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目錄 目 錄 摘要 III Abstract IV 第1章 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3主要研究內(nèi)容和意義 2 1.3.1設(shè)計思想 2 1.3.2設(shè)計方案 3 1.3.3研究內(nèi)容 4 1.3.4研究意義 4 第2章 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計思路 6 2.1新型絹紡工序流程總設(shè)計思路 6 2.2換向機構(gòu)設(shè)計思路 7 第3章 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)設(shè)計 8 3.1 主要零件及其結(jié)構(gòu) 8 3.2結(jié)構(gòu)特點及其運動方式 9 3.2.1 傳送帶連接方式 9 3.2.2副夾板的輸入輸出 10 3.2.3 傳送帶對副夾板的限位 11 3.2.4 綿的換向 12 第4章 換向機構(gòu)運動與力學(xué)分析 14 4.1雙葉滾筒運動分析 14 4.2副夾板支架限位板受力分析 16 4.3換向機構(gòu)動態(tài)分析 18 第5章 基于Adams的仿真分析 20 5.1副夾板取出過程仿真分析 20 5.2限位板解鎖過程仿真分析 21 5.3限位板上鎖過程仿真分析 22 5.4換向機構(gòu)上副夾板的仿真 23 5.4.1換向機構(gòu)上副夾板的運動仿真 23 5.4.2換向機構(gòu)上副夾板的動力學(xué)仿真 25 第6章 電控方案設(shè)計 27 6.1雙葉滾筒電控方案 27 6.1.1雙葉滾筒的功能與要求 27 6.1.2雙葉滾筒算法設(shè)計 27 6.1.3雙葉滾筒硬件設(shè)備 27 6.1.4雙葉滾筒控制實現(xiàn) 27 6.2傳送帶控制 29 6.3電控設(shè)計方案 29 結(jié)論 31 參考文獻 32 致謝 34 II 壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 摘要 摘 要 絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)是實現(xiàn)圓梳機握持充分梳理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貫穿綿纖維和化學(xué)纖維加工工序的始終，也屬于紡織機械一類。由于綿條質(zhì)地柔軟，工人及機器難以對綿條單獨操作，按照紡紗工藝流程，將副夾板作為綿的載體，在生產(chǎn)線中與綿條一起運動，采取握持梳理，即圓梳機上的副夾板夾住綿條一邊對另一邊進行梳理，梳理完成之后，副夾板再夾住已經(jīng)梳理的一邊對剛剛夾住的一邊進行梳理，此過程稱為綿的換向，故而實現(xiàn)副夾板自動換向顯得尤為重要。 而實現(xiàn)自動換向的機構(gòu)則稱為換向機構(gòu)。本文涉及到的換向機構(gòu)是在兩個傳送帶上實現(xiàn)。本文工作具體如下： 1.在傳送帶上設(shè)計了特殊的開口，方便副夾板進入傳送帶并固定。 2.設(shè)計了特殊鎖扣，和軌跡槽，使副夾板在隨傳送帶運行至轉(zhuǎn)彎處時將開口封死。 3.設(shè)計了梯形擋板方便副夾板的撐開與閉合。 4.傳送帶上設(shè)計了輸入輸出導(dǎo)軌，和雙葉滾筒輔助副夾板的取出和放入，實現(xiàn)副夾板的循環(huán)。 對上述一些機構(gòu)運動進行力與運動分析，并使用Adams輔助仿真分析其可行性。 關(guān)鍵詞：絹紡；紡織；圓梳機；梳綿；換向；副夾板；傳送帶 III Abstract Circular Comb Automatic Production Line Reversing Mechanism for Twist Spinning Abstract The reversing mechanism of the spur spinning circular comb automatic production line is the key link for fully grasping the circular combing machine. It has always penetrated the processing of cotton and chemical fiber, and also belongs to the category of textile machinery. The reversing mechanism of the spur spinning circular comb automatic production line is the key link for fully grasping the circular combing machine. It has always penetrated the processing of cotton and chemical fiber, and also belongs to the category of textile machinery. Due to the soft texture of the cotton strips, it is difficult for workers and machines to independently operate the cotton strips. According to the spinning process flow, the secondary plywood is used as the carrier of the cotton. In the production line, the cotton