绢纺圆梳自动化生产线取落绵机构的优化设计【全套含CAD图纸、说明书、三维模型】
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压缩包内含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 目录目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪论11.1 课题背景11.2 课题来源21.3 国内外研究现状31.3.1 国外研究现状31.3.2 国内研究现状41.4 本课题的目的与意义42 自动化生产线取落绵机构设计思路62.1自动化绢纺圆梳总设计思路62.2自动取落绵机构的设计思路82.2.1 传统取落绵机构82.2.2 自动取落绵机构93 基于SolidWorks的自动取落绵机构设计113.1曲柄滑块摆杆机构优化设计123.2滑块机构优化设计133.3勾绵机构优化设计143.4机械传动优化设计153.4.1 带传动优化设计153.4.2 齿轮传动优化设计173.5 自动取落绵机构运动控制设计183.5.1 功能分析183.5.2 硬件设备183.5.3 控制实现194 基于ADAMS的动力学仿真及分析224.1 动力学仿真224.2 动罗拉运动仿真分析234.3 曲柄滑块摆杆机构的动力学仿真分析254.4勾绵机构动力学仿真分析265 总结28参考文献29致谢3029 摘要绢纺圆梳自动化生产线取落绵机构的优化设计摘 要绢纺圆梳工艺是一种现阶段国内外较成熟的制绵工艺,它是用圆梳机对精干绵进行多次梳理,从中分级逐道提取精绵的一种工艺方法。在工艺过程中,圆梳制绵阶段会产生大量短纤维的落绵,其纤维仍具有天然丝的优良特性,这是一个数量可观的天然资源。本课题以传统的人工取落绵操作为参考,将针板作为落绵的载体,结合曲柄摆杆机构、四杆机构完善自动取落绵机构的机械结构设计,实现梳理滚筒上落绵的自动取出,从而降低工人劳动强度,提高劳动生产效率。本论文的主要研究工作和优化成果如下:1.机身两侧设置一组曲柄滑块摆杆机构,两侧曲柄通过轴连接,实现两侧曲柄对动罗拉的同步推动,方便勾绵机构进入使得勾取落绵更加顺利;2.将带动勾绵机构的偏置滑块机构由原来的单滚子结构改为双滚子结构,使该滑块机构在滑槽平稳过渡,保证勾绵动作的稳定运行;3.优化勾绵机构的结构设计,便于落绵与针板分离,提高取落绵效率。4.优化自动取落绵机构中的的机械传动设计,保证机构的平稳运行及落绵的顺利取出。关键词:绢纺;圆梳工艺;取落绵;自动化;SolidWorks;Adams AbstractThe Optimization Design of Silk Noil Picking Mechanism for the Automatic Production Line of the Silk Spinning and CombingAbstractThe silk spinning process is a mature process at present and abroad, it is a process method to extract the fine silk by means of the comb machine. During the process, a large number of short fibers will be produced in the round carding stage. The fibers still have the excellent properties of natural silk, which is a considerable natural resource.Taking the traditional artificial silk noil operation for reference and the needle plate as the carrier of silk noil, this project improves the automatic silk noil picking