автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка узорообразующих механизмов трикотажных автоматов

. Г 5 С .1

/ В 1\щ

На правах рукописи

РЕДЬКИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА УЗОРООБРАЗУЮ1ЦНХ МЕХАНИЗМОВ ТРИКОТАЖНЫХ АВТОМАТОВ

Специальность 05.13.07. - автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете.

Научный руководитель: действительный член академии навигации и управления движением доктор технических наук, профессор D.C. КУТЕПОВ.

Официальные оппоненты;

заслуженный деятель науки и техники РФ, действительный член академии качества, доктор технических наук, профессор И.А. КЛУСОВ., кандидат технических наук А.А.ИЛЮХА.

-Ведущая организация!

Киреевская чулочная фабрика ЗАО "Тульский трикотаж".

Зашита диссертации состоится 1 июля 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета ССД 063.47.04 в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, д. 92 (учебный корпус № 9, ауд. 101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан "29" мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., проф. В. М. Малуроц

' оЛ У ■

Принятые сокращении!

МОИ - механизм отбора игл; УВ - устройство ввода информации; ЗУ - запоминающее устройство; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; УС - устройство синхронизации; ФЛО - узел формиропания адреса обращения; ФКО - узел формирования команд отбора; СУУ - система управления узорообразованием; ИЭ - исполнительный элемент; РОУ - рабочие органы узорообразовапия; УО - узел отбора; МДС - магнитодвижущая сила; ДУП - датчик углопого положения; БП - биморфная пластина; ПЭД - пьезоэлектрический двигатель.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность темы. Быстрое развитие текстильной промышленности, ц том числе и чулочного производства, стимулируется прогрессом в химической промышленности, в частности, освоением выпуска синтетических тканей и волокон, позволяющих создать изделия с новыми неизвестными ранее свойствами; успехами в области автоматики, электроники и программного управления, способствующими упрощению механических узлов и, следовательно, повышающими надежность трикотажных машин, совершенствующими технологию'производства, повышающими производительность работ.

В настоящее время в России и странах СНГ имеется более ста предприятии, выпускающих чулочно-трикотажную продукцию. В основном они оснащены отечественными чулочно-вязальными автоматами ОЭД, ОЗДС, Гамма и др., выпускаемыми монополистом в этой области АО "Тулаточмаш". Обладая высокими эксплуатационными качествами, указанные машины имеют существенный недостаток. На них установлен кулачковый узорообра-зующий механизм отбора игл (МОИ). Система узорообразования является составной частью вязальной Машины и во многом определяет ее производительность и рисунчатые характеристики. Применение кулачкового механизма ограничивает возможности вязального автомата по производству красивой качественной продукции, пользующейся спросом у населения.

Совершенствование кругловязальных машин не может осуществляться только за счет совершенствования механических систем и узлов, так как их дальнейшее усложнение является малоперспективным направлением в условиях автоматизации и информатизации современной техники. Отсюда возникла задала разработать узорообразующий механизм отбора игл с электронным управлением, чтобы, сохраняя все возможности существующих вязальных автоматов, не меняя конструкции, улучшить функциональные возможности, поднимающие их до уровня зарубежных машин. '

Целыо работы является создание отечественного узорообразующего механизма отбора игл с электронным управлением на основе поляризованных электромагнитных преобразователей с оптимальными, в смь(сле быстродействия, габаритов и энергоемкости, параметрами.

Создаваемый механизм должен бьгть полностью совместим с отечественными вязальными автоматами и предназначен не только для установки на вновь произвбдимые машины, но и для замены механических устройств управления на автоматах, находящихся на предприятиях и имеющих значительный невыработанный ресурс.

Для достижения поставленных целей нбобходимо в часле других решить следующие задачи:

- построить математические модели зарубежных образцов электромагнитных механизмов отбора игл и провести их теоретические и эксперпмен-тальные исследования для оценки влияния элементов конструкции и конфигурации магнитных цепей на их быстродействие и' массогабаритиые характеристики;

- разработать алгоритм расчета электромагнитных преобразователей для проведения сравнительного анализа;

- на основе сравнительного анализа магнитных цепей поляризованных электромагнитных преобразователен разработать оптимальную в смысле быстродействия и массогабаритных характеристик конструкцию электромагнитного исполнительного элемента;

- разработать электронную систему управления узорообразопаннем с широкими рисунчатыми возможностями, позволяющую максимально упростить процесс переналадки автомата при изменении типоразмера вырабатываемых изделиГг, . - • " ^

- провести анализ перспективных схем исполнительных-элементов на основе явления пьезоэлектрического эффекта.

