電腦橫機(jī)組合式凸輪換色基座的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

常熟市國(guó)光機(jī)械有限公司 顧振剛 鄭文玉 肖鋒 何明華/文

本文通過(guò)對(duì)原有電腦橫機(jī)采用的電磁鐵驅(qū)動(dòng)換色基座存在的缺點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)采用組合式凸輪技術(shù)和控制方法所提供的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、維修率低的換色基座進(jìn)行了特點(diǎn)及運(yùn)行的分析和說(shuō)明。

1. 前言

換色基座是電腦橫機(jī)在編織過(guò)程中選擇不同導(dǎo)紗器滑架（也稱烏斯座）帶動(dòng)紗嘴中的紗線來(lái)完成各種編織的重要部件。

現(xiàn)有的換色裝置一般均采用電磁鐵配合杠桿推動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外生產(chǎn)制造的電腦針織橫機(jī)一般均采用上述原理制造。多個(gè)導(dǎo)紗器滑架由獨(dú)立的電磁鐵控制，使用頻率高的電磁鐵每年要更換1～3次。

2. 電磁鐵驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)的分析

1）每個(gè)電磁鐵都有連接控制線，再加上電磁鐵的磁場(chǎng)較大，造成電控部分的干擾，影響電控穩(wěn)定性。

2）單個(gè)電磁鐵故障，無(wú)法報(bào)警提示，維修人員不能盡快確定排除。

3）電磁鐵切換啟用頻率高，瞬間工作沖擊力大、噪聲大，容易損壞切換機(jī)構(gòu)和電磁鐵自身，故障多、維修率高。

由于以上存在的缺點(diǎn)，造成了機(jī)械部件更換率和編織物廢品率高，編織原料浪費(fèi)大，維修人員花費(fèi)工時(shí)成本高。

3. 組合式凸輪換色基座的設(shè)計(jì)理念

基于電磁鐵換色基座的缺陷較多，常熟市國(guó)光機(jī)械有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了多年的探索研究，開發(fā)了一種采用動(dòng)力裝置為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的組合式凸輪換色基座。

該組合式凸輪換色基座的優(yōu)點(diǎn)是：避免了電磁鐵造成的電控部分干擾、穩(wěn)定性差的問(wèn)題。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合的凸輪推動(dòng)所需切換滑塊，由切換滑塊帶動(dòng)導(dǎo)紗器滑架，凸輪與切換滑塊之間工作配合無(wú)沖擊力，因此噪聲小。同時(shí)，減少了電路控制連接和電磁鐵所產(chǎn)生的電磁干擾，穩(wěn)定性好，各相關(guān)部件也不容易損壞，維修少，使用壽命長(zhǎng)。

4. 組合式凸輪換色基座的工作原理及機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

組合式凸輪換色機(jī)構(gòu)如圖1所示，包括用來(lái)選擇導(dǎo)紗器滑架的切換滑塊2、杠桿3和動(dòng)力裝置，所述杠桿3為蹺蹺板式設(shè)置，其中部采用軸4固定，杠桿3的兩端分別設(shè)置有切換滑塊2、動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置推動(dòng)杠桿3一端，杠桿3的另一端帶動(dòng)切換滑塊2向上運(yùn)動(dòng)，所述切換滑塊2上設(shè)置有復(fù)位彈簧10，復(fù)位彈簧10設(shè)置在切換滑塊2和安裝蓋板11之間，在動(dòng)力裝置推動(dòng)杠桿3一端的力度解除后，復(fù)位彈簧10使切換滑塊2向下復(fù)位。所述動(dòng)力裝置摒棄傳統(tǒng)采用組合電磁鐵來(lái)分別推動(dòng)所需切換滑塊2的結(jié)構(gòu)，其包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)的凸輪6，所述凸輪6安裝在電機(jī)軸5上，凸輪6下方為杠桿3，凸輪6的曲面作用在杠桿3的一端，即凸輪6的曲面推動(dòng)杠桿3的一端。

圖1 凸輪換色機(jī)構(gòu)示意圖

如圖1所示，還可以在凸輪6與杠桿3之間設(shè)置頂銷8，所述頂銷8可上下活動(dòng)地安裝在凸輪6下方的基座12上，其上端緊靠凸輪6的曲面，其下端作用在杠桿3的一端。一般情況下，單系統(tǒng)的電腦針織橫機(jī)的換色基座由八個(gè)并排的換色機(jī)構(gòu)構(gòu)成，從一端起，相鄰四個(gè)換色機(jī)構(gòu)的凸輪設(shè)置在一個(gè)電機(jī)軸上，而雙系統(tǒng)、三系統(tǒng)則以此類推。

5. 組合式凸輪換色基座的具體實(shí)施方式

5.1 凸輪類型的選擇

當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時(shí),常采用凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)一般由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成。凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是，只要適當(dāng)設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，即可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。

