新型紡紗加捻卷繞系統(tǒng)的研究.pdf

1、環(huán)錠紡紗是目前應(yīng)用最廣泛的一種紡紗方法，與其它紡紗方法比較，環(huán)錠紡紗具有適紡原料多、成紗特數(shù)寬和成紗質(zhì)量高的優(yōu)點。經(jīng)過科研人員對環(huán)錠紡紗技術(shù)的大量探討發(fā)現(xiàn)：環(huán)錠紡紗的關(guān)鍵技術(shù)主要取決于其牽伸和加捻卷繞兩個系統(tǒng)。對于牽伸而言，科技人員開發(fā)了一些新型的紡紗技術(shù)，如緊密紡紗技術(shù)(Compact spinning)和SoloSpun紡紗技術(shù)等，使成紗質(zhì)量得到了提高；而對于加捻卷繞系統(tǒng)來說，由于受以下兩方面的限制，使生產(chǎn)率不可能有突破性的提高，一

2、是受鋼絲圈速度的限制，生產(chǎn)速度不可能大幅提高；二是受鋼領(lǐng)直徑的限制，大幅增加卷裝容量也不可能。其問題的核心在于加捻和卷繞機構(gòu)本身存在著不可克服的矛盾，即加捻器和卷繞機構(gòu)構(gòu)成了一個相互制約的整體系統(tǒng)。只有在加捻器和卷繞件同時回轉(zhuǎn)時，紗線才能獲得捻回和實現(xiàn)卷繞，即紗條的加捻和卷繞作用必須同時進行才能連續(xù)紡紗。在這種情況下，如要加大卷裝就應(yīng)降低錠速；如要提高錠速，就應(yīng)減小卷裝，兩者不可兼得。為了解決這一矛盾，就必須改進現(xiàn)有的加捻卷繞方法并研究

3、新的加捻卷繞方法。 本文首先對新型紡紗方法做了綜述，對其中應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)杯紡紗進行了深入探討。對環(huán)錠紡紗原有的加捻卷繞系統(tǒng)進行分析，根據(jù)運動學(xué)和動力學(xué)原理，將鋼絲圈的運動分解為繞錠子中心軸回轉(zhuǎn)的牽連運動和自身的相對運動，詳細分析了鋼絲圈的受力情況，并根據(jù)紗線氣圈理論，求得了鋼絲圈的動力學(xué)微分方程；應(yīng)用Matlab數(shù)學(xué)工具，求得了鋼絲圈各個力的數(shù)值解法，并進一步得出了運動過程中鋼絲圈的空間位置及鋼絲圈三向傾角的大小。從計算結(jié)果可以

4、看出：氣圈底部卷繞張力TR僅與氣圈高度L有關(guān)，隨著氣圈高度的增加而增加，而與管紗直徑幾乎無關(guān)，這就說明氣圈底部卷繞張力TR只與氣圈形態(tài)有關(guān)；同時可以看出，鋼絲圈的重心位置與管紗的直徑關(guān)系不大，而與氣圈的高度關(guān)系較大，這也就說明當(dāng)紡某種紗時，紗線張力和鋼絲圈的空間位置是隨著氣圈高度的不斷變化而變化的；在鋼絲圈的三向傾角中，前傾角最大，外傾角次之，超前角最小。為了對理論分析結(jié)果進行比較，本文采用國外進口的MotionXtra HG-100K

5、/LE高速數(shù)碼攝影機系統(tǒng)，拍攝了紡紗過程中鋼絲圈的實際運動情況，從中選取了前傾角、外傾角和超前角的一些鋼絲圈照片，從照片可以看出：前傾角最大，外傾角次之，超前角最小。這樣可以定性地看出實驗結(jié)果與理論分析基本一致，從一方面驗證了理論分析方法的正確性。 應(yīng)用摩擦學(xué)原理，分析了鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間的摩擦現(xiàn)象，指出鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間的摩擦屬于干摩擦加上邊界摩擦的混合摩擦，找出了影響鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間摩擦的一些因素，提出控制鋼領(lǐng)鋼絲圈之間摩擦的措

6、施有合理選擇鋼領(lǐng)與鋼絲圈的材料、采用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚矸椒ê吞岣弑砻娴募庸ぞ鹊?。并且設(shè)計了一套測試鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間摩擦力的裝置，該裝置采用電阻式應(yīng)變片，將鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間的摩擦力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的阻值變化，再轉(zhuǎn)換為輸出電信號的改變，通過動態(tài)應(yīng)變儀的放大即可顯示產(chǎn)生的應(yīng)變值，經(jīng)過標(biāo)定即可從應(yīng)變放大器上直接讀取鋼領(lǐng)鋼絲圈之間的摩擦力。該測試裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作的特點。該裝置的核心部件懸臂梁的設(shè)計既考慮了頻率特性，又考慮了測試應(yīng)變靈敏度的要求

