并條機勻整喂入檢測裝置有限元分析

賈成舉

（沈陽宏大紡織機械有限責(zé)任公司，沈陽 110141）

0 引言

并條機的自調(diào)勻整裝置，能自動檢測喂入紗條的不勻，實時調(diào)整牽伸區(qū)牽伸倍數(shù)，進(jìn)而提高條干均勻度、降低紗線斷頭數(shù)量和提高單紗強度，目前已成為高性能并條機的標(biāo)準(zhǔn)配置。自調(diào)勻整系統(tǒng)中的喂入檢查部分采用凹凸羅拉檢測喂入棉條厚度變化的裝置，是勻整系統(tǒng)能否正常工作的基礎(chǔ)；為了滿足高速勻整并條機所需要的檢測精度，就需要一套結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、傳動誤差小的檢測裝置。

筆者分析檢測擺臂在不同負(fù)載下的穩(wěn)定性，并通過兩種結(jié)構(gòu)的對比，為改進(jìn)擺臂結(jié)構(gòu)、優(yōu)化檢測裝置的性能提供參考依據(jù)。

1 擺臂結(jié)構(gòu)及其物理模型

喂入檢測裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。凸羅拉安裝在擺臂中間的孔上，擺臂的一端為固定的轉(zhuǎn)軸，另一端有彈簧預(yù)先將擺臂拉緊固定于墻板上［1］，位移傳感器安裝在靠近彈簧側(cè)。

圖1 檢測擺臂結(jié)構(gòu)示意

2 擺臂力學(xué)建模

根據(jù)上述檢測機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，將棉條厚度變化簡化為凸羅拉的輸入載荷F，可以做出擺臂結(jié)構(gòu)的力學(xué)示意圖［2］，如圖2所示。為便于靜力分析，我們給定F為靜載荷。

圖2 擺臂結(jié)構(gòu)力學(xué)示意圖

擺臂在施加載荷F和彈性力Fk的作用下達(dá)到平衡狀態(tài)，由力矩平衡條件可求解彈簧力Fk。對z軸取矩［3］，有：

當(dāng)F＝800N時，F(xiàn)k≈310N，

當(dāng)F＝1 200N時，F(xiàn)k≈460N。

3 有限元分析

3.1 模型簡化

為了便于進(jìn)行有限元分析，有必要簡化模型，忽略檢測機構(gòu)中的倒角、圓角等局部細(xì)小機構(gòu)，不影響分析精度，又可提高分析效率［4］。在整個分析過程中，對筒式結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的兩種模型采用相同材料、約束方式、加載情況和網(wǎng)格劃分。

3.2 分析位移信息

在成功建立模型和網(wǎng)格化后，進(jìn)行有限元運算得到靜力學(xué)數(shù)據(jù)，下面對位移信息進(jìn)行分析。

3.2.1 加載800N 的位移情況

當(dāng)加載力F為800N時，合位移如圖3所示。

圖3 加載800N的合位移信息

兩種結(jié)構(gòu)的位移信息有以下特點。

a） 兩種結(jié)構(gòu)的支座部位變形都非常小，因為這不是主要承受載荷的區(qū)域。

b） 承受載荷的區(qū)域變形較大，集中在兩個區(qū)域：橢圓區(qū)域為彈簧力作用區(qū)域，方形區(qū)域為加載區(qū)域。對這兩個區(qū)域各取10點作位移探測，探測結(jié)果如圖4所示。

圖4 選定區(qū)域的位移探測結(jié)果

從圖4可以看出：

a） 筒式結(jié)構(gòu)彈簧力作用區(qū)域的變形大于凸羅拉加載區(qū)域內(nèi)的變形，前者變形約為7.15×10－2mm，后者變形約為6.00×10－2mm，最大變形處在彈簧力作用區(qū)域內(nèi)為7.19×10－2mm；

b） 框式結(jié)構(gòu)彈簧力作用區(qū)域的變形小于凸羅拉加載區(qū)域內(nèi)的變形，前者變形約為5.00×10－2mm，后者變形約為6.70×10－2mm；可見最大變形處在凸羅拉加載區(qū)域內(nèi)為6.85×10－2mm；

c） 由a）和b）可知，框式擺臂彈簧力作用區(qū)域的變形小于筒式結(jié)構(gòu)，約為筒式結(jié)構(gòu)的70%，從圖4可以看出兩種結(jié)構(gòu)的擺臂在其余區(qū)域的變形差別小；總體來看框式結(jié)構(gòu)的變形較均勻；

d） 兩種結(jié)構(gòu)在加載區(qū)域內(nèi)凸羅拉的變形接近，框式結(jié)構(gòu)約是筒式結(jié)構(gòu)的1.117倍。

3.2.2 加載1 200N的位移情況

當(dāng)加載力F為1 200N時，兩種結(jié)構(gòu)的位移信息如圖5所示。

圖5 加載1 200N的位移信息

加載1 200N兩種結(jié)構(gòu)的位移信息與800N相似，支座部位的變形都非常小，變形較大的區(qū)域集中在彈簧力作用區(qū)域和加載區(qū)域，分別對這兩個區(qū)域進(jìn)行位移探測，結(jié)果如圖6所示。

