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电脑手套机是一种现代机电一体化针织专用设备,它以CPU为核心将自动控制技术与现代机械相结合,实现了手套生产工艺过程的自动控制,能一次编织各类全成形五指手套。新一代的电脑手套机正在向电脑化、自动化、高速化、人性化的方向发展,国内电脑手套机的研发已取得了一些研究成果,但与国外先进电脑手套机相比仍存在着较大的差距,主要表现在成圈机构的运动平稳性和可靠性不够,对手套机的核心机构——成圈机构的研究缺乏系统的理论分析,且设计方法落后。应用现代机械的设计方法,可以有效地提高手套机的设计精度及工作的可靠性,有助于新型电脑手套机的研制。
本文系统地研究了针织手套编织工艺过程,对手套机成圈机构的结构和工作原理进行了深入地分析研究,尝试将有限元分析技术(ANSYS/LS-DYNA)应用于手套机成圈机构的建模分析,重点进行了成圈机构的弹性动力学分析,以寻求成圈机构内在的真实运动规律,探索成圈机构最优的设计方案及理想的机构设计结果,论文的主要内容和研究成果如下:
(1)系统地研究了国内外先进电脑手套机的结构、主要工作原理及针织手套的编织工艺过程,为手套机成圈系统的建模提供了相应的理论基础。
(2)通过实验测试和理论分析,确定了电脑手套机成圈三角系统中各个设计工艺参数点的位置和工艺要求,为成圈系统的建模提供了准确的工艺参数。尝试运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件来分析手套机成圈机构的弹性动力学问题。
(3)论文重点分析研究了电脑手套机成圈机构的建模,有效地解决了建模过程中重要参变数的技术处理,如成圈机件结构单元确定、网格设置、接触类型研究等,并攻克了成圈机构3D数字化建模的难点,上述问题的解决是实现在ANSYS/LS-DYNA中建立成圈机构模型的关键。
(4)利用LS-DYNA有限元分析软件求解了电脑手套机成圈机构模型,得到了成圈、集圈过程中成圈机件动态的各个运动、力学参数,通过有限元分析对成圈机构所作的动态仿真,可以得到机头运动速度变化对成圈机件瞬间冲击力精确值。
(5)有限元的研究分析表明,接触表面摩擦以及挺针片和舌针的弹性变形使针踵运动的速度和加速度是波动的,并不是理论设计的某一个固定值。有限元的弹性动力学分析大大提高了手套机成圈机构设计的可靠性,该理论分析的结果已在绍兴金腾针织机械有限公司的“全自动电脑手套机的研制”课题的研究分析中得到了验证。
本课题的研究工作是对有限元分析技术分析电脑手套机成圈机构弹性动力学所作的十分有益的探索与尝试,特别是在成圈机件的建模和显式动力学分析方面取得了较好的研究成果,为今后国内电脑手套机的研究与开发提供了良好的理论分析基础。