strips are moved together, and the combing is grasped. The splint clamps the sliver while combing the other side. After the carding is completed, the secondary splint clamps the carded side and combs the newly clamped side. This process is called the commutation of the cotton, so that the automatic commutation of the secondary splint is realized. It is particularly important. The mechanism that realizes automatic commutation is called a reversing mechanism. The reversing mechanism referred to in this article is implemented on two conveyor belts. The work of this article is as follows: 1. A special opening is designed on the conveyor belt to facilitate the entry of the secondary splint into the conveyor belt and the fixation. 2. Special locks and track grooves are designed so that the splint seals the opening when it runs to the corner with the belt. 3. The trapezoidal baffle is designed to facilitate the opening and closing of the secondary splint. 4. The input and output guide rails are designed on the conveyor belt, and the auxiliary splints of the double-blade drum are taken out and put in to achieve the cycle of the secondary splints. Force and motion analysis was performed on some of the above-mentioned mechanism movements, and the feasibility was analyzed using Adams-assisted simulation. Keywords: Silk spinning;Textile;Circular comb machine；Carding；reversing；Cotton board；Conveyor belt V 第1章 緒論 1緒 論 1.1課題背景 絹紡工藝就是將養(yǎng)蠶、制絲和絲織中產(chǎn)生的疵繭、廢絲加工成絹絲和釉絲的紡紗工藝過程[1]。我國傳統(tǒng)絹紡圓梳工藝流程主要分為三步：第一步，原料精練，即除去原料中的雜質(zhì)；第二步，圓梳制綿,即用圓梳機梳理再經(jīng)中切機切斷，產(chǎn)生的原料綿以制成精綿；第三步，紡紗成絲，即將經(jīng)圓梳制成的精綿紡織成質(zhì)地柔軟的絹絲[2][3][5][6]。過程如下圖所示 開繭 中切 圓梳取落綿 圓梳 排綿 制條 而絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)是實現(xiàn)圓梳機握持充分梳理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貫穿綿類或絲綢類加工工藝的始終，亦屬紡織機械一類[4]。按照紡紗工藝流程，采取握持梳理，即圓梳機上的副夾板夾住綿條一邊對另一邊進行梳理，梳理完成之后，副夾板再夾住已經(jīng)梳理的一邊對剛剛夾住的一邊進行梳理，此過程稱為綿的換向，而實現(xiàn)自動換向的機構(gòu)則稱為換向機構(gòu)。在對綿紡織系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)計中，綿紡織流水線能高效率的運行，實際上是副夾板的循環(huán)。現(xiàn)階段已經(jīng)解決副夾板的取放問題，但是綿的換向還未解決。實際生產(chǎn)中換向過程還是由人工實現(xiàn)，一般工廠為保證生產(chǎn)線中副夾板循環(huán)傳送，需要許多工人同時進行操控，整個生產(chǎn)過程效率較低[11]。當(dāng)今經(jīng)濟飛速發(fā)展，雇傭工人的成本越來越高，而蠶絲，絲綿類加工的行業(yè)又是勞動力密集型的行業(yè)，所以如今該類行業(yè)已臨近虧本生產(chǎn)，入不敷出，急需產(chǎn)業(yè)升級。要想實現(xiàn)絹紡真正意義上的自動化，必須解決自動換向的問題，通過對其進行自動化改造可大幅提高整個梳綿系統(tǒng)的工作效率。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在紡紗類生產(chǎn)過程中梳綿工藝所處的位置舉足輕重，國外有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，近幾年的梳綿技術(shù)有較大提高，生產(chǎn)量大概每10年增加10到15千克。