（机械电子工程专业论文）saurer400织机电子送经驱动控制系统的研究.pdf

学位论文的主要创新点 删川删舢川删册 y 18 7 9 2 5 3 “” 一、本课题在对s a u r e r 4 0 0 织机进行机构分析和运动分析的基础上，对 送经系统进行了改造。首次提出了单后梁系统建模的理论，对改进后的电子送经 系统进行了分析和建模仿真。 二、将f u z z y p i d 控制方法应用到织机的张力控制系统，使织机经纱张 力的时变、非线性特点得到了很好的控制。 摘要 纺织工业是我国的支柱产业之一，它关系到国计民生，在国民经济中占有举 足轻重的地位。在织造过程中，因受到开口、打纬、卷取、织轴直径变化以及后 梁摆动等扰动因素的影响，经纱张力的实际变化情况非常复杂。由于剑杆织机的 转速不断提高，传统的机械式送经和卷取装置己经无法满足实际生产的要求。所 以，高性能电子送经和电子卷取装置的研发成为了我国剑杆织机生产企业所面临 的一个重要课题。 在研究中，做了以下工作：首先对织机的五大运动和影响张力的各种因素进 行了分析，对送经系统进行了机构分析和运动分析，并推导系统数学模型，在此 基础上对送经系统进行了改进。其次，对整个系统的硬件进行了设计和安装。在 原送经系统基础上将机械式送经系统断开，加入步进电机和一级减速机构，同时 加入控制器、驱动器、传感器、信号放大器等，将原机械式送经改为电子式。然 后，应用m a t l a b 中的s i m u l i n k 进行控制算法的仿真分析。 常规的p i d 控制策略算法简单、鲁棒性好和可靠性高，而由于织机系统存 在着非线性和不确定性，所以使用常规的p i d 控制参数整定方法不能达到很好 的控制效果。针对在织机控制中存在的控制问题，必须采用智能控制策略来达到 更好的控制效果，以适应高档织机的需要。因此，在此基础上又对模糊控制和模 糊p i d 自整定控制进行了研究。 最后在仿真分析的基础上进行了实验，得出了比较好的控制效果。 关键词：剑杆织机，电子送经，模糊一p i d ，m a l la b s i m u l j n k 仿真 a b s t r a c t t e x t i l ei n d u s t r yi so n eo ft h ef u n d a m e n t a li n d u s t r i e si no u rc o u n t r y i to c c u p i e s d e c i s i v ep o s i t i o ni nn a t i o n a le c o n o m y i nt h ep r o c e s so fw e a v i n g ，b e c a u s eo ft h ee f f e c t o fs h e d d i n g ，b e a t u p ，t a k e u p ，l o o mb e a md i a m e t e rc h a n g ea n do s c i l l a t i n go f b a c kr e s t ， t h ew a r pt e n s i o n sc h a n g ei sv e r yc o m p l i c a t e d b e c a u s et h er a p i e rl o o m ss p e e di s i m p r o v e di nc e a s e l e s s ，t h et r a d i t i o n a ld e v i c eo fl e t - 0 任a n dt a k e u pc a n ts a t i s f yt h e r e q u e s to fp r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tt oh i i g hp e r f o r m a n c e d e v i c eo fe l e c t r o n i cl e t o f fa n de l e c t r o n i ct a k e - u pb e c o m e sa l li m p o r t a n ts u b j e c tt h a t h a sb e e nc o n f r o n t e dw i t hb yo u rc o u n t r yr a p i e rl o o mm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s i nr e s e a r c h ，t h e s et h i n g sa r ec o m p l e t e d f i r s t l y , t h ef i v ek