mechanism by combining with crank lever mechanism and four-bar mechanism. The purpose of this project is to realize the automatic removal of the noil of the roller, so as to reduce the labor intensity and increase the efficiency of labor production.The main research work and optimization results of this paper are as follows:1. A set of crank slider rocker mechanism is set up on both sides of the fuselage, and both sides of the crank are connected through the axis. The synchronous driving of two sides crank to the movable roller can be realized to facilitate the insertion of the noil hook device so as to make the hooking down more smoothly.2. The connecting rod device of the hook is changed from the original single roller structure to the double roller structure, which makes the connecting rod device transition smoothly in the slideway so as to ensure the stable operation of the hook movement.3. The design of the hook mechanism is optimized so as to separate noil from the needle plate and improve the efficiency of picking up and dropping the noil.4. The mechanical transmission design of the automatic silk noil picking mechanism is optimized to ensure the smooth running of the mechanism and the smooth removal of the noil.Key words: Silk spinning; Circular comb technology; Automation; Removal of the flooring mechanism; SolidWorks; Adams 第1章 绪论1 绪论1.1 课题背景绢纺指的是一种纺纱工艺过程,它可以将瑕疵茧、废丝加工成纱线。我国传统的绢纺圆梳工艺流程如图1.1.1所示,主要分以下三步进行:第一步,原料精炼,即去除原料中的丝胶、油脂等杂质,制成精干绵;第二步,圆梳制绵,即把纤维细长且易缠结的精干绵制成有一定长度适于纺丝的精绵;第三步,纺纱成丝,即将经圆梳工艺制成的精绵纺织成质地柔软的绢丝1。图1.1.1 传统绢纺圆梳工艺流程图在圆梳工艺流程中,圆梳制绵阶段会产生大量短纤维的落绵,其纤维仍具有天然丝的优良特性,这是一个数量可观的天然资源。虽然其中含有大量的缠结块束和蛹屑、绵粒、草屑等杂质,但是可以运用纺纱新工艺将落绵用于生产桑蚕气流纺细丝以及气流纺纳丝牛仔绸新产品234。现阶段我国绢纺行业的生产工艺流程基本上是半机械化、半手工操作,面临着手工操作多、工人劳动强度大、生产流程长、加工费用高等发展困境5。