一种新颖的剑杆织机引纬方法

一种新颖的剑杆织机引纬方法I上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY26I专题论坛兰曼主曼旦:蔓塑堂:蔓曼塑V0I.33No5.2005一种新颖的剑杆织机引纬方法赵斯伟,何勇,陈明.,徐乃勇(1.东华大学机械工程学院,上海200051;2.中国纺织机械股份有限公司,上海200090)摘要:提出了一种新颖的剑杆织机电子引纬方法.该方法所采用的电子引纬机构可以极大地简化引纬装置的机械结构,减小引纬机构的运动惯量,满足不同纬纱对织机的各种适织要求,实现真正意义上的针对不同纬纱的引纬运动规律的优化和可选择化.关键词:剑杆织机;无梭织机;引纬;剑杆头;电子引纬;伺服电动机中图分类号:TS105.43文献标识码:A文章编号:1001-2044(2005)05002603AnewwayforweftinsertionmotiononrapierweavingmachineZHAOSi-wei,HEYong,CHENMing,XUNai-yong(1.CollegeofMechanicalEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China)(2.ChinaTextileMachineryCo.,Ltd.,200090,China)Abstract:ThearticlepresentsanewwayforWeftinsertionmotiononrapierweavingmachine.TheelectricWeftinsertionmotioncandramaticallysimplifymechanicalstructureoftheweftinsertiondeee,thusreducingitsmovinginertiaandmeetingtheextremedemandsfordifferentweftyarnbyrapierweavingmachine,makingtherapiermotionoptimalandoptiona1.Keywords:rapiertransfermechanism;motionrule;rapierhead;electricweftinseion;servomotor随着电子技术和机电一体化技术的发展及其在剑杆织机和喷气织机中的应用,剑杆织机和喷气织机的性能有了极大的发展和提高.高端无梭织机各个部件的驱动已广泛应用了独立的,多电动机驱动并由中央处理器协同控制的技术.用交流伺服电动机传动传剑轮的方法将是今后剑杆织机研究的重要课题之一.日本在20世纪90年代末期曾做过这方面的研究,其织机转速当时只达到200r/min左右.本文提出了一种新的电子引纬方法,将这种电子引纬方法应用在剑杆织机上,采用这种电子引纬的织机转速可达600r/min以上.1无梭织机的发展近况1.1无梭织机各运动装置驱动方式的变化随着机电一体化技术的发展,无梭织机正在从单轴传动向多轴传动方向发展.高端剑杆织机和喷气织机已在许多运动装置配备了独立的电控驱动源:主传动采用变频电动机,开关磁阻电动机驱动,开口装置采用电子多臂,电子提花,电子开口,电子送经采用伺服电动机,步进电动机,开关磁阻电动机驱动,电子卷取采用伺服电动机,步进电动机,以及其他如电子储纬,电子选纬,电子绞边,电子剪纬,电子引纬,喷气织机用电磁阀控制气流等.各驱动单元通过中央处理器进行协调控制.由于各装置都具有独立的控制和驱动单元,因而,装置间不需要复杂的机械连接件,织机整体收稿日期:20050206作者简介:赵斯伟(1960一),男,江苏丹阳人,高级工程师,东华大学在读工程硕士研究生,从事织造机械的开发研究工作.的机械构件得以大大地简化,机械惯量有较大幅度的下降,从而使织机运转速度得到了很大提高.1.2剑杆织机传剑机构的形式目前传剑机构的形式主要有:(1)由连杆和齿轮组成的传剑机构;(2)由凸轮,连杆和齿轮复合组成的传剑机构;(3)由螺杆,螺套,连杆组成的传剑机构.有些高端剑杆织机中的连杆还采用了空间连杆机构.