高速卷绕系统时频变参数耦合建模与动力特性分析

The high speed winding machine with the spindle shaft and the contact roller is the key equipment of the filament production. It has been listed as the key research direction in the three consecutive five year plan. The dynamic system of the rotor winding has the characteristics of variable mass, variable stiffness and variable speed. The working frequency of the system is wide and the frequency of the flexible support parameter is varied and the running state is changeable. It is usually necessary to take into account the gyroscopic effect and the shear effect, and the model is reduced, so as to establish the finite element model and the corresponding dynamic equations of the rotor system. This research focuses on different methods of model reduction are analyzed and compared, and according to the frequency dependent asymmetric dynamics in high-order system stiffness, non proportional damping and gyroscopic effects of high speed winding rotor reduction criterion, the effective analysis of high speed winding rotor system dynamic performance around the whole roll period, reveal high speed winding rotor system in the mass unbalance under the excitation frequency of dynamic variable parameter response amplitude frequency characteristics, and then puts forward the general optimization and reasonable control parameters, and improve the dynamic performance of the system, provide a solid theoretical foundation for independent research and development of high performance winding rotor system.

具有“锭轴—卷装—接触辊”耦合关系的高速卷绕机是长丝生产的关键设备, 在连续三个五年计划中均被纺织工业协会列为重点攻关方向。其绕丝转子动力学系统具有变质量、变刚度、变转速特性，高速卷绕转子时频变系统工作频率宽，具有柔性支撑参数频变和运行状态多变特性。通常需要考虑陀螺效应和剪切效应进行建模，并做有针对性的模型缩减处理，从而建立整个卷绕转子系统的有限元模型和相应的动力学方程。本研究将对模型缩减不同方法进行深入分析和比较，并针对时频变高阶系统动力学中的不对称刚度、非比例阻尼和陀螺效应提出高速卷绕转子的缩减准则，有效分析研究高速卷绕转子系统完整卷绕周期内的动力学性能，揭示高速卷绕转子系统在不平衡质量激励下时频变参数的动态响应幅频特性，进而提出通优化和合理调控工作参数，改善和提高系统的动态性能，为自主研发高性能卷绕转子系统提供坚实的理论基础。

具有“锭轴—卷装—接触辊”耦合关系的高速卷绕机是长丝生产的关键设备,在连续三个五年计划中均被纺织工业协会列为重点攻关方向。其绕丝转子动力学系统具有变质量、变刚度、变转速的特性，高速卷绕转子时频变系统工作频率宽，具有柔性支撑参数频变和运行状态多变特性。本课题分析典型卷绕机的结构组成，剖析卷绕机理、工艺过程，阐明单一卷绕周期内系统不同阶段的运动特性及工艺要求。采用Timoshenko梁单元，建立各组件转子有限元模型和动力学方程；进而引入支承耦合和各组件转子配合关系，建立锭轴系统有限元模型和动力学方程；最后通过“锭轴-卷装-接触辊”的耦合关系，建立了整个卷绕转子系统全运动过程的有限元模型和动力学方程。针对卷绕系统具有时频变特性，提出求解系统动力学响应方法，并采用Matlab编制可适应具有时频变特性的Newmark直接积分法函数和锭轴、卷绕系统动力学响应计算程序。.此外，对转子动力学模型缩减的不同方法进行深入分析和比较，并针对时频变高阶系统动力学中的不对称刚度、非比例阻尼和陀螺效应提出高速卷绕转子的缩减准则，有效分析研究高速卷绕转子系统完整卷绕周期内的动力学性能。揭示高速卷绕转子系统在不平衡质量激励下时频变参数的动态响应幅频特性，进而提出通优化和合理调控工作参数，改善和提高系统的动态性能。本课题针对适用于高速卷绕转子系统模型缩减标准的进行讨论，这是模型简化的一个重要部分，有利于量化简化模型的准确性，以用于转子动力学分析，为我国自主研发高性能卷绕转子系统提供坚实的理论基础。