目前我国绢纺企业所使用的制绵设备多为国产,所用的梳绵工艺基本上都是上世纪七八十年代从国外引进的技术,而造成这种现象的原因主要是绢纺行业相对于绵纺行业规模较小,很多企业不愿意投入大量资金对绢纺生产线进行改造。近年来,随着经济水平的提高,人们生活品质的改善,可以预知未来市场对绢丝及其相关制品的需求量仍将持续增加,绢丝相关制品市场前景十分美好6。我国“十三五规划发展纲要”中明确提出要推进纺织智能制造,加强自动化、智能化纺织装备开发,促进传统纺织工业的转型,将我国由纺织大国转变为纺织强国,因此产业升级迫在眉睫,而首当其冲的就是对其生产线进行自动化改造。1.2 课题来源本课题是江苏南通富有绢纺织有限公司生产线自动化改造项目的一部分。公司现阶段仍以传统圆梳工艺为主,以缫丝为原料,其生产工艺流程有以下几个步骤:(1)将缫丝浸泡在化学药剂中,去除其中的部分丝胶、油脂等杂质;(2)对浸泡过的缫丝加热,去除上面大部分丝胶、油脂等杂质;(3)将纤维上残存的化学药剂和悬浮物等杂质用水冲洗干净,再脱去水分并将其烘干;(4)利用紫外灯照射出挑除可以用肉眼看出的颗粒较大的杂质;(5)按照一定标准把初步处理后的绵分成长度、重量和厚度均匀的小份并将其放入开绵机内进行开绵,清除部分蛹体、蛹屑等杂质;(6)进行中切,把开绵后的绵切断成合适的长度;(7)进行圆梳,除去绵中的短纤维、杂质和绵结,获得洁净且纤维梳理伸直平行度高的精绵;(8)进行排绵,剔除精绵中残存的杂纤维、并丝等物,并将精绵分扯、摺叠成一定宽度的精绵条。随着自动化技术的发展,工业自动化是工业现代化发展的基础,在传统产业改革及工业结构的调整优化中起到重要作用6。该公司为了发扬传统圆梳工艺的优势,欲将传统圆梳工艺与自动化技术相结合,对其现有的绢纺生产线进行自动化改造,降低人工成本,提高劳动生产效率。本课题主要是对传统的取落绵操作进行研究,借助SolidWorks对原有机构进行三维建模,在此基础上优化改进,提出取落绵的自动化解决方案,最后利用Adams进行机械系统动力学仿真分析,确保机构改进的可行性及其运动的稳定性。图1.2.1生产工艺流程图1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状国外相对于国内绢纺业起步较晚,但在生产设备改进上有较大的进展。日本对于绢纺行业的革新主要是在老机器改造方面 8,致力于靠单机自动化来达到圆梳自动化,但进度缓慢,某些改革尚停留在试验阶段。与日本不同,意大利开始提取长纤维,用长绵精梳机代替普通的圆梳机,可节约50%的劳动力9。此外,非洲国家对使用精梳机前进、后退给棉系统的梳条和落棉质量进行了大量研究,发现通过控制过程中的纤维即通过调节机器设置变量可以用来决定精梳条子的质量10。1.3.2 国内研究现状 我国是丝绸的发源地,中国丝绸业对世界纺织技术发展作出的贡献有目共睹。绢纺织业作为丝绸业的重要组成部分,是在棉毛纺织基础上发展起来的5。1949年后,我国绢纺业发展速度加快,国内开始研究和仿制绢纺机械。在上世纪七十年代初,我国尝试研究圆梳机、切绵机的机械化与自动化,但都未取得让人较为满意的成果。九十年代初,部分企业引进了自动络筒机等设备,在一定程度上提高了生产效率和产品质量11。针对国内绢纺业自动化程度低的现状,丝绸上对国内精梳机器的研究提出了适当增加针辊梳理的应用、加强绢纺适用的皮辊、皮圈的开发等多种技术改造的途径12。上海的上棉廿八厂改进了吸落棉的方法,创造了一种“一次法”来满足高速生产的需要13。成都纺织高等院校就绵粒的产生与控制进行了研究,在改善梳棉质量的问题上提出了改善工艺流程的多种方法14。然而,在实现梳棉机自动化的方向上国内研究尚少15。我国想赶超世界先进水平,要有重点的积极采用先进的电子技术改造传统纺织产业。丝绸业只有不断更新工艺、技术,加快计算机辅助设计、辅助制造等现代化生产管理手段的应用,才能确保自身的持续健康发展16。1.4 本课题的目的与意义传统圆梳机制绵的优势主要有以下几方面:精干绵纤维细长,容易缠结,可以经开绵、切绵、除杂后,以棒绵形式喂入圆梳机;经圆梳机梳理后输出的精绵杂质少,纤维伸直平行度好;圆梳机结构简单,购入及维护成本低4。