綿產(chǎn)品產(chǎn)量的提高，明顯體現(xiàn)了技術(shù)的進步，是控制技術(shù)和材料科學(xué)等發(fā)展的產(chǎn)物，當(dāng)然也標識者絹紡類產(chǎn)業(yè)正由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)工廠所使用的半自動化梳綿機需要大量人工取放副夾板，包括實現(xiàn)綿的換向也是人工解決。所以新型絹紡現(xiàn)代化生產(chǎn)線務(wù)必在保證質(zhì)量的前提條件下，提高自動化水平、并提高產(chǎn)量。如今，隨著監(jiān)測自控、程序控制，PLC應(yīng)用，電腦技術(shù)，自調(diào)勻整等已普遍應(yīng)用[4][5][6]。目前的梳綿工序主要為：分梳（由纖維束到單纖維）、除雜（除去雜質(zhì)，瑕疵點）、均勻混合制條（將纖維混合成棉束）、成條（制成成品棉條，并圈在綿條筒上），整個過程的重點在于：增強分梳能力，減少纖維斷裂、減少摻雜，減少短絨、提高綿條均勻度。 1.3主要研究內(nèi)容和意義 1.3.1設(shè)計思想 整個梳綿工藝的設(shè)計過程中，在保證梳綿效果的前提下，側(cè)重進行自動化絹紡圓梳生產(chǎn)設(shè)備的機構(gòu)設(shè)計，自主設(shè)計出用于握持綿片的副夾板以取代原工藝中的嵌綿板和翻綿板（如圖1.3.1），將一道圓梳機上的嵌綿板和翻綿板分散成兩道圓梳機上的副夾板1和副夾板2，即通過工序分散的方法設(shè)計了副夾板的動態(tài)閉環(huán)，實現(xiàn)綿片兩端分別梳理的自動化生產(chǎn)。 圖1.3.1 新型絹紡圓梳工序中圓梳機、副夾板運動示意圖 換向機構(gòu)則是依據(jù)副夾板循環(huán)的理念，將副夾板1與副夾板2之間綿的交換實現(xiàn)自動化。為了使副夾板在綿的換向過程中依舊處于循環(huán)狀態(tài)，故設(shè)計基于傳送帶循環(huán)的載綿副夾板與空載副夾板的循環(huán)。 1.3.2設(shè)計方案 在對傳統(tǒng)絹紡圓梳工藝充分研究的基礎(chǔ)上提出基于副夾板動態(tài)閉環(huán)的設(shè)計思想，運用現(xiàn)代機械設(shè)計手段，結(jié)合機構(gòu)自動化技術(shù)和電氣智能控制技術(shù)進行絹紡圓梳機構(gòu)自動化研究，用創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計替代握持梳理中副夾板夾綿換向的人工操作，通過兩條傳送帶，分別運載副夾板1和副夾板2，設(shè)計出絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)（如圖1.3.2），實現(xiàn)以下兩點功能： 1.每條傳送帶上裝載的副夾板在不斷循環(huán)，傳送帶1運載副夾板1，包括載綿副夾板的輸入和空副夾板的輸出，傳送帶2運載副夾板2，包括空副夾板的輸入和載綿副夾板的輸出。 2.握持梳理過程中，圓梳機第一遍梳綿后，應(yīng)實現(xiàn)將載綿副夾板1輸入傳送帶1，傳送帶2應(yīng)將載綿副夾板2輸出到圓梳機繼續(xù)梳理。 3.機構(gòu)實現(xiàn)副夾板1于副夾板2綿的交接。 圖1.3.2 絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)示意圖 1.3.3研究內(nèi)容 為實現(xiàn)上述三點功能，實現(xiàn)絹紡圓梳工藝的自動化生產(chǎn)，本文將依據(jù)以副夾板動態(tài)閉環(huán)為核心的設(shè)計思想，在副夾板撐開，閉合以及夾綿方案既定的情況下，對絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)進行如下研究： （1） 提出了副夾板運動的絹紡圓梳自動化控制策略，基于傳送帶的副夾板循環(huán)。 （2） 在用于握持綿片的副夾板結(jié)構(gòu)既定情況下，設(shè)計相配套的副夾板閉環(huán)動態(tài)處理循環(huán)，實現(xiàn)了綿片的自動化梳理循環(huán)，包括空副夾板的輸入輸出， 本文主要以換向環(huán)節(jié)為重點介紹。 （3） 換向過程中，副夾板的撐開原理，以及副夾板夾綿換向過程。 （4）結(jié)合副夾板的特殊結(jié)構(gòu)，基于副夾板閉環(huán)動態(tài)處理循環(huán)的設(shè)計思想，巧妙利用卡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計了適用于副夾板的傳送裝置及換向裝置，實現(xiàn)了絹紡圓梳中各工序之間的連接。 1.3.4研究意義 針對絹紡行業(yè)存在的人工勞動強度大、生產(chǎn)率低等問題，新型絹紡生產(chǎn)線，創(chuàng)造性地設(shè)計了一系列自動化絹紡圓梳生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)計出基于副夾板為核心的圓梳絹紡自動化生產(chǎn)線，節(jié)省人工勞動，實現(xiàn)了自動化絹紡生產(chǎn)，亦可為羊毛、綿花等短纖維紡織設(shè)備自動化設(shè)計提供借鑒，為我國紡織制造業(yè)改革升級提供強有力的技術(shù)支持。但是，在大部分絹紡工藝可行的自動化方案已經(jīng)定型的情況下，依舊沒有解決綿的換向問題。 絹梳圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)，副夾板流水線銜接圓梳機，取落綿機構(gòu)，中切機，并實現(xiàn)握持梳理的自動換向，使梳綿體系自動化程度大大增加，所需操作的工人數(shù)量大大減少，整體工作效率有所提高。