，随着纺织机械生产速度的提高，质量的要求加严，有接头、有纱尾的自紧结逐渐不适应市场的要求，无结化已成为国际棉纺织技术发展的大趋势。空气捻接器是纺织工业自动络筒机工序普遍采用的专用装置，是生产无接头纱线的先进手段。空气捻接器通过独特流道设计形成合适气流，驱动不同类型纱线依次进行解捻和加捻，最终形成无结纱线。空气捻接技术的发展为生产高质量纱线提供了可能，其内部流动状态对纱线捻接有直接的影响。典型捻接过程通常在极短时间内完成（小于1s），在此过程中，气流需要分别完成解捻和加捻气流的发展、持续和关闭，从而表现出明显的瞬态变换特性。
　　 本文针对空气捻接装置的工作特性进行了探索性研究。从基本结构、动力特性以及瞬态流场等方面对其工作原理加以分析，并建立空气捻接器腔体系统的非线性数学模型，用于预测实验很难实现的不同条件下的捻接性能。通过仿真和试验方法对空气捻接器的机构运动过程进行研究，获得空气捻接器的机构从初始运动状态到结束任意时刻气体参数的状态变化，探索影响流道中气体发展规律的关键因素及其影响机理。并准确提供一种气流发展的变边界模型，能够应用于CFD变边界条件设定，使仿真结果逼近实际气缸内的气体发展过程。
　　 论文主要研究内容如下:
　　 第一章阐述纤维捻接技术的应用背景，提出研究发展空气捻接技术的重要意义;分析国内外在该领域的一些研究方法与进程，明确本文主要研究内容。
　　 第二章从空气捻接器基本结构以及运动特性等方面对其工作原理加以分析。空气捻接器采用自闭式气路控制，由活塞传动部件跟几何腔体共同构建闭合式气路。并分析全部运动（进气、退捻、加捻、复位）过程的气体流动情况以及捻接时间与退捻耗气量的调节作用。
　　 第三章根据空气捻接器内部气路气体分别在进气、退捻、加捻、复位状态下的流动特性，以出口压力为标准大气压作为边界条件，依据理想气体状态方程，建立其内部类阀结构的非线性数学模型。讨论了应用该模型对空气捻接器进行理论分析的仿真计算方法，为后续理论研究打下基础。
　　 第四章设计空气捻接综合试验台。包括基于气体等温变换原理的空气捻接器瞬态流量检测装置和空气捻接高速摄影测试装置，目的其一是通过数据采集卡获得实验时储气罐中气体的流量变化曲线，确定捻接时间（退捻与加捻过程）以及完成一次捻接所消耗的气体质量;其二是根据高速摄像机拍摄的图片，获得空气捻接器下降过程位移随时间的变化曲线。
　　 第五章在前三章空气捻接器的工作原理、数值模型及实验研究的基础上，通过仿真和实验对比方法获得空气捻接器从开始运动到结束过程中任意时刻气体参数的状态变化。探索影响流道中气体发展规律的关键因素及其影响机理。并准确提供一种气流发展的变边界模型，应用于CFD变边界条件设定，使仿真结果逼近实际气缸内的气体发展过程。
　　 第六章对全文工作内容进行总结并对后续研究进行展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 空气捻接器捻接的纱线状态

1．3 国内外研究综述

1．3．1 实验研究

1．3．2 数值模拟

1．4 主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 空气捻接气动机构的数值模型

2．1 空气捻接器整体结构

2．2 纱线捻接过程原理

2．3 气路原理分析

2．4 调节装置

2．5 空气捻接器工作过程数学模型的建立

2．5．1 假设条件

2．5．2 控制方程

2．5．3 仿真模型

2．5．4 耗气量计算

2．6 数值求解方法

2．7 空气捻接器基本参数

2．8 数学模型在MATLAB中实现

2．9 本章小结

第三章 空气捻接测试装置试验台

3．1 搭建空气捻接器试验台及流量测定

3．1．1 搭建空气捻接器试验台

3．1．2 空气捻接器瞬态流量测试过程

3．2 高速摄像机可视化试验台及位移测试

3．2．1 高速摄像机可视化试验台

3．2．2 位移测试实验

3．3 本章小结

第四章 气体驱动机构运动仿真与实验对比分析

4．1 实验数据与仿真数据对比

4．1．1 位移曲线对比

4．1．2 瞬态流量值对比

4．2 捻接过程活塞与气体状态变化基本规律

4．2．1 活塞速度变化规律分析

4．2．2 进气与排气管道气体质量分析

4．2．3 上下腔的气体质量变化规律分析

4．2．4 解捻与加捻耗气量变化规律分析

4．2．5 上下腔的气体压强变化规律分析

4．2．6 上下腔的气体密度变化规律分析

4．2．7 上下腔的气体温度变化规律分析

4．3 捻接时间的调节作用

4．4 退捻耗气量的调节作用

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．1．1 成果与结论

5．1．2 论文创新点

5．2 后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文