經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)三角結(jié)構(gòu)及控制方式的改進(jìn)分析

福建紅旗股份有限公司 鄭敏/文

近兩年經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)得到較快的發(fā)展，因其價(jià)格實(shí)惠，僅為全電腦橫機(jī)的三分之一左右，而功能上也同樣可以實(shí)現(xiàn)提花、集圈、挑孔、絞花、波紋、明收針和暗收針等，因此得到國(guó)內(nèi)中小企業(yè)及東南亞發(fā)展中國(guó)家企業(yè)的青睞。然而，原有經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)的三角控制基本采用電磁鐵直接控制，存在噪音大，電控不穩(wěn)定、維修率高等問題，因此，仍存在較大改進(jìn)空間。

1 原三角部裝結(jié)構(gòu)分析

原經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)三角部裝如圖1所示，三角部裝正面圖。

由圖1可看出，三角底板上部分控制織針的走針軌跡，主要由上導(dǎo)針三角、密度三角、橋三角和移圈三角組成；三角底板下部分控制選針片的走針軌跡，主要由下導(dǎo)針三角、編織三角、起針三角和中心三角組成，其中移圈三角、起針三角、編織三角均可單獨(dú)垂直于三角平面的方向上下活動(dòng)。

由圖1分析：

a.起針三角的作用有起針、吊目和接針，但吊目位高于接針位，因此，接針完成后還會(huì)被推起至吊目高度后才被壓下，這樣增加了紗線的張力，造成紗線和織針的磨損，對(duì)密度較緊的組織可能會(huì)產(chǎn)生破洞；

b.選針片在工作中除了選針功能外，還直接參與編織、吊目和接圈，即織針需要通過選針片推動(dòng)進(jìn)行編織、吊目和集圈，僅有翻針時(shí)，由選中的織針單獨(dú)完成，這樣選針片工作頻繁，而經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)的針床的針槽不是插片式，是整體銑槽，因此針槽的側(cè)面粗糙度較高，選針片靠彎曲一定的弧度與針槽接觸，在針槽中容易發(fā)生磨損，弧度減小，而掉下針槽造成漏選、撞針等嚴(yán)重故障。

由于以上存在的缺點(diǎn)，造成編織時(shí)速度不能太快，編織密度不能太緊，經(jīng)常要檢查選針片松緊程度，及時(shí)更換選針片，以免損壞機(jī)器或編織錯(cuò)誤。

三角控制方式見圖2三角部裝反面圖，為使圖形簡(jiǎn)潔清晰，與本文討論無關(guān)的零部件均拆除。圖2中可看出有4個(gè)磁保持電磁鐵分別控制4個(gè)可活動(dòng)的三角，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，鐵芯被吸下并推動(dòng)三角芯軸，使三角退出三角底板表面形成走針道；當(dāng)電磁鐵斷電，鐵芯則失去磁保持力處于放松狀態(tài)，在壓簧的作用下，三角縮起與三角底板平面平齊，即退出工作。

這種控制雖然簡(jiǎn)單直接，但電磁鐵吸下時(shí)瞬間沖擊力大，噪音較大，并且三角芯軸與三角座的配合間隙太大或太小都會(huì)造成卡阻，每個(gè)電磁鐵的高低位置需要人工仔細(xì)調(diào)整，維修率較高。

2 三角走針道的改進(jìn)

為提高編織速度和穩(wěn)定性，減少選針片的磨損，考慮將編織三角移到三角底板上部，位于移圈三角下方，均可活動(dòng)。編織時(shí)移圈三角下降；移圈時(shí)，移圈和編織均凸出。三角底板的下部由于吊目和接針有干涉，所以考慮將這個(gè)三角分別拆為起針三角和接針三角，各自可以活動(dòng)，并且在接針三角最高位對(duì)應(yīng)的位置，將起針三角銑一斜面，使接完線圈的織針可以順利通過起針三角。

改進(jìn)后的三角結(jié)構(gòu)及走針軌跡見圖3，改進(jìn)后的走針方式更加合理，減少了選針片磨損，提高了織針編織的穩(wěn)定性。

3 三角控制機(jī)構(gòu)改進(jìn)