本次課題組的研究主要是對傳統(tǒng)絹紡工藝中圓梳機進行優(yōu)化升級，在不改變圓梳工藝的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)自動化流水線，兼顧傳統(tǒng)機械設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計的優(yōu)點，著重解決機構(gòu)設(shè)計與運動控制實現(xiàn)。 絹梳圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)的實現(xiàn)，可謂新型絹紡生產(chǎn)線真正意義上的完全自動化，有望填補國內(nèi)外絹紡圓梳設(shè)備自動化研究空白，為我國紡織制造業(yè)改革升級提供強有力的技術(shù)支持。 19 第2章 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計思路 2 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計思路 2.1新型絹紡工序流程總設(shè)計思路 圓梳工藝能夠保證梳綿的質(zhì)量，但現(xiàn)有設(shè)備的自動化程度不夠。近30年來國內(nèi)外圍繞絹紡圓梳工藝自動化的技術(shù)改造均無明顯成效。新型絹紡流水線在不改變原有圓梳工藝流程的基礎(chǔ)上，運用工序分散方法適當(dāng)調(diào)整工序，提出基于副夾板循環(huán)的絹紡圓梳自動化方案。 由于綿片質(zhì)軟，難以對綿片單獨操作，于是將副夾板作為載體，在梳理過程中與綿片一起運動，并構(gòu)建副夾板的兩套循環(huán)以達到自動化，其具體設(shè)計思路如下： 如圖2.1.1所示，空副夾板1夾取綿，經(jīng)傳送帶輸送到圓梳機1處，由自動放副夾板裝置將握持綿的副夾板1放入圓梳機1中完成未握持綿面梳理，后又由自動取副夾板裝置將握持綿的副夾板1從圓梳機1中取出，經(jīng)傳送裝置送達換向夾取綿裝置處，副夾板1將綿交接給副夾板2，副夾板2握持住已梳理好的綿端。此時，空副夾板1再次運回起始處夾取綿，完成副夾板1的循環(huán)，握持綿的副夾板2經(jīng)傳送裝置到達圓梳機2處，將交接后的另一端未梳理綿面進行圓梳。 ①自動放副夾板裝置 ②自動取副夾板裝置 圖2.1.1 基于副夾板運動的自動梳綿系統(tǒng)圖 最后取走副夾板2上兩端均已梳理好的綿，空副夾板2經(jīng)傳送帶送回換向夾取裝置，再次完成與副夾板1上的綿的交接，此為副夾板2的循環(huán)。在此期間自動取落綿裝置定期將梳理滾筒上的綿取出，經(jīng)由傳送帶送入其它工序進行后續(xù)加工。 圖2.1.2 新型圓梳工序流程圖 2.2換向機構(gòu)設(shè)計思路 如圖2.1.1所示，換向機構(gòu)介于圓梳機1與圓梳機2之間，是一個中間機構(gòu)，在實現(xiàn)副夾板夾綿換向的同時，也要實現(xiàn)副夾板的運輸，故將換向裝置的設(shè)計建立在特殊的傳送帶上，以傳送帶的運轉(zhuǎn)與循環(huán)，帶動副夾板的循環(huán)。 如圖2.2.1所示的換向傳送機構(gòu)總體示意圖，副夾板1夾住棉在圓梳機1上梳理，梳理完畢后，從圓梳機取出載綿副夾板1，由輸入1位置輸入傳送帶1，載綿副夾板1將綿交接給空載副夾板2后，空載副夾板1從輸出1口輸出，完成副夾板1的循環(huán)。同樣地，空載副夾板2從輸入口2輸入，接到副夾板1的綿后從輸出口2輸出，完成副夾板2的循環(huán)。 ①副夾板限位裝置 ②副夾板撐開裝置 ③雙葉滾筒 圖2.2.1 換向傳送機構(gòu)總體示意圖 總體設(shè)計嚴格按照副夾板循環(huán)的理念，以副夾板作為綿的載體，實現(xiàn)綿在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的不間斷運輸，以提高生產(chǎn)效率。 3 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)設(shè)計 3.1 主要零件及其結(jié)構(gòu) 如圖3.1.1 總裝配圖所示，絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)主要由傳送帶1和傳送帶2組成，而傳送帶1與傳送帶2的結(jié)構(gòu)和運行原理基本相似。因此，下面將就傳送帶1而言具體介紹其主要零件及其結(jié)構(gòu)特點與作用。 圖3.1.1 換向傳送機構(gòu)總體裝配圖 圖3.1.2 傳送帶1局部示意圖 第3章 自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)設(shè)計 傳送帶1所含主要零件： 鏈板 鏈條 副夾板支架 限位擋板 燕尾槽限位板 限位槽 導(dǎo)軌 雙葉滾筒 副夾板 3.2結(jié)構(gòu)特點及其運動方式 3.2.1 傳送帶連接方式 傳送帶的傳送單元由鏈板、鏈條以及一對副夾板支架組 成（如圖3.2.1所示）。 圖3.2.1 傳送帶、手表鏈 鏈板與鏈板連接后可自由轉(zhuǎn)動，鏈條固定在鏈板邊緣能帶動鏈板運動，其連接方式類似于手表鏈子，鏈板上裝有一對副夾板支架，該對副夾板支架用于運輸和固定副夾板，即在傳送帶運動過程中作為副夾板的載體，使得副 夾板在傳送帶運動過程中達到循環(huán)的目的。 3.2.2副夾板的輸入輸出 輸入：副夾板的板耳末端固定有長方體套筒（如圖3.2.1所示），副夾板支架開有特殊的開口槽（如圖3.2.2所示），左邊為長方形槽口，右邊為較緩的曲邊槽。 圖3.2.1副夾板局部 圖3.2.2副夾板支架局部 圖3.2.3 副夾板卡入支架開口槽 副夾板能通過導(dǎo)軌滑入副夾板支架的開口槽中，由于副夾板板耳末端的長方形套筒，以及副夾板支架左邊的長方形開口槽，使得副夾板在傳送過程中不能自由轉(zhuǎn)動，即副夾板始終垂直于鏈板。 輸出：副夾板完成綿的交接后，空副夾板需要從傳送帶上取出，取出過程由雙葉滾筒完成。