狭小空间织针的电磁阵列式大位移驱动机理及应用研究

Needles driving is the key to improve textile knitting machine productivity and its production quality. Traditional cam friction needles driving method causes high vibration and temperature, and affects the speed and life of the drive mechanism. According to above problems, this project presents a new non-contact needles driving method based on electromagnet array. Through analyzing the magnetic field distribution when electromagnet array superposing, it researches the magnetic force variation rule in the period of electromagnet array driving permanent magnet needles moving process, discover the needles dynamics behavior in narrow space under different air gaps, explores the needles large displacement driving key influencing factors in narrow space with electromagnet array. Then on the base of these, the project builds the magnetic force model based on continuous 0~18mm large suspended air-gap, establishes needle large displacement dynamic force model with multi-force coupling in narrow space, discusses the numerical relation model between the needles speed, location and driving current, designs hardware-software system and electromagnet array dynamic control algorithm, verifies and completes the needles large displacement driving theory in narrow space based on electromagnet array. The optimized the electromagnet array needles driving mechanism based on researched theory applies in knitting machine design which can provide important theoretical basis and technical support for high speed, low energy consumption, and new stabilize knitting machine design and manufacturing, and can proved a solid basis to rise our national knitting machine competitiveness in the world.

织针驱动是针织机效率和针织品质量提升的关键，传统的凸轮摩擦式织针驱动方法，生产时设备振动剧烈、温升高，严重影响驱动机构的速度和寿命。针对以上问题，项目提出一种基于电磁阵列的非接触式织针驱动新方法，通过分析多电磁铁叠加的合成磁场分布，研究电磁阵列驱动永磁织针的磁力变化规律，探索不同气隙下狭小空间内织针驱动的动力学行为，揭示狭小空间织针大位移驱动的关键影响因素。在此基础上，构建电磁阵列在0~18mm连续气隙下的磁场和磁力变化模型，建立多外力耦合下狭小空间内织针运动的动力学模型，探讨织针速度、位置和电磁驱动电流之间的数值关系，设计织针驱动的软硬件系统和动态控制算法，验证和完善狭小空间织针的电磁阵列式大位移驱动理论。基于理论成果，优化设计电磁阵列式织针驱动机构，实现针织横机的工程应用，为高速、低耗和稳定的新型针织机械设计与制造提供重要的理论基础和技术支撑，为提升我国纺织机械国际竞争力奠定基础。

本项目在对国内外针织机研究现状和磁悬浮驱动进行综合论述与分析的基础上，开展了狭小空间电磁阵列的非接触式织针驱动研究工作，取得了以下成果：.(1) 分析了永磁织针在水平往复移动时的等效磁通量，建立了电磁阵列作用下永磁织针水平移动过程中的磁场变化模型，推导出织针在不同水平位移时的磁力模型。.(2) 为了获得大行程织针位移，必须使磁阵列结构产生较大的驱动力，通过分析永磁织针在上升过程中的磁感应强度，优化设计了永磁织针的永磁体结构；分析不同密绕线圈结构及阵列方式在中心轴上的磁感应强度，建立不同位置的电磁驱动力学模型，优化设计了电磁线圈结构；分析永磁阵列结构间的相互作用力，利用硅钢片励磁，优化设计了硅钢片的厚度，获得最优织针间距。.(3) 分析了织针在电流驱动作用下的大位移驱动过程中的力学模型，并在模型的基础上推导了驱动电压、电流及上升位移高度之间的相互关系，建立了织针驱动大位移行程过程的PID控制方法。.(4) 研究了电磁阵列横机的编织工艺，根据工艺织针高度形成电磁阵列的驱动电流数据，设计电磁阵列驱动的程序、电路和软件，利用通讯传输与控制技术实现电磁阵列线圈的独立控制。.(5) 设计电磁线圈阵列和永磁织针阵列的结构，搭建了电磁阵列式针织横机织针驱动实验样机，进行了电磁阵列的磁场分析与驱动控制研究，包括实验方案设计、实验装置的加工与制造、机械结构优化与参数确定等。通过实验测试了电磁阵列的驱动力学性能，获得了电磁阵列和永磁织针阵列移动过程中的位移与驱动电流间的关系。通过实验研究，一方面验证和完善了理论研究结果，另一方面为项目研究成果的应用提供技术支撑。.本项目所提出的狭小空间织针的电磁阵列式大位移驱动研究达到了预期目标，获得了满意的结果。其成果可为针织机电磁式织针驱动机构设计和优化提供有效的理论指导，具有一定的实用价值和应用前景。