3.1 初步方案的確定

由于將吊目三角和接針三角分開，就增加了兩個(gè)活動(dòng)三角，三角動(dòng)作組合增加，電磁鐵越多越不利于裝配調(diào)整和維修，使機(jī)械故障增多，再有接口增多、線路及控制程序復(fù)雜，且電磁鐵吸放瞬間產(chǎn)生較強(qiáng)電磁脈沖和電源波動(dòng)，干擾電控穩(wěn)定性。

而目前在電腦橫機(jī)行業(yè)自動(dòng)化控制方面，步進(jìn)電機(jī)等應(yīng)用已經(jīng)很成熟，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，其特點(diǎn)是：在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響；可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

從步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)可以總結(jié)出使用步進(jìn)電機(jī)的好處：一，過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，適合三角控制的要求；二，控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以步為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來了很大的方便，便于三角控制程序計(jì)算和編寫；三，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。

鑒于以上原因，初步方案為：三角底板中間位置較空，將步進(jìn)電機(jī)安放在中間，軸由兩端伸出，凸輪與電機(jī)軸固定聯(lián)接。上凸輪控制移圈三角和編織三角，下凸輪控制左、右起針三角，左、右接針三角。那么凸輪曲線該怎么繪制，上下凸輪該如何組合實(shí)現(xiàn)各種編織功能，還需要將各動(dòng)作進(jìn)行分解才能明確。

3.2 凸輪曲線設(shè)計(jì)

三角的編織狀態(tài)共有5種：編織、移圈（翻針時(shí)要脫去線圈的針的動(dòng)作）、左接針、右接針（翻針時(shí)要接線圈的針的動(dòng)作，按機(jī)頭運(yùn)行方向不同分左右）、吊目。從電控設(shè)計(jì)方面考慮，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周就可以分成5個(gè)控制點(diǎn)，相鄰兩個(gè)控制點(diǎn)間，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度是：360°/5=72°，每個(gè)控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)編織狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)的在每個(gè)控制點(diǎn)上，上下凸輪的組合能夠使三角有序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，互不干涉。那么我們需要了解每個(gè)編織狀態(tài)下各三角的動(dòng)作：

編織時(shí)：移圈三角提起，其余三角全放；

移圈時(shí)：所有三角全放；

左接針時(shí)：右起針三角、右接針三角和左起針三角均提起，左接針三角、移圈三角和編織三角放下；

右接針時(shí)：左起針三角、左接針三角和右起針三角均提起，右接針三角、移圈三角和編織三角放下；

吊目時(shí)：編織三角、移圈三角提起，其余三角均放下。

3.2.1上凸輪曲線確定

由以上動(dòng)作分析，編織三角在吊目時(shí)被提起，移圈三角在編織和吊目時(shí)被提起不工作，其余放下工作，因此可知控制編織三角的凸輪曲線可以設(shè)一處凸起即可，見圖4（a）；控制移圈三角的凸輪曲線應(yīng)有兩處凸起，分別在兩個(gè)控制點(diǎn)起作用，而兩處凸起至少應(yīng)相隔72°，但還要保證低位有足夠的過渡，因此將兩個(gè)凸起相隔兩個(gè)控制點(diǎn)144°較為合適，見圖4（b）。

因兩個(gè)三角距離較近，可以設(shè)一個(gè)凸輪分別控制兩個(gè)三角，因在吊目時(shí)兩個(gè)三角均要提起不工作，將移圈凸輪曲線其中一處凸起與編織凸輪曲線的凸起處于同一位置即可，合并后上凸輪示意圖。見圖4（c）。

3.2.2下凸輪曲線確定

由三角動(dòng)作分析，左、右接針三角在左、右接針時(shí)各被提起不工作，左、右起針三角則不論左接針還是右接針均被提起不工作。因此可知控制左、右接針三角的凸輪曲線各有一處凸起即可，兩凸輪曲線相同，見圖5（a），但兩個(gè)凸輪合并后，應(yīng)在不同控制點(diǎn)上，可相隔72°或144°，取其一合并后的下凸輪示意圖見圖5（b），兩控制點(diǎn)相隔72°。

3.2.3 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

左、右起針三角位于中軸線外側(cè)，如果單獨(dú)由凸輪控制，距離遠(yuǎn)，力矩較大，而且單獨(dú)被提起不起作用，只有和接針三角同時(shí)提起，才能實(shí)現(xiàn)接針狀態(tài)，因此可以將左、右起針三角與接針三角聯(lián)動(dòng)。結(jié)構(gòu)示意圖見圖6。