На защиту выпасите;':

1. Математические модели образцов электромагнитных механизмов от-_ борз игл.

2. Алгоритм расчета электромагнитных преобразователей на основе ^параметров эквивалентных схем замещения.

3. Магнитная схема и конструкция исполнительного элемента узорооб-разукмцего механизма с повышенным быстродействием.

4. Электронная система управления отбором игл с расширенными рисунчатыми возможностями. -

5. Экспериментальный образец узорообразующего механизма отбора игл с электронным управлением, совместимый с отечественными вязальными автоматами.

6. Теоретическое обоснование возможности применения пьезокерамики в нсполш.'тчзлышх элементах механизмов отбора.

Метолм песледррпиия.

Теоретическое исследование образцов механизмов отбора игл осуществлялось на основе Методов анализа схем замещения электромагнитных систем с помощью математического аппарата дифференциального и матричного нечисления и метода кусочно-линейной аппроксимации с применением ПЭВМ.

Научим копизнп.

1. Математические модели образцов электромагнитных узорообразую-тцих механизмов, позволяющие производить анализ процессов, происходящих в процессе перебросгГякорй.

2. Алгоршм и программа для проведения теоретического'исследования характеристик электромагнитных механизмов произвольной конфигурации.

3. Оригинальная схема магнитной цепи исполнительного механизма, удовлетворяющая современным требованиям по быстродействию, разработанная в результате теоретического анализа схем замещения магнитных цепей существующих механизмов отбора игл и поляризованных реле.

4. Электронная система управления, позволяющая максимально упростить процесс переналадки автомате с одного вида продукции ца другой, а также при изменении размеров вырабатываемых изделий.

5. Создание экспериментального образца механизма отбора игл на -основе результатов теоретических исследований."

Практическая ценность ппботм состоит в том, что созданный в ре. зультате проведенных исследований узорообразующий механизм может быть установлен на отечественные чулочно-носочные автоматы и позволит на оборудовании, имеющееся на предприятиях, выпускать отвечаюоо'ю современным требованиям продукцию. Практическую ценность представляет также алгоритм расчета электромагкитных преобразователей, позволяющий производить анализ электромагнитных систем произвольной конфигурации.

Апробация работы. Работа выполнена в рамках научно - технической программы "Конверсия и высокие технологии". Получен грант цо исследованиям в областЕГ проблем легкой промышленности. Результаты работы демонстрировались в 1995 году на межрегиональной выставке - Ярмарке "Наследники Демидовых" и отмечены почетной грамотой. Отдельные результаты работы доложены на региональной научно-практической конференции "Аттестация методик и проблемы технических измерений" и на четвертой всероссийской научно-технической конференции "Состояние и проблемы Технических измерений". Результаты работы внедрены на Киреевской чулочной фабрике ЗАО "Тульский трикотаж".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи, тезисы 2 докладов, получен 1 патент РФ и положительное решение по заявке на полезную модель..

Структура н объем работы. Диссертациониая работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, 59 рисунков и библиографию из 77 наименований. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка использованных источников и Приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы создания отечественного узорообразующего Механизма с электронным управлением, отвечающего современным требованиям, сформулированы цель и задами исследования.

В первом разделе проводится анализ современного состояния развития трикотажных машин в нашей стране и за рубежом. На основе обобщенной структурной схемы излагается общий принцип работы МОИ, проводится обзор существующих конструкций, рассматриваются общие принципы работы и классификация систем управления узорообразованием (СУУ).

Системы узорообраз'ования, применяемые на вязальных машинах, по конструктивному исполнению, техническим характеристикам, принципам работы очень разнообразны. Несмотря на это, работа каждой из них может быть описана с использованием единой структурной схемы (рис.1).

