针织圆纬机喷油润滑控制系统研究与开发

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织针、三角等成圈机件是针织过程中最重要的针迹形成要素。在织物编织生产过程中,成圈系统作为针织设备的核心部件,在附加外力及动载荷的周期性作用下,出现机件摩擦磨损、振动噪声以及使用寿命降低等现象以及织物表面油针、油点及油斑等质量瑕疵。因此,需要通过加油机对其进行喷油润滑处理。目前,现有加油机多采用喷雾加油方式,但存在自动化水平较低、液位检测误差大、人机交互功能弱、预警报警机制不完善、加油量控制不精确、停车维护时间长等问题。随着针织行业的市场化和竞争环境下的精细化发展的需要,对成圈系统的润滑控制提出了更高的要求。针对现有的喷雾式加油机在编织生产中存在的问题,综合设计开了一种喷雾式加油机及相应的嵌入式控制系统,能够解决织物过程中成圈机件的润滑需要。本文的主要的工作内容如下:(1)研究了圆纬机生产过程中,对成圈机件进行运动及摩擦磨损分析,进而提出具体的润滑需求;明确喷雾式加油机的功能结构组成及工作原理以及综合设计要求,并进行相应的机械结构设计。在此基础上,进一步研究了圆纬机激振导致加油机液面波动降低浮子液位计检测精度的问题,针对这一问题,建立浮子单自由度阻尼振动模型并进行振动解耦分析,通过COMSOL仿真、理论推导、实验测试获取阻尼振动方程的参数后,进行系统瞬态及稳态响应分析,为后续液位检测电路滤波处理、液位数据软件处理奠定基础。(2)设计了具有包括人机交互级、主控级、I/O执行级在内的三级结构的嵌入式喷雾润滑实时控制系统,包括控制系统软硬件结构组成、HMI人机交互模块、喷雾润滑主控模块、信号采集模块、存储空间扩展模块、I/O执行控制模块、通信接口模块及电源模块的硬件电路及软件控制的具体设计与开发。其中,针对液位检测,引入准巴特沃斯型以Sallen-and-Key为基本拓扑结构的低通二阶有源滤波器,并进行品质因素及灵敏度分析以提高检测电路的性能。此外,为进一步提高液位数据的可靠性,采用冒泡法对数据进行处理,设计基于最小二乘法的线性回归和基于Cubic Spline样条拟合模型的液位检测算法及油耗计算并进行残差分析,以提高液位检测的准确性。(3)在完成喷雾润滑控制系统的设计开发后,搭建测试平台,对控制系统各个分部分项模块进行测试,包括HMI人机交互界面测试、预警报警响应测试、I/O执行控制功能测试以及模块间的通信测试。待测试完成后,对整机进行装配调试以及生产现场试运行。经测试验证,喷雾式加油机能够实现精准地喷油润滑控制、控制系统具有较高地稳定性和可靠性。经测试对比,喷雾式加油机的油位检测及油耗信息计算符合预期,预警报警符合设计。目前已被苏州某工厂采用并即将投产,证明了喷雾式加油机具有较高的经济效益和实际应用价值。
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