MATLAB與ADAMS聯(lián)合仿真在平縫機(jī)中的應(yīng)用

陸武慧

關(guān)鍵詞：平縫機(jī);MATLAB/Simulink;ADAMS;聯(lián)合仿真

隨著縫制設(shè)備的需求不斷擴(kuò)增，我國(guó)已成為最大的縫制設(shè)備銷售市場(chǎng)，我國(guó)縫制機(jī)械行業(yè)作為服裝生產(chǎn)行業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)，通過(guò)不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，已成為我國(guó)最具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)之一，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)不斷增加的需求量為平縫機(jī)的市場(chǎng)帶來(lái)了更大的機(jī)會(huì)，提供了新的活力。工業(yè)平縫機(jī)是最常用的縫制設(shè)備之一，完成縫制品的大部分縫紉動(dòng)作，因此，對(duì)平縫機(jī)的生產(chǎn)制造對(duì)順應(yīng)紡織、繡花等勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展有至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，通過(guò)設(shè)計(jì)、加工、制造、裝配等工序完成后，才能得到一個(gè)產(chǎn)品物理樣機(jī)，然后物理樣機(jī)是否合格，還需進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，然后存在不斷修改和返工再制造的情況，這樣會(huì)造成浪費(fèi)和生產(chǎn)效率低的結(jié)果。通過(guò)仿真的方式，可以提前進(jìn)行樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，由于平縫機(jī)的構(gòu)成零件多，整機(jī)模型較為復(fù)雜，采用三維建模軟件建立模型，然后利用MATLAB和ADAMS軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，找尋平縫機(jī)成縫機(jī)構(gòu)的最佳運(yùn)動(dòng)性能。

1平縫機(jī)組成和工作原理

1.1平縫機(jī)組成

平縫機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由多種零部件構(gòu)成，是一個(gè)復(fù)雜的裝配體。一臺(tái)平縫機(jī)主要包括殼體、驅(qū)動(dòng)部分，成縫機(jī)構(gòu)和輔助組件等部分。平縫機(jī)的殼體主要是機(jī)頭外殼和臺(tái)板兩個(gè)部分，驅(qū)動(dòng)部分可以由多種方式驅(qū)動(dòng)，有傳統(tǒng)的腳踏板或者皮帶輪，也有目前應(yīng)用較多的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，成縫機(jī)構(gòu)包括實(shí)現(xiàn)縫紉動(dòng)作的四大主要機(jī)構(gòu)，分別是刺布機(jī)構(gòu)，挑線機(jī)構(gòu)，旋梭機(jī)構(gòu)和送布機(jī)構(gòu)，互相配合，共同完成縫紉操作。在縫紉機(jī)工作的過(guò)程中，除了主要成縫機(jī)構(gòu)外，還有相關(guān)的輔助組件，例如完成倒縫動(dòng)作的倒縫組件，調(diào)節(jié)針距的調(diào)節(jié)組件，還有縫紉機(jī)工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的系統(tǒng)組件，輔助配合縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的縫紉操作，且在操作過(guò)程中保證平縫機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，各種成縫機(jī)構(gòu)和輔助組件又具體是由多種零件組成，例如，刺布機(jī)構(gòu)是由刺布曲柄、刺布連桿、滑塊、導(dǎo)軌、縫針等零件組成。

1.2工作原理

要完成縫紉的動(dòng)作，必須要求平縫機(jī)的刺布機(jī)構(gòu)、挑線機(jī)構(gòu)、旋梭機(jī)構(gòu)和送布機(jī)構(gòu)以及其他輔助機(jī)構(gòu)相互配合。在平縫機(jī)中，通過(guò)傳送帶將原動(dòng)力傳遞給平縫機(jī)上軸，上軸驅(qū)動(dòng)刺布挑線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，上軸通過(guò)皮帶傳動(dòng)或者齒輪嚙合將運(yùn)動(dòng)傳遞到平縫機(jī)的下軸，抬牙連桿組和送布連桿組將運(yùn)動(dòng)傳遞到抬牙軸和送布軸，共同構(gòu)成抬牙送布機(jī)構(gòu)，配合旋梭機(jī)構(gòu)和刺布挑線機(jī)構(gòu)，輔助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)針距、倒縫等動(dòng)作，共同按照固有節(jié)拍，完成送布縫紉動(dòng)作。平縫機(jī)工作過(guò)程傳動(dòng)路線如右圖2所示。

2 MATLAB與ADAMS聯(lián)合仿真方案設(shè)計(jì)

ADAMS是一款虛擬樣機(jī)分析軟件。ADAMS一方面是可以進(jìn)行虛擬樣機(jī)分析的常用軟件，用戶可以運(yùn)用ADAMS軟件便捷地對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，ADAMS作為虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)工具，它擁有開(kāi)放的程序結(jié)構(gòu)和程序接口，可以用于虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)一步研發(fā)。