然而,圆梳制绵同样存在许多缺点:圆梳制绵工艺机械化程度低,手工操作多,存在很大的安全隐患;圆梳机的产量和精绵质量逐道下降,资源利用率低15。本课题研究取落绵环节,原有的工艺是工人在圆梳机两边的滚筒上每隔一段时间去一次落绵,一道完整的工序要取三次落绵,手工操作多,工人劳动强度大,劳动安全性不高。本文主要抓住人工取落绵操作的本质,在保证梳绵效果的前提下,侧重进行自动化绢纺圆梳生产设备的机构设计,根据实际工厂中圆梳环节的操作流程,对原有取落绵装置的一部分结构加以改进优化,自主设计出一种能够在梳理滚筒上自动取落绵的机构,并与传送带进行衔接。绢纺圆梳自动化生产线有望填补国内外绢纺圆梳设备自动化研究空白,亦可为羊毛、棉花等短纤维纺织设备自动化设计提供借鉴,为我国纺织制造业改革升级提供强有力的技术支持。 第2章 自动化生产线取落绵机构设计思路2 自动化生产线取落绵机构设计思路2.1自动化绢纺圆梳总设计思路传统的圆梳工艺虽然可以保证梳绵的质量,但是现有的圆梳设备自动化程度不高,且近30年来国内外关于绢纺圆梳工艺自动化方面的改造均无明显成效。新型绢纺流水线在对传统圆梳工艺充分研究的基础上提出基于副夹板动态闭环的设计思想,运用现代机械设计手段进行绢纺圆梳机构自动化研究,通过用两道圆梳机分别梳理绵的两端替代原本用一道圆梳机同时梳绵的两端的工序分散方法设计出新型绢纺圆梳工序流程如图2.1.1所示,主要实现以下四点功能:图2.1.1 新型圆梳工序流程图(1)绵的自动中切和副夹板自动握持绵;(2)握持绵的副夹板在圆梳机上的自动取放;(3)梳理滚筒上落绵的自动取出;(4)绵的自动传送和自动换向。图2.1.2 基于副夹板运动的自动梳绵系统图其具体设计思路如下:如图2.1.2所示,首先将精干绵送入中切机对其进行自动切断。切好后的绵由空副夹板1夹取,经传送带输送到圆梳机1处,由自动放副夹板装置将握持绵的副夹板1放入圆梳机1中对未握持绵端进行梳理,后又由自动取副夹板装置将握持绵的副夹板1从圆梳机1中取出,经传送装置送达换向夹取绵装置处,副夹板1将绵交接给副夹板2,副夹板2握持住已梳理好的绵端。此时,空副夹板1再次运回起始处夹取绵,完成副夹板1的循环,握持绵的副夹板2经传送装置到达圆梳机2处,对交接后另一端的未梳理绵进行圆梳。最后取走副夹板2上两端均已梳理好的绵,空副夹板2经传送带送回换向夹取装置,再次完成与副夹板1上的绵的交接,此为副夹板2的循环。在此期间自动取落绵装置定期将梳理滚筒上的绵取出,经由传送带送入其它工序进行后续加工。2.2自动取落绵机构的设计思路2.2.1 传统取落绵机构 图2.2.1传统CZ型圆梳机圆梳锡林与取落绵部分如图2.2.1所示,传统圆梳机的前后梳理滚筒分布在圆梳锡林的前后两侧,圆梳锡林上的嵌绵板和夹绵板夹着绵条,在高速旋转的过程中,梳理滚筒对绵条进行梳理,从而除去其中的杂质和短纤维。梳理完后两梳理滚筒上留下的绵我们称之为落绵。为了避免浪费资源,在实际加工生产中,人们会取下落绵进行再梳理。图2.2.2 人工取落绵操作图如图2.2.2所示,传统的取落绵操作分为两步:(1)工人待滚筒停转,通过绵棒吸附的方法将落绵从滚筒上取出一段;(2)将落绵送入两罗拉之间将布状落绵从滚筒上全部取出。传统方法操作复杂,工人的双手要靠近梳理滚筒,存在极大的安全隐患,且操作缓慢,步骤重复,消耗极大的人力资源,为了改善工人工作条件,节省企业成本,我们设计了新型自动取落绵机构。2.2.2 自动取落绵机构为了改进传统取落绵操作中工人劳动强度大、安全风险高等弊端,在充分研究传统人工取落绵实际操作的基础上,我们采取类比替代的方法,将人工取落绵的“取”和“拉”两个动作,通过纯机械的“勾”和“抓”来替代,创造性提出 “动-静式罗拉”组合设计,并结合曲柄摆杆模型,将罗拉的支撑架和梳理滚筒的支架整合在一起,优化了原有两端固定式罗拉,具体结构如图2.2.1。图2.2.1 自动取落绵机构整体图1-曲柄 2-摆动导杆 3-勾绵机构 4-定罗拉 5-动罗拉 6-梳理滚筒具体实现方法:曲柄带动摆杆逆时针转动时,动罗拉由曲柄和摆杆推动沿轨道向上运动,摆杆向左带动连杆,连杆带动勾绵机构沿导轨运动进入两罗拉之间,针板勾住落绵;曲柄带动摆杆顺时针转动时,摆杆向右带动连杆,连杆带动勾绵机构沿轨道返回,动罗拉失去曲柄和摆杆的推力,在重力作用下回到轨道底端,由于定罗拉转动,夹在两罗拉之间的落绵,被拉挤压排出。 