新型立式无捻粗纱机牵伸搓捻卷绕系统设计方法研究

摘要

新型立式无捻粗纱机是毛纺前纺工序流程中相当重要的一种机械。由于该机械生产的粗纱质量直接影响到后续工序生产的细纱及织物质量，所以它是我国发展纺织机械的重点产品之一。目前，我国大部分企业的无捻粗纱机是靠引进国外的，国产占得比例很少。因此，研发具有自主知识产权的新型立式无捻粗纱机，对加强我国纺织机械在国际市场的竞争力将起到深远的影响，并可产生可观的经济效益。本文包括如下工作：
　　 1.应用现代设计方法及理论，提出了该机牵伸搓捻卷绕成型系统研究的技术方案，确定了牵伸子系统、搓捻子系统、成型子系统，阐述了各个子系统之间协同工作共同完成牵伸搓捻卷绕成型任务的机理。
　　 2.为满足不同长度纤维的牵伸工艺要求，提出了一种由主牵伸部分和牵伸张力微调部分组成新型牵伸传动系统，牵伸张力微调部分由九联变位齿轮、两组滑移齿轮等组成，主牵伸部分由双塔轮组成；研究了牵伸倍数设计原则和滑移齿轮的设计方法，提出了九联齿轮变位系数理论计算公式以及双塔齿轮的设计方法，设计出这种新的牵伸系统，满足工艺要求。
　　 3.提出了一种曲柄滑块式的新型搓捻机构，使传动更有效；给出了输出张力概念，推导出工艺参数计算公式；为设计新型立式无捻粗纱机提供理论依据。
　　 4.提出了一种由凸轮、连杆及气压弹簧等单元组成新型导纱机构；这种导纱机构采用气压弹簧锁合，以达到变刚度的目的，从而减少凸轮廓线的磨损，同时吸收导纱装置换向产生的振动，使得机器运动平稳，噪声低，运行可靠；并研究了该导纱机构气压弹簧的参数设计。推导出了计算盘形凸轮参数的计算公式及二级杆组运动参数的公式，其具有通用性。通过对机构进行弹性动力学分析，可知：新机构在动态情况下输出件的运动偏差很小，能满足机构提速的精度要求。
　　 5.提出了一种导纱机构由一台电机独立驱动、卷取机构单锭单马达驱动的恒张力自动控制卷绕系统，使控制灵敏度高、卷装效果好。仿真和实验结果表明：采用模糊PID控制纱线张力波动小，装置适应性广，操作方便，满足工艺要求。
　　 6.应用Pro/E、ADAMS和ANSYS软件集成，对导纱机构进行设计；并通过仿真证明了设计方案的合理性，对于仿真分析具体的实体模型提出一种新思路。
　　 应用结果表明：采用本文提出的牵伸搓捻卷绕成型系统所研制的新型立式无捻粗纱机满足设计要求，该机构创新性强、性价比高，具有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 粗纱机国内外发展概况

1.2.1 有捻粗纱机国内外发展概况

1.2.2 无捻粗纱机国内外发展概况

1.3 牵伸搓捻卷绕成型系统特点及发展趋势

1.3.1 牵伸系统

1.3.2 搓捻系统

1.3.3 卷绕成型系统

1.4 课题来源及论文研究的主要内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 选题的理论及实际意义