雙葉滾筒每端葉片長短不一（如圖3.2.4 所示），目的是為了雙葉滾筒在轉(zhuǎn)動過程中，雙葉滾筒的上葉片不干涉副夾板板耳，或者說雙葉滾筒的下葉片能撥到副夾板板耳，使得雙葉滾筒在轉(zhuǎn)動過程中將動力傳給副夾板。當(dāng)空副夾板運動到一定位置時，即副夾板支架右邊較緩的曲邊開口槽與導(dǎo)軌對接位置（如圖3.2.5 所示）。 圖3.2.4 滾筒局部 圖3.2.5 圖3.2.6 雙葉滾筒一側(cè)葉片同時撥動副夾板板耳，雙葉滾筒將動力傳給副夾板的同時，副夾板的運動又被雙葉滾筒和導(dǎo)軌同時限制，從而使副夾板順利進入到導(dǎo)軌中（如圖3.2.6 所示）。 3.2.3 傳送帶對副夾板的限位 為了完成綿的順利交接，傳送帶換向方案規(guī)定副夾板的夾綿端應(yīng)該始終保持在傳送帶的外側(cè)。因此在傳送帶上設(shè)計了針對副夾板的限位方案。在傳送過程中，只有副夾板支架的長方形開口槽向下時，副夾板才會有可能掉落，因此設(shè)計了限位擋板，限位擋板安裝在副夾板支架上，構(gòu)成了副夾板支架長方形開口槽處的限位開關(guān)（如圖 3.2.7所示）。 圖3.2.7 副夾板支架長方形開口槽處限位板，左開右關(guān) 限位板從打開狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)走的是弧形，利用杠桿原理，限位板下端伸出，并裝有滾子，滾子在限位槽中運動，則限位板就可以通過限位槽位置的高低來控制限位板的開或關(guān)（如圖3.2.8所示）。 圖3.2.8 限位板通過限位槽高低開過過程 為了使限位板外伸的滾子順利進入限位槽，限位槽進行了特出的設(shè)計，即增大了開口處，增強容錯率（如圖3.2.9所示）。 圖 3.2.9 限位槽開口處 圖 3.2.10 傳送帶 當(dāng)副夾板度過轉(zhuǎn)彎處后，限位板依舊通過限位槽解鎖后退出，與鎖定過程對稱相似，由于限位板內(nèi)部裝有扭簧，在退出限位槽后會自動歸位。 該過程保證了副夾板在運動過程中，不會由于自身重力而擺動，使副夾板夾棉端始終在傳送帶外側(cè)，有利于換向的實現(xiàn)。 3.2.4 綿的換向 副夾板工作示意圖如圖3.2.11所示，副夾板內(nèi)部有橢圓實體和兩根Z型導(dǎo)桿，Z型導(dǎo)桿在副夾板內(nèi)部的一側(cè)裝有齒條，齒條與橢圓上小齒輪配合，則當(dāng)兩導(dǎo)桿同時受到擠壓時，兩根齒條會朝著對方相反方向運動，則齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動橢圓轉(zhuǎn)動，當(dāng)橢圓最大直徑垂直于Z型導(dǎo)桿時，副夾板將會被撐開，當(dāng)Z型導(dǎo)桿所受擠壓力消失時，Z型導(dǎo)桿將由扭簧給予作用力，使Z型導(dǎo)桿恢復(fù)原來位置，即副夾板閉合夾緊。 圖3.2.11 副夾板工作示意圖 當(dāng)傳送帶1上的載綿副夾板運動到下端，同時傳送帶2的空載副夾板運動到上端時（如圖3.2.13所示），開始綿的換向過程。 圖3.2.12燕尾槽限位板 圖3.2.13 傳送帶1和2 由于傳送帶的運動，副夾板支架特殊的開口槽會卡住副夾板，帶著副夾板一起運動，當(dāng)副夾板運動到 燕尾槽限位板位置時，由于燕尾槽限位板本身為梯形（如圖3.2.12所示），所以副夾板兩端板耳會受到擠壓力，如圖3.2.13 所示，此時副夾板將會張開。 換向的過程為，傳送帶2上的空載副夾板2先到達燕尾槽限位板位置，空載副夾板2開始張開，由于綿是柔性物質(zhì)，傳送帶1上的載綿副夾板1所夾綿的末端會進入張開的空載副夾板2，然后，空載副夾板2離開燕尾槽限位板夾緊綿，與此同時載綿副夾板1也進入燕尾槽限位板，載綿副夾板1被打開，松開棉，載綿副夾板1離開燕尾槽限位板，載綿副夾板1閉合，換向完畢。在整個運動過程中實現(xiàn)載綿副夾板1變?yōu)榭蛰d副夾板1輸出，空載副夾板2變?yōu)檩d綿副夾板2輸出。 第4章 換向機構(gòu)運動學(xué)與力學(xué)分析 4 換向機構(gòu)運動與力學(xué)分析 換向機構(gòu)的運動分析能夠輔助優(yōu)化設(shè)計各部分尺寸，以及設(shè)計各部分的配合關(guān)系。 力學(xué)分析能夠保證機構(gòu)的安全性，增加機構(gòu)材料壽命。 4.1雙葉滾筒運動分析 由于傳送帶結(jié)構(gòu)的特殊性，加上副夾板夾棉運輸對運輸過程的平穩(wěn)性要求較高，因此傳送帶的運行速度不宜過大。傳送帶速度在不超過其本身的最大速度下，其速度大小受圓梳機轉(zhuǎn)速的影響。為了保證工藝的可行性，新型絹紡工藝生產(chǎn)線依舊參照原來的生產(chǎn)工藝，以保證成品綿的品質(zhì)。 根據(jù)技術(shù)資料，CZ161A，CZ162A，CZ163A圓梳錫林工作面直徑均為1680mm,圓梳錫林轉(zhuǎn)速在240~440（單位：s/r）之間。 化為國際單位： 已知圓梳機上有100個副夾板卡位，而且圓梳機上的取夾板滾筒和放夾板滾筒，轉(zhuǎn)動360°可以同時取放4個夾板，所以，要想讓副夾板的取放達到平衡，則滾筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)為圓梳機的25倍，得滾筒轉(zhuǎn)速： 傳送帶運行速度由滾筒取放速度和圓梳錫林轉(zhuǎn)動速度決定，因此取傳送帶移動速度0.03 m/s（傳送帶速度根據(jù)國產(chǎn)圓型梳棉機數(shù)據(jù)計算，亦可通過傳送帶上副夾板間距或取放副夾板裝置的轉(zhuǎn)動速度調(diào)節(jié)）。由于傳送帶速度較慢，所以用于取副夾板的雙葉滾筒無需不停工作，只需要在傳送帶到達固定位置時，雙葉滾筒將副夾板取出。