СУУ УО

Рис, 1. Структурная схема МОИ

На кругловязальных машинах при образовании рисунка используется метод, предполагающий исключение из процесса петлеобразования некоторых операций. Чтобы в процессе вязания игла не получила новой нити и не сбросила старой петли, достаточно оставить ее в нижнем положении.

Для разделения движения игл на кругловязальных машинах широко применяются толкатели, которые устанавливаются под каждой иглой цилиндра машины. Толкатели имеют рабочие пятки, служащие для их перемещения по замковой системе, й рисунчатые пятки, взаимодействующие с исполнительными элементами (ИЭ), действующими по командам от СУУ.

. Самыми распространенными сегодня являются электромагнитные ИЭ. Такой ИЭ включает в себя электромеханический преобразователь и отбирающий элемент, непосредственно взаимодействующий с толкателем.

Анализ патентной информации показывает, что почти ?се иностранные фирмы разрабатывают, системы узорообрззовання с индивидуальным oí борем игл и программным управлением, которые дают возможность в процессе вязания изделий управлять каждой-иглой в отдельности.

В зависимости от типа системы управления ЗУ может содержать программу рисунка, описывающую рисунчатую часть, или программу отбора, содержащую команды управления исполнительными элементами. Анализ различных типов систем управления, используемых на кругловязальных машинах, показал, что наибольшую гибкость имеют СУУ с хранением программы рисунка.. Большая часть машин, появившихся в 80-х, 90-х годах оснащены СУУ такого типа.

Рисунчатые возможности машин с электронными системами узорооб-разования зависят рт количества информации, содержащейся в ЗУ, И от возможностей системы управления.

Качество отбора, быстродействие электронной системы определяются устройством исполнительного элемента. Время его переключения ?„ (или частота/,) характеризует быстродействие как механизма отбора, так и всей машины в целом.

Таким образом, создание узорообразующего механизма включает в себя две основные задачи: разработку системы управления с широкими рисунчатыми возможностями, обеспечивающей упрощение переналадки вязального автомата, и разработку исполнитель'ноге элемента блока электромеханических преобразователей, обеспечивающего минимальное время переключения при ограниченных массогабаритных параметрах.

Во ьтором разделе проводится построение математических моделей существующих образцов электромагнитных МОИ, и их теоретические и экс-, периментальные исследования.

Были исследованы три образца электромагнитных МОИ зарубежного производства ведущих в этой области фирм ' \Уа1апаЬе (Япония), БагНопу (Италия), №§а1а 8е1кл (Япония), схемы магнитных цепей которых приведены на рис. 2.

б)

Рис.2. Магнитные схемы испьш>1 пых образцов

В)

Теоретическое исследования зарубежных образцо'ь проводилось с цепью выяснить влияние параметров магнитных цепей на характеристики элек-

тромапштных механизмов. Были проработаны схемы замещения магнитных цепей рассматриваемых механизмов и на основе их параметров автором получены зависимости для электромагнитных сил..Г, и моментов М„ действующих на якорь, из которых выведены соотношения для минимальной МДС рабочей обмотки, обеспечивающей переброс якоря.

На рис. 3 представлены графики зависимостей, полученные на основании выведенных выражений с помощью пакета прикладных программ МЛТНСАО. • *

1

"ц"

о 44

9)

в)

Рис. 3. Графики зависимости электромагнитиыхснл от перемещения (а) и времени переброса от отношении к = (ПУ)„ I (ПУ)Р(б)

На рис.З.а отображен характер изменения электромагнитных сил в процессе переброса якоря. Для первого образца суммарное сопротивление рабочему магнитному потоку Л = ¿»//¿Дне зависит от положения якоря, поэтому в процессе переброса значения электромагнитной силы изменяется по линейному закону Во втором и третьем МОИ (/-¿7*3 - соответственно) измене. ния моментов носят нелинейный характер. Завйсиморть времени переброса 1„ от к - {1Щ„1 (1ЩР показывает (рис.3.6), что наилучшими характеристиками обладает третий МОИ. Максимум быстродействия достигается при соизмеримых значениях (ПУ)„ и (¡Юр. в то время как у первых двух для этого МДС рабочей обмотки должна значительно превышать намагничивающую силу постоянного магнита. Последовательная магнитная цепь в первых двун образцах Приводит к необходимости увеличения рабочих обмоток, так как рабочий поток должен замыкаться через цепь постоянного магнита. В третьем МОИ благодаря параллельной магнитной цепи, по которой замыкается большая часть рабочего магнитного потока, минуя цепь постоянного магнита.