電腦橫機(jī)換色基座工作時(shí)要求中速低載，故可選擇盤形凸輪控制頂銷8的上下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用最普遍的滾子從動(dòng)件，其承受力較好。盤形凸輪需要與柱形彈簧配合工作，為力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)。

5.2 組合式凸輪分度轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律

電腦針織橫機(jī)的換色基座包括多個(gè)換色機(jī)構(gòu)，一般情況下，單系統(tǒng)的電腦針織橫機(jī)的換色基座具有6至8個(gè)換色機(jī)構(gòu)，這些換色機(jī)構(gòu)依次排在一起；雙系統(tǒng)則需要再加6至8個(gè)換色機(jī)構(gòu)并排成兩行，如圖2所示；而三系統(tǒng)、四系統(tǒng)則以此類推。

圖2 組合式凸輪換色基座

如圖2所示，電腦織針橫機(jī)在使用組合式凸輪換色基座時(shí)，可以采用一個(gè)電機(jī)軸5上設(shè)置有多個(gè)凸輪6，每個(gè)凸輪6對(duì)應(yīng)一個(gè)換色機(jī)構(gòu)，即一個(gè)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)多個(gè)換色機(jī)構(gòu)。此時(shí)考慮到不同切換滑塊2選擇導(dǎo)紗器滑架的時(shí)間不同，因此此時(shí)凸輪6的形狀是不同的。凸輪6具體的形狀有多種選擇，但選擇的思路是：一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)紗器滑架的選擇與其他沒(méi)有被選中的導(dǎo)紗器滑架之間互不干擾，不干涉正常的工作。優(yōu)化的選擇可以是：一個(gè)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)4個(gè)凸輪6，如圖4所示，2個(gè)電機(jī)13共驅(qū)動(dòng)8個(gè)凸輪6。

下面以單系統(tǒng)為例，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪以及凸輪形狀的選擇進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。單系統(tǒng)的電腦針織橫機(jī)換色基座具有八個(gè)換色機(jī)構(gòu)，如圖2所示，換色基座安裝在天橋1上，從一端起，將換色基座上相鄰四個(gè)換色機(jī)構(gòu)的凸輪6通過(guò)一個(gè)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)，這樣八個(gè)換色機(jī)構(gòu)僅用兩個(gè)電機(jī)13便可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。

將上述換色基座的凸輪6分別命名為第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63、第四凸輪64、第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67和第八凸輪68，每個(gè)凸輪6按角度均分為8份，順時(shí)針依次為第一、二、三、四、五、六、七、八凸輪塊。并且，每個(gè)凸輪6的各個(gè)凸輪塊所處的位置相同,即每個(gè)凸輪6的第一凸輪塊在電機(jī)軸5上的位置相同。

根據(jù)實(shí)際編織物要求，有時(shí)要用兩個(gè)紗嘴同時(shí)編織，一般不用相鄰兩個(gè)紗嘴，這樣兩個(gè)紗嘴之間的夾角大，紗嘴前后交換方便，容易居中。考慮到上述因素，第一、二、三、四、五、六、七、八凸輪塊的狀態(tài)如圖3所示來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，其中第一凸輪、第二凸輪、第三凸輪和第四凸輪的凸輪塊狀態(tài)如圖3：

圖3 凸輪塊狀態(tài)圖

第五、六、七、八凸輪的凸輪塊狀態(tài)與第一、二、三、四凸輪的凸輪塊狀態(tài)對(duì)稱。以第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63和第四凸輪64為例，初始狀態(tài)默認(rèn)所有凸輪6的第一凸輪塊位于頂銷8上方（即第一凸輪塊與頂銷8接觸，或通過(guò)軸承7與頂銷8接觸）。

上述八個(gè)換色機(jī)構(gòu)在電機(jī)13驅(qū)動(dòng)下工作過(guò)程如下：

在電機(jī)帶動(dòng)凸輪組逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°后，第三凸輪63對(duì)應(yīng)的切換滑塊2落下選擇導(dǎo)紗器滑架，第一凸輪61、第二凸輪62和第四凸輪64收起不選擇導(dǎo)紗器滑架；繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°后，第四凸輪64對(duì)應(yīng)的切換滑塊2落下選擇導(dǎo)紗器滑架，第一凸輪61、第二凸輪62和第三凸輪63收起不選擇導(dǎo)紗器滑架；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)如表1和表2所示。

表1 凸輪分度轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)表

表2 凸輪分度轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)表

同理，第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67和第八凸輪68的工作過(guò)程及選擇原理均相同。

表1、表2中○×代表凸輪6表面此時(shí)凹陷，對(duì)應(yīng)的切換滑塊2落下選中導(dǎo)紗器滑架； ○代表凸輪6表面此時(shí)突出，對(duì)應(yīng)的切換滑塊2不落下，從而不會(huì)選中導(dǎo)紗器滑架。表1、2中的度數(shù)代表逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