第3章 基于SolidWorks的自动取落绵机构设计3 基于SolidWorks的自动取落绵机构设计针对传统人工取落绵操作中工人劳动强度大、存在安全隐患等问题,结合曲柄摆杆机构模型,以动-静式罗拉结合为核心所设计的自动取落绵机构初步方案如图3. 1所示。图3.1 初步自动取落绵机构设计方案本论文在对取落绵工艺进一步研究的基础上,对原初步设计方案做了优化改进: (1)机身两侧设置一组曲柄滑块摆杆机构,两侧曲柄通过轴连接,实现两侧曲柄对动罗拉的同步推动,方便勾绵机构进入使得勾取落绵更加顺利;(2)将带动勾绵机构的偏置滑块机构由原来的单滚子结构改为双滚子结构,使该滑块机构在滑槽平稳过渡,保证勾绵动作的稳定运行;(3)优化勾绵机构的结构设计,便于落绵与针板分离,提高取落绵效率。(4)优化自动取落绵机构中的的机械传动设计,保证机构的平稳运行及落绵的顺利取出。3.1曲柄滑块摆杆机构优化设计如图3.1.1所示,曲柄滑块摆杆机构主要由曲柄、滑块、导杆、连杆、横杆轴组成。该机构是由曲柄滑块机构中的曲柄作为机架演化而来,具有很好的传力性能,可以将曲柄的连续回转运动转化为导杆的往复摆动17。曲柄滑块摆杆机构机构运动简图图3.1.1 曲柄滑块摆杆机构图曲柄滑块连杆导杆横杆轴图3.1.2 主要零件图其主要零件如图3.1.2所示。曲柄滑块摆杆机构主要有以下两个作用:一是推动动罗拉沿轨道运动至顶端,二是带动勾绵机构在轨道中运动。如图3.1.3所示,初始方案中只有一侧机架设置有曲柄滑块摆杆机构,而动罗拉和固定勾绵机构的横杆轴均横跨机架两侧,若由曲柄滑块摆杆机构单侧推动,则动罗拉和勾绵机构两侧受力不均,很有可能在轨道中卡死从而造成机构无法顺利运行。因此,在机架两侧设置一组曲柄滑块摆杆机构,并通过轴连接,可以实现其对动罗拉和勾绵机构的同步推动,保证落绵的顺利取出。初始方案改进方案图3.1.3 曲柄滑块摆杆机构改进示意图3.2偏置滑块机构优化设计初始方案中单滚子结构改进后双滚子结构图3.2.1 滑块改进示意图曲柄滑块摆杆机构中导杆通过连杆带动横杆轴运动,从而带动勾绵机构一起沿轨道运动,实现勾绵机构靠近滚筒勾取落绵。在曲柄滑块摆杆机构运动过程中,勾绵机构靠近滚筒的过程是工作行程即推程,勾绵机构远离滚筒靠近挡块的过程是空回行程即回程,回程速度大于推程速度,即该机构具有急回特性,能缩短非生产时间,提高机械的工作效率。初步方案中的单滚子结构虽然可以保证横杆轴在轨道中的顺利滚动,但是由于该机构具有急回特性,推程和回程速度大小不一,在此过程中可能会因速度变化造成勾绵机构晃动,从而影响勾绵。因此,将单滚子结构改为双滚子结构,既能使勾绵机构的顺利运行,又能保证勾绵机构在运行过程中具有一定的稳定性,实现落绵的顺利勾取。3.3勾绵机构优化设计在传统的取落绵操作中,工人通过绵棒将落绵吸附出来后,需要用手将落绵从绵棒上取下送入两罗拉之间。自动取落绵机构的设计需要实现落绵从梳理滚筒上的自动取出,也就是说勾绵机构的设计既要能从梳理滚筒上勾取落绵,也要起到将落绵自动剥离针板的作用。参考极易清理的梳子(图3.3.1)中的设计,本文将勾绵机构进行如下改进:如图3.3.2所示,该勾绵机构由光板和针板两个部分构成。针板装有勾绵用的针,光板上有与针板上的针对应的槽,针板由一根转轴固定在光板上,并通过扭簧使针板紧贴在光板上。如图3.3.3所示,当勾棉机构运动针板与传送台上的挡块接触时,挡块通过针板对扭簧施力,使得针板克服扭簧弹力与光板分离,此时勾在针板上的绵与针板分离,实现勾棉机构与落棉的分离。图3.3.1 极易清理的梳子图3.3.2 针板示意图图3.3.3 勾绵机构运动过程3.4机械传动优化设计3.4.1 带传动优化设计初始设计中,分别驱动滚筒和曲柄的电动机的传动装置都是平带传动。平带传动是靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的,在实际生活中应用十分广泛。平带传动主要适用于两轴中心距较大的传动,传动平稳,结构简单,便于加工、装配和维修,成本较低,但是由于带与带轮之间存在弹性滑动,不能保证恒定的传动比。