i n d so fm o t i o no fr a p i e r l o o ma n da l ls o r t so ff a c t o ri n f l u e n c ew a r pt e n s i o na r ea n a l y z e d t h es t r u c t u r eo ft h e l o o ma n di t sm o v e m e n to fl e t o f fs y s t e ma r ea l s oa n a l y z e d t h es y s t e m sn u m e r i c a l m o d e li sd e r i v e da n dt h el e t o f fs y s t e mi si m p r o v e db ya n a l y z i n g s e c o n d l y , t h ew h o l e s y s t e m sh a r d w a r ei sd e s i g n e da n d i n s t a l l e d o nt h eb a s i so ft h eo r i g i n a ll e t 。o f fs y s t e m ， t h em e c h a n i c a ll e t o f fs y s t e mi sd i s c o n n e c t e d ，a n ds t e p p i n gm o t o ra n do n el e v e l r e d u c e ra l ea p p l i e d a n dac o n t r o l l e r ，d r i v e r ，s e n s o ra n ds i g n a la m p l i f i e ra r ea d d e d t h eo r i g i n a ll e t o f fs y s t e mi sr e p l a c e db ye l e c t r o n i co n e t h i r d l y , t h ec o n t r o l a r i t h m e t i ci ss i m u l a t e dt h r o u g hs i m u l i n ko fm a t l a b t h em e t h o do fc o n v e n t i o n a lp i dc o n t r o lh a sal o to fa d v a n t a g e s ：s i m p l e a l g o r i t h m ，g o o dr o b u s t n e s sa n dh i 【g hr e l i a b i l i t y t h el o o ms y s t e mi s n o n l i n e a ra n d i n d e f i n i t e ，c o n v e n t i o n a lp i dm e t h o dc a n tg e tag o o dc o n t r o lr e s u l t d u et o t h e p r o b l e mo fl o o mc o n t r o l ，i tn e e d st oa d o p ti n t e l l i g e n tc o n t r o ls t r a t e g y , i no r d e rt o a d a p tl o o mc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，t h ef u z z yc o n t r o la n df u z z ya d a p t i v ep i dc o n t r o la r e s t u d i e d a tl a s t ，t h ee x p e r i m e n to nt h eb a s i so fs i m u l a t i o ni sc o m p l e t e da n dag o o dr e s u l t i sg o t k e yw o r d s ：r a p i e rl o o m ，e l e c t r o n i cl e t o f f , f u z z y p i d ，m a t i a b s i m u l i n k s i m u l a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 j ；i 言1 1 2 国内外剑杆织机发展趋势2 1 3 电子送经卷取的发展及趋势2 1 - 3 1电子送经卷取的发展2 1 3 2电子送经卷取的趋势。