Для получения количественных показателей, а также Исследования влияния конструктивных особенностей механизмов на их характеристики и выработки рекомендаций к проектированию МОИ проведены экслеримен-*альные. исследования зарубежных образцоа

Использован следующий комплект аппаратуры: источник питания Б5-70 (2шт.); генератор ГЭ-112; осциллограф С1-67; стробоскоп. Крайние положения шиберов фиксировались с помощью концевых контактов. Настройка концевых контактов осуществлялась С помощью стробоскопа.

Усредненные результаты экспериментов приведены в таблице^ (1-3 строки).

Таблица 1

Результаты экспериментальных исследований

№ п/п Время Переброса („, мс ' Частота переброса Л, Гц Ток в обмотке /, МА

Un,,- 12 В Um- 24 В.

Watanabe 13,7 9,5 45. 253 .

Santony • 16,8 11,5. 45 210

Nagata Seiki 3,6 7,2 6,9 7,2 60 190

Разработанный образец 2,1 5.2 5.1 5.2 81 98

По результатам исследований образцов МОИ можно сделать вывод, что при примерно равных электрических параметрах габариты и быстродействие МОИ имеют существенные отличия. Характеристики первых двух образцов (рис. 2. а, б) примерно одинаковы. Существенным недостатком являются неблагоприятные условия работы постоянного магнита, подвергающегося сильному размагничиванию со стороны рабочей обмотки, что приводит к необходимости увеличения его объема. Латунные гильзы для крепления постоянных магнитов и магнитопроводов образуют короткозамкнутые витки. Сплошной магнитопровод .способствует появлению вихревых токов. Все перечисленные факторы отрицательно сказываются на быстродействии МОИ.

Третий образец (рис. 2. в) наиболее удачен, из рассматриваемых конструкций МОИ. Он 'имеет якорь с минимальной инерционностью, параллельную магнитную цепь, в которой часть магнитного потока замыкается, минуя цепь постоянного магнита, а малая толщина магнитопровода уменьшает вихревые токи.

В результате сформулированы следующие требования к ячейке МОИ:

- последовательная магнитная цепь нежелательна, так как при эгом большая часть намагничивающей силы рабочей обмотки расходуется на преодоление сопротивления постоянных магнитов, что ведет к увеличению энергоемкости и габаритов рабочей обмотки";

- конструкция должна исключать возможность образования коротко-замкнутых витков на пути рабочего магнитного потока;

- для уменьшения вихревых токов желательно магнитопровод выполнять шихтованным;

- подвижная часть исполнительного элемента МОИ должна иметь минимальную инерционность, ее габариты должны определяться только требованиями прочности и жесткости, расположение на ней обмоток и постоянных магнитой нежелательно.

В третьем разделе проводится анализ магнитных цепей поляризованных электромагнитных преобразователей; разрабатывается алгоритм их расчета, приводятся результаты расчетов, сравнительный анализ и разработка оптимального варианта исполнительного элемента.

Теоретические исследования электромагнитных систем выполнены с целью выяснения влияния элементов магнитной цепи на их быстродействие и разработки оптимальной конструкции электромагнитного ИЭ.

' Для теоретических исследований разработана программа расчета быстродействия электромагнитного механизма по параметрам его магнитной цепи. Расчет производится на Основе параметров эквивалентной схемы замещения.

Как показали исследования математических моделей образцов МОП, процессы, происходящий а электромагнитной системе, в общем случае носят Нелинейный характер. В процессе переброса якоря электромагнитного механизма происходит изменение параметров магнитной цени (сопротивлений за-

зоров), а, следовательно, VI величин магнитных потоков и электромагнитных сил. Угол поворота якоря <р разбивается на п участков, на каждом из которых параметры магнитной цепи принимаются постоянными. Для каждого участка исходя из текущих параметров эквивалентной схемы замещения составляется матрица для расчета магнитных потоков в рабочих зазорах:

(Л,, Дп , Лы

л, л, . л е !