另外,平带的寿命较短且传动中对轴的作用力较大,因此平带传动效率较低。因为整个自动取落绵机构控制系统中,滚筒在梳棉时要求高速正传,梳棉完成时停止,收到勾绵信号时需要低速反转配合勾绵机构勾取滚筒上的落绵,对传动要求较高,平带传动达不到要求的传动精度,所以需要对传动装置的选用做出优化。带传动按照传动原理可分为摩擦传动和啮合传动。啮合传动依靠带内侧凸齿与带轮外缘上齿槽相啮合实现传动,其传动效率比摩擦传动高。同步带传动是啮合型带传动的一种,它是带传动和齿轮传动相结合的一种新型传动。同步带传动的带速高达4080m/s,传动比可达1020,传递功率可达100kW,传动效率可达98%。与平带传动比较,同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动,能够保证固定的传动比,可用于要求传动比准确的中小功率传动中,如磨床、纺织机械等。综上所述,本机构电动机的传动装置选用同步带传动(图3.4.1)。图3.4.1 同步带传动3.4.2 齿轮传动优化设计图3.4.2 初始方案图3.4.3 改进方案当勾绵针板与滚筒接触即进入勾绵过程时,滚筒以低速反向转动配合勾绵机构动作。勾住落绵后,曲柄右行,连杆向右带动勾绵装置,动罗拉失去曲柄和摆杆的推力,在重力的作用下回到轨道底端,期间,摆杆带动勾绵装置沿轨返回,由于定罗拉转动,夹在两罗拉之间的落绵,被拉挤压排出。因此,滚筒与定罗拉需要配合同步转动,从而使落绵由勾绵机构顺利取出。如图3.4.2所示,初始齿轮传动设计中,梳理滚筒齿轮与定罗拉齿轮之间有两个中间齿轮,如果梳理滚筒反转的话,根据齿轮啮合原则,定罗拉齿轮正转,夹在两罗拉之间的落绵就不能从预定的方向排出。因此,如图3.4.3所示,梳理滚筒齿轮和定罗拉齿轮之间只使用一个中间齿轮,三齿轮啮合,使梳理滚筒和定罗拉旋向一致,保证落绵的顺利排出。另外,虽然齿数多、模数小的齿轮啮合噪音小,传动稳定,但是考虑到加工时候的误差以及实际装配误差,选择齿数相对较小、模数较大的齿轮,以此来增加实际齿轮啮合过程中的容错率。为进一步保障齿轮传动顺利进行,中间齿轮轴选用径向整体式滑动轴承,使得中间齿轮位置可以微调,增加齿轮传动的容错率。备选方案:梳理滚筒与定罗拉之间中心距较大,传动精度要求不是很高,载荷也适中,可以选择同步带传动来代替齿轮传动。3.5 自动取落绵机构运动控制设计3.5.1 功能分析1.梳棉1)在梳绵过程中,滚筒与圆梳机一起转动,需要正向高速驱动梳棉电机,转速为100r/min。2)在达到指定梳绵时间后,梳棉电机停止运转。3)当勾绵机构针板与滚筒接触时,反向低速驱动梳棉电机配合勾绵机构勾取落绵。4)当完成一个勾绵过程,滚筒立即回到梳绵过程的正向转动。2.勾绵1)在梳绵过程中,曲柄机构保持静止。2)梳棉定时完成后,驱动勾绵电机。3)当勾绵机构回到轨道末端时,停止勾绵电机。3.5.2 硬件设备1.梳棉电机:步进电机表1 梳绵电机参数型号输入最大电流最大输出扭矩57BYG250HDC24V3A2.8N.m2.勾绵电机:直流电机表2 勾绵电机参数型号输入额定转速额定电流额定扭矩ZGA37RGDC24V7/min(带调速器)1A1.5N3.行程开关型号:德力西LXW511G1 接常开触点4. 继电器型号:施耐德 RXM2LB2BD3.5.3 控制实现根据上述方案,控制流程图如图3.5.1所示,接线图如3.5.2所示。图3.5.1 控制流程图图3.5.2 接线图根据该设计方案,PLC程序设计如图3.5.3所示。图3.5.3 PLC程序图 第4章 基于Adams的动力学仿真及分析4 基于ADAMS的动力学仿真及分析4.1 动力学仿真为了便于分析自动取落绵机构的动力学特性,本文采用Adams虚拟样机技术对自动取落绵机构进行动力学仿真和分析,实现机构设计与分析过程数字化,从而简化设计过程,验证自动取落绵机构设计方案的可行性,保证后续研究顺利进行。仿真过程中,首先将上文基于SolidWorks设计的三维模型装配后另存为x_t格式,然后运行Adams软件并导入更改格式后的模型文件。