3 1 4 国内外电子送经卷取的应用现状4 1 5 课题的提出及其研究意义5 1 6 论文的研究目的和主要内容6 第二章织机送经机构工作原理及运动分析7 2 1 j ；l 言7 2 2 织物概念7 2 3 织机五大运动7 2 4 送经机构运动分析1 1 2 4 1 机构主传动部分。1 1 2 4 2 织轴直径睑测部分1 2 2 4 3 经纱张力检测部分1 2 2 5 送经机构有关参数的确定1 3 2 6 送经织轴直径检测部分参数确定1 6 2 7 送经机构经纱张力检测部分参数确定1 7 2 8 棘轮齿数和织轴直径的函数关系。1 7 2 9 影响送经的冈素1 8 2 9 1 开口高度对送经的影响1 8 2 9 2 打纬过程对送经的影响1 8 2 9 3 织轴直径对送经的影响1 8 2 9 4 织机的回转不匀率对送经的影响1 9 2 1 0 本章小结1 9 第三章送经系统的驱动控制与仿真分析2 0 3 1 送经系统的改进设计2 0 3 2 送经电机的参数选用2 1 3 3 电机功率的要求。2 l 3 4 送经电机频率要求2 2 3 5 送经系统模型的建立2 2 3 5 1 减速机构模型的建立2 3 3 5 2 织轴模型的建立。2 7 3 5 3 纱路模型的建立2 8 3 5 4 电机和张力传感器模型的建立2 9 3 5 5 系统传递函数的建立2 9 3 6 控制系统的基本要求及控制方法2 9 3 7 模糊p i d 控制系统设计3 2 3 7 1p i d 控制原理3 2 3 7 2p i d 参数整定原则3 4 3 7 3 模糊理论概述3 4 3 7 4 模糊控制特点3 5 3 7 5 隶属度函数的建立3 6 3 7 6 模糊推理3 7 3 7 7 模糊控制器的设计3 9 3 7 8 控制系统仿真4 l 3 8 本章小结4 3 第四章织机电子送经系统的闭环控制与实现4 4 4 1 本课题盼控制方案4 4 4 2 步进电机控制原理4 4 4 2 1 步进电机矩频特性4 4 4 2 - 2 步进电机的优缺点4 6 4 3 送经系统闭环控制4 6 4 3 1a t 8 9 c 5 2 芯片简介。4 7 4 3 2 步进电机驱动器的选择4 8 4 3 4 传感器的选择4 9 4 4 送经系统编程控制与实现5 1 4 4 1 经纱张力数据采集与处理5 1 4 4 2 织轴运动规律的实现5 1 4 4 3 控制部分电路原理图5 3 4 5 本章小结5 4 第五章试验与分析5 5 5 1 实验设备及内容5 5 5 2 实验结果及分析5 6 5 3 本章小结5 8 第六章结论与展望。5 9 6 1 结论! ；9 6 2 展望5 9 参考文献6 l 攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况6 4 附录 致谢7 7 第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 纺织工业是我国的支柱产业之一，它关系到国计民生，其出n t ! , j 汇占全国总 创汇值的近四分之一，在国民经济中占有举足轻重的地位。在我国加入w t o 后， 其它国家将逐步取消我国纺织产品出口的配额限制，我国的纺织工业将有一个发 展空间，也是一次难得的机遇和挑战。“工欲善其事，必先利其器”，对于正在进 行产业结构调整、努力提高产品附加值的纺织企业来说，纺机产品的综合性能、 设备运行的可靠性与稳定程度，无疑是决定纺织最终产品品质的重要因素之一。 纺织工业要发展，需要大量的高性能的新设备。国外纺织机械生产商针对这一情 况，不断推出新政策，试图抢占中国市场。对此，国内相关企业也出谋划策，积 极应对竞争。而剑杆织机作为一种具有代表性的纺织机械，其发展状况自然受到 关注。 自1 9 6 3 年汉诺威国际纺织机械展览会首次展出了商用剑杆织机以来，剑杆 织机的工艺性能得到了长足的发展。与其它无梭织机( 如喷气织机、喷水织机) 相 比，虽然剑杆织机的入纬率并不很高，但它具有结构简单，价格适中，纬纱换色 简便，对原料的纱线适应性强，对产品的适应性广，能够保证良好的织物质量等 特点，使它成为无梭织机中使用最多的一种，如今，它己占全世界无梭织机的 5 0 以上。随着微电子技术，尤其是微机控制技术的不断发展和日臻成熟，人们 将机电一体化控制技术应用于剑杆织机，进一步提高了剑杆织机的性能。电子送 经与电子卷取装置的研究与应用就是在这样的情况下发展起来的。机织作为纺织 工艺流程的一个重要环节，其作用就是将纱线交织成织物。在这个过程中，纱线 张力尤其是经纱张力的控制效果，直接影响织物的物理性能和外观。而在织造过 程中，因受到开口、打纬、卷取、织轴直径变化以及后梁摆动等扰动因素的影响， 经纱张力的实际变化情况非常复杂。