MATLAB与ADAMS联合仿真在平缝机中的应用

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  关键词:平缝机;MATLAB/Simulink;ADAMS;联合仿真
  随着缝制设备的需求不断扩增,我国已成为最大的缝制设备销售市场,我国缝制机械行业作为服装生产行业的上游产业,通过不断的创新和发展,已成为我国最具竞争力的产业之一,国内外市场不断增加的需求量为平缝机的市场带来了更大的机会,提供了新的活力。工业平缝机是最常用的缝制设备之一,完成缝制品的大部分缝纫动作,因此,对平缝机的生产制造对顺应纺织、绣花等劳动密集型产业的不断发展有至关重要的作用。
  传统的产品设计周期长,通过设计、加工、制造、装配等工序完成后,才能得到一个产品物理样机,然后物理样机是否合格,还需进行进一步的实验检测,然后存在不断修改和返工再制造的情况,这样会造成浪费和生产效率低的结果。通过仿真的方式,可以提前进行样机的实验,缩短产品生产周期,由于平缝机的构成零件多,整机模型较为复杂,采用三维建模软件建立模型,然后利用MATLAB和ADAMS软件进行联合仿真,找寻平缝机成缝机构的最佳运动性能。
  1平缝机组成和工作原理
  1.1平缝机组成
  平缝机是一种典型的机电一体化产品,由多种零部件构成,是一个复杂的装配体。一台平缝机主要包括壳体、驱动部分,成缝机构和辅助组件等部分。平缝机的壳体主要是机头外壳和台板两个部分,驱动部分可以由多种方式驱动,有传统的脚踏板或者皮带轮,也有目前应用较多的电机驱动,成缝机构包括实现缝纫动作的四大主要机构,分别是刺布机构,挑线机构,旋梭机构和送布机构,互相配合,共同完成缝纫操作。在缝纫机工作的过程中,除了主要成缝机构外,还有相关的辅助组件,例如完成倒缝动作的倒缝组件,调节针距的调节组件,还有缝纫机工作过程中实现润滑的系统组件,辅助配合缝纫机机构,实现常见的缝纫操作,且在操作过程中保证平缝机能够正常运转。其中,各种成缝机构和辅助组件又具体是由多种零件组成,例如,刺布机构是由刺布曲柄、刺布连杆、滑块、导轨、缝针等零件组成。
  1.2工作原理
  要完成缝纫的动作,必须要求平缝机的刺布机构、挑線机构、旋梭机构和送布机构以及其他辅助机构相互配合。在平缝机中,通过传送带将原动力传递给平缝机上轴,上轴驱动刺布挑线机构运动,上轴通过皮带传动或者齿轮啮合将运动传递到平缝机的下轴,抬牙连杆组和送布连杆组将运动传递到抬牙轴和送布轴,共同构成抬牙送布机构,配合旋梭机构和刺布挑线机构,辅助机构实现调节针距、倒缝等动作,共同按照固有节拍,完成送布缝纫动作。平缝机工作过程传动路线如右图2所示。
  2 MATLAB与ADAMS联合仿真方案设计
  ADAMS是一款虚拟样机分析软件。ADAMS一方面是可以进行虚拟样机分析的常用软件,用户可以运用ADAMS软件便捷地对机械系统的虚拟样机进行运动学和动力学分析。另一方面,ADAMS作为虚拟样机开发工具,它拥有开放的程序结构和程序接口,可以用于虚拟样机分析的二次开发平台,进行产品进一步研发。
  Simulink是MATLAB软件的重要组成部分,它能提供集动态系统建模和仿真分析为一体的集成环境,是一种可视化的仿真工具,基于MATLAB的框图设计环境,来实现系统建模仿真和分析的一个软件包,广泛应用于线性/非线性系统、数字控制及信号处理的建模及仿真中,Simulink提供了建立方块图的图形用户接口,通过单击和鼠标拖动即可实现,因此,具有快捷,简单的特点,且用户可以直接看到仿真结果。
  ADAMS与MATLAB的联合仿真过程,使仿真效果更加接近物理样机,仿真过程主要包括机械系统模型创建、参数设置、建立MATLAB控制模型以及仿真结果处理四个环节。仿真过程前两步可以导出一个在MATLAB软件Simulink中使用的模块,这个模块包含了所建立ADAMS模型的信息参数,并有输入输出接口。利用Simulink模块在MATLAB中建立控制系统,就可以控制ADAMS模型,在仿真运行结束后,将联合仿真的结果,进行数据后处理和分析。
  3平缝机联合仿真模型建立
  平缝机的联合仿真模型建立过程包括三维模型建立,ADAMS动力学仿真模型建立和MATLAB控制模型建立三个过程,三个部分共同配合,完成联合仿真模型的建立。
  3.1平缝机的三维建模
  目前,三维建模的软件有很多,例如Proe、SolidWorks、CATIA、UG、3ds Max等三维建模软件。在平缝机进行三维建模前,对比每种三维建模软件的优缺点,选择适合平缝机零件表达的SolidWorks软件进行建模。建模的过程中,按照其组成分类,将平缝机的构成部分进行模块化划分,先构建刺布机构、挑线机构、旋梭机构和送布机构四大关键成缝机构的三维模型,然后建立台板和机头外壳的模型,其次是建立电机、压料、电磁铁等辅助部件的模型,由于模块式驱动平缝机的零件多,因此装配的过程中先组装成部件,然后按照模块组装,由小模块组装成大模块,最后完成整机模型建立。
  3.2动力学模型建立
  在进行虚拟样机动力学模型建立时,将三维软件中建立好的模型导入到ADAMS中,然后添加相应的约束类型,使其能够真实反映物理样机,在建立动力学模型时,可以考虑到模型中的主要运动机构部分,考虑到计算机和软件的计算分析能力等因素,可以对平缝机组成部分进行合理简化,去掉与机构运动相关性小的元素,只留下主要部分,这样可以较快速地构建平缝机的动力学模型,在ADAMS软件中可以仿真计算出机构运动的相关曲线。
  3.3控制模型建立
  在平缝机的动力学模型建立好后,用MATLAB打开AD-AMS存放文件的文件夹,在Simulink仿真模块中,建立连接,然后设置控制模型参数,在这个过程中,需要明确系统的输入、输出、控制元件和对应程序,例如建立好刺布机构的Sim-ulink控制模型,以刺布机构中刺布曲柄的角速度作为已知输入,运行仿真模型,可以得到平缝机刺布机构中各运动部件的运动学和动力学曲线,从而分析该联合仿真模型建立的正确性,且在此过程中,可以不断优化和改进,得到最优的设计方案。
  4结论
  本文从平缝机的组成和工作原理、MATLAB和ADAMS联合仿真方案设计,平缝机联合仿真模型建立三个方面出发,阐述了平缝机虚拟样机模型建立的过程和方法,并通过联合仿真的方式,可以得到平缝机运动学和动力学仿真结果,验证平缝机模型建立的正确性,为工程实际平缝机物理样机提供了依据,也提供了机械产品进行虚拟仿真的方法和思路。
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