經濟型電腦橫機三角結構及控制方式的改進分析

福建紅旗股份有限公司 鄭敏/文

近兩年經濟型電腦橫機得到較快的發展，因其價格實惠，僅為全電腦橫機的三分之一左右，而功能上也同樣可以實現提花、集圈、挑孔、絞花、波紋、明收針和暗收針等，因此得到國內中小企業及東南亞發展中國家企業的青睞。然而，原有經濟型電腦橫機的三角控制基本采用電磁鐵直接控制，存在噪音大，電控不穩定、維修率高等問題，因此，仍存在較大改進空間。

1 原三角部裝結構分析

原經濟型電腦橫機三角部裝如圖1所示，三角部裝正面圖。

由圖1可看出，三角底板上部分控制織針的走針軌跡，主要由上導針三角、密度三角、橋三角和移圈三角組成；三角底板下部分控制選針片的走針軌跡，主要由下導針三角、編織三角、起針三角和中心三角組成，其中移圈三角、起針三角、編織三角均可單獨垂直于三角平面的方向上下活動。

由圖1分析：

a.起針三角的作用有起針、吊目和接針，但吊目位高于接針位，因此，接針完成后還會被推起至吊目高度后才被壓下，這樣增加了紗線的張力，造成紗線和織針的磨損，對密度較緊的組織可能會產生破洞；

b.選針片在工作中除了選針功能外，還直接參與編織、吊目和接圈，即織針需要通過選針片推動進行編織、吊目和集圈，僅有翻針時，由選中的織針單獨完成，這樣選針片工作頻繁，而經濟型電腦橫機的針床的針槽不是插片式，是整體銑槽，因此針槽的側面粗糙度較高，選針片靠彎曲一定的弧度與針槽接觸，在針槽中容易發生磨損，弧度減小，而掉下針槽造成漏選、撞針等嚴重故障。

由于以上存在的缺點，造成編織時速度不能太快，編織密度不能太緊，經常要檢查選針片松緊程度，及時更換選針片，以免損壞機器或編織錯誤。

三角控制方式見圖2三角部裝反面圖，為使圖形簡潔清晰，與本文討論無關的零部件均拆除。圖2中可看出有4個磁保持電磁鐵分別控制4個可活動的三角，當電磁鐵通電時，鐵芯被吸下并推動三角芯軸，使三角退出三角底板表面形成走針道；當電磁鐵斷電，鐵芯則失去磁保持力處于放松狀態，在壓簧的作用下，三角縮起與三角底板平面平齊，即退出工作。

這種控制雖然簡單直接，但電磁鐵吸下時瞬間沖擊力大，噪音較大，并且三角芯軸與三角座的配合間隙太大或太小都會造成卡阻，每個電磁鐵的高低位置需要人工仔細調整，維修率較高。

2 三角走針道的改進

為提高編織速度和穩定性，減少選針片的磨損，考慮將編織三角移到三角底板上部，位于移圈三角下方，均可活動。編織時移圈三角下降；移圈時，移圈和編織均凸出。三角底板的下部由于吊目和接針有干涉，所以考慮將這個三角分別拆為起針三角和接針三角，各自可以活動，并且在接針三角最高位對應的位置，將起針三角銑一斜面，使接完線圈的織針可以順利通過起針三角。

改進后的三角結構及走針軌跡見圖3，改進后的走針方式更加合理，減少了選針片磨損，提高了織針編織的穩定性。

3 三角控制機構改進

3.1 初步方案的確定

由于將吊目三角和接針三角分開，就增加了兩個活動三角，三角動作組合增加，電磁鐵越多越不利于裝配調整和維修，使機械故障增多，再有接口增多、線路及控制程序復雜，且電磁鐵吸放瞬間產生較強電磁脈沖和電源波動，干擾電控穩定性。

而目前在電腦橫機行業自動化控制方面，步進電機等應用已經很成熟，步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件，其特點是：在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響；可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

從步進電機的特點可以總結出使用步進電機的好處：一，過載性好。其轉速不受負載大小的影響，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合，適合三角控制的要求；二，控制方便。步進電機是以步為單位旋轉的，數字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，便于三角控制程序計算和編寫；三，整機結構簡單。傳統的機械速度和位置控制結構比較復雜，調整困難，使用步進電機后，使得整機的結構變得簡單和緊湊。

鑒于以上原因，初步方案為：三角底板中間位置較空，將步進電機安放在中間，軸由兩端伸出，凸輪與電機軸固定聯接。上凸輪控制移圈三角和編織三角，下凸輪控制左、右起針三角，左、右接針三角。那么凸輪曲線該怎么繪制，上下凸輪該如何組合實現各種編織功能，還需要將各動作進行分解才能明確。

3.2 凸輪曲線設計

三角的編織狀態共有5種：編織、移圈（翻針時要脫去線圈的針的動作）、左接針、右接針（翻針時要接線圈的針的動作，按機頭運行方向不同分左右）、吊目。從電控設計方面考慮，電機旋轉一周就可以分成5個控制點，相鄰兩個控制點間，電機轉動角度是：360°/5=72°，每個控制點實現一個編織狀態，即對應的在每個控制點上，上下凸輪的組合能夠使三角有序實現相應的動作，互不干涉。那么我們需要了解每個編織狀態下各三角的動作：