圖6 選定區(qū)域的位移探測結(jié)果

由圖6可看出：

a） 筒式結(jié)構(gòu)彈簧力作用區(qū)域的變形大于凸羅拉加載區(qū)域，前者變形約為10.50×10－2mm，后者變形約為9.00×10－2mm；最大變形處在彈簧力作用區(qū)域內(nèi)為10.60×10－2mm；

b） 框式結(jié)構(gòu)彈簧力作用區(qū)域的變形小于凸羅拉加載區(qū)域，前者變形約為7.45×10－2mm，后者變形約為10.00×10－2mm；最大變形處在凸羅拉加載區(qū)域內(nèi)為10.30×10－2mm；

c） 由a）和b）可知，框式擺臂彈簧力作用區(qū)域的變形要小于筒式結(jié)構(gòu)，約為筒式結(jié)構(gòu)的71%，從圖6可以看出兩種結(jié)構(gòu)的擺臂其余區(qū)域的變形差別??；總體來看，框式結(jié)構(gòu)的變形較均勻；

d） 兩種結(jié)構(gòu)在加載區(qū)域內(nèi)凸羅拉的變形接近，框式結(jié)構(gòu)約為筒式結(jié)構(gòu)的1.11倍。

3.3 應(yīng)力信息分析

為了便于對比，將加載800N的最大應(yīng)力規(guī)定為3.5×107Pa，將加載1 200N的最大應(yīng)力規(guī)定為5.0×107Pa，見圖7。

由圖7可知：兩種結(jié)構(gòu)的擺臂都完全滿足安全條件，尤其框式結(jié)構(gòu)更合理，應(yīng)力的分布較均勻；筒式結(jié)構(gòu)在凸羅拉軸處應(yīng)力并不大，此處厚重的筒臂并沒有發(fā)揮它應(yīng)有的作用。擺臂在過渡處的結(jié)構(gòu)必須采用圓角，以避免應(yīng)力集中，便于更好地適應(yīng)動態(tài)的工作環(huán)境［5］。

4 結(jié)論

4.1 筒式結(jié)構(gòu)和框式結(jié)構(gòu)變形較大的地方都集中在兩個區(qū)域：彈簧力作用區(qū)域和凸羅拉加載區(qū)域。筒式結(jié)構(gòu)最大變形處集中在彈簧力作用區(qū)域內(nèi)，框式結(jié)構(gòu)最大變形處集中在凸羅拉加載處。

4.2 分別采用加載800N和1 200N對變形較大的兩個區(qū)域進(jìn)行分析，結(jié)果表明相同載荷下框式結(jié)構(gòu)彈簧力作用區(qū)域的變形更小，而凸羅拉加載區(qū)域內(nèi)的變形兩者幾乎相等，兩種結(jié)構(gòu)的擺臂在其余區(qū)域的變形差別小。因此，從位移分析結(jié)構(gòu)來看，框式結(jié)構(gòu)的變形較均勻，相對于筒式結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢。

4.3 應(yīng)力分析結(jié)果表明，兩種結(jié)構(gòu)的擺臂都完全滿足安全條件，尤其框式結(jié)構(gòu)更合理，應(yīng)力的分布較均勻。擺臂在過渡處的結(jié)構(gòu)盡可能采用圓角，以避免應(yīng)力集中，便于更好地適應(yīng)動態(tài)的工作環(huán)境。

圖7 Von Mises信息

［1］吳紅玲，張風(fēng)濤，蔣少軍.梳棉機檢測羅拉動態(tài)特性的探討［J］.棉紡織技術(shù)，2007，35（12）：10－11.

［2］李桂付.高速并條機自調(diào)勻整裝置的性能分析與比較［J］.山東紡織科技，2005（2）：1－4.

［3］黃銳，潘利艷，張貴寶，等.高速并條機自調(diào)勻整控制系統(tǒng)研究［J］.青島大學(xué)學(xué)報：工程技術(shù)版，2007，22（3）：28－31.

［4］雷杰.國產(chǎn)高速并條機中自調(diào)勻整裝置的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2005，13（4）：9－11.

［5］劉長桂，吳翼翔.FA326A型自調(diào)勻整并條機的使用實踐［J］.棉紡織技術(shù)，2008，36（10）：39－41.