【摘要】：織針驅(qū)動(dòng)方式是提高針織圓緯機(jī)效率的關(guān)鍵,現(xiàn)有針織圓緯機(jī)的織針選針和驅(qū)動(dòng)過(guò)程均依靠選針器配合三角凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),該種驅(qū)動(dòng)方式因受到機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料特性、器件原理等因素的限制,已成為針織圓緯機(jī)進(jìn)一步提速的瓶頸。針對(duì)此問(wèn)題,本文結(jié)合針織原理和磁懸浮技術(shù),提出磁懸浮式直驅(qū)織針新方法。其基本原理是織針(與永磁體連接為一體)與電磁線圈組合為磁懸浮混合系統(tǒng),線圈通電產(chǎn)生可控磁場(chǎng),通過(guò)永磁體作用于織針,驅(qū)動(dòng)織針完成相應(yīng)功位。對(duì)于磁懸浮系統(tǒng)而言,混合驅(qū)動(dòng)模型的組合方式及驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)決定著其性能的高低,通過(guò)建立其數(shù)學(xué)模型及進(jìn)行有限元仿真分析可求出高性能驅(qū)動(dòng)模型和結(jié)構(gòu)。另外,單驅(qū)動(dòng)線圈及其陣列在工作過(guò)程中存在著電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多物理場(chǎng)耦合,耦合作用使織針運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定,通過(guò)有限元數(shù)值仿真可對(duì)耦合加以分析,提出解耦方法,從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此,本文的主要研究?jī)?nèi)容可概括為:在足夠驅(qū)動(dòng)力要求下,為縮小驅(qū)動(dòng)線圈尺寸,實(shí)現(xiàn)織針緊密陣列,采用有限元仿真分析法對(duì)有限長(zhǎng)螺線管空間磁場(chǎng)分布進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明:線圈內(nèi)部3倍半徑對(duì)稱(chēng)范圍內(nèi)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度最大,臨近兩端衰減較快�；诖�,提出了織針在驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的懸浮式對(duì)稱(chēng)混合驅(qū)動(dòng)模型,該模型相較于傳統(tǒng)端部彈射型,驅(qū)動(dòng)力更大,徑向尺寸減小一倍。同時(shí),為滿(mǎn)足織針運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求,依據(jù)電磁場(chǎng)理論,建立了織針受力與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)Matlab積分函數(shù)求解數(shù)學(xué)關(guān)系,得到了一種雙級(jí)曲線形驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu),通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力平穩(wěn)性?xún)?yōu)于圓柱形。依據(jù)所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模型,分別對(duì)磁懸浮式直驅(qū)針織圓緯機(jī)的針織機(jī)構(gòu)、輸紗機(jī)構(gòu)、牽拉卷曲機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),建立了5英寸、32針、2路主動(dòng)同步輸紗的直驅(qū)式圓緯樣機(jī)。依據(jù)電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)理論,分別使用Ansoft Maxwell和Ansys Workbench有限元仿真平臺(tái)對(duì)所設(shè)計(jì)單驅(qū)動(dòng)線圈及其陣列的磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)及其耦合過(guò)程進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn):雙級(jí)曲線形驅(qū)動(dòng)線圈軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度在織針運(yùn)動(dòng)段內(nèi)較大,且分布均勻,符合設(shè)計(jì)要求。但由于驅(qū)動(dòng)線圈外部磁場(chǎng)存在發(fā)散分布,因此陣列間存在磁場(chǎng)耦合,導(dǎo)致織針運(yùn)動(dòng)波動(dòng),基于磁路原理,在使用鐵磁質(zhì)材料進(jìn)行屏蔽后,可大幅減弱相互間干擾程度,從而可提高織針系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。線圈溫度場(chǎng)從初級(jí)到次級(jí)呈遞增分布狀態(tài),次級(jí)線圈區(qū)域溫度最高,而熱傳導(dǎo)接合面處熱流量最大,因此,可重點(diǎn)針對(duì)此區(qū)域進(jìn)行散熱,降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度。