通过连杆或凸轮以及齿轮等所组成的机构组合获得所需要的运动规律和剑头动程.1.3剑杆织机的发展方向为了进一步提高自动化水平,各功能性的运动装置都配备独立的控制和驱动机构并由织机主控制系统集中控制,以便减少传动环节,减小零件间摩擦,提高运动的准确性,提升织机的速度,从而提高产品的适应能力,扩大产品适织范围.随着微处理器性能的提高和处理速度的加快,这种趋势将更加明显.2电子引纬方法的提出传统的剑杆织机引纬方式是由连杆,齿轮或凸轮等机械结构通过由主电动机带动的主轴的传动实现.按驱动类型的不同,可将传剑机构分为凸轮驱动型和连杆驱动型两大类.虽然凸轮驱动型传剑机构的运动规律可以按需要设计,但一旦设计定型,其规律便是确定的,不能随织造纬纱的不同而变化,且凸轮副制造精度要求高,机构惯性较大.连杆驱动型传剑机构虽然结构较简单,但其运动规律不可能按理想要求设计,且连接副较多,运动误差,振动和噪声都较大.实际应用中,剑头的运动不仅要满足织造本身的工艺要求,而且兰呈圭呈旦:篁塑堂:篁曼塑Vo1.33No.5,2005受到纬纱能承受在引纬过程中所产生的张力的限制,设计时对织机的占地面积也有要求.因而,现有的各种纯机械式剑杆引纬机构存在着结构较复杂,零部件制造精度要求高,传剑机构运动惯性大,剑头运动规律取决于机构设计本身,在使用过程中不能进行变化或修改等缺点.突破传统的引纬方式,创建新的引纬理念,实现引纬方式的创新和性能的提高始终是各国无梭织机研发机构研究,开发的前沿课题.本课题提出了采用由交流伺服电动机独立驱动的剑杆织机电子引纬系统.3电子引纬的方案设计3.1采用的织机机型在剑杆织机中,挠性剑杆织机占据了约90%以上的市场份额,筘幅以2In居多,且其中几乎都是双侧传动,中央交接的形式.本课题的电子引纬织机样机采用该形式.这种电子引纬系统只需在规格,参数和连接件方面作微小的修改,亦可应用在其他形式的剑杆织机中.为使剑头的传动链尽可能短,控制尽量灵活,采用独立的电动机作为剑轮,剑带的动力源.3.2引纬运动对电动机的要求为了使剑头运动满足剑杆织机高速运动的要求,电动机要有较快的动态响应特性,能够频繁起停和正反转,能够有足够的功率和转矩输出,调速范围宽,功率密度和比功率大,且便于维护,工作可靠.交流伺服电动机具备了这些特点,被作为引纬装置的驱动源.3.3电子引纬装置的机械结构图1电子引纬系统不意图I一伺服电动机;2一机架;3一减速机构;4一传剑轮;5一传剑带;6一剑头图1所示为电子引纬系统示意图,它由一个伺服电动机通过一对齿轮副传动来驱动传剑轮和传剑带,该电子引纬系统具有结构简洁,传动链短等优点.相对于传统的剑杆织机而言,电子引纬系统极大地减小了传剑机构的运动惯量,可使剑头运动更加平稳和精确,同时,机物料消耗和噪声可大幅度降低.3.4电子引纬系统的驱动和控制在本电子引纬系统设计中采用了贝加莱(B&R)公司的ACOPOS高精度智能型伺服控制系统作为电子引纬的驱动源和控制单元.该系统是基于工业实时以SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY上海纺织科技l专题论坛l27太网一POWERLINK和嵌人式实时多任务操作系统平台,具有多项工业自动化领域内的最新技术,其控制精度高,动态响应快,性能稳定可靠,系统开放性好,使用方便,灵活.采用B&R2003PCC主机和ACOPOS1045伺服系统对传剑机构进行控制和驱动.该伺服系统具有电子凸轮的控制技术,能使剑头按照所设计的运动规律进行引纬运动.引纬控制系统原理图如图2所示,它由主控制系统,交流伺服驱动器和伺服电动机等组成.图2电子引纬装置原理图1一光电编码器(织机主轴);2一B&R2003PCC控制系统;3一ACOPOS1045驱动器;48MSA4L交流伺服电动机;5一小齿轮;6一大齿轮;7一传剑轮;8一剑带;9一剑头4剑头运动规律的设计4.1设计方法在电子引纬运动控制中,把织机主轴角度作为自变量,剑头的位移.s为的函数.剑杆织机的引纬运动规律是按位移.s对的二阶导数设计的,即:厂(T)=d2s/d(1)根据边界条件,可求出dS/dT和S对的函数关系式.引纬运动最常用的运动规律有正弦加速度运动规律和梯形加速度运动规律.现分别简要介绍如下.4.2按正弦加速度运动规律设计设织机在主轴的360.