如图4.1.1所示,根据模型实际安装方向,选择重力方向为Y轴方向,数值为-9.80665。依次对模型各零件之间添加约束、接触关系及驱动后进行仿真计算。图4.1.1 重力设置图4.2 动罗拉运动仿真分析图4.2.1 仿真示意图如图4.2.1所示,设置仿真时间为12s,仿真步数为500。经过仿真运行后,打开绘图工具中的后处理模块,添加动罗拉中心点的X、Y、Z三个方向上的位移分量曲线,如下图4.4.2。图4.2.2 动罗拉位移曲线在笛卡尔坐标系下,红色实曲线代表动罗拉在X轴方向的位移曲线,蓝色则代表动罗拉在Y轴方向上的位移曲线,粉色代表动罗拉在Z轴方向上的位移曲线。横坐标代表时间,单位为s,纵坐标代表位移,单位为m。由此图可知:(1)0-4s内,X方向位移量连续减小,曲线比较平滑,在1.2s至1.8段近似为一水平线,在4s时X方向位移量为0,4-6s内,X方向位移量连续增大,6-12s内近似为一水平线。(2)0-4s内,Y方向位移量连续增大,曲线比较平滑,在1.2s至1.8段为一水平线在4s时Y方向位移量达到最大值,4-5s内,X方向位移量连续增大,6-8s内近似为一水平线。(3) 0-12s内,Z方向位移曲线虽然有幅度变化,但变化量很小,可忽略不计。结合动罗拉的仿真动画及各轴上的位移量分析可知:(1)0-1.2s内,动罗拉在拨盘的推动下,沿着机架上圆弧槽向上滚动;(2)1.2-1.8s内,动罗拉由拨盘推动转变为摆杆推动,此过程中存在着转换时间间隔;(3)1.8-4s内,动罗拉在摆杆的推动下,继续沿着机架上圆弧槽向上滚动,在4s时运动到圆弧槽的最高处;(4)4-6s内,动罗拉由于自身重力,沿着圆弧槽向下滚动;(5)6s时,动罗拉滚到圆弧槽最低处,被限位死;(6)6s后,动罗拉等待下一个循环的开始。图4.2.3 动罗拉角加速度曲线动罗拉角加速度变化曲线如图所示,横坐标代表时间,单位为s;纵坐标代表角加速度,单位为deg/s*2; 由此图分析可知:0-0.3s,变化幅度较大,这是由于动罗拉从静止状态开始运动的加速过程;1.8-1.9s,与动罗拉接触的拨盘的表面形状发生改变,有抖动;2.6-2.7s内,动罗拉由拨盘推动转变为摆杆推动,该过程存在抖动;3.1-3.2s内,动罗拉开始沿着圆弧槽向下滚动;6-7s内,动罗拉在圆弧槽最低处滚动时与圆弧槽三面接触,有抖动;其余时间段的角加速度的变化量可忽略不计,且大小近乎为0。这说明动罗拉在整个运动过程中,角速度都比较稳定,即动罗拉在圆弧槽的运动稳定性较好。4.3 曲柄滑块摆杆机构的动力学仿真分析在“后处理”中选择其中一侧导杆的X方向上的位移曲线图 ,X方向上的速度曲线图(图4.3.1)以及加速度曲线图(图4.3.2)。图4.3.1 X方向上位移曲线图4.3.2 X方向上速度曲线分析位移曲线可知: 0-3.75s,位移量连续减小,3.75s达到最小值,此时摆杆运动到右极限位置,此为推程的后部分运动;3.75-8.5s,位移量连续减小,8.5s达到最大值,此时摆杆运动到左极限位置,此为一段完整的回程运动;8.5-12s,位移量减小,此为推程的前部分运动,当位移量减小到0.0675m时,回到0s处的位置,此时时间大概为12s。故在一个循环周期内,往程所需7.25s,返程所需4.75s。分析速度曲线可知:0-3.75s,速度连续减小,3.75s达到最小值,最小值为0; 3.75-6s,速度连续增大,6s达到最大值,最大速度为0.025m/s;6-8.5s,速度连续减小,8.5s达到最小值,最小值为0;8.5-12s,速度连续增大,12s和0s时的速度相等,大小为0.015m/s。显然返程速度比往程速度大,具有很明显的急回特性。4.4勾绵机构动力学仿真分析在后处理模块中添加横杆轴位移曲线(图4.4.1)、加速度曲线(图4.4.2)。图4.4.1横杆轴位移曲线图4.4.2横杆轴加速度曲线分析横杆轴位移曲线可知:0-3.75s,X方向上的位移量连续减小,Y方向上的位移量连续增大,3.75s时都达到各自的最值处,这表明连杆运动在沿着圆弧槽的向上运动,在3.75s时运动到圆弧槽最上端,被限位死而不再继续向上运动;3.75-8.5s,X方向上的位移量连续增大,Y方向上的位移量连续减小,在6s时不再减小,这表明连杆沿着圆弧槽向下运动,6s时达到水平轨道; 8.5-12s,X方向上的位移量线性减小,Y方向上的位移量保持不变,这说明连杆仍在水平轨道上运动,且稳定运动。