1.4.3 研究内容

第二章 牵伸搓捻卷绕成型系统总体结构

2.1 研究的技术路线

2.2 牵伸搓捻卷绕成型系统的技术要求

2.3 牵伸搓捻卷绕成型系统功能研究

2.4 牵伸搓捻卷绕成型系统的工作原理

2.4.1 牵伸搓捻卷绕成型系统总体方案

2.4.2 牵伸系统的特点

2.4.3 搓捻系统的特点

2.4.4 卷绕系统的特点

2.4.5 自动落纱系统

2.4.6 送管机构

2.4.7 粗纱卷装输送装置

2.4.8 气动系统

2.5 牵伸搓捻卷绕系统任务的实现

2.6 本章小结

第三章 牵伸系统设计

3.1 牵伸系统设计的功能要求

3.1.1 牵伸传动系统设计要求

3.1.2 牵伸系统的组成

3.2 牵伸变换齿轮设计理论

3.2.1 牵伸倍数数列和变换差异率

3.2.2 牵伸倍数数学建模及误差分析

3.2.3 对数差及其分布关系

3.3 新型牵伸传动系统设计

3.3.1 牵伸张力微调机构设计

3.3.2 主牵伸机构设计

3.3.3 工艺计算

3.4 本章小结

第四章 搓捻系统机构设计及工艺分析

4.1 搓捻工艺要求

4.2 传动方案设计

4.3 搓捻工艺参数的设计

4.3.1 卷绕输出的张力

4.3.2 搓条皮板表面速度

4.3.3 前罗拉出条速度

4.3.4 牵伸计算

4.3.5 搓捻次数

4.3.6 搓捻程度

4.3.7 每米搓捻次数

4.4 本章小结

第五章 卷绕成型系统的设计研究

5.1 卷绕理论分析

5.1.1 筒子的卷绕形式

5.1.2 卷绕运动学分析

5.1.3 卷绕运动的数学模型

5.1.4 纱线卷绕稳定性分析

5.1.5 卷绕重叠分析

5.2 卷绕系统的总体设计

5.2.1 卷绕系统的设计要求

5.2.2 卷绕系统参数的确定

5.2.3 总体方案的确定

5.3 卷取装置设计

5.3.1 卷取装置方式的选择

5.3.2 卷取装置传动结构的设计

5.4 往复导纱装置的设计

5.4.1 往复成形装置的设计要求

5.4.2 气压弹簧锁合新型导纱机构原理

5.4.3 驱动凸轮设计的一种新方法

5.4.4 基于MATLAB的凸轮廓线优化设计

5.4.5 气压弹簧系统特性分析

5.5 试验结果

5.6 本章小结

第六章 卷绕成型系统导纱机构运动学和弹性动力学研究

6.1 基于MATLAB的导纱机构运动学研究

6.1.1 概述

6.1.2 根据凸轮实际廓线确定其理论廓线

6.1.3 摆杆的运动学分析

6.1.4 基于MATLAB的导纱杆的运动学分析

6.2 导纱机构弹性动力学研究

6.2.1 概述

6.2.2 导纱机构动力学模型建立

6.2.3 基于MATLAB的导纱机构动力学仿真

6.3 本章小节

第七章 卷绕成型系统导纱机构虚拟样机研究

7.1 虚拟样机仿真技术

7.1.1 虚拟样机的特点

7.1.2 卷绕成型系统导纱机构虚拟样机研究的技术路线

7.1.3 实体建模软件选择

7.1.4 卷绕成型系统仿真环境选择

7.1.5 底层支撑技术

7.2 卷绕成型系统的模型建立

7.2.1 卷绕成型系统导纱机构子系统的建模

7.2.2 卷绕成型系统的整体装配

7.2.3 卷绕成型系统导纱机构的仿真

7.3 基于几种软件集成技术的导纱机构设计

7.3.1 机构模型与ADAMS模型的集成

7.3.2 机构模型与ANSYS模型的集成

7.3.3 机构模型与ADAMS和ANSYS模型的集成

7.4 本章小结

第八章 卷绕成型过程张力控制研究

8.1 粗纱卷绕模型建立

8.1.1 控制模型分析

8.1.2 恒张力自动控制系统模型的建立

8.1.3 恒张力模糊PID控制器的设计

8.2 SIMULINK仿真

8.3 实验结果分析

8.3.1 实验准备

8.3.2 实验结果分析

8.4 本章小结

第九章 全文总结与研究展望

9.1 论文结论

9.2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文和科研情况

附录

致谢