循环周期中,为主轴的角度变量(业内称为时间),为剑头进人梭口的时间,为剑头退出梭口的时间,则+360.一To为打纬时间区间.设剑头在中央交接的时间为180.,单个剑头的动程为.s.,并设剑头按无停顿的正弦加速度规律运动.当0T180.时S=S0【T/180.一1/27rsin(2T)(2)当180.T360.时S=S02一T/180.一1/27rsin(2T)(3)当然也可设计成在0和360.区间内剑头静止不动,在区间内剑头按正弦加速度规律运动.4.3按梯形加速度运动规律设计图3所示是采用MATLAB软件,根据要求设计获得的剑头按梯形加速度规律运动的理论曲线图.图中,实线n为加速度曲线,虚线S和分别代表位移和速度曲线.I上海纺织科技SHANGHAITEXTILESCIENCE&TECHNOLOGY28I专题论坛图3引纬加速度运动曲线不意图本设计将0.360.分为9段区间,如图4所示.角加速度函数d2S/d=T)为分段函数.为方便计算,这里所说的加速度d2S/d和速度dS/dT分别是位移S对角度的二阶和一阶导数,物理意义上的加速度和速度应是位移S对时间t的二阶和一阶导数.在织机速度确定,不考虑织机回转不匀率时,角度和时间t成线性关系.图4第1段为0.第2段为)(T一)第3段为Q加速度曲线9段分布示意图段,剑头静止不动,d2S/dr:0Q1段,dS/dr=Asin竹/2(Q1一Q2段,dS/dr=A第8段为Q6段,d2S/dr=Asin竹/2(Q1一)(2一TTo)第9段为T4360.段,剑头静止不动,d2S/df:0根据边界条件,通过积分,可求出其中相关的参数以及各段区间的加速度,速度和位移方程,本文略.图5是伺服控制系统按所设计的梯形加速度规律对剑头运动进行实时控制的实例图.图中,3条曲线分别代表剑头的位移S,速度和加速度0的曲线.600oOO/一一,1200,蓍4n88OOI一5O0一1001502fm250,3003502o0,目,96l,一篓,一7-.04o一f5l】茸0趣35.角度/(.口v量一.0惦L.08一萄一0.24,晏-o4ou150lj2503OO350角度)图5剑头的位移,速度和加速度曲线4.4两种运动规律的分析和比较正弦加速度曲线在整个运动过程中的变化较柔和,所以运动较平滑,但最大加速度值较大.梯形加速度曲兰曼璺曼旦:蔓塑堂:笪曼塑VOI.33No.5.2005线由于在区间QQ,Q,Q和QQ中保持最大加速度绝对值运行,所以要使剑头在相同时间内走完同样动程,梯形加速度运动的最大加速度值较小.当然,正向加速度和反向加速度峰值的绝对值A可以设计得不一致,同时,Q,Q等值可有所变化,以获得不同的梯形加速度运动规律,满足不同的剑头运动要求.值得一提的是,最大加速度值较小时,相应的伺服电动机的最大输出扭矩亦可较小.从而使同一规格的伺服特性可满足较高织机车速的引纬要求.5动态运行和结果分析本电子引纬系统的实验运行达到了预期的目的.实验室采用较低额定转速的伺服电动机,织机转速达到了300r/min.若用同一系列的高额定转速和高额定转矩的伺服电动机,经计算,织机的实验速度将可以达到600r/rain以上的高速.通过对电子引纬系统的深入研究和优化设计,这种配备电子引纬系统的新型高端织机的实际使用速度可满足当今剑杆织机使用的车速要求.根据实际使用的情况,剑头的运动可按不同的规律进行设计和优化.剑头的运动规律和运动动程的改变可以方便地通过参数的设定由软件来实现.各种运动规律可作为备用的织造参数存人织机电脑中,随时方便地调用.梯形加速度是相当理想的运动规律,能满足剑杆织机对高速引纬的要求.6结论和展望电子引纬系统可以极大地简化引纬装置的机械结构,减小引纬机构的运动惯量,实现剑杆织机引纬运动规律的可选择性,满足和提高织机对不同纬纱的适织性能.通过在操作面板上的设定,可以方便地实现各种不同引纬工艺的选择,实现真正意义上的针对不同纬纱的引纬运动规律的优化.甚至在织造过程中,针对被引入纬纱的种类和强度的不同,可以根据自由选纬的循环规律,在应用程序中编人与之相对应的引纬循环规律,使织造效果达到近乎理想的境地.现有的多轴传动,包括主传动由变速电动机驱动的剑杆织机,若结合电子引纬系统,织机对织物品