圖6中導(dǎo)板通過4個(gè)支撐柱固定在三角底板背面，每個(gè)三角背面各連接一導(dǎo)桿，各導(dǎo)桿穿過導(dǎo)板，在左、右起針三角導(dǎo)桿的端部各用螺釘安裝一聯(lián)動(dòng)桿，聯(lián)動(dòng)桿一頭與起針三角導(dǎo)桿固定聯(lián)接，另一頭靠著接針三角導(dǎo)桿的端面，沒有連接。

接針三角與起針三角相鄰的邊做成臺(tái)階形，接針三角提起時(shí)可以帶動(dòng)相鄰的起針三角一起上提，同時(shí)導(dǎo)桿的端面將聯(lián)動(dòng)桿頂起，帶動(dòng)另一邊與聯(lián)動(dòng)桿鎖緊的起針三角導(dǎo)桿一起上提，如圖6 A-A中所示，三個(gè)三角同時(shí)抬起實(shí)現(xiàn)接針功能。

3.2.4 凸輪的組合

上下凸輪按一定的角度安裝后，才可以實(shí)現(xiàn)所有動(dòng)作，圖7為凸輪組合安裝后，每個(gè)動(dòng)作的凸輪狀態(tài)圖。

圖7中，上下凸輪按順時(shí)針方向同步轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為72°，軸承位于凸輪的正上方，即始終處于0°的位置（圖中未畫出），當(dāng)編織位為0°時(shí)，上凸輪正上方有一個(gè)凸起，對(duì)應(yīng)的是移圈三角，也就是移圈三角被提起，對(duì)應(yīng)編織三角的凸輪沒有凸起，編織三角放下；同理，下凸輪對(duì)應(yīng)的起針三角和接針三角均被放下，此時(shí)形成的是編織的走針道。依此類推，可以實(shí)現(xiàn)左接針、右接針、吊目和移圈。

3.3 三角控制總體結(jié)構(gòu)

通過以上各部分的設(shè)計(jì)，機(jī)械上就可以實(shí)現(xiàn)五種編織狀態(tài)。同時(shí)為了給電控一個(gè)零位信號(hào)和五個(gè)分度信號(hào)，可在電機(jī)軸上安裝5等分的分度盤，并在其上設(shè)定一個(gè)零位點(diǎn)，分度和零位的感應(yīng)可用金屬感應(yīng)、霍爾感應(yīng)或光耦感應(yīng)，具體結(jié)構(gòu)與電控設(shè)計(jì)的配合，選擇合適的感應(yīng)器，圖中僅給出分度盤示意圖。三角控制的總體結(jié)構(gòu)，如圖8所示：

雙軸伸步進(jìn)電機(jī)鎖在三角底板上，上、下導(dǎo)板通過支撐柱固定在三角底板上，三角背面連接有導(dǎo)桿、導(dǎo)桿通過導(dǎo)板定位和導(dǎo)向，導(dǎo)桿上固定安裝有滾輪或軸承，并用壓簧使軸承始終靠在凸輪上面。

控制過程是：先使凸輪復(fù)位，即保證凸輪處于零位的正確位置上，按照編織程序設(shè)定的動(dòng)作發(fā)送一定的脈沖，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，再通過分度感應(yīng)器傳達(dá)的信號(hào)判斷轉(zhuǎn)動(dòng)角度是否正確，若不正確，則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；若正確則繼續(xù)執(zhí)行下一步驟。這樣步進(jìn)電機(jī)可以帶動(dòng)凸輪準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)即定的角度，凸輪將軸承頂起或放下，實(shí)現(xiàn)三角的所有編織動(dòng)作。

4 結(jié)語

本文分析了經(jīng)濟(jì)型電腦橫機(jī)的三角結(jié)構(gòu)及控制方式的改進(jìn)，針對(duì)三角走針的缺陷，對(duì)三角結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)，減少選針片的磨損，提高了織針編織性能和可靠性；三角控制方式由原來的電磁鐵控制改為步進(jìn)電機(jī)和凸輪的組合控制，對(duì)三角減少了沖擊力和噪音，減少了電磁脈沖的干擾，控制方式簡(jiǎn)單，易于編程，提高了電控的穩(wěn)定性和降低維修率，在實(shí)際應(yīng)用中有很大的意義。