尤其是剑杆织机的转速以及人们对织物构成 的要求在不断地提高，使得对经纱张力控制的快速、准确和平稳性要求越来越高。 传统的机械式送经和卷取装置以及低精度的机电控制装置己经无法满足实际生 产的要求。所以，高性能电子送经和电子卷取装置的研究与开发成为了我国剑杆 织机生产企业所面临的一个重要课题。 第一章绪论 1 2国内外剑杆织机发展趋势【1 1 【2 】 剑杆织机是集机械技术、电气技术、计算机技术和控制理论于一体的机电一 体化产品。最近几年来电气技术、计算机技术和控制理论的迅猛发展与完善推动 了剑杆织机进一步发展。在可以遇见的未来，剑杆织机发展的趋势是向“四高 ( 高速度、高产量、高质量、高可靠性) 方向发展，同时随着计算机控制技术和人 工智能的发展，未来剑杆织机自动化水平将进一步发展，并且人性化和智能化也 将进一步提高。主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 计算机技术进一步应用。剑杆织机本身是一个复杂的控制系统，剑杆织 机的发展离不开控制理论和计算机技术的发展，计算机应用于织机控制推动了它 的革命性发展。计算机技术的进一步应用是织机发展的一个重要趋势，也是织机 发展的原动力。 ( 2 ) 送经、卷取系统的改进。采用电子送经和电子卷取是必然趋势而且两者 驱动系统将采用两套独立传动源，减少相互间干扰，这样织物经纱张力控制更加 精密。采用电子送经后，张力检测更加准确、控制更加精密；采用电子卷取后， 纬密设置更加方便，可更改范围扩大。 ( 3 ) 电子选纬系统的改进。现在，市面上剑杆织机选纬机构主要采用电磁铁 驱动装蜀，应该向电子选纬方向发展；或者采用步进电机驱动选色指，如德国多 尼尔公司的h t v s 8 s 型箭杆织机：或者采用直线电机驱动选色指，如舒美特公司 的天马超优秀型剑杆织机。 ( 4 ) 人机信息交换系统的发展。人机信息交换系统是现场工作人员向织机发 出控制命令，修改织布工艺参数：同时织机向工作人员反馈织机运行状态的设备。 随着液晶显示技术的进一步成熟，可采用大屏幕加触摸软键盘模式，并可以以图 形的形式动态地反馈织机运行状态，使得人机信息交换更加简单和人性化。 1 3电子送经卷取的发展及趋势 1 3 1电子送经卷取的发展 电子送经与电子卷取装置是纺织工艺与电子技术紧密结合的产物。在电子技 术高度发达的今天，要开发出满足现代织机要求的电子送经与电子卷取装置，其 关键就是要对织造工艺理论和织造过程有深刻的理解，尤其是对织造过程中影响 经纱张力的各种因素和经纱张力控制模型的综合分析，以及机电一体化控制技术 在织机上的应用。国外许多学者和专家在这方面做了许多研究工作，并申请了许 第一章绪论 多专利技术。下面简要的介绍一些专家学者在这方面的研究与成果。 p l a t e 将经纬交织处的纬纱视为不可压缩的刚性柱体，把经纱视为柔性细丝， 运用f = c w “的摩擦定律，推导出打纬力与织口处最后两根纬纱间距的关系，并 将打纬终止后，纬纱的回拨现象综合到表达式中。 g r e e n w o o d 通过装在钢箱上的应变片、转角电位计和b r ，r a 电子张力仪， 用实验的方法验证和讨论了所推导的数学模型，该模型揭示了打纬力、织口位置、 纬纱间距以及经纱张力之间的关系。 t u r n e r 在前人对积极式送经运动的研究基础上，针对影响经纱张力的周期 性扰动，推导了一个三阶线性模型，并运用经典控制理论对其进行了分析；针对 非周期性扰动，推导了一个非线性模型，并进行了计算机仿真，最后对所得出的 结论进行了推广。 e r e n 认为，为了保持经纱的稳态张力，送经装置送出的经纱质量应该等于 卷取装置卷入织物的经纱质量，这个转移过程受到纱线支数、纬密以及经纱屈曲 量的影响。作者用一个微分方程建立了这些因素之间的关系，并在一台剑杆织机 上验证了该方程。 s c h l i c h t e r 对机械式和电子式送经方式进行系统、全面地比较分析，结论是， 在控制的连贯性、灵敏性和准确性上，电子式送经超过了机械式送经。而且，随 着织机速度的不断提高，这种优越性将会体现得更加明显。但是作者同时也指出， 如果电子送经仅仅是在驱动方式上替代机械式送经，还无法全面提高性能，必须 在检测环节上进行改进才能发挥电子式送经的最大功效。作者最后提出了全面检 测纱线张力的若干方案。 k l o p p e l s 认为，传统的被动式后梁机构存在两大缺点：其一，后梁机构的位 置影响经位置线，后者影响开口的形状，而开口的形状直接影响经纱的动态张力； 其二，后梁机构存在自由振动现象，在一定的织机转速下，还会导致共振现象。 为克服这些缺点，作者先后在剑杆织机和喷气织机上研制了采用双伺服电机驱动 的，参数可设置的主动后梁控制系统。 