【摘要】：織針驅動方式是提高針織圓緯機效率的關鍵,現(xiàn)有針織圓緯機的織針選針和驅動過程均依靠選針器配合三角凸輪機構實現(xiàn),該種驅動方式因受到機械結構、材料特性、器件原理等因素的限制,已成為針織圓緯機進一步提速的瓶頸。針對此問題,本文結合針織原理和磁懸浮技術,提出磁懸浮式直驅織針新方法。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,通過永磁體作用于織針,驅動織針完成相應功位。對于磁懸浮系統(tǒng)而言,混合驅動模型的組合方式及驅動線圈結構決定著其性能的高低,通過建立其數(shù)學模型及進行有限元仿真分析可求出高性能驅動模型和結構。另外,單驅動線圈及其陣列在工作過程中存在著電磁場、溫度場等多物理場耦合,耦合作用使織針運動不穩(wěn)定,通過有限元數(shù)值仿真可對耦合加以分析,提出解耦方法,從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此,本文的主要研究內(nèi)容可概括為:在足夠驅動力要求下,為縮小驅動線圈尺寸,實現(xiàn)織針緊密陣列,采用有限元仿真分析法對有限長螺線管空間磁場分布進行分析,分析結果表明:線圈內(nèi)部3倍半徑對稱范圍內(nèi)磁場感應強度最大,臨近兩端衰減較快�；诖�,提出了織針在驅動線圈內(nèi)部運動的懸浮式對稱混合驅動模型,該模型相較于傳統(tǒng)端部彈射型,驅動力更大,徑向尺寸減小一倍。同時,為滿足織針運動平穩(wěn)性要求,依據(jù)電磁場理論,建立了織針受力與驅動結構的數(shù)學模型,通過Matlab積分函數(shù)求解數(shù)學關系,得到了一種雙級曲線形驅動線圈結構,通過仿真和實驗發(fā)現(xiàn),該結構驅動力平穩(wěn)性優(yōu)于圓柱形。依據(jù)所設計驅動模型,分別對磁懸浮式直驅針織圓緯機的針織機構、輸紗機構、牽拉卷曲機構及控制機構進行了設計,建立了5英寸、32針、2路主動同步輸紗的直驅式圓緯樣機。依據(jù)電磁場、溫度場理論,分別使用Ansoft Maxwell和Ansys Workbench有限元仿真平臺對所設計單驅動線圈及其陣列的磁場、溫度場及其耦合過程進行了分析。研究發(fā)現(xiàn):雙級曲線形驅動線圈軸向磁場強度在織針運動段內(nèi)較大,且分布均勻,符合設計要求。但由于驅動線圈外部磁場存在發(fā)散分布,因此陣列間存在磁場耦合,導致織針運動波動,基于磁路原理,在使用鐵磁質材料進行屏蔽后,可大幅減弱相互間干擾程度,從而可提高織針系統(tǒng)運動穩(wěn)定性。線圈溫度場從初級到次級呈遞增分布狀態(tài),次級線圈區(qū)域溫度最高,而熱傳導接合面處熱流量最大,因此,可重點針對此區(qū)域進行散熱,降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度。同時,采用松散耦合法,在Maxwell 3D和Steady-State Thermal模塊中對單驅動線圈及其陣列的磁熱耦合過程進行了分析,分析發(fā)現(xiàn):當單驅動線圈激勵為恒定電流,且頻率變化較低時,磁熱耦合作用較弱,但當其頻率變化較快時,則需充分考慮其耦合所產(chǎn)生的影響。而對于多驅動陣列系統(tǒng)而言,即使激勵變化很小,其磁熱耦合作用仍較明顯,使驅動陣列系統(tǒng)溫度上升約7.5℃,因此,在熱設計時,需充分考慮其耦合影響,對整個驅動陣列系統(tǒng)進行充分散熱。通過在線針織實驗,分別對比了激勵電壓大小和頻率不同情況下的針織效果,對比發(fā)現(xiàn):當激勵電壓因波動而不足時,驅動力由于變小,從而導致織針運動軌跡不完整,發(fā)生針織錯誤。當激勵頻率過大或過小時,則會導致織針軌跡與輸紗軌跡錯開而發(fā)生針織錯誤。故對某一針織系統(tǒng)而言,存在最優(yōu)折中激勵大小和頻率,但可通過改善系統(tǒng)響應性能來提高。
【圖文】：

(a) 織針驅動原理剖面圖 (b) 織針三角凸輪實例圖 1.1 現(xiàn)有針織圓緯機織針驅動原理及織針三角凸輪實例為提高針織圓緯機的花形編織能力，伴隨著電子技術、控制技術及計算機技術的發(fā)和普遍使用，諸如各種圓機和橫機在內(nèi)的許多針織設備目前普遍大量使用選針技術，針技術可以實時控制每個織針是否進入工作功位及進入何種工作功位。在選針技術的制下，圓機的每個織針可按設定花形工作在浮線編織、成圈編織或集圈編織（針織三位）中的某個功位，從而織出對應織物。選針技術的關鍵在于選針器，選針器是一種照織物組合花型對應的電信號依次驅動選針機件的換能器，，是針織設備控制系統(tǒng)用來施選針控制的執(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：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元件，陶瓷晶片具有“逆壓電效應”，當給其雙極施加控制電信號時，其形體會彎曲預先設計的記憶位置，帶動刀片擺動，實現(xiàn)選針。電磁式選針器（如圖 1.3 所示）工

(a) 織針驅動原理剖面圖 (b) 織針三角凸輪實例圖 1.1 現(xiàn)有針織圓緯機織針驅動原理及織針三角凸輪實例為提高針織圓緯機的花形編織能力，伴隨著電子技術、控制技術及計算機技術展和普遍使用，諸如各種圓機和橫機在內(nèi)的許多針織設備目前普遍大量使用選針選針技術可以實時控制每個織針是否進入工作功位及進入何種工作功位。在選針技控制下，圓機的每個織針可按設定花形工作在浮線編織、成圈編織或集圈編織（針功位）中的某個功位，從而織出對應織物。選針技術的關鍵在于選針器，選針器是按照織物組合花型對應的電信號依次驅動選針機件的換能器，是針織設備控制系統(tǒng)實施選針控制的執(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：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”，當給其雙極施加控制電信號時，其形體會至預先設計的記憶位置，帶動刀片擺動，實現(xiàn)選針。電磁式選針器（如圖 1.3 所示
【學位授予單位】：武漢紡織大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS103.134

【參考文獻】

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本文編號：2677116