CN104032419B - 一种减小精梳机钳板机构震动力的方法 - Google Patents

Abstract

一种减小精梳机钳板机构震动力的方法，该方法包括钳板机构中钳板后摆臂、前摆臂、下钳板结合件、上钳板结合件、牵吊杆和偏心轮结合件各构件质心的确定，各构件质心的惯性力变化曲线的绘制，钳板机构震动力的计算，钳板机构震动平衡的优化。本发明由于通过该方法可精确获得设置在精梳机钳扳机构的钳扳摆轴和张力轴上用于平衡钳扳机构震动力的平衡重块的最优参数值，故使钳扳机构震动力大幅减小，机构运动稳定性得到明显改善，提高了精梳条的产品质量，降低了精梳机的能耗。

Description

一种减小精梳机钳板机构震动力的方法

技术领域

本发明属于棉纺精梳技术，具体涉及一种减小精梳机钳板机构震动力的方法。

背景技术

 在精梳机的一个工作循环中，周期性地梳理棉丛的两端，梳理过的棉丛与分离罗拉倒入机内的棉网接合，再将棉网输出机外。在梳理与搭接过程中，钳板机构周期性的前后摆动，在摆动的同时上下钳板开启闭合。在精梳机运动的过程中，钳板机构为七连杆机构，每个构件的运动都不是匀速运动。因此，机构的惯性力周期性变化，引发了精梳机的剧烈震动，尤其在现在精梳机实现高速之后，震动更为明显，甚至影响到精梳工艺过程，使得精梳条的质量变差。

同时，随着工作时钳板机构的运转，机架所受的震动力通常呈周期性变化，将导致机座及整个机构产生振动，机构工作不稳定，甚至机构损坏等不良后果。传统精梳机钳板机构的减震方法是在钳板摆轴上与钳板后摆臂相对的位置固连一重块，但是，针对这一重块的质量、质心、形状、安装角度等参数的取值原因及重块的减震效果缺少严谨的理论分析，而且，随着精梳机的发展，钳板机构的重量、形状、结构已经变化许多，但这一重块的质量、形状、安装位置等从未改变，重块对钳板机构的减震效果令人怀疑。因此，找出研究钳板机构震动的科学方法，并提出合理的平衡优化方法，是精梳机进一步发展的必备要求。

发明内容

本发明的目的正是针对上述精梳机钳板机构的震动问题，提供一种减少精梳机钳板机构震动力的方法，它通过对精梳机钳板机构震动力科学严谨的分析，对钳板机构的平衡进行优化得出钳板机构的配重参数。

本发明通过下述技术方案来实现上述目的：一种减少精梳机钳板机构震动力的方法，包括如下的步骤：钳板机构中钳板后摆臂、前摆臂、下钳板结合件、上钳板结合件、牵吊杆、偏心轮结合件各构件质心的确定，各构件质心的惯性力变化曲线的绘制，钳板机构震动力的计算，钳板机构震动平衡的优化。

所述钳板机构各构件质心的确定的方法是：使用机械三维软件，按照钳板机构的零件图，画出每个零件的三维图形，选择零件材料，并按照零件的实际连接方式连接成构件，通过构件的三维实物图找出每个构件的质心位置及相应参数。

所述各构件质心的惯性力变化曲线的绘制的方法是：对钳板机构和钳板摆轴传动机构，分别建立构件动力学模型，对两个机构进行动力学分析，计算精梳机一钳次中每个构件质心的位置、速度、加速度，然后计算每个构件质心的惯性力，绘制各构件质心的惯性力变化曲线。

所述钳板机构震动力的计算方法是：在机构各运动构件所受诸外力的反作用力都作用于同一机座情况下，该机座所受震动力为机构各运动构件惯性力构成的惯性力系的主矢，即所受震动力为：

 (1)

