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?cái)?shù)寬和成紗質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)科研人員對(duì)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(gè)系統(tǒng)。對(duì)于牽伸而言，科技人員開(kāi)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(duì)于加捻卷繞系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(wèn)題的核心在于加捻和卷繞機(jī)構(gòu)本身存在著不可克服的矛盾，即加捻器和卷繞機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)相互制約的整體系統(tǒng)。只有在加捻器和卷繞件同時(shí)回轉(zhuǎn)時(shí)，紗線才能獲得捻回和實(shí)現(xiàn)卷繞，即紗條的加捻和卷繞作用必須同時(shí)進(jìn)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(jìn)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(duì)新型紡紗方法做了綜述，對(duì)其中應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)杯紡紗進(jìn)行了深入探討。對(duì)環(huán)錠紡紗原有的加捻卷繞系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，將鋼絲圈的運(yùn)動(dòng)分解為繞錠子中心軸回轉(zhuǎn)的牽連運(yùn)動(dòng)和自身的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，詳細(xì)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(dòng)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(gè)力的數(shù)值解法，并進(jìn)一步得出了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鋼絲圈的空間位置及鋼絲圈三向傾角的大小。從計(jì)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(wú)關(guān)，這就說(shuō)明氣圈底部卷繞張力TR只與氣圈形態(tài)有關(guān)；同時(shí)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(shuō)明當(dāng)紡某種紗時(shí)，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(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，本文采用國(guó)外進(jìn)口的MotionXtra HG-100K

5、/LE高速數(shù)碼攝影機(jī)系統(tǒng)，拍攝了紡紗過(guò)程中鋼絲圈的實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致，從一方面驗(yàn)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鹊取２⑶以O(shè)計(jì)了一套測(cè)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(hào)的改變，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的放大即可顯示產(chǎn)生的應(yīng)變值，經(jīng)過(guò)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(cè)試裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作的特點(diǎn)。該裝置的核心部件懸臂梁的設(shè)計(jì)既考慮了頻率特性，又考慮了測(cè)試應(yīng)變靈敏度的要求

7、，其一階固有頻率(1015Hz)為實(shí)測(cè)摩擦力的最高脈動(dòng)頻率(12000/60=200)的5倍，因此測(cè)量精度較高。由于標(biāo)定時(shí)采用10組數(shù)據(jù)，而每組數(shù)據(jù)又采取測(cè)量10次，對(duì)于每一個(gè)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(duì)可靠。通過(guò)標(biāo)定可以看出，該測(cè)試裝置的測(cè)量精度可達(dá)0.5g。將測(cè)得的摩擦力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與前面的理論分析結(jié)果進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，二者基本相符，這也進(jìn)一步證明了前面的理論分析是比較可靠的。 詳細(xì)分析了鋼領(lǐng)與鋼

8、絲圈之間的磨損機(jī)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(jī)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(jì)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(jī)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(dòng)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(jì)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(duì)生產(chǎn)實(shí)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(yùn)動(dòng)情況，推導(dǎo)出磁懸浮鋼絲圈的動(dòng)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(wú)阻尼自振振

10、蕩特性，是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)；設(shè)計(jì)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(jì)，該系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)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(dòng)信號(hào)為輸入信號(hào)的主動(dòng)磁懸浮鋼絲圈控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)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(xì)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(duì)象，采用兩種

11、經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)PID控制器的參數(shù)進(jìn)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(mén)新型的控制技術(shù)，具有學(xué)習(xí)能力、記憶能力、計(jì)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(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值進(jìn)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(shí)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(duì)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(jìn)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(shí)間縮短、靜動(dòng)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(jì)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)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)