【摘 要】
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针对现有针织机械,难以进行大幅度的效率提升的问题,本文打破传统针织机械的织针驱动原理的限制,提出了一种新型电磁阵列式的混合磁悬浮织针驱动方法,通过测量织针的上升高度,实时的控制并改变电磁线圈加载的电流大小、方向和机头的横向位移,进而使织针能根据设定的编织工艺动作。本文通过研究电磁线圈和永磁铷铁硼的空间磁场分布规律,分析永磁织针与电磁线圈的混合磁悬浮驱动系统中永磁织针运动高度与电磁力的关系,获得永磁
【基金项目】
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国家自然科学基金项目《狭小空间织针的电磁阵列式大位移驱动机理及应用研究》(51875414); 湖北省自然基金《轴向磁悬浮式针织横的编织驱动机理研究》(2017CFB585);
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针对现有针织机械,难以进行大幅度的效率提升的问题,本文打破传统针织机械的织针驱动原理的限制,提出了一种新型电磁阵列式的混合磁悬浮织针驱动方法,通过测量织针的上升高度,实时的控制并改变电磁线圈加载的电流大小、方向和机头的横向位移,进而使织针能根据设定的编织工艺动作。本文通过研究电磁线圈和永磁铷铁硼的空间磁场分布规律,分析永磁织针与电磁线圈的混合磁悬浮驱动系统中永磁织针运动高度与电磁力的关系,获得永磁织针驱动过程的重要技术指标,并以此为参考设计了一种电磁阵列织针驱动结构。在此结构基础上,以永磁织针和电磁线圈外部轴向磁感应强度的分布规律为基础,建立了永磁织针的磁场数学模型、电磁线圈的电磁场数学模型、电磁-永磁悬浮驱动数学模型与电磁阵列织针磁场模型,获得永磁织针的运动学方程,为研究永磁织针运动规律提供了重要的理论依据。结合磁悬浮织针的驱动模型,在单一式电磁永磁织针驱动结构的基础上,对驱动磁悬浮织针的电磁线圈电流的控制,设计一种基于STM32和全桥驱动电路的磁悬浮织针电磁线圈电流闭环控制器。并在Simulink软件中建立控制系统和PID调节仿真模型,在给定电流激励的条件下,获得了电磁线圈电流响应的时序图,仿真结果表明该控制器能够对织针悬浮驱动电流进行快速和稳定的控制。本文在前期研究的单一式电磁永磁织针驱动结构的基础上,创新设计了一种新型的电磁阵列式织针驱动结构,该结构通过阵列电磁线圈产生驱动合力,增大了织针的悬浮驱动力,提升织针的运动速度,提高针织机械的编织效率。其次,通过优化电磁阵列驱动结构,获得最佳的针织轴向驱动力,从而达到最优结构设计的目的。在最优结构的基础上,通过对阵列式驱动结构的耦合磁场进行数学模型推导和有限元仿真,拓展设计基于阵列式混合电磁悬浮驱动的针织机结构,搭建简易实验平台对电磁阵列式针织横机的驱动性能进行实验测量,验证该方案的合理性及可行性。
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