工業(yè)縫紉機(jī)挑線機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)研究

摘要：近年來，我國的綜合國力發(fā)展迅速，縫紉機(jī)挑線機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析過程復(fù)雜，容易出錯(cuò)。為了提高運(yùn)動分析的精確性，減少錯(cuò)誤，通過解析法對縫紉機(jī)針頭、挑線機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行求解;利用解析法，得到曲柄旋轉(zhuǎn)一周針頭在任一位置的運(yùn)動參數(shù)，并做出相應(yīng)的折線圖;使用Creo進(jìn)行實(shí)體建模和運(yùn)動分析，將運(yùn)動分析結(jié)果與解析法結(jié)果進(jìn)行對比，誤差小于0.43%。說明結(jié)果是正確的，這兩種方法的組合可以有效提高結(jié)果的精確性，減少錯(cuò)誤。

關(guān)鍵詞：工業(yè)縫紉機(jī);挑線機(jī)構(gòu);運(yùn)動學(xué)研究

引言

挑線機(jī)構(gòu)在整個(gè)縫制過程中起著非常重要的作用，挑線機(jī)構(gòu)的好壞直接影響著縫制的質(zhì)量與縫紉機(jī)的優(yōu)良。目前挑線機(jī)構(gòu)主要有凸輪和四連桿機(jī)構(gòu)，由于四連桿機(jī)構(gòu)磨損小、噪音低、壽命長、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點(diǎn)，在高速縫制過程中被廣泛的應(yīng)用。挑線機(jī)構(gòu)與穿針機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、旋梭機(jī)構(gòu)有一定的運(yùn)動關(guān)系，完成機(jī)針?biāo)杩p線和每個(gè)線跡所需的線量。所以，挑線機(jī)構(gòu)必須以優(yōu)質(zhì)的運(yùn)動軌跡來實(shí)現(xiàn)所需線量的提供。目前對挑線機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的研究主要通過圖解法、解析法和試驗(yàn)法，但計(jì)算精度不高。本文分析了連桿式挑線機(jī)構(gòu)的原理，推導(dǎo)了末端點(diǎn)坐標(biāo)和不同時(shí)刻點(diǎn)的坐標(biāo)與構(gòu)件的角度、并對其參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到了挑線末端的坐標(biāo)軌跡形狀，最后通過仿真分析了四連桿挑線機(jī)構(gòu)的末點(diǎn)的軌跡、位移和速度。

1軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的各種縫制功能以及控制策略的實(shí)現(xiàn)，主要靠系統(tǒng)軟件來完成，因此，可靠的硬件設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，軟件設(shè)計(jì)才是核心。主程序只完成系統(tǒng)內(nèi)核和外設(shè)的初始化任務(wù)，完成與操作面板的握手通訊，然后處于等待狀態(tài)，等待進(jìn)入超級循環(huán)，等待腳踏板輸入的相應(yīng)處理，并且當(dāng)中斷到來時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。其中主要的幾個(gè)中斷服務(wù)子程序主要包括PWM定時(shí)中斷、通訊中斷、零脈沖捕獲中斷以及模塊的功率中斷。完整的磁場定向控制控制算法用PWM定時(shí)中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。在定時(shí)器T3中斷周期內(nèi)，從五路光電編碼信號即可計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角和轉(zhuǎn)速，當(dāng)完成所有反饋通道計(jì)算后，再調(diào)用正向通道中電壓超前角的計(jì)算模塊函數(shù)，完成PMSM的轉(zhuǎn)子位置定位算法。最后在PWM中斷定時(shí)器T1周期內(nèi)，調(diào)用T3中斷中的位置計(jì)算結(jié)果，結(jié)合SVP-WM算法輸出三相逆變器的空間矢量PWM波信號，完成一次速度環(huán)和位置環(huán)的控制。通訊中斷程序主要用來接收并刷新控制參數(shù)，同時(shí)設(shè)置運(yùn)行模式;光電編碼器零脈沖捕獲中斷程序可實(shí)現(xiàn)對編碼器反饋零脈沖精確地捕獲，從而得到交流永磁同步電機(jī)矢量變換定向角度的修正值;功率驅(qū)動保護(hù)中斷程序則用于檢測智能功率模塊的故障輸出，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，DSP的PWM通道將被封鎖，從而使輸出變成高阻態(tài)。