\ п1 п] «я ■ п У

где Л,; - магнитные сопротивления ветвей схемы замещения; Е, - суммарны! МДС контуров схемы.

По полученным величинам магнитных потоков определяются электро магнитные моменты и время поворота якоря на угол Др = (р/ п. Для еп расчета из уравнения движения якоря была получена следующая формула:

Н = 1 + и ~сокУ ,

где J - приведенный к оси якоря момент инерции системы; сок - текущее зне чение угловой скорости якрря.

В ходе расчетов рассмотрен^ поляризованные системы, так как пр1 мененне электромеханических преобразователей С нейтральной магнитно системой не -позволяет получать требуемого быстродействия механизма о: бора в целом. Поэтому были проанализированы поляризованные электрома] нитные преобразователи с параллельной (дифференциальной) и моСтово магнитной цепью, а также схемы с однополярным управлением и возврате от постоянного магнита. .

Результаты расчетов для различных электромагнитных систем с од!1н ковыми исходными параметрами магнитной ¡цепи приведена в табл. 2 (стрм 1-6).

Для однополарных систем указаны два значения !„ - для переброса П{ включении и рри отключении управляющего напряжения.

Недостаток дифференциальных схем в том, что поляризующий управляющий магнитные потрки не'разделены полностью, что вызывает р обходимость увеличения поперечного сечения элементов магнитной систе* и, следовательно, увеличение размеров.и массы электромагнитного механк Ма. В мостовых схемах достигнуто почти полное разделение поляризующего управляющего потоков, которые сходятся только в полюсных наконечника)! рабочих магнитных зазорах, что дает, возможность уменьшить габарита размеры ч массу электромагнитного механизма. Увеличение числа рзбоч зазоров приводит к повышению электромагнитной силы, перебрасывают Г якорь. .

Таблица 2

Результаты расчетов электромагнитных преобразователен

№ п/п Тип магнитной цепи Магнитная . схема шР 1\У„ 1п, мс

1У/„=500А 1\УР=1000Л

1. Дифференциальная и. а л. п1] 9,5 .4,8 . 2,7 '

2. Мостовая 11 ]я'Я 1 4,5 3,5 1,9

3. Мостовая и <4 Э 4 • 10 4,1 2,4

и, я.

4. Мостовая |-—' 9,5 4,8 2,7

5. Мостовая —сэ-Цпч)— -СП- 6,5 5,3 3,2

б. Одноло-лярная ; Л. 1 12 3,2 6,6 2,1 6,6

7. Однопо-лярная и, к» Сп Сп' 2 2,8 3,15 1,1 3,15

Однако исследование мостовых схем показывает, что в любом из крайних положений якорь замыкает цепь постоянного магнита, в то время как рабочий магнитный поток замыкается через воздушный зазор. Поэтому для трогания якоря требуется увеличение МДС рабочей обмотки.

В результате анализа схем замещения магнитных цепей МОИ с учетом выработанных требований разработана схема магнитной цепи и конструкция исполнительного механизма с однополярным управлением и возвратом от постоянного магнита (рис.4), позволяющая повысить быстродействие без увеличения МДС обмо.тки.

а) б)

Рис. 4. Магнитная схема (а) н конструкция (б). разработанного электромагнитного ИЭ

При отсутствии управляющего сигнала якорь 1 удерживается в нерабочем положении за счет постоянного магнита 2. При подключении обмотки 3 к источнику напряжения возникает магнитный поток, замыкающийся через магнитопроводы 4, якорь и воздушные зазоры между ними, что приводит к появлению электромагнитной силы, перебрасывающей якорь в рабочее положение. •

Электромагнитный механизм (рис.4.б) представляет собой П-образньш магнитопровод4, имеющий две обмотки 3 и 5. На одном Плече магнитопрово-да установлен постоянный магнит 2 с полюсным наконечником. 6. На оси установлен якорь, 1, од''н конец которого входит в зазор между плечом магни-тонровода и полюсным наконечником; на другом-конце закреплен шарнир, входящий в паз шибера 7. -

Результаты расчетов по данному электромагнитному преобразователю приведены в табл. 2 (строка 7). Постоянный магнитный поток всегда замыкается через воздушный зазор, поэтому трогание происходит при небольших соотношениях Исполнительный элемент такой конструкции обла-

дает более высоким быстродействием за счгг увеличения электромагнитного момента в результате того, что г» рабочем плложешш якорь ибргчует с машц-гопроводом.замкнутую цепь дле рабочей» магнитного ьоточ-з.

