電腦橫機組合式凸輪換色基座的創(chuàng)新設(shè)計

常熟市國光機械有限公司 顧振剛 鄭文玉 肖鋒 何明華/文

本文通過對原有電腦橫機采用的電磁鐵驅(qū)動換色基座存在的缺點進行分析，對采用組合式凸輪技術(shù)和控制方法所提供的一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、維修率低的換色基座進行了特點及運行的分析和說明。

1. 前言

換色基座是電腦橫機在編織過程中選擇不同導(dǎo)紗器滑架（也稱烏斯座）帶動紗嘴中的紗線來完成各種編織的重要部件。

現(xiàn)有的換色裝置一般均采用電磁鐵配合杠桿推動的方式來實現(xiàn)其功能。目前無論是國內(nèi)還是國外生產(chǎn)制造的電腦針織橫機一般均采用上述原理制造。多個導(dǎo)紗器滑架由獨立的電磁鐵控制，使用頻率高的電磁鐵每年要更換1～3次。

2. 電磁鐵驅(qū)動缺點的分析

1）每個電磁鐵都有連接控制線，再加上電磁鐵的磁場較大，造成電控部分的干擾，影響電控穩(wěn)定性。

2）單個電磁鐵故障，無法報警提示，維修人員不能盡快確定排除。

3）電磁鐵切換啟用頻率高，瞬間工作沖擊力大、噪聲大，容易損壞切換機構(gòu)和電磁鐵自身，故障多、維修率高。

由于以上存在的缺點，造成了機械部件更換率和編織物廢品率高，編織原料浪費大，維修人員花費工時成本高。

3. 組合式凸輪換色基座的設(shè)計理念

基于電磁鐵換色基座的缺陷較多，常熟市國光機械有限公司研發(fā)團隊對此進行了多年的探索研究，開發(fā)了一種采用動力裝置為電機驅(qū)動的組合式凸輪換色基座。

該組合式凸輪換色基座的優(yōu)點是：避免了電磁鐵造成的電控部分干擾、穩(wěn)定性差的問題。利用電機驅(qū)動組合的凸輪推動所需切換滑塊，由切換滑塊帶動導(dǎo)紗器滑架，凸輪與切換滑塊之間工作配合無沖擊力，因此噪聲小。同時，減少了電路控制連接和電磁鐵所產(chǎn)生的電磁干擾，穩(wěn)定性好，各相關(guān)部件也不容易損壞，維修少，使用壽命長。

4. 組合式凸輪換色基座的工作原理及機構(gòu)特點

組合式凸輪換色機構(gòu)如圖1所示，包括用來選擇導(dǎo)紗器滑架的切換滑塊2、杠桿3和動力裝置，所述杠桿3為蹺蹺板式設(shè)置，其中部采用軸4固定，杠桿3的兩端分別設(shè)置有切換滑塊2、動力裝置，動力裝置推動杠桿3一端，杠桿3的另一端帶動切換滑塊2向上運動，所述切換滑塊2上設(shè)置有復(fù)位彈簧10，復(fù)位彈簧10設(shè)置在切換滑塊2和安裝蓋板11之間，在動力裝置推動杠桿3一端的力度解除后，復(fù)位彈簧10使切換滑塊2向下復(fù)位。所述動力裝置摒棄傳統(tǒng)采用組合電磁鐵來分別推動所需切換滑塊2的結(jié)構(gòu)，其包括電機驅(qū)動的凸輪6，所述凸輪6安裝在電機軸5上，凸輪6下方為杠桿3，凸輪6的曲面作用在杠桿3的一端，即凸輪6的曲面推動杠桿3的一端。

圖1 凸輪換色機構(gòu)示意圖

如圖1所示，還可以在凸輪6與杠桿3之間設(shè)置頂銷8，所述頂銷8可上下活動地安裝在凸輪6下方的基座12上，其上端緊靠凸輪6的曲面，其下端作用在杠桿3的一端。一般情況下，單系統(tǒng)的電腦針織橫機的換色基座由八個并排的換色機構(gòu)構(gòu)成，從一端起，相鄰四個換色機構(gòu)的凸輪設(shè)置在一個電機軸上，而雙系統(tǒng)、三系統(tǒng)則以此類推。

5. 組合式凸輪換色基座的具體實施方式

5.1 凸輪類型的選擇

當(dāng)從動件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時,常采用凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)一般由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成。凸輪機構(gòu)的主要優(yōu)點是，只要適當(dāng)設(shè)計凸輪輪廓曲線，即可使從動件實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律，簡單緊湊。

電腦橫機換色基座工作時要求中速低載，故可選擇盤形凸輪控制頂銷8的上下運動，應(yīng)用最普遍的滾子從動件，其承受力較好。盤形凸輪需要與柱形彈簧配合工作，為力鎖合凸輪機構(gòu)。