雙葉滾筒設(shè)計成雙葉，所以在取副夾板時只需要轉(zhuǎn)動180°，同時，雙葉可以在轉(zhuǎn)動時可以達到轉(zhuǎn)子平衡，提高轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性，保護電機。 副夾板導(dǎo)軌槽設(shè)計如圖4.1.1所示，為了研究副夾板的運動速度，可將副夾板的運動看成對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)（如圖4.1.2所示），雙葉滾筒取副夾板時相對于副夾板從最遠位置進入凸輪，當(dāng)雙葉滾筒帶動副夾板運動,可視為副夾板在做回程運動，且副夾板的回程運動角為。當(dāng)其運動到傳送帶最近位置，其中近休止角為。然后副夾板又在雙葉滾筒及軌道的限位作用下做推程運動，推程運動角，最后副夾板被運送到另一個傳送帶中。 圖4.1.1 導(dǎo)軌軌跡 圖4.1.2對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu) 不妨假設(shè)副夾板以0度進入導(dǎo)軌，則此時副夾板應(yīng)在坐標軸y軸方向，課得副夾板運動軌跡參數(shù)方程： （1） 如圖4.1.2，對平面凸輪高副低代轉(zhuǎn)化為鉸鏈四桿機構(gòu)，因此，將位移分析可轉(zhuǎn)化成四桿機構(gòu)的位移分析。此時圖中凸輪從動件的尖頂正好位于 處，且此時 為其速度瞬心。 通過三次周期樣條函數(shù)，得到該凸輪構(gòu)件在位置處的切線與x軸的正半軸成角 ，因此可得副夾板在點處的相對速度（方向如圖23所示），在笛卡爾坐標系中的分量為： （2） 可設(shè)點處的虛擬相對速度 ，則通過式（2）能求出對應(yīng)虛擬相對速度的分量值。 由轉(zhuǎn)化機構(gòu)法的原理： （3） 式中和為假設(shè)量，結(jié)合式（2）和式（3），理論上，副夾板的虛擬速度與轉(zhuǎn)化機構(gòu)中滑塊相對導(dǎo)桿的速度是相等的。 （4） 利用瞬心法及桿組法求解類速度，圖4.1.2中的為接觸點在該時刻的瞬心，根據(jù)瞬心法： （5） 由（5）得副夾板的類速度： 如圖4.1.2，RT三角形中， ， 。得副夾板的類速度： （6） 綜上，可求得對應(yīng)凸輪輪廓線上任意點的類速度，根據(jù)中點公式，加速度為： 4.2副夾板支架限位板受力分析 副夾板支架限位板利用杠桿原理對副夾板支架開口槽上鎖，當(dāng)副夾板運動度過“危險期”后，限位板需要通過扭簧復(fù)位，為了選擇合適的扭簧配合運動，可以通過平面靜力學(xué)解出彈力。當(dāng)副夾板支架限位板運動到如圖4.2.1所示位置時，以限位板伸出的滾子中心為原點，以限位板所受牽引力方向的反方向為x軸正方向，以限位板所受重力方向的反方向為y軸正方向，建立如圖4.2.2所示笛卡爾坐標系。其中為限位槽對限位板的支持力，為限位板所受摩擦力，為限位板所受扭簧約束力，支持力與x軸正方向的夾角為，彈簧力與x軸正方向夾角為 。 圖4.2.1 圖4.2.2 可建立如下方程： 由于傳送帶全程平穩(wěn)勻速運行，所以機構(gòu)處于靜平衡狀態(tài)，故建立平衡方程： 則可解出 4.3換向機構(gòu)動態(tài)分析 建立副夾板夾棉換向示意圖如圖4.3.1 所示，傳送帶運動方向如紅色箭頭所示，設(shè)副夾板寬度為D，副夾板夾棉長度為d,綿的伸長量為r,傳送帶運行速度為v,根據(jù)第3章所講述的換向原理，傳送帶1與傳送帶2的速度相同，而且由4.1節(jié)計算出傳送帶速度很慢，副夾板1與副夾板2一一對應(yīng)，因此可看成副夾板2與副夾板1相對靜止。 圖4.3.1 副夾板夾棉換向示意圖 換向過程動態(tài)示意圖（如圖4.3.2所示），整個換向過程全部建立在傳送帶緩慢運行的基礎(chǔ)上，副夾板1與副夾板2相對靜止，一一對應(yīng)。 圖4.3.2 換向過程動態(tài)示意圖 由此不難發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)換向過程最重要的參數(shù)是副夾板的張角。下面分析副夾板張角至少多大才能達到夾棉換向效果。 圖4.3.3 由圖4.3.3所示，綿的末端擺動軌跡是以副夾板1的夾棉點為圓心，以r為半徑的圓弧，而副夾板張角應(yīng)使副夾板一條邊OA的端點A正好落在綿的擺動軌跡上。由圖中幾何關(guān)系可得： 則在三角形OBA中運用余弦定理得： 化簡后得副夾板張角： 就換向機構(gòu)而言，影響副夾板張角的主要是燕尾槽限位板的厚度，只需要計算出副夾板張開至角大小副夾板板耳所需要的伸縮量，便可計算出燕尾槽限位板的厚度。因為副夾板是單獨設(shè)計，故本文暫不做討論。 第5章 基于Adams的仿真分析 5 基于Adams的仿真分析 端點A正對所需要模擬仿真的機構(gòu)裝配完畢后另存為x_t格式，再導(dǎo)入Adams，設(shè)置相關(guān)約束后，加入驅(qū)動力和重力進行仿真，并測定相關(guān)數(shù)據(jù)以供研究，驗證設(shè)計方案的可行性。 5.1副夾板取出過程仿真分析 采用雙葉滾筒來取出副夾板，最重要的就是軌道對副夾板板耳的限位作用，一開始采用如圖5.1.1所示軌道與副夾板支架連接，通過仿真測定副夾板速度和動能如圖5.1.3所示，可以看出副夾板隨著滾筒的轉(zhuǎn)動可以進入軌道，但是副夾板在進入軌道前到進入軌道后都有明顯的震動， 圖5.1.1 圖5.1.2 圖5.1.3 速度曲線圖（左），動能曲線圖（右） 這是由于副夾板與軌道留有間隙，副夾板在進入軌道時是被甩進去的，伴隨著離開副夾板支架開口槽后，副夾板失去限制，受質(zhì)量影響副夾板需要轉(zhuǎn)動到平衡位置，之后開始晃動，雙葉滾筒在取副夾板時，副夾板會越來越靠近雙葉滾筒中心，由于雙葉滾筒轉(zhuǎn)動速度均勻，所以副夾板平移速度越來越慢，即會產(chǎn)生沖擊力。綜上所述，對軌道做以下改進： 改變軌道與副夾板支架的銜接平滑度，增粗副夾板板耳，減少副夾板在軌道跳動幅度，使副夾板進入軌道時始終保持相切過程。