同時(shí),采用松散耦合法,在Maxwell 3D和Steady-State Thermal模塊中對(duì)單驅(qū)動(dòng)線圈及其陣列的磁熱耦合過(guò)程進(jìn)行了分析,分析發(fā)現(xiàn):當(dāng)單驅(qū)動(dòng)線圈激勵(lì)為恒定電流,且頻率變化較低時(shí),磁熱耦合作用較弱,但當(dāng)其頻率變化較快時(shí),則需充分考慮其耦合所產(chǎn)生的影響。而對(duì)于多驅(qū)動(dòng)陣列系統(tǒng)而言,即使激勵(lì)變化很小,其磁熱耦合作用仍較明顯,使驅(qū)動(dòng)陣列系統(tǒng)溫度上升約7.5℃,因此,在熱設(shè)計(jì)時(shí),需充分考慮其耦合影響,對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)陣列系統(tǒng)進(jìn)行充分散熱。通過(guò)在線針織實(shí)驗(yàn),分別對(duì)比了激勵(lì)電壓大小和頻率不同情況下的針織效果,對(duì)比發(fā)現(xiàn):當(dāng)激勵(lì)電壓因波動(dòng)而不足時(shí),驅(qū)動(dòng)力由于變小,從而導(dǎo)致織針運(yùn)動(dòng)軌跡不完整,發(fā)生針織錯(cuò)誤。當(dāng)激勵(lì)頻率過(guò)大或過(guò)小時(shí),則會(huì)導(dǎo)致織針軌跡與輸紗軌跡錯(cuò)開(kāi)而發(fā)生針織錯(cuò)誤。故對(duì)某一針織系統(tǒng)而言,存在最優(yōu)折中激勵(lì)大小和頻率,但可通過(guò)改善系統(tǒng)響應(yīng)性能來(lái)提高。
【圖文】：

(a) 織針驅(qū)動(dòng)原理剖面圖 (b) 織針三角凸輪實(shí)例圖 1.1 現(xiàn)有針織圓緯機(jī)織針驅(qū)動(dòng)原理及織針三角凸輪實(shí)例為提高針織圓緯機(jī)的花形編織能力，伴隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)和普遍使用，諸如各種圓機(jī)和橫機(jī)在內(nèi)的許多針織設(shè)備目前普遍大量使用選針技術(shù)，針技術(shù)可以實(shí)時(shí)控制每個(gè)織針是否進(jìn)入工作功位及進(jìn)入何種工作功位。在選針技術(shù)的制下，圓機(jī)的每個(gè)織針可按設(shè)定花形工作在浮線編織、成圈編織或集圈編織（針織三位）中的某個(gè)功位，從而織出對(duì)應(yīng)織物。選針技術(shù)的關(guān)鍵在于選針器，選針器是一種照織物組合花型對(duì)應(yīng)的電信號(hào)依次驅(qū)動(dòng)選針機(jī)件的換能器，，是針織設(shè)備控制系統(tǒng)用來(lái)施選針控制的執(zhí)行元件。目前主要使用的選針器是電子選針器，按其工作原理的不同劃分為兩大類(lèi)：1.電磁選針器；2.壓電式選針器。壓電式選針器（如圖 1.2 所示）利用陶瓷晶片作為能量轉(zhuǎn)元件，陶瓷晶片具有“逆壓電效應(yīng)”，當(dāng)給其雙極施加控制電信號(hào)時(shí)，其形體會(huì)彎曲預(yù)先設(shè)計(jì)的記憶位置，帶動(dòng)刀片擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)選針。電磁式選針器（如圖 1.3 所示）工

(a) 織針驅(qū)動(dòng)原理剖面圖 (b) 織針三角凸輪實(shí)例圖 1.1 現(xiàn)有針織圓緯機(jī)織針驅(qū)動(dòng)原理及織針三角凸輪實(shí)例為提高針織圓緯機(jī)的花形編織能力，伴隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)展和普遍使用，諸如各種圓機(jī)和橫機(jī)在內(nèi)的許多針織設(shè)備目前普遍大量使用選針選針技術(shù)可以實(shí)時(shí)控制每個(gè)織針是否進(jìn)入工作功位及進(jìn)入何種工作功位。在選針技控制下，圓機(jī)的每個(gè)織針可按設(shè)定花形工作在浮線編織、成圈編織或集圈編織（針功位）中的某個(gè)功位，從而織出對(duì)應(yīng)織物。選針技術(shù)的關(guān)鍵在于選針器，選針器是按照織物組合花型對(duì)應(yīng)的電信號(hào)依次驅(qū)動(dòng)選針機(jī)件的換能器，是針織設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)施選針控制的執(zhí)行元件。目前主要使用的選針器是電子選針器，按其工作原理的不同劃分為兩大類(lèi)：1式選針器；2.壓電式選針器。壓電式選針器（如圖 1.2 所示）利用陶瓷晶片作為能換元件，陶瓷晶片具有“逆壓電效應(yīng)”，當(dāng)給其雙極施加控制電信號(hào)時(shí)，其形體會(huì)至預(yù)先設(shè)計(jì)的記憶位置，帶動(dòng)刀片擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)選針。電磁式選針器（如圖 1.3 所示
【學(xué)位授予單位】：武漢紡織大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TS103.134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2677116