其中，下标 1表示钳板前摆臂，下标2表示钳板后摆臂，下标3表示下钳板结合件，下标4表示上钳板结合件，下标5表示牵吊杆，下标6表示偏心轮结合件，M表示各运动构件总质量，表示各运动构件总质心加速度，表示构件i的质量，表示构件i的质心位置矢量，t表示时间；然后结合计算出的一钳次中不同时刻每个构件质心运动参数，计算出钳板机构一钳次中的总震动力变化曲线。

所述的钳板机构震动平衡的优化的方法是：机座所受的震动力，可通过在构件上附加平衡质量得到平衡，即在钳板七连杆机构中的原动件钳板摆轴和张力轴上附加平衡重块，则平衡后机构总震动力为原机构震动力与平衡配重震动力的叠加，即：

      (2)

其中，下标7表示钳板摆轴上设置的平衡重块，下标8表示张力轴上设置的平衡重块；以平衡后机构总震动力的大小的最大值最小作为目标参数，以实际机器内部的空间限制为约束条件，对上述多变量有约束非线性函数最小化问题进行求解，确定平衡重块的最优参数值，即可实现对钳板机构震动平衡的优化。

本发明提出的减小精梳机钳板机构震动力的方法，可精确获得设置在精梳机钳扳机摆轴和张力轴上用于平衡钳扳机构震动力的平衡重块的最优参数值，故使钳扳机构震动力大幅减小，机构运动稳定性得到明显改善，提高了精梳条的产品质量，降低了精梳机的能耗。

附图说明

图1为钳板机构结构示意图。

图2为各构件质心的位置变化曲线。

图3为各构件质心的惯性力变化曲线。

图4为钳板机构附加平衡重块后示意图。

图5为单个钳板机构一个运动周期内的原始震动力曲线及优化后震动力曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

一种减小精梳机钳板机构震动力的方法，按照下述步骤实施的。

（一）找出钳板机构每个构件的质心，其中钳板机构如图1所示，1为钳板前摆臂，2为钳板后摆臂，3为下钳板结合件，4为上钳板结合件，5为牵吊杆，6为偏心轮结合件，7为钳板摆轴，8为张力轴，9为锡林轴。具体方法是：使用机械三维软件Pro/ENGINEER，按照钳板机构的零件图，画出每个零件的三维图形，选择零件材料，并按照零件的实际连接方式，连接成构件，通过构件的三维实物图找出每个构件的质心位置及相应参数。

（二）绘制各构件质心的惯性力变化曲线，对钳板机构和钳板摆轴传动机构分别建立构件动力学模型，对两个机构进行动力学分析，计算精梳机一钳次中每个构件质心的位置、速度、加速度，然后计算每个构件质心的惯性力，绘制各构件质心的惯性力变化曲线。

以FA261型精梳机为例，当机器速度350n/min，落棉刻度为8时，钳板机构中各构件质心的位置变化曲线见图2，各构件质心的惯性力变化曲线见图3，其中，a表示钳板前摆臂，b表示下钳板结合件，c表示钳板后摆臂，d上钳板结合件，e表示牵吊杆，f表示偏心轮结合件。仿真实验在软件Matlab7.0上实现的。

（三）计算整个钳板机构的震动力，在机构各运动构件所受诸外力的反作用力都作用于同一机座的情况下，该机座所受震动力为机构各运动构件惯性力构成的惯性力系的主矢，即所受震动力为：

  (1)

其中，下标1表示钳板前摆臂1，下标2表示钳板后摆臂2，下标3表示下钳板结合件3，下标4表示上钳板结合件4，下标5表示牵吊杆5，下标6表示偏心轮结合件6，M表示各运动构件总质量，表示各运动构件总质心加速度，表示构件i的质量，表示构件i的质心位置矢量，t表示时间；然后，结合计算出的一钳次中不同时刻每个构件质心运动参数，计算钳板机构一钳次中的总震动力变化曲线。

（四）优化钳板机构震动的平衡，机座所受的震动力可通过在某些构件上附加平衡质量得到平衡，因此，在钳板七连杆机构中的原动件钳板摆轴7和张力轴8上分别附加平衡重块10和11，钳板机构配重如图4所示。平衡后机构总震动力为原机构震动力与平衡配重震动力的叠加，即：