整个过程Z方向的位移量都没有变化,这也说明了连杆在机架轨道上运动的稳定性较好分析加速度曲线可知,横杆轴开始时有速度突变,接着保持匀速运动,在勾绵机构触碰到挡块时速度发生变化。这表明勾绵机构沿轨道运行基本保持匀速运动,较为稳定。在后处理模块中,测量针板与光板之间的角度,如图4.4.3所示。图4.4.3 针板与光板角度变化图分析此图可知:0-7.5s,0s瞬时的角度突变可忽略不计,由于机构整体刚开始工作时的不稳定性,会有抖动,此时间段上下针板闭合,7.5s时上针板与圆弧槽刚接触;7.5- 8.5 s,上针板沿着挡块的圆弧轨道自下而上运动,8.5s时运动到挡块的最高处,此时上下两针板张开的角度为55度,达到最大值;8.5-10.4s,下针板沿着挡块的圆弧轨道自下而上运动,10.4s时运动到挡块的最低处,两针板之间角度为0度,两针板闭合;10.4-12s,两针板之间角度为0,处于闭合状态。由图像看,勾绵机构可由挡块顺利撑开,保证落绵从针板上顺利取下。 参考文献5 结论本文主要针对传统的绢纺圆梳工艺中圆梳部分的取落绵环节提出自动化设计,提出了动罗拉、定罗拉相结合的新型设计方案,结合曲柄摆杆机构自主设计了自动取落绵机构,实现梳理滚筒上落绵的自动取出,以减少劳动力成本,提高劳动生产效率。其结构特点及工作优点有如下几点:1.机身两侧设置一组曲柄滑块摆杆机构,两侧曲柄通过轴连接,实现两侧曲柄对动罗拉的同步推动以及对勾绵机构的同步拉动作用,方便勾绵机构进入两罗拉之间使得勾取落绵更加顺利;2.将带动勾绵机构的滑块机构由原来的单滚子结构改为双滚子结构,使该滑块机构在滑槽平稳过渡,保证勾绵动作的稳定运行;3.优化勾绵机构的结构设计,便于落绵与针板分离,提高取落绵效率;4.优化自动取落绵机构中的的机械传动设计,保证机构的平稳运行及落绵的顺利取出; 5. 基于新老机械设计方法相结合的机械设计思路,结合电气智能控制技术,初步设计出自动取落绵机构的运动控制方案。考虑到实际生产过程中机构运行的连续性,还需要对以下方面进行深入研究:梳理滚筒和定罗拉之间的齿轮传动参数是暂定的,虽然在理论仿真中顺利运行,但未考虑到在实际生产中两罗拉挤压出绵速度和勾绵机构带走落绵速度的对接问题,在后续研究中需要通过大量样机试验确定合理的参数,保证落绵不会在罗拉与勾绵机构之间积压;自动取落绵机构的电控方案只是初步方案,未考虑到实际生产中环境温度、湿度、落绵厚度等因素的影响,在后续研究中需要实地考察以及样机试验测定不同情况下机构受力情况,进一步调整电控方案。本文对于落绵的自动取出的设计方案是对初始方案的改进优化,但并不是最终方案。虽然该机构运动的可行性已通过运动学仿真得到证实,但该机构在机械加工方面具有一定难度,且实际生产中还可能会产生其他问题,故该机构还需要进一步改进优化。参考文献1 姜宏. 绢纺制绵用头道圆梳机生产号绵的工艺探讨 J. 丝绸, 1999, 01 34-36+4.2 万健. 绢纺落绵纤维的开发利用 J. 纺织科学研究, 1993, 03 51-54.3 孙鹏子,王兰,张志丹,张明光.梳棉机刺辊落棉和盖板花纤维长度分布J.纺织学报,2006(05):80-83.4 周林松.绢纺圆梳落绵在棉纺设备上生产绢丝介绍J.丝绸,2003(07):26-27.5 陈久东. 浅谈绢纺工艺设备技术改造问题 J. 辽宁丝绸, 1999, 02 9-13.6 裘愉发.持续增长的丝绸业J.国外丝绸,2005(03):25-27.7 王继荣,曲丽君.毛纺精梳机装配式圆梳及顶梳梳理效果研究(英文)J.青岛大学学报(工程技术版),2002(03):33-36.8 .国外绢纺工业情况J.丝绸,1974(02):14-16.9 对意、瑞绢纺工艺及设备的考察J.丝绸,1993(04):50-53.10 Kumar M K, Redwan J, Misgana E. 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