1 3 2电子送经卷取的趋势【3 1 【4 】【5 l 目前，国内外新型织机大多采用后梁运动信号作为电子送经装置的控制输入 信号，而后梁的另一主要功能是积极补偿经纱动态张力的变化。由于受打纬和开 口运动的影响，后梁产生的快速摆动和高频振动会干扰对经纱张力稳态分量的检 测，因此，一般在机械上、电器上或控制软件上增加一些环节，尽量使经纱的送 出量只与经纱张力的稳态分量有关。随着织机速度的不断提高，今后的趋势是把 经纱张力稳态分量检测功能从后梁上分离出来，为张力检测能力和张力调节能力 第一章绪论 的提高打下良好的基础，而织机上还有其它地方可以进行经纱张力的检测，如德 国d o r m e r 公司的h t v l 4 s 刚性剑杆织机，配有多种经纱张力传感器，可多 个位置检测，如后梁部分、后梁和停经架之间的经纱部分，还可以在靠近胸梁的 布面部分检测，特别是卷布幅撑处的经纱张力传感器所受到的振动比后梁小得 多，测到张力更直接，可以精确地反映布面张力。我国的电子送经和电子卷取技 术与国外相比有较大的差距。国产高档剑杆织机的电子送经从国外引进，价格昂 贵。虽然我国少数厂家开发了用于中档织机的电子送经装置，但许多技术有待改 进和完善。今后开发电子送经装置时，控制系统应采用1 6 位或3 2 位微处理器， 用张力传感器检测经纱张力，通过微机控制交流伺服电动机、步进电动机或无刷 直流电动机驱动织轴。另外，电子送经和电子卷取同时开发，这样更容易消除开 车痕，开发变纬密产品。 1 4 国内外电子送经卷取的应用现状【6 】 国外对电子送经与电子卷取技术的研究起步较早，早在2 0 世纪5 0 年代就有 专门的电器公司开始进行研究。如今，世界上著名的剑杆织机制造公司的产品都 配备有高性能的电子送经与电子卷取装置。其中有些织机制造公司是自行开发的 电子送经与电子卷取产品，有些公司是委托专门电器公司开发的电子送经与电子 卷取产品。以下是世界上著名织机公司生产的剑杆织机以及其性能简要介绍( 1 9 1 意大利v a m a t e x 公司的l e o n a r d o 剑杆织机，最高转速7 0 0r m i n ，最高入 纬率1 5 0 0m m i n ，配备的电子送经与电子卷取可以实现1 5 0w e f t c m 的纬密。意 大利s o m e t 公司的s u p e r e x c e l 剑杆织机，入纬率超过1 5 0 0 m m i n ，配备的电子 送经与电子卷取采用同一个电子同步联结器，同机械齿轮传动一样准确。瑞士 s u l z e r 公司的g 6 3 0 0 剑杆织机，最高转速8 0 0r m i n ，配备了b e r g e rl a h r 公司最 新的三相步进电机驱动的电子送经与电子卷取装置。德国d o n i e r 公司的h 和 h s 型剑杆织机，最大筘幅达2 8 m ，最高入纬率可达1 0 0 0 m r a i n ，配备的电子送 经与电子卷取装置可实现0 1w e f t e r a 的纬密，所控制的经纱张力以克为单位， 最高可以应付3 7k n 的特强经纱张力。比利时p i c a n o l 公司的g a m m a 剑杆织机， 采用了可以电子调速的s u m o 超级马达直接驱动织机，电子送经与电子卷取装置 早己成为该款织机的标准配置，经纱张力感应器直接装在后梁部分，使得控制更 准确、更迅速。国内对电子送经与电子卷取装置的研究起步较晚，与世界先进水 平相比差距较大。虽然我国不少织机生产企业引进了国外剑杆织机制造技术( 包 括控制技术和电子送经与电子卷取技术) ，但核心技术未能完全消化吸收，因此 我们的企业生产出来的产品始终有差距，无法与国外产品竞争，高档剑杆织机产 第一章绪论 品市场几乎全部由国外占领。我国在引进技术的基础上，较高档的剑杆织机的设 计、制造、生产取得了相当的进展，但是具有成熟的电子送经与电子卷取技术的 产品，尤其是在高档剑杆织机上的商业应用尚无实例。 1 5 课题的提出及其研究意义 目前，我国剑杆织机大都是中低档水平，运转速度在3 0 0 - - - 4 0 0 r m i n 左右。 自从我国加入w t o 后，无梭织机加快了向高速化、宽幅化、自动化方向的发展， 市场对剑杆织机提出了更高期望，即高速剑杆织机运转速度在6 0 0 r m i n 以上。 此类剑杆织机成为纺机行业的最新发展趋势。2 0 0 6 年1 8 月我国进口剑杆织机 用汇1 0 8 亿美元，同比上升2 8 8 2 。进口数量为2 4 3 7 台，同比增长4 1 3 6 。 国外先进织机制造商己经通过各种手段进入中国市场，有的还在我国设立了独资 生产厂。国内织机公司己处在很激烈的市场竞争当中。国内织机公司的优势在于 劳动力成本和一些附加值不高的产品上。随着国内劳动力成本的提高和人民币的 升值，这些优势逐渐会消失。