5.2 組合式凸輪分度轉(zhuǎn)動規(guī)律

電腦針織橫機的換色基座包括多個換色機構(gòu)，一般情況下，單系統(tǒng)的電腦針織橫機的換色基座具有6至8個換色機構(gòu)，這些換色機構(gòu)依次排在一起；雙系統(tǒng)則需要再加6至8個換色機構(gòu)并排成兩行，如圖2所示；而三系統(tǒng)、四系統(tǒng)則以此類推。

圖2 組合式凸輪換色基座

如圖2所示，電腦織針橫機在使用組合式凸輪換色基座時，可以采用一個電機軸5上設(shè)置有多個凸輪6，每個凸輪6對應(yīng)一個換色機構(gòu)，即一個電機13驅(qū)動多個換色機構(gòu)。此時考慮到不同切換滑塊2選擇導(dǎo)紗器滑架的時間不同，因此此時凸輪6的形狀是不同的。凸輪6具體的形狀有多種選擇，但選擇的思路是：一個或多個導(dǎo)紗器滑架的選擇與其他沒有被選中的導(dǎo)紗器滑架之間互不干擾，不干涉正常的工作。優(yōu)化的選擇可以是：一個電機13驅(qū)動4個凸輪6，如圖4所示，2個電機13共驅(qū)動8個凸輪6。

下面以單系統(tǒng)為例，對電機驅(qū)動凸輪以及凸輪形狀的選擇進行詳細說明。單系統(tǒng)的電腦針織橫機換色基座具有八個換色機構(gòu)，如圖2所示，換色基座安裝在天橋1上，從一端起，將換色基座上相鄰四個換色機構(gòu)的凸輪6通過一個電機13驅(qū)動，這樣八個換色機構(gòu)僅用兩個電機13便可以實現(xiàn)驅(qū)動。

將上述換色基座的凸輪6分別命名為第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63、第四凸輪64、第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67和第八凸輪68，每個凸輪6按角度均分為8份，順時針依次為第一、二、三、四、五、六、七、八凸輪塊。并且，每個凸輪6的各個凸輪塊所處的位置相同,即每個凸輪6的第一凸輪塊在電機軸5上的位置相同。

根據(jù)實際編織物要求，有時要用兩個紗嘴同時編織，一般不用相鄰兩個紗嘴，這樣兩個紗嘴之間的夾角大，紗嘴前后交換方便，容易居中?？紤]到上述因素，第一、二、三、四、五、六、七、八凸輪塊的狀態(tài)如圖3所示來進行優(yōu)化，其中第一凸輪、第二凸輪、第三凸輪和第四凸輪的凸輪塊狀態(tài)如圖3：

圖3 凸輪塊狀態(tài)圖

第五、六、七、八凸輪的凸輪塊狀態(tài)與第一、二、三、四凸輪的凸輪塊狀態(tài)對稱。以第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63和第四凸輪64為例，初始狀態(tài)默認(rèn)所有凸輪6的第一凸輪塊位于頂銷8上方（即第一凸輪塊與頂銷8接觸，或通過軸承7與頂銷8接觸）。

上述八個換色機構(gòu)在電機13驅(qū)動下工作過程如下：

在電機帶動凸輪組逆時針轉(zhuǎn)動45°后，第三凸輪63對應(yīng)的切換滑塊2落下選擇導(dǎo)紗器滑架，第一凸輪61、第二凸輪62和第四凸輪64收起不選擇導(dǎo)紗器滑架；繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動45°后，第四凸輪64對應(yīng)的切換滑塊2落下選擇導(dǎo)紗器滑架，第一凸輪61、第二凸輪62和第三凸輪63收起不選擇導(dǎo)紗器滑架；繼續(xù)轉(zhuǎn)動的狀態(tài)如表1和表2所示。

表1 凸輪分度轉(zhuǎn)動狀態(tài)表

表2 凸輪分度轉(zhuǎn)動狀態(tài)表

同理，第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67和第八凸輪68的工作過程及選擇原理均相同。

表1、表2中○×代表凸輪6表面此時凹陷，對應(yīng)的切換滑塊2落下選中導(dǎo)紗器滑架； ○代表凸輪6表面此時突出，對應(yīng)的切換滑塊2不落下，從而不會選中導(dǎo)紗器滑架。表1、2中的度數(shù)代表逆時針轉(zhuǎn)動的角度。

由于第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63、第四凸輪64組成的一組凸輪與第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67、第八凸輪68組成的另一組凸輪分別采用兩個獨立的電機驅(qū)動，因此一組凸輪的八種狀態(tài)可與另一組凸輪的八種狀態(tài)任意組合。