Simulink是MATLAB軟件的重要組成部分，它能提供集動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真分析為一體的集成環(huán)境，是一種可視化的仿真工具，基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模仿真和分析的一個(gè)軟件包，廣泛應(yīng)用于線性/非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及信號(hào)處理的建模及仿真中，Simulink提供了建立方塊圖的圖形用戶接口，通過(guò)單擊和鼠標(biāo)拖動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，因此，具有快捷，簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，且用戶可以直接看到仿真結(jié)果。

ADAMS與MATLAB的聯(lián)合仿真過(guò)程，使仿真效果更加接近物理樣機(jī)，仿真過(guò)程主要包括機(jī)械系統(tǒng)模型創(chuàng)建、參數(shù)設(shè)置、建立MATLAB控制模型以及仿真結(jié)果處理四個(gè)環(huán)節(jié)。仿真過(guò)程前兩步可以導(dǎo)出一個(gè)在MATLAB軟件Simulink中使用的模塊，這個(gè)模塊包含了所建立ADAMS模型的信息參數(shù)，并有輸入輸出接口。利用Simulink模塊在MATLAB中建立控制系統(tǒng)，就可以控制ADAMS模型，在仿真運(yùn)行結(jié)束后，將聯(lián)合仿真的結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理和分析。

3平縫機(jī)聯(lián)合仿真模型建立

平縫機(jī)的聯(lián)合仿真模型建立過(guò)程包括三維模型建立，ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真模型建立和MATLAB控制模型建立三個(gè)過(guò)程，三個(gè)部分共同配合，完成聯(lián)合仿真模型的建立。

3.1平縫機(jī)的三維建模

目前，三維建模的軟件有很多，例如Proe、SolidWorks、CATIA、UG、3ds Max等三維建模軟件。在平縫機(jī)進(jìn)行三維建模前，對(duì)比每種三維建模軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合平縫機(jī)零件表達(dá)的SolidWorks軟件進(jìn)行建模。建模的過(guò)程中，按照其組成分類，將平縫機(jī)的構(gòu)成部分進(jìn)行模塊化劃分，先構(gòu)建刺布機(jī)構(gòu)、挑線機(jī)構(gòu)、旋梭機(jī)構(gòu)和送布機(jī)構(gòu)四大關(guān)鍵成縫機(jī)構(gòu)的三維模型，然后建立臺(tái)板和機(jī)頭外殼的模型，其次是建立電機(jī)、壓料、電磁鐵等輔助部件的模型，由于模塊式驅(qū)動(dòng)平縫機(jī)的零件多，因此裝配的過(guò)程中先組裝成部件，然后按照模塊組裝，由小模塊組裝成大模塊，最后完成整機(jī)模型建立。

3.2動(dòng)力學(xué)模型建立

在進(jìn)行虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)模型建立時(shí)，將三維軟件中建立好的模型導(dǎo)入到ADAMS中，然后添加相應(yīng)的約束類型，使其能夠真實(shí)反映物理樣機(jī)，在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，可以考慮到模型中的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，考慮到計(jì)算機(jī)和軟件的計(jì)算分析能力等因素，可以對(duì)平縫機(jī)組成部分進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，去掉與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相關(guān)性小的元素，只留下主要部分，這樣可以較快速地構(gòu)建平縫機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，在ADAMS軟件中可以仿真計(jì)算出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)曲線。

3.3控制模型建立

在平縫機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型建立好后，用MATLAB打開(kāi)AD-AMS存放文件的文件夾，在Simulink仿真模塊中，建立連接，然后設(shè)置控制模型參數(shù)，在這個(gè)過(guò)程中，需要明確系統(tǒng)的輸入、輸出、控制元件和對(duì)應(yīng)程序，例如建立好刺布機(jī)構(gòu)的Sim-ulink控制模型，以刺布機(jī)構(gòu)中刺布曲柄的角速度作為已知輸入，運(yùn)行仿真模型，可以得到平縫機(jī)刺布機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)曲線，從而分析該聯(lián)合仿真模型建立的正確性，且在此過(guò)程中，可以不斷優(yōu)化和改進(jìn)，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4結(jié)論

本文從平縫機(jī)的組成和工作原理、MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真方案設(shè)計(jì)，平縫機(jī)聯(lián)合仿真模型建立三個(gè)方面出發(fā)，闡述了平縫機(jī)虛擬樣機(jī)模型建立的過(guò)程和方法，并通過(guò)聯(lián)合仿真的方式，可以得到平縫機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果，驗(yàn)證平縫機(jī)模型建立的正確性，為工程實(shí)際平縫機(jī)物理樣機(jī)提供了依據(jù)，也提供了機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行虛擬仿真的方法和思路。