I? четпсртом разделе разрабатывается структурная, а на ее основе принципиальная электрическая схема системы управления узорообразоваии-ем,- рассматриваются возможности совершенствования СУУ; приводится краткое описание конструкции и принципа действия опытного образца узоро-образующего механизма отбора игл'с электронным управлением, созданного на основе теоретических разработок; проводятся его экспериментальные исследования.

Кругловязальная машина с программным управлением представляет собой автоматизированный комплекс, состоящий из объекта управления, технических средств управления, программного обеспечения.

Функцией СУУ в этом автоматизированном ^комплексе является формирование управляющих воздействий иа исполнительные элементы для выработки трикотажных изделий с заданными петельной структурой, рисунком и размерами составляющих частей. В результате анализа технологического процесса вязального автомата с электронным управлением разработана структурная схема СУУ (рис.4).

32 канала _

ДУП

8р Блок УСИЛ1 • телен 8р. счетчик оборо-тоз

генератор

дешиф-рагоры поля

дешиф" р.аторы рису; оса

5р.

МО!

мог

моз

М04

Зр.

8 каналов

дешиф- •

раторы — нитевод

цвета

Рис. 5. Структурная схе^а СУУ

В основу разработанной системы управления положен принцип построения рисунка чулочным автоматом. Процесс вязания делится на семь этапов: резинка, поле, рисунок, поле, пятка, стопа, мысок. Рисунок можно разбить на столбцы и строки. Столбцы соответствуют координатам игл, расположенных на цилиндре вязального автомата, строки - каждому ряду петель рисунка. Для формирования рисунка необходимо знать координату иглы и номер ряда рисунка. Для формирования размера изделия требуется знать число рядов петель в каждом из семи полей.

Текущее значение координаты иглы определяется с помощью датчика углового положения (ДУП), выдающего информацию в виде двоичного восьмиразрядного кода. С выхода ДУП код поступает на блок усилителей, после

чего подается на счетчик оборотов. Число оборотов системы цилиндр - датчик будет соответствовать номеру ряда петель формируемого рисунка. Таким образом формируется 15-разрядный адресный код, который подается на'вход блока ПЗУ. Заранее запрограммированное ПЗУ содержит программу вязания, составленную на основе проекта дизайнера. Координате петли (номер иглы, номер ряда) соответствует код, содержащий команды типа "вязать - не вязать" и информацию о выборе нити. ' _ -

15-разрядному коду адреса на входе ПЗУ соответствует 8-разрядный код данных на выходе, содержащий информацию о номере иглы и выборе нитки, который поступает на адресные входы дешифраторов рисунка и цвета. В зависимости от двоичного кода данных ПЗУ на одном из выходов дешифраторов появляется управляющий сигнал, который поступает на исполнительные элемгнты МОИ и механизмы смены нити. Блок дешифраторов обеспечивает 32 канала у давления механизмами отбора игл и 8 каналов управления нитеводом. - . '

Для экономии памяти ЗУ разработан дополнительный блок дешифраторов размера, благодаря которому ЗУ будет содержать информацию только о характере рисунка и включаться по его начальному адресу.' При изменении размера изделия переналадка осуществляется посредством определенной комбинации перемычек на сменных разъемах дешифраторов, а память ЗУ расходуется только на .хранение информации о рисунке, что позволяет значительно'расширить рисунчатые возможности при использовании ЗУ той же емкости и использовать одно и то же ЗУ при вязании изделий разных размеров. - •

Разработанная система управления узорообразующим механизмом отбора игл обеспечивает расширенные рисунчатые возможности и упрощение переналадки автомата при изменении типоразмера продукции.