6. 組合式凸輪換色基座的控制方法

電腦針織橫機組合式凸輪換色基座包括多個換色機構(gòu)，如圖4所示，換色機構(gòu)包括用來選擇導(dǎo)紗器滑架的切換滑塊和驅(qū)動切換滑塊的凸輪，驅(qū)動軸2或凸輪1上設(shè)置有分別與位置傳感器3、狀態(tài)傳感器4對應(yīng)的感應(yīng)點5。位置傳感器3檢測所述的換色機構(gòu)中組合凸輪1的初始位置信號。狀態(tài)傳感器4檢測所述的換色機構(gòu)中組合凸輪1的轉(zhuǎn)動狀態(tài)（即角度）信號。狀態(tài)傳感器4可選用霍爾傳感器，在驅(qū)動軸2或凸輪1上設(shè)置有感應(yīng)磁鋼（即感應(yīng)點5），磁鋼按角度均勻設(shè)置，霍爾傳感器通過感應(yīng)磁鋼來計數(shù)，計數(shù)器的數(shù)字乘以磁鋼分布的角度便可以得到凸輪1轉(zhuǎn)動的角度。位置傳感器3、狀態(tài)傳感器4采集的信息通過信號采集模塊傳遞給主控制器。換色機構(gòu)驅(qū)動元件選用步進電機。

圖4 傳感器安裝示意圖

將編織程序輸入到主控制器中，工作流程是：主控制器向換色機構(gòu)驅(qū)動模塊發(fā)送驅(qū)動指令，換色機構(gòu)驅(qū)動模塊根據(jù)驅(qū)動指令來驅(qū)動換色機構(gòu)驅(qū)動元件運動，從而帶動凸輪1精確地轉(zhuǎn)動來選擇不同的導(dǎo)紗器滑架進行編織動作。

但上述流程僅僅是理想狀態(tài)，帶動凸輪1轉(zhuǎn)動的角度常常存在偏差，因此就會影響選擇導(dǎo)紗器滑架的準(zhǔn)確度。可通過以下控制方法來解決此問題，如圖5所示?？刂品椒òㄒ韵虏襟E：

1）通過位置傳感器3檢測換色機構(gòu)中凸輪1的初始位置信號，根據(jù)此信號判斷凸輪1是否在初始位置，位置傳感器通過信號采集模塊將此信號傳遞給主控制器，由主控制器對凸輪1是否在初始位置的信號進行判斷；

2）若凸輪1不在初始位置，則對凸輪1進行復(fù)位，執(zhí)行步驟1）；若凸輪1在初始位置，則執(zhí)行步驟3）；

3）換色機構(gòu)驅(qū)動元件根據(jù)驅(qū)動指令驅(qū)動換色機構(gòu)的凸輪1轉(zhuǎn)動來選擇不同的導(dǎo)紗器滑架進行編織動作；

4）通過狀態(tài)傳感器來檢測判斷凸輪1轉(zhuǎn)動的角度是否正確，用以判斷、防止例如步進電機失步等原因引起的轉(zhuǎn)動角度不到位的情況發(fā)生；

5）若凸輪1轉(zhuǎn)動的角度不正確，則通過報警模塊發(fā)出報警信號并鎖定驅(qū)動元件；若凸輪1轉(zhuǎn)動的角度正確則執(zhí)行步驟6）；

6）判斷是否有轉(zhuǎn)動的信號，若有則根據(jù)轉(zhuǎn)動的信號，執(zhí)行步驟3）5）；若沒有轉(zhuǎn)動的信號則結(jié)束。

此方法控制簡單，驅(qū)動元件采用步進電機時，只需向步進電機發(fā)送一定的脈沖即可驅(qū)動，硬件設(shè)計上接口少；位置傳感器和狀態(tài)傳感器可確保組合凸輪的每個轉(zhuǎn)動角度精確；同時具有反饋故障的功能。

圖5 組合式凸輪換色基座電控流程圖

7. 結(jié)語

電腦橫機組合式凸輪換色基座改變了原采用組合電磁鐵來分別推動所需切換滑塊的結(jié)構(gòu)，避免了電控部分造成的干擾、穩(wěn)定性差的缺點。利用電機驅(qū)動組合的凸輪，推動所需切換滑塊，由切換滑塊帶動導(dǎo)紗器滑架，凸輪與切換滑塊之間工作配合無沖擊力，因此機械故障率少、噪聲也??；其減少了電路控制連接，結(jié)構(gòu)簡單，各相關(guān)部件也不容易損壞，穩(wěn)定性好，維修少，使用壽命長；是電腦針織橫機換色基座更新?lián)Q代的方向。

[1].常熟市國光機械有限公司，電腦針織橫機組合凸輪式換色基座，CN 102808279 B。

[2].常熟市國光機械有限公司，電腦針織橫機組合凸輪式換色基座的控制方法， CN 102787441 B。