如不加大研发力度，提高产品的技术含量和市场竞 争力，后果将不堪设想。开发具有自主知识产权的高性能的电子送经和电子卷取 驱动器，可以填补国内在电子送经和电子卷取上的空白，为发展我国的织机工业 贡献力量，可以加快我国的织机开发速度和国产织机赶超世界先进织机的步伐， 提高自身产品的附加值和市场竞争力，摆脱我国高档织机依赖进口的局面。对纺 织企业而言，国产化设备的使用、维护、升级方便，降低了织造品的生产成本， 提高了设备的投资回报率，进而有利于推广新型织机的使用。可以说本课题的研 究和开发具有良好的社会和经济效益。 该课题的意义还在于：我国自7 0 年代中期开始购入剑杆织机用于毛毯织造 以来，至今己经从不同国家引进了上万台剑杆织机，并在吸收国外先进技术的基 础上，自行开发研制了几种型号的剑杆织机。而用于这些织机的电子送经与电子 卷取装置的国产化问题一直未得到很好的解决。其主要问题在于： ( 1 ) 基础研究较少，对经纱的张力变化情况和对织物质量影响因素不完全 了解，因此无法建立经纱张力控制模型和补偿模型。 ( 2 ) 缺乏既对织造工艺理论和织造过程有深刻理解，又有懂得机电一体化 技术的综合性人才，因此无法开发出具有自主知识产权的高性能的剑杆织机控制 系统。因为织机具有五大运动，如何协调这些机构之间的运动关系以及时序关系 是保证织机连续正常工作的基础。 ( 3 ) 剑杆织机送经控制系统为时变、非线性系统，单纯使用经典控制理论 很难达到理想控制效果，应对智能控制理论进行研究。 第一章绪论 1 6 论文的研究目的和主要内容 论文研究目的在于，以瑞士s a u r e r 公司的4 0 0 型剑杆织机为对象，在该 机上实现电子送经，并从该成果中抽象出通用的原则和方法，为开发具有我国知 识产权的电子送经和电子卷取产品积累经验。 论文的主要内容为： ( 1 ) 对s a u r e r 4 0 0 织机的送经机构进行了分析，并对五大运动的配合以 及送经运动的规律进行了分析： ( 2 ) 对该织机在织造过程中影响经纱张力的各运动进行系统的理论分析， 并推导相应的数学模型； ( 3 ) 织机送经系统的改进设计与仿真分析； ( 4 ) 织机控制系统的设计与实现； ( 5 ) 整个集成控制系统调试与试运行。 第二章送经机构运动分析 第二章织机送经机构工作原理及运动分析 本章介绍剑杆织机的主要结构及织造工作原理，并详细分析了剑杆织机各机 构之间的运动关系，为分析与设计剑杆织机的控制系统以及电子送经装置打下基 础。 2 1 引言 织布技术有着悠久的历史，其发展过程历经手工织布、手工机器织布、普通 织机织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段。但这些变化只是实现方式上 的不同，在织造的基本原理上却不变。 2 2 织物概念1 7 1 8 】 织机生产出来的是织物。织物定义是由纵横相互垂直的两个方向的纱线，按 照一定的规律相互“浮沉交错”( 即“交织”) 而成的制品。其中，沿着织物纵向 的纱线称为“经纱 ，沿着织物横向的纱线称为“纬纱 。图2 1 为织物片段的 显微结构图。 2 3 织机五大运动【9 】【1 0 1 1 1 1 1 图2 1 织物片断 剖视图 织布生产技术有着悠久的历史，其发展过程历经手工织布、手工机器织布、 普通织机织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段。但这些变化只是实现方 第二章送经机构运动分析 式上的不同，在织造的基本原理上却始终没变。一台织机由开口装置( 凸轮开口、 多臂开口、提花开口) 、引纬装置( 梭子引纬、喷水引纬、剑杆引纬、喷气引纬、 片梭引纬等) 、打纬装置、送经装置和卷取装置五个核心组成部分。这五个核心 组成部分的运动就组成了一台织机的五大运动：开口、引纬、打纬、送经和卷取。 织机的基本原型如图2 2 所示。织机是把两组纱线以直角方向交织而成的设 备，它是一种周期性循环工作的机械，每织入一根纬纱，织机各部分运行一次。 织机通过这种快速循环运动织造织物。 图2 - 2 织机原形 1 、织轴2 、纱线3 、后梁4 、停经架5 、停经片6 、综框7 、综丝8 、筘座9 、接纬 剑杆1 0 、筘眼1 1 、剑带盘1 2 、卷布辊1 3 、引纬剑杆1 4 、布面 ( 1 ) 开口运动 布匹的形成其实就是经纱和纬纱的交织过程。沿织机纵向配置的数千根经 纱从经轴上退绕下来，绕过后梁，穿过停经片、综丝眼和钢筘的筘齿间隙，经过 胸梁、刺毛辊和导布辊绕于卷布辊上。综框按一定规律升降，带动经纱分成上下 两层，形成沿织机横向的菱形通道，该通道称为梭口，便于纬纱引入，引纬器从 菱形通道穿过并在其中引入与经纱方向垂直的纬纱，纬纱引入后，上下层经纱交 错，形成新的梭口，以待下一根纬纱引入。