7、，其一階固有頻率(1015Hz)為實測摩擦力的最高脈動頻率(12000/60=200)的5倍，因此測量精度較高。由于標(biāo)定時采用10組數(shù)據(jù)，而每組數(shù)據(jù)又采取測量10次，對于每一個載荷值取其10次的平均值作為該載荷的標(biāo)定值，因此標(biāo)定結(jié)果相對可靠。通過標(biāo)定可以看出，該測試裝置的測量精度可達0.5g。將測得的摩擦力實驗數(shù)據(jù)與前面的理論分析結(jié)果進行比較可以發(fā)現(xiàn)，二者基本相符，這也進一步證明了前面的理論分析是比較可靠的。 詳細分析了鋼領(lǐng)與鋼

8、絲圈之間的磨損機理，指出鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間的磨損是十分復(fù)雜的，有氧化磨損、磨料磨損、機械粘合、接觸疲勞、撕裂等，但其主要磨損形式是粘著磨損和疲勞磨損，兼有其它形式的磨損。推導(dǎo)出鋼領(lǐng)鋼絲圈之間磨損量的粗略計算公式，并提出了鋼領(lǐng)鋼絲圈磨損的影響因素，其中包括：(1)材料的質(zhì)量、化學(xué)成分和機械性能的影響，(2)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響，(3)冶金相容性的影響，(4)材料表面狀態(tài)和表層狀況的影響，(5)溫度的影響，(6)載荷的影響，(7)滑動速度的影響

9、等。根據(jù)影響鋼領(lǐng)鋼絲圈磨損的因素，為了減少鋼領(lǐng)鋼絲圈之間的磨損，提高其使用壽命，提出了抗磨損設(shè)計的一些措施，如鋼領(lǐng)鋼絲圈摩擦副材料選配及鋼領(lǐng)鋼絲圈的表面處理等，對生產(chǎn)實踐具有一定的指導(dǎo)意義。 根據(jù)電磁學(xué)理論，提出了新型加捻卷繞系統(tǒng)—磁懸浮鋼領(lǐng)鋼絲圈系統(tǒng)的新技術(shù)，建立了磁懸浮鋼絲圈的數(shù)學(xué)模型及其控制模型，分析了磁懸浮鋼絲圈的受力情況和運動情況，推導(dǎo)出磁懸浮鋼絲圈的動力學(xué)微分方程，指出不加控制的磁懸浮鋼絲圈具有固定的二階無阻尼自振振

10、蕩特性，是一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)；設(shè)計了磁懸浮鋼絲圈裝置，分別介紹了磁懸浮鋼絲圈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，該系統(tǒng)由傳感器、信號預(yù)處理環(huán)節(jié)、A/D轉(zhuǎn)換、DSP、PWM波形輸出環(huán)節(jié)及功放電路組成。建立了以擾動信號為輸入信號的主動磁懸浮鋼絲圈控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并對傳遞函數(shù)進行了分析，指出該系統(tǒng)是能控和能觀的。 在工業(yè)控制中，應(yīng)用最廣泛和最成熟的是PID控制方法，本文詳細介紹了PID控制方法在磁懸浮鋼絲圈系統(tǒng)中的應(yīng)用，并根據(jù)具體研究對象，采用兩種

11、經(jīng)驗方法對PID控制器的參數(shù)進行了整定，得到了比較理想的PID控制器參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法作為一門新型的控制技術(shù)，具有學(xué)習(xí)能力、記憶能力、計算能力和各種智能處理的能力，可在不同層次和程度上模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理、存貯和檢索的功能。本文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法應(yīng)用到磁懸浮鋼絲圈的控制系統(tǒng)中，利用梯度下降法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值進行了優(yōu)化，先用常規(guī)PID控制方法整定得到一組參數(shù)，然后再用這組參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的初始值，這樣可以使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

12、控制的學(xué)習(xí)時間縮短，最后找出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法的優(yōu)化參數(shù)。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制下的磁懸浮鋼絲圈系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線與常規(guī)PID控制下的磁懸浮鋼絲圈系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線進行比較可以發(fā)現(xiàn)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，系統(tǒng)的超調(diào)量減少、穩(wěn)定時間縮短、靜動態(tài)性能指標(biāo)得到較大的改善，系統(tǒng)具有較好的魯棒性與自適應(yīng)性，可以取得良好的控制效果。 系統(tǒng)仿真是上世紀迅速發(fā)展起來的一門新型學(xué)科，是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)