На основе разработанных - конструкции исполнительного элемента и принципиальной электрической схемы СУУ был разработан комплект рабочей документации и создан экспериментальный образец узорообразующего механизма отбора игл с электронным управлением. Устройство состоит из двух блоков: системы управления узорообразованием-и блока электромеханических преобразователей. Электромеханический блок представляет собой восьмиуровиевый батарейный механизм отбора игл,' каждый уровень которого представляет собой исполнительный элемент разработанной выше конструкции (рис.4.б) '

Целью экспериментальных исследований является определение характеристик опытного образца, а именно: максимальной частоты переключе-, иия, потребляемого тока и мощности, а также исследование процессов, происходящих в электромагните в момент переброса якоря. Испытания Проводи-

лись по методике и с помощью комплекта "аппаратуры, разработанных ранее для исследования зарубежных образцов. Усредненные характеристики показаны в табл. 1 (строка 4). Максимальная частота переключения, при которой происходит устойчивая работа электромеханического блока, составляет в среднем 81 Гн, что на 30 % выше, чем у лучшего нз испытанных образцов. При этом потребляемый ток не превышает 100 мА, что в два раза ниже, чем значения, полученные при испытании зарубежных образцов.

Созданный образец может быть установлен на отечественные чулочно-носочные автоматы без значительных переделок самой машины, что позволит сделать отечественные трикотажные автоматы конкурентоспособными на мировом рынке и отказаться от закупки зарубежных машин.

В пятом разделе проводится анализ перспективных вариантов МОИ, работа которых основана на явлении пьезоэлектрического эффекта; разрабатываются исполнительные элементы с биморфной пластиной (БП), с пьезо- ' двигателями; проводится анализ работы и возможности повышения быстродействия, разрабатывается методика расчета пьезоэлементов для использования их в механизмах отбора игл.

Успехи в развитии электроники привели к возможности создания высокоэффективных СУУ на базе интегральных микросхем. Однако они применяются в совокупности с электромагнитными ИЭ, с которыми они практически не совместимы по быстродействию. В связи с этим возникает необходимость поиска более совершенных функциональных аналогов, способных в перспективе заменить электромагнитные преобразователи. В этом качестве могут выступить пьезокерамические элементы, которые находят все большее применение в современной технике.

Разработанная методика проектирования исполнительных элементов на основе биморфных пластин и пьезодвигателей позволяет производить оценочный расчет пьезохпементов, обеспечивающих заданные значения быстро- „ действия и механического перемещения.

Одной из наиболее перспективных конструкций пьезоэлементов, предназначенных для использования в приборостроении и автоматике, является биморфная пластина (БП). В результате анализа процессов, происходящих в БП, были получено соотношение для определения минимального времени переброса для исполнительного элемента с БП (рис. 6.а):

где 8- требуемое перемещение, р- плотность пьезокерамики, К - ее модуль Юнга, Епр - пробивное значение напряженности, ки1„- некоторый коэффициент ¡апаса по электрической прочности.

2пдкт 10,235 р 3</,,£„„ V У

В таком ИЭ шибер расположен между двумя БП, одна из которых в зависимости от полярности управляющего сигнала перемещает его вверх, другая - вниз.

а) б)

Рис. 6. Исполнительные элементы с БП (а) и ПЭД (С)

Получены также выражения для определения геометрических размеров БП по заданым требуемым значениям <5 и /„.:

43

Л' ЩР,шт где а, I - толщина и длина пьезоэлемента.

Кроме БП в ходе работы была-рассмотрена возможность применения в качестве исполнительных элементов пьезоэлектрических двигателей (ПЭД). Высокие старт - стопные характеристики позволяют использовать ПЭД в качестве шагового двигателя с малыми величинами времени пуска и торможения (порядка 0,1... 1 мс) и большой точностью обработки угловых перемещений (до десятых долей градуса).

Принцип работы пьезоэлектрических двигателей вращения (рис. 6.6) основан на преобразовании электромеханических колебаний, создаваемых в пьезоэлементе 1 за счет обратного пьезоэффекта, в дискретное вращательное движение ротора 2.

В процессе переброса шибера 3 ротор должен повернуться за время 1„ на некоторый угол (р. Для его определения был проведен анализ переходного процесса двигателя и в результате получена формула: '■

где Тм -постоянная времени переходного процесса, а>0 - установившееся значение частоты вращения ротора. Поворот ротора за время /„ на угол ¡р гарантированно произойдет при ТА! <1г, —<р1оа. Для определения толщины а и ширины осциллятора получены следующие выражения:

а =

4U^d„vjQ.