      (2)

其中，下标7表示为钳板摆轴设置的平衡重块10，下标8表示张力轴设置的平衡重块11，平衡重块质心位置矢量（i=7,8）可分解为重块质心到回转中心的距离和重块质心的矢量方向即方位角（精梳机24分度时重块质心与机架水平线的夹角）。以平衡后机构总震动力的大小的最大值最小作为目标参数，以实际机器内部的空间限制为约束条件，对式（2）的多变量有约束非线性函数最小化问题进行优化，确定平衡重块的最优参数值。

以FA261型精梳机为例，机器速度为350n/min，落棉刻度为8时，通过求解式（2）中平衡后机构的总震动力的大小的最小化问题，考虑到机器内部的空间位置，其中，得到优化钳板摆轴上固装的平衡重块质径积和方位角，张力轴上固装的平衡重块质径积和方位角。单个钳板机构一个运动周期内优化前与优化后的震动力曲线如图5所示，八眼钳板机构优化前后震动力特征参数见表1。

表1 钳板机构优化前后震动力特征参数

震动力	最大值（N）	均方根
			优化前	1301.28	44.86
优化后	266.608	7.8274

从图5和表1可知，优化后钳板机构最大震动力减少了80%左右，震动力均方根降低了83%左右，因此，钳板机构的震动力大幅度减小，且机构运动稳定性得到明显改善，从而可以改善精梳条质量，降低精梳机的能耗。

 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。

本发明不局限于权利要求和上述实施例所述及的内容，只要是根据本发明的构思所创作出来的任何发明，都应归属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种减小精梳机钳板机构震动力的方法，其特征在于：包括钳板机构中钳板后摆臂、前摆臂、下钳板结合件、上钳板结合件、牵吊杆和偏心轮结合件各构件质心的确定，各构件质心的惯性力变化曲线的绘制，钳板机构震动力的计算，钳板机构震动平衡的优化四个步骤；

所述钳板机构中钳板后摆臂、前摆臂、下钳板结合件、上钳板结合件、牵吊杆和偏心轮结合件各构件质心的确定的方法是：使用机械三维软件，按照钳板机构的零件图，画出每个零件的三维图形，选择零件材料，并按照零件的实际连接方式连接成构件，通过构件的三维实物图找出每个构件的质心位置及相应参数；

所述各构件质心的惯性力变化曲线的绘制的方法是：对钳板机构和钳板摆轴传动机构，分别建立构件动力学模型，对两个机构进行动力学分析，计算精梳机一钳次中每个构件质心的位置、速度、加速度，然后计算每个构件质心的惯性力，绘制各构件质心的惯性力变化曲线；

所述钳板机构震动力的计算方法是：在机构各运动构件所受诸外力的反作用力都作用于同一机座情况下，该机座所受震动力为机构各运动构件惯性力构成的惯性力系的主矢，即所受震动力为：

 (1)

其中，下标1表示钳板前摆臂，下标2表示钳板后摆臂，下标3表示下钳板结合件，下标4表示上钳板结合件，下标5表示牵吊杆，下标6表示偏心轮结合件，M表示各运动构件总质量，表示各运动构件总质心加速度，表示构件i的质量，表示构件i的质心位置矢量，t表示时间；然后结合计算出的一钳次中不同时刻每个构件质心运动的参数，计算出钳板机构一钳次中的总震动力变化曲线；

所述的钳板机构震动平衡的优化的方法是：机座所受的震动力可通过在构件上附加平衡质量得到平衡，即在钳板七连杆机构中的原动件钳板摆轴和张力轴上附加平衡重块，则平衡后机构总震动力为原机构震动力与平衡配重震动力的叠加：

    (2)

其中，下标7表示钳板摆轴上设置的平衡重块，下标8表示张力轴上设置的平衡重块；以平衡后机构总震动力的大小的最大值最小作为目标参数，以实际机器内部的空间限制为约束条件，对上述多变量有约束非线性函数最小化问题进行求解，确定平衡重块的最优参数值。