2挑線機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)特征與計(jì)算

挑線機(jī)構(gòu)在線跡形成過程中交替提供和收回適量的線，并使面線和底線在縫料中間抽緊。以杰克縫紉機(jī)股份有限公司的單針電腦平縫機(jī)A4為例，其挑線機(jī)構(gòu)總體是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。目前大部分平縫機(jī)都采用連桿式挑線機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由美國勝家公司發(fā)明，與凸輪式挑線機(jī)構(gòu)相比，連桿式挑線機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是摩擦、磨損小，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)器的噪聲低，尤其適用于高轉(zhuǎn)速工作，所以目前幾乎所有的工業(yè)高速平縫機(jī)都采用連桿式挑線機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，曲柄AB順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動，帶動連桿BC做平面運(yùn)動、帶動搖桿CD做往復(fù)擺動。連桿BC的周期性平面運(yùn)動帶動BC上的點(diǎn)E形成挑線軌跡?，F(xiàn)給定AB轉(zhuǎn)速n=5 000r/min，方向與角速度ω相同，以A點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，以Z軸正方向?yàn)槌跏冀嵌龋槙r(shí)針方向?yàn)檎?，初始時(shí)AB沿Z軸正向。挑線軌跡大致呈“柳葉狀”，挑線孔E點(diǎn)的運(yùn)動軌跡需要根據(jù)實(shí)際縫紉機(jī)的供線和收線線量及不同時(shí)間段挑線速度和連桿BC受力要求來設(shè)計(jì)。而“柳葉狀”軌跡保證了挑線桿能夠迅速地放線收線，一方面能滿足縫紉機(jī)關(guān)鍵時(shí)段的挑線、供線量和相應(yīng)的速度要求，另一方面，挑線桿快速擺動，會使縫紉線的張力瞬時(shí)增大，是引起張力變化的主因。通過分析各曲線變化范圍、快慢等信息來綜合評定機(jī)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)需求。同時(shí)可直接改變程序中控制參數(shù)的值，實(shí)現(xiàn)自動、快速更改曲線變化范圍和快慢，直至滿足使用要求，提高設(shè)計(jì)精度和效率。

3控制系統(tǒng)當(dāng)中的硬件設(shè)計(jì)

工業(yè)縫紉機(jī)伺服節(jié)能電機(jī)的電機(jī)控制器是以單片機(jī)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，借助單片機(jī)和外圍電路充分、有機(jī)的結(jié)合，使得工業(yè)縫紉機(jī)在功能性上更有保證，同時(shí)單片機(jī)的升級使得硬件系統(tǒng)有了更好的發(fā)展支撐。單片機(jī)的應(yīng)用給整個(gè)控制系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的能量，使其電路更加的簡單，投入的成本更低，此外運(yùn)行的可靠性也在這一過程中得到了顯著的提升。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方式，這種方法一方面可以十分有效的確保設(shè)計(jì)電路能夠朝著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。在硬件電路設(shè)計(jì)的過程中，最為重要的一個(gè)內(nèi)容就是科學(xué)合理的選擇單片機(jī)，同時(shí)還要選擇與之相配的外圍芯片，這樣也就使得所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)一方面具有非常強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，另一方面又具有非常強(qiáng)的性能。

在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)復(fù)位一直都是一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)性工作。在單片機(jī)應(yīng)用的時(shí)候，界面一般有輸入和結(jié)果的顯示，在這一過程中采用LED顯示可以有效的延長其使用壽命，成本的投入也不是很高，和單片機(jī)接口連接具有非常高的便利性，LED數(shù)碼管按照連接方法的差異可以分為共陰和共陽兩種方式，一般來說，將若干LED的陰極連接在一起就是共陰式，將多只LED的陽極連接在一起就是共陽式。其在發(fā)光原理上具有非常明顯的相似性，如果某一個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極低電平的時(shí)候，其對應(yīng)的二極管就會點(diǎn)亮。

顯示器一般情況下采用的是七段數(shù)碼顯示器的形式，LED數(shù)碼管動態(tài)顯示應(yīng)用在多位LED顯示當(dāng)中，為了對線路進(jìn)行簡化處理，同時(shí)還要控制成本，我們需要將所有的段選位選線采用并聯(lián)的方式去連接，同時(shí)還要在這一過程中將所有的段位都連在一起，由一個(gè)8位的I/O接口進(jìn)行控制，共陰極點(diǎn)或者是共陽極點(diǎn)分別由;另外的一組I/O接口進(jìn)行控制。

由于所有的段選碼皆由一個(gè)I/O控制，因此，在每個(gè)瞬間，每個(gè)LED只能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式，即在每一瞬間只有某一位顯示相應(yīng)字符，在此瞬間，段選碼控制I/O口輸出相應(yīng)字符段碼，位選碼控制I/O口在該顯示位送入選通電平以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位顯示字符，并保持延時(shí)一定時(shí)間，以造成視覺暫留效果，不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選取碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。動態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，LED將出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

結(jié)語

采用有限元分析方法將曲柄AB的一個(gè)循環(huán)周期均勻離散，然后進(jìn)行參數(shù)化計(jì)算，通過直接修改連桿長度、鉸接點(diǎn)位置來實(shí)時(shí)、快速、精確控制曲線變化趨勢、范圍，為機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、評價(jià)提供理論參考依據(jù)，保證設(shè)計(jì)的可行性，最后通過仿真分析了四連桿挑線機(jī)構(gòu)的末點(diǎn)的軌跡、位移和速度。

參考文獻(xiàn)

[1]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2011：30-47.

[2]吳青鳳.基于Matlab和實(shí)驗(yàn)平臺的機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（8）：140-142.

[3]左惟煒，鄧援超，魏兵.MATLAB的平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析與動態(tài)仿真[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（4）：84-86.

[4]羅玉軍.VB環(huán)境下的雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19（1）：51-54.

作者簡介：陳磊，陜西省西安市，身份證號：61012319830426****。