■ .......- - )

n'coD cosa , ■

л TyaYDf cosa

где QM - механическая добротность пьезокерамики, J - приведенный к оси ротора момент инерции системы, Dp - диаметр ротора пьезодвигателя, а - угол прижима осциллятора. Длина / определяется из условий равенства частот продольных и изгибных собственных колебаний.

Анализ полученных соотношений показывает, что характеристики пье-зокерамических ИЭ в значительной степени определяются параметрами материалов, поэтому при проектировании важное значение имеет правильный выбор пьезокерамики.

Использование твердотельных пьезокерамических преобразователей позволяет значительно улучшить многие качественные показатели: надежность пьезокерамических элементов выходит на уровень электронных схем (интенсивность отказов на уровне 10'6); значительно снижаются массогаба-ритные показатели электромеханических преобразователей; поскольку проста технология производства пьезокерамики, удается снижение стоимости. Применение пьезокерамики позволит решить многие проблемы в развитии узорообразующих механизмов и является весьма перспективным направлением.

В приложении приведены программа расчета электромагнитных преобразователей и акт внедрения результатов работы,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований образцов электромагнитных механизмов отбора выработаны требования к исполнительному элементу и рекомендации к его проектированию.

2. Разработанная методика расчета магнитных цепей позволяет производить анализ электромагнитных преобразователей произвольной конфигурации.

3. На основе сравнительного анализа магнитных цепей разработана магнитная схема и конструкция исполнительного элемента механизма отбора игл.

4. Разработанная система управления отбором игл позволяет расширить

рисунчатые возможности вязального автомата и значительно упростить про-

цесс переналадки с одного вида изделия на другой.

5. Создан экспериментальный образец, имеющий быстродействие на 25% выше, чем у зарубежных образцов, и потребляющий вдвое меньше энергии.

6. Теоретически обоснована возможность применения в перспективе пьезокерамических исполнительных элементов, что позволит значительно уьеличить быстродействие узорообразующего механизма.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. В.Ф. Антонов, A.A. Баранов, Е.Т. Евстигнеев, В.С, Кутепоа, A.B. Редькин. Управление узорообразующими механизмами отбора игл вязальных автоматов / Автоматизация и современные технологии. - N 4. - Москва, 1996. -с. 8- 10.

2. Е.Т. Евстигнеев, B.C. Кутепов, A.B. Редькин, Использование узорооб-разующих механизмов с микропроцессорным управлением в трикотажном производстве области / Демидовские чтения . Вып. 2, Тула, 1997, с. 36-41

3. A.B. Редькин. Определение координаты иглы в процессе рисункооб-разования в кругловязальном автомате //Аттестации методик и проблемы технических измерений. Тезисы докладов региональной научно-практической конференции. Москва, 1997.» с. 287,

4. Е.Т. Евстигнеев, A.B. Редькин. Повышение рисунчатых возможностей кругловязальных машин с электронным управлением // Состояние и проблемы технических измерений. Тезисы докладов четвертой всероссийскоГ научно-технической конференции. Москва, 1997, - с. 269.

5. Устройство отбора игл вязальной машины. МКИ 4 D04B15/78 / А.А Баранов, Е.Т. Евстигнеев, B.C. Кутепов, A.B. Редькин - заявка на полеэнук модель N 95113853. Полож. решение от 13.03.97.

6. Патент 2084570 РФ. Устройство отбора игл вязальной машины. МЮ 4 D04B15/78 / A.A. Баранов, Е.Т. Евстигнеев, B.C. Кутепов, A.B. Редькш Опубл. в Б. И. №20, 1997.

Подписано в печать . Формат (умагм 60л84 Ш6. Бумага типографская № 1

Офсета« нечть. Усл. исч.я. . Усл. кр.-отт, /г / .Уч. изд. л. О

Тираж $0 жз. Закал •

Тульский юсударстеииый университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 91. Гг.'ык'цшишо- ныакльский центр Тульскою государственного университета. ЗЛЫМИ), I. Тула, ул. Кодяииа, 151