由于第一凸輪61、第二凸輪62、第三凸輪63、第四凸輪64組成的一組凸輪與第五凸輪65、第六凸輪66、第七凸輪67、第八凸輪68組成的另一組凸輪分別采用兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此一組凸輪的八種狀態(tài)可與另一組凸輪的八種狀態(tài)任意組合。

6. 組合式凸輪換色基座的控制方法

電腦針織橫機(jī)組合式凸輪換色基座包括多個(gè)換色機(jī)構(gòu)，如圖4所示，換色機(jī)構(gòu)包括用來(lái)選擇導(dǎo)紗器滑架的切換滑塊和驅(qū)動(dòng)切換滑塊的凸輪，驅(qū)動(dòng)軸2或凸輪1上設(shè)置有分別與位置傳感器3、狀態(tài)傳感器4對(duì)應(yīng)的感應(yīng)點(diǎn)5。位置傳感器3檢測(cè)所述的換色機(jī)構(gòu)中組合凸輪1的初始位置信號(hào)。狀態(tài)傳感器4檢測(cè)所述的換色機(jī)構(gòu)中組合凸輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)（即角度）信號(hào)。狀態(tài)傳感器4可選用霍爾傳感器，在驅(qū)動(dòng)軸2或凸輪1上設(shè)置有感應(yīng)磁鋼（即感應(yīng)點(diǎn)5），磁鋼按角度均勻設(shè)置，霍爾傳感器通過(guò)感應(yīng)磁鋼來(lái)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的數(shù)字乘以磁鋼分布的角度便可以得到凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。位置傳感器3、狀態(tài)傳感器4采集的信息通過(guò)信號(hào)采集模塊傳遞給主控制器。換色機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件選用步進(jìn)電機(jī)。

圖4 傳感器安裝示意圖

將編織程序輸入到主控制器中，工作流程是：主控制器向換色機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)指令，換色機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令來(lái)驅(qū)動(dòng)換色機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)凸輪1精確地轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)選擇不同的導(dǎo)紗器滑架進(jìn)行編織動(dòng)作。

但上述流程僅僅是理想狀態(tài)，帶動(dòng)凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度常常存在偏差，因此就會(huì)影響選擇導(dǎo)紗器滑架的準(zhǔn)確度。可通過(guò)以下控制方法來(lái)解決此問(wèn)題，如圖5所示。控制方法包括以下步驟：

1）通過(guò)位置傳感器3檢測(cè)換色機(jī)構(gòu)中凸輪1的初始位置信號(hào)，根據(jù)此信號(hào)判斷凸輪1是否在初始位置，位置傳感器通過(guò)信號(hào)采集模塊將此信號(hào)傳遞給主控制器，由主控制器對(duì)凸輪1是否在初始位置的信號(hào)進(jìn)行判斷；

2）若凸輪1不在初始位置，則對(duì)凸輪1進(jìn)行復(fù)位，執(zhí)行步驟1）；若凸輪1在初始位置，則執(zhí)行步驟3）；

3）換色機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)換色機(jī)構(gòu)的凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)選擇不同的導(dǎo)紗器滑架進(jìn)行編織動(dòng)作；

4）通過(guò)狀態(tài)傳感器來(lái)檢測(cè)判斷凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是否正確，用以判斷、防止例如步進(jìn)電機(jī)失步等原因引起的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不到位的情況發(fā)生；

5）若凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不正確，則通過(guò)報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)并鎖定驅(qū)動(dòng)元件；若凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度正確則執(zhí)行步驟6）；

6）判斷是否有轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，若有則根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，執(zhí)行步驟3）5）；若沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)則結(jié)束。

此方法控制簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，只需向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送一定的脈沖即可驅(qū)動(dòng)，硬件設(shè)計(jì)上接口少；位置傳感器和狀態(tài)傳感器可確保組合凸輪的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度精確；同時(shí)具有反饋故障的功能。

圖5 組合式凸輪換色基座電控流程圖

7. 結(jié)語(yǔ)

電腦橫機(jī)組合式凸輪換色基座改變了原采用組合電磁鐵來(lái)分別推動(dòng)所需切換滑塊的結(jié)構(gòu)，避免了電控部分造成的干擾、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合的凸輪，推動(dòng)所需切換滑塊，由切換滑塊帶動(dòng)導(dǎo)紗器滑架，凸輪與切換滑塊之間工作配合無(wú)沖擊力，因此機(jī)械故障率少、噪聲也小；其減少了電路控制連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各相關(guān)部件也不容易損壞，穩(wěn)定性好，維修少，使用壽命長(zhǎng)；是電腦針織橫機(jī)換色基座更新?lián)Q代的方向。

[1].常熟市國(guó)光機(jī)械有限公司，電腦針織橫機(jī)組合凸輪式換色基座，CN 102808279 B。

[2].常熟市國(guó)光機(jī)械有限公司，電腦針織橫機(jī)組合凸輪式換色基座的控制方法， CN 102787441 B。