重新設(shè)定滾筒的合理位置（與導(dǎo)軌的位置關(guān)系）。 增長軌道的下邊，增強副夾板在上升過程中的安全性“防止受重力原因掉落”。改進后如圖5.1.2所示，改進后仿真結(jié)果如圖5.1.4所示 圖5.1.4 改進后仿真圖 測得速度曲線圖，加速度曲線圖以及動能曲線圖如圖5.1.5所示 圖5.1.5 改進后測得速度、加速度、動能曲線圖 由速度曲線圖可以看出，副夾板在離開副夾板支架的限位槽后，受重力作用會前后擺動，因此速度有一些波動，由加速度圖可以看出并未太大的沖擊力，由動能圖可見這種速度擺動在持續(xù)一段時間后會越來越小，最終趨于穩(wěn)定。 5.2限位板解鎖過程仿真分析 限位板解鎖過程仿真圖如圖5.2.1所示 圖5.2.1限位板解鎖過程仿真圖 在限位板外伸的滾子走出限位槽的過程中，對副夾板前進速度（x方向速度）進行監(jiān)測，監(jiān)結(jié)果如圖5.2.2所示 圖5.2.2 副夾板前進速度 通過副夾板前進速度的曲線圖可以看出，副夾板速度穩(wěn)定，符合換向機構(gòu)設(shè)計要求。為了驗證限位槽軌道質(zhì)量，對副夾板支架限位板在y方向的速度進行測量，測得速度曲線圖如圖5.2.3所示 圖5.2.3速度曲線圖 通過速度曲線圖可以看出，在限位槽彎曲部分與直導(dǎo)軌接觸部分有速度波動，再通過對限位板進行動能測量，測得動能曲線圖如圖5.2.4所示 圖5.2.4動能曲線圖 通過動能曲線圖可以看出，限位板動能較小，速度波動產(chǎn)生的振動屬于輕微振動，不具有威脅性，所以限位槽導(dǎo)軌質(zhì)量符合設(shè)計要求。 5.3限位板上鎖過程仿真分析 限位板上鎖過程仿真圖如圖5.3.1所示 圖5.3.1限位板上鎖過程仿真圖 為測定副夾板運動穩(wěn)定性，對副夾板運動速度測定結(jié)果如圖5.3.2所示 圖5.3.2副夾板運動速度曲線圖 測定結(jié)果表示副夾板運動速度穩(wěn)定無波動，符合換向機構(gòu)設(shè)計要求。再測定限位板y方向速度來檢測軌道質(zhì)量，測得結(jié)果如圖所示 圖5.3.3限位板運動速度曲線圖 從曲線圖中可以看出，在彎道與直道交界附近速度有波動，說明此時限位板有振動現(xiàn)象，再測定其動能圖如圖5.3.4所示 圖5.3.4限位板動能曲線圖 由圖可以看出限位板屬于輕微振動，可以忽略。 綜上所述，各機構(gòu)設(shè)計符合換向機構(gòu)設(shè)計要求。 5.4換向機構(gòu)上副夾板的仿真 換向機構(gòu)主要是完成副夾板的傳輸與換向，該運動的實現(xiàn)是通過控制方塊狀板耳而實現(xiàn)的。因此在換向機構(gòu)下，我們還需要驗證方塊狀板耳設(shè)計的合理性。 5.4.1換向機構(gòu)上副夾板的運動仿真 在各零件之間添加約束，Motion以及Force。添加重力加速度“Gravity”數(shù)值為-9.8（Y軸方向）。設(shè)置底座移動副motion的位移函數(shù)為0.5d * time。設(shè)置仿真時間為0.3s，仿真步數(shù)為5000。 為了論證副夾板在換向機構(gòu)傳輸過程中穩(wěn)定性以及換向時夾板開合的穩(wěn)定性，的分別測量:傳輸時副夾板質(zhì)心的位移以及夾板轉(zhuǎn)動打開時質(zhì)心的位移。 （1） 副夾板在傳輸過程中質(zhì)心的位移 經(jīng)過仿真運行后，打開繪圖工具中的后處理模塊，添加副夾板質(zhì)心的X、Y、Z三個方向上的分量曲線。 圖5.4.1質(zhì)心位移圖 根據(jù)上圖中的三條曲線在0-0.3s中的趨勢可知 1.在換向裝置上傳動過程中，副夾板在X(紅色實線)、Y軸（藍色虛線）上位移是很平緩的，幾乎沒有波動； 2.整個行程中，副夾板沿Z軸（粉色短虛線）方向上傳輸，速度平緩，沿著驅(qū)動設(shè)置的軌跡在運動； 3.綜合分析三條曲線，不難看出副夾板除了在傳送方向移動外，其他兩個方向的晃動幾乎是沒有的，可以得出，副夾板方塊狀的板耳符合在換向裝置上運輸不晃動的要求。 （2）夾板張開過程質(zhì)心的位移 經(jīng)過仿真運行后，打開繪圖工具中的后處理模塊，添加夾板質(zhì)心的X、Y兩個方向上的分量曲線。 圖5.4.2位移圖 1.副夾板在燕尾槽區(qū)域進行開合動作時，副夾板沿X軸傳輸時，夾板質(zhì)心在X軸方向的位移緩慢增大，在時間約為0.03，0.25左右時，出現(xiàn)略微抖動。這符合副夾板進出燕尾槽區(qū)域時板耳與其發(fā)生碰撞的情況。 2.時間約在0.03s時刻時，即副夾板進入燕尾槽斜面區(qū)域，夾板質(zhì)心在Y軸上出現(xiàn)抖動，當(dāng)進入燕尾槽平面區(qū)域后，即0.05s-0.15s時，夾板的張開時很穩(wěn)定的。而在0.25s左右，即副夾板開始離開燕尾槽，產(chǎn)生了一個輕微的抖動。 3.綜合分析圖中的兩條曲線，不難看出夾板在通過燕尾槽區(qū)域進行開合運動中基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，可以得出在換向過程中副夾板的設(shè)計是合理的。 通過以上運動學(xué)分析，可以驗證副夾板在換向裝置上的整個傳輸運動與燕尾槽區(qū)域動作時的大致上是能夠保持穩(wěn)定而不抖動，因此可以得出，在運動學(xué)上，副夾板的設(shè)計的合理性。 5.4.2換向機構(gòu)上副夾板的動力學(xué)仿真 在各零件之間添加約束，Motion以及Force。添加重力加速度“Gravity”數(shù)值為-9.8（Y軸方向）。設(shè)置底座移動副motion的位移函數(shù)為0.5d * time。設(shè)置仿真時間為0.3s，仿真步數(shù)為5000。測量推桿的空間受力情況: 經(jīng)過仿真運行后，打開繪圖工具中的后處理模塊，添加燕尾槽對推桿的推力的Mag曲線。 