经纱这种反复交错形成梭口的运动就 是开口运动。经纱的上下分层是由综框的升降运动直接驱动的。综框数量的多少 以及各个综框的升降次序的不同便形成了不同织物的组织形式，如平纹组织和斜 纹组织。不同的开口组合配合不同的纬纱，就形成了不同品种的布匹。而综框的 升降运动可以由不同的动力来驱动。根据这种驱动力的不同，可以分为凸轮开口、 多臂开口、提花开口等。 ( 2 ) 引纬运动 第二章送经机构运动分析 引纬是将纬纱引入由经纱所构成的梭口中，以便与经纱交织形成织物。引纬 方式主要由两大类：有梭引纬和无梭引纬。这里主要介绍无梭引纬中的剑杆引纬。 在剑杆织机上，由附着在剑带上的送纬剑头央持着纬纱，在剑带盘的驱动下，沿 着导轨穿入梭口；与此同时，接纬剑头也进入梭口，两剑头在梭口的中央交接， 送纬剑头松开纬纱，而接纬剑头夹持纬纱。然后，两剑头退出梭口，从而完成一 次引纬运动。在高档剑杆织机上，基本上都采用分离筘座引纬方式，即剑头不随 筘座运动，引纬时筘座完全静止不动。 剑杆引纬的特点是： 引纬器的质量减轻，使织机速度有可能大幅度提高，织物幅宽也得到成倍 的扩大； 引纬器具有很小的截面尺寸，经纱开口高度得到了相当的缩小，从而对经 纱起到良好的保护作用； 入纬率高。一般织机的主轴转一圈引一根纬纱，提高入纬率关键是提高引 纬速度( 纬纱的平均飞行速度) ，从而使提高织机转速和增大织机幅宽得以实现。 ( 3 ) 打纬运动 打纬运动的作用是将引入梭口的纬纱推向织口，与经纱交织并被打紧。织物 的经纱密度和幅宽，由打纬机构的钢筘来控制。打纬机构沿织机前后摆动，而引 纬则沿织机的左右运动。要求打纬与引纬协调配合，即打纬机构的摆动应为引纬 运动留有足够的时间和空间。 打纬机构分连杆打纬和凸轮打纬。当钢筘打向纬纱时，织口附近的纬密达到 最大；反之钢筘回移时，纬纱也会有一定的回移，经纱张力和织口纬密都将减小。 所以在织机上，纬纱并不是经过一次打纬就能达到规定的机上纬密，而是要经过 若干次打纬后，才能达到所要求的机上纬密。经过一次开口、引纬、打纬运动， 一根纬纱和经纱就进行了一次交织。此后经纱又被分成两层，形成另一个梭口， 再进行引纬和打纬。这样反复进行就逐渐形成了织物。 ( 4 ) 卷取和送经运动 在织机上，通过开1 3 、引纬、打纬三个主要运动既可形成织物，但为了保证 织造生产过程的连续进行，纬纱被打入织口形成织物后，必须按照织物纬密的要 求将织物引离织口，卷绕到卷布棍上：同时，经纱轴上必须放出相应长度的经纱， 使经纬纱不断地进行交织。这就形成了织机的另外两大主要运动：送经和卷取。 卷取运动中主要的一点是必须按照织物的纬密要求进行卷取辊转动速度的 控制；而送经运动重要的一点是必须合理控制经纱的张力，使织造过程中经纱张 力波动稳定，防止经纱断裂和经纱张力波动过大而形成的疵点。 送经运动：随着织物向前牵引，织轴由一定机构驱动，送出所需长度的经纱， 并使经纱具有一定的张力。而送经机构可以分为电子送经和机械送经机构，又可 第二章送经机构运动分析 以分为消极式送经、半积极半消极式送经、积极式送经。 消极式送经机构：在这种机构中，织轴本身是不能积极回转的，经纱从织轴 上退绕是靠经纱的牵引，而不是靠送经机构的推进。这种送经机构的织轴用皮带 或链条在重锤的作用下固定在织机上，在主轴一个回转的过程内，经纱张力随着 开口、打纬、卷取等运动周期性变化，当经纱张力作用与织轴上的拖动力矩超过 施与织轴上的制动力矩和轴筒上的摩擦阻力力矩时，就会牵引织轴做微量动，放 出相应长度的经纱。为了保证织造过程中所需的张力，对织轴要加以适当的制动 力，而且制动力应随着织轴上经纱张力卷取直径的减少相应减少。调节制动力的 方式有两种：一种是人工调节，一种是自动调节。因此，消极式送经机构又可以 分为人工调节和自动调节两种形式。这种送经机构的优点是能按照卷取量的多少 来供应经纱送出量。其缺点是经纱在开口和打纬的过程中要受到较大的冲击，影 响送经的均匀性。 半积极半消极式送经机构：在这种机构中，织轴做强制回转送出经纱，但送 出的长度是根据经纱张力的大小，通过经纱调节机构来控制。因为送经是积极的， 而送经量调节是消极的，故称为半积极半消极式送经机构。一般采用活动后梁作 为经纱张力大小的传感器，它的位置随经纱张力的变化而变化，并将这一变量传 递给送经机构，使经轴送出的经纱长度做相应的变化。当经纱张力大时，调节机 构使织轴送出的经纱量增大；当经纱张力小时，调节机构使织轴送经长度减小， 这样，可使经纱上机张力基本保持不变，有利于织机效率和产品质量的提高。经 纱张力调节机构的动作必须灵敏而准确，每次调节后织轴送出的经纱长度应能满 足织造的需要，保持经纱张力的稳定而且要有较大的调速范围，以适应织造多品 种的需要。而经纱送出量则是根据经纱张力的大小自动调节。