編織時：移圈三角提起，其余三角全放；

移圈時：所有三角全放；

左接針時：右起針三角、右接針三角和左起針三角均提起，左接針三角、移圈三角和編織三角放下；

右接針時：左起針三角、左接針三角和右起針三角均提起，右接針三角、移圈三角和編織三角放下；

吊目時：編織三角、移圈三角提起，其余三角均放下。

3.2.1上凸輪曲線確定

由以上動作分析，編織三角在吊目時被提起，移圈三角在編織和吊目時被提起不工作，其余放下工作，因此可知控制編織三角的凸輪曲線可以設一處凸起即可，見圖4（a）；控制移圈三角的凸輪曲線應有兩處凸起，分別在兩個控制點起作用，而兩處凸起至少應相隔72°，但還要保證低位有足夠的過渡，因此將兩個凸起相隔兩個控制點144°較為合適，見圖4（b）。

因兩個三角距離較近，可以設一個凸輪分別控制兩個三角，因在吊目時兩個三角均要提起不工作，將移圈凸輪曲線其中一處凸起與編織凸輪曲線的凸起處于同一位置即可，合并后上凸輪示意圖。見圖4（c）。

3.2.2下凸輪曲線確定

由三角動作分析，左、右接針三角在左、右接針時各被提起不工作，左、右起針三角則不論左接針還是右接針均被提起不工作。因此可知控制左、右接針三角的凸輪曲線各有一處凸起即可，兩凸輪曲線相同，見圖5（a），但兩個凸輪合并后，應在不同控制點上，可相隔72°或144°，取其一合并后的下凸輪示意圖見圖5（b），兩控制點相隔72°。

3.2.3 聯動機構

左、右起針三角位于中軸線外側，如果單獨由凸輪控制，距離遠，力矩較大，而且單獨被提起不起作用，只有和接針三角同時提起，才能實現接針狀態，因此可以將左、右起針三角與接針三角聯動。結構示意圖見圖6。

圖6中導板通過4個支撐柱固定在三角底板背面，每個三角背面各連接一導桿，各導桿穿過導板，在左、右起針三角導桿的端部各用螺釘安裝一聯動桿，聯動桿一頭與起針三角導桿固定聯接，另一頭靠著接針三角導桿的端面，沒有連接。

接針三角與起針三角相鄰的邊做成臺階形，接針三角提起時可以帶動相鄰的起針三角一起上提，同時導桿的端面將聯動桿頂起，帶動另一邊與聯動桿鎖緊的起針三角導桿一起上提，如圖6 A-A中所示，三個三角同時抬起實現接針功能。

3.2.4 凸輪的組合

上下凸輪按一定的角度安裝后，才可以實現所有動作，圖7為凸輪組合安裝后，每個動作的凸輪狀態圖。

圖7中，上下凸輪按順時針方向同步轉動，相鄰的轉動角度為72°，軸承位于凸輪的正上方，即始終處于0°的位置（圖中未畫出），當編織位為0°時，上凸輪正上方有一個凸起，對應的是移圈三角，也就是移圈三角被提起，對應編織三角的凸輪沒有凸起，編織三角放下；同理，下凸輪對應的起針三角和接針三角均被放下，此時形成的是編織的走針道。依此類推，可以實現左接針、右接針、吊目和移圈。

3.3 三角控制總體結構

通過以上各部分的設計，機械上就可以實現五種編織狀態。同時為了給電控一個零位信號和五個分度信號，可在電機軸上安裝5等分的分度盤，并在其上設定一個零位點，分度和零位的感應可用金屬感應、霍爾感應或光耦感應，具體結構與電控設計的配合，選擇合適的感應器，圖中僅給出分度盤示意圖。三角控制的總體結構，如圖8所示：

雙軸伸步進電機鎖在三角底板上，上、下導板通過支撐柱固定在三角底板上，三角背面連接有導桿、導桿通過導板定位和導向，導桿上固定安裝有滾輪或軸承，并用壓簧使軸承始終靠在凸輪上面。

控制過程是：先使凸輪復位，即保證凸輪處于零位的正確位置上，按照編織程序設定的動作發送一定的脈沖，驅動電機轉動相應的角度，再通過分度感應器傳達的信號判斷轉動角度是否正確，若不正確，則停止轉動，并發出報警信號；若正確則繼續執行下一步驟。這樣步進電機可以帶動凸輪準確的旋轉即定的角度，凸輪將軸承頂起或放下，實現三角的所有編織動作。

4 結語

本文分析了經濟型電腦橫機的三角結構及控制方式的改進，針對三角走針的缺陷，對三角結構進行優化的設計，減少選針片的磨損，提高了織針編織性能和可靠性；三角控制方式由原來的電磁鐵控制改為步進電機和凸輪的組合控制，對三角減少了沖擊力和噪音，減少了電磁脈沖的干擾，控制方式簡單，易于編程，提高了電控的穩定性和降低維修率，在實際應用中有很大的意義。