圖5.4.3推桿受力圖 可以看出，整個行程中，大范圍波動較小，有3處較大的突變，分別在大約0.01s、0.05s和0.23s處。 在0-0.01s內(nèi)，副夾板還未進入到燕尾槽區(qū)域，這時候推桿不受力，在副夾板剛進入燕尾槽階段，即0.01s左右，推桿突然受到燕尾槽的幾何約束，推力曲線發(fā)生突變。 在0.025—0.05s時，推桿開始推動橢圓軸的擋板，而擋板對推桿會存在反作用力，這個反作用力會與燕尾槽對推桿的力中和。 副夾板傳送到燕尾槽轉(zhuǎn)折處，即0.05s左右，轉(zhuǎn)彎處的燕尾槽不是平緩，造成推力產(chǎn)生抖動。 在0.05s-0.23s處，副夾板在燕尾槽平面區(qū)域內(nèi)傳動，所受推力穩(wěn)定在平緩狀態(tài)。 副夾板離開燕尾槽區(qū)域后，即0.25s左右不再受到燕尾槽的幾何約束作用，副夾板的扭簧開始起作用，發(fā)生波動，離開燕尾槽區(qū)域后，燕尾槽便不再對推桿有力的作用，也就是推力為0。 基于上述分析，副夾板在換向裝置的換向處是可以實現(xiàn)預(yù)期的運動的，這里的推桿受力受到的突變是不能避免的，但可以進行優(yōu)化，即對燕尾槽前端、轉(zhuǎn)折處、末端做成弧狀來減少突變對整個運動的影響。 33 第6章 電控方案設(shè)計 6 電控方案設(shè)計 6.1雙葉滾筒電控方案 6.1.1雙葉滾筒的功能與要求 雙葉滾筒的功能是，當(dāng)傳送帶上的副夾板到達指定位置時，由電機驅(qū)動雙葉滾筒運行，將副夾板從傳送帶上取出，取出副夾板后，雙葉滾筒等待傳送帶下次將副夾板送至指定位置，以重復(fù)以上運動。需要特別說明的是，由于傳送帶速度較低，對于滾筒而言可視傳送帶為靜止?fàn)顟B(tài)，所以不需要采用雙葉滾筒與傳送帶以固定速度比配合的方式，轉(zhuǎn)而采用副夾板到位前滾筒靜止（復(fù)位），副夾板到位后，滾筒以固定速度取出。 根據(jù)上述的雙葉滾筒運動過程，只需在系統(tǒng)啟動之后，檢測副夾板是否到位，到位后直接驅(qū)動雙葉滾筒將副夾板取走即可。 6.1.2雙葉滾筒算法設(shè)計 在系統(tǒng)啟動后，得到信號的雙葉滾筒持續(xù)運轉(zhuǎn)至得到結(jié)束信號停止。整個過程，驅(qū)動雙葉滾筒的電機只需以指定速度勻速運轉(zhuǎn)，并沒有高精度位置和速度控制。所以，驅(qū)動電機采用普通直流電機，并用PLC控制繼電器啟動和關(guān)閉雙葉滾筒驅(qū)動電機。 6.1.3雙葉滾筒硬件設(shè)備 直流電機 驅(qū)動雙葉滾筒運轉(zhuǎn) 調(diào)速器 對直流電機進行無級調(diào)速 繼電器 啟動和關(guān)閉直流電機 光電開關(guān) 監(jiān)測圓梳機是否轉(zhuǎn)動到取放位置，非接觸式監(jiān)測 6.1.4雙葉滾筒控制實現(xiàn) 根據(jù)以上設(shè)計的算法，控制流程如下圖6.1.1所示。 否 是 是 否 系統(tǒng)啟動 副夾板到位信號 等待信號 驅(qū)動滾筒 完成取副夾板 停機 圖6.1.1 使用西門子S7-200 PLC編寫指令如圖6.1.2所示 圖6.1.2 其中I0.0是檢測副夾板有沒有到達指定位置的光電開關(guān)，I0.1是檢測副夾板有沒有被送至指定位置的光電開關(guān)，Q0.0控制雙葉滾筒運動的開關(guān)。 如圖6.1.3，當(dāng)I0.0獲得一個高電平時，Q0.0得電，雙葉滾筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)I0.1獲得一個高電平時Q0.0失電，雙葉滾筒剎車（如圖6.1.4）。 圖6.1.3 圖6.1.4 6.2傳送帶控制 傳送帶可直接選用調(diào)速器進行無極變速。 6.3電控設(shè)計方案 參考之前團隊的電控設(shè)計，考慮到成本和機器工作質(zhì)量，可編程控制器選擇西門子S7-200 CPU226型，如圖6.3.1和圖6.3.2所示。 圖6.3.1 CPU226實物圖 圖6.3.2 CPU226仿真圖 光電開關(guān)選用BGL傳感器（BGL Sensor），其原理圖如圖6.3.3所示。 圖6.3.3 根據(jù)傳感器BGL Sensor的技術(shù)參數(shù)，選用BGL220A-001-S49作為光電輸入信號，其實物圖如圖6.3.4所示。 總電路圖如圖6.3.5所示 圖6.3.5 參考文獻 7 結(jié) 論 本文主要講述了絹紡圓梳自動化生產(chǎn)線換向機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點及工作優(yōu)點有如下幾點。 1.本著副夾板循環(huán)的設(shè)計理念，模仿手表鏈設(shè)計了鏈板單元連接結(jié)構(gòu)，可以自由轉(zhuǎn)動，運動過程中可以很好地控制速度，減少磨損，符合設(shè)計要求且可行性高。 2.設(shè)計了特殊開口槽的副夾板支架，以最簡單的方式運載并固定副夾板，在傳送帶在循環(huán)的同時，帶動副夾板的循環(huán)。 3.設(shè)計了利用雙葉滾筒和導(dǎo)軌輔助副夾板從傳送帶放入和取出，保證了傳送帶上運載的副夾板數(shù)量一定。 4.設(shè)計了副夾板支架限位板，通過限位槽完成對副夾板支架開口槽的上鎖和解鎖過程，方案簡單，可操作性強。 5.設(shè)計了燕尾槽限位板用于副夾板的撐開與閉合，方案簡單，可操作性強。 6.設(shè)計了雙傳送帶同時運行，副夾板一一對應(yīng)，在相對靜止中完成綿的交接方案。 參考文獻 [1].王繼榮,曲麗君. 毛紡精梳機裝配式圓梳及頂梳梳理效果研究(英文)[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版),2002,03:33-36. 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