随着经纱张力电子 检测技术和电机调速技术的发展，越来越多的新型织机采用了这种送经机构。 积极式送经机构：积极式送经机构送出的经纱不依赖经纱张力，而是由专门 的机构从织轴上积极地送出固定长度的经纱，其送出量是事先根据织物的品种计 算确定的。随着织轴的变化，这种机构送出的经纱并不均匀，目前的织机上已经 很少采用。 开口、引纬、打纬三个运动是任何一纬织造都不可缺少的，称为三个主运动， 而送经和卷取两个运动是织造连续进行所必须的，称为副运动，它们合称五大运 动。 送经机构是织机的一个重要组成部分，它由经纱张力调节装置、直径探测装 置及自动送经装置组成【8 9 1 。织机送经机构的作用是在织造中逐纬送出经纱。在 织造过程中，经纱与纬纱交织成织物后不断地被卷走，为保证织造过程的持续进 行，由送经机构陆续送出适当长度的经纱来进行补充，使织机上经纱张力严格地 第二章送经机构运动分析 控制在一定范围以内。由于织物规格中纬密的限定，每纬织造时应该送出一定长 度的经纱。不同织物所要求的纬密不同，每纬送经量也不同。 目前一些传统的和新型的织机所采用的送经机构按送经作用原理可分为：消 极式送经机构、调节式送经机构和积极式送经机构i l o 1 1j ，按织轴驱动方式可分 为：机械式和电子式【加j 。文献 1 2 1 介绍了在1 5 1 5 型织机上，送经量的调节是通过 吊杆的上升来实现的，加装了织轴触辊，测量织轴绕纱直径的变化，并依此变化 进行调整，使棘轮被撑过的齿数随织轴绕纱直径的逐渐减小而不断增加。通过对 机械式调节送经机构的优化设计，将系统改为差微系统，实现了随机张力变化的 调节和织轴从大nd , 变化的调节完全分开。本文所述的s a u r e r4 0 0 送经机构为 机械式半积极半消极送经机构。在其送经机构中，织机的后梁作为经纱张力的检 测元件，张力辊作为织轴直径的检测元件。该机构主要是通过后梁对经纱张力的 检测和对织轴直径变化的检测来实施对送经量的调节。 2 4 送经机构运动分析 2 4 1 机构主传动部分 如图2 3 所示，为s a u r e r4 0 0 送经机构传动原理图。由图可知：系统动力由 电机1 给出，电机1 通过皮带和离合器2 相连接，离合器2 通过皮带带动主轴皮带轮 3 。在主轴皮带轮3 处动力传递给了两部分，一部分传递给凸轮打纬机构，另一部 分由和主轴皮带轮3 同轴的皮带轮4 通过皮带带动皮带轮5 。在皮带轮5 处，一部分 动力由凸轮6 撑动转子7 并由转子7 带动撑杆8 ，由撑杆8 传递给活动后梁9 以配合凸 轮打纬时保持经纱张力。 图2 3 送经机构简图 l l 第二章送经机构运动分析 1 电机；2 - 离合器；3 主轴皮带轮；4 _ 皮带轮；5 皮带轮；6 凸轮；7 转子；8 4 掌杆；9 后梁；1 0 小凸轮；1 1 小转子；1 2 摆杆；1 3 弧形臂；1 4 拉杆：1 5 拉杆；1 6 _ 转臂；1 7 拉杆： 1 8 棘轮；1 9 蜗轮蜗杆；2 0 - 齿轮；2 1 织轴齿轮 另外一部分由和皮带轮5 同轴的小凸轮1 0 传动小转子1 1 ，在小转子1 1 带动下 使摆杆1 2 绕固定轴摆动。在摆杆1 2 的摆动下带动拉杆1 4 作往复运动，拉杆1 4 的往 复运动使弧形臂1 3 绕0 点摆动。弧形臂1 3 绕d 点摆动幅度的大小决定了送经量的 大小。由于弧形臂1 3 的摆动，使拉杆1 5 作往复运动并带动直角转臂1 6 绕d 摆动， 直角转臂1 6 带动拉杆1 7 作上下的往复运动使拉杆1 7 撑动棘轮1 8 转动。在棘轮1 8 的转动下使( 蜗轮、蜗杆) 1 9 转动，然后由( 蜗轮、蜗杆) 1 9 带动齿轮2 0 ，并由 齿轮2 0 和织轴齿轮2 1 啮合在一起使织轴转动，完成送经运动。 2 4 2 织轴直径检测部分 如图2 4 所示，为该机构织轴直径检测机构简图。 6732 图2 4 织轴直径检测机构简图 卜织轴；2 一压力检测辊；3 一转臂；4 一扇形臂；5 一连杆；6 一弹簧；7 一摆杆 由图2 - 4 可知：织轴直径检测部分是整个传动系统的反馈调节部分。在送经 运动过程下，织轴1 的直径不断变小，使压力检测辊2 的位置不断变化，随着压 力检测辊2 的变化，转臂3 作相应的转动，扇形臂4 也随着转臂3 的转动而绕d 1 转动。连杆5 与扇形臂4 之间为高副连接，连杆5 的一端在弹簧6 的拉力作用下 沿着扇形臂4 的外缘向d l 方向运动，使连杆5 绕仗逆时针转动。随着连杆5 的 转动，连杆7 绕d ，逆时针转动，因此连杆7 和图1 所示的弧形臂1 3 的连接点沿 着弧形臂的槽上移，影响弧形臂1 3 的摆动幅度来达到调节送经量的大小。 2 4 3经纱张力检测部分 如图2 5 所示，为该机构经纱张力检测的机构简图。 第二章送经机构运动分析 图2 - 5 经纱张力检测机构简图 1 后梁；