毕业设计（论文）开题报告

一、课题来源、目的、意义：

（一）课题来源

高速喷气织机以其高效率、优质、适应性较广等优点被越来越多的纺织生产厂家选用。现在使用喷气织机的各厂普遍采用凸轮开口，这是因为凸轮开口机构利用凸轮控制织机综框的升降运动及升降次序，具有结构简单，工作可靠，适应高速和维修方便等特点。积极式凸轮开口机构是以每两片互相共扼的凸轮组成一组，每一套摆臂装置对应于一组共扼凸轮来操纵一页综框的升降。当凸轮回转时，摆臂上面一只转子与后凸轮大半径接触使综框提升，而摆臂下面一只转子与前凸轮大半径接触时就使综框下降。凸轮开口过程中综框升降运动的规律及升降次序由凸轮的外廓曲线所决定，一定外形的凸轮只能用于生产具有某一交织规律的织物别。

（二）目的与意义

我国的纺织业传承久远，一直以来都是最重要的民生产业之一，近几年的发展尤为迅速，形成了比较完善的产业链。借助新型电机及数控驱动技术，国产无梭织机尤其是喷气织机的市场占有率已经远超进口织机，其最高入纬率 2100~2400m/min，可节能15%~20%，极具性价比优势。同时，喷水织机的产量也呈现出井喷式增加。

但不可否认，国内的纺织工业技术水平与国外相比，在自动化、高速化、智能化、数字化、系列化等机电一体化方面还存在较大差距；在精确控制、结构优化、产品人性化等方面的研究还不够；在新材料、新工艺、新的设计理念方面还比较落后；在产品可靠性方面还有很大的提升空间；特别是国内大多数企业创新意识不强，缺少自主知识产权的核心技术，致使产品更新换代相对缓慢，不能快速响应多变的市场需求。

随着纺织市场的国际化发展，纺织企业要想在国内外市场占据一席之地，必须拥有能适应市场且受到市场欢迎的、具有自主知识产权的创新产品，打出自己的品牌和口碑，形成拳头产品。创新才能求生存，发展才是硬道理，只有加大投入自主创新，掌握核心技术，拥有自主知识产权，才能追赶并超越国外纺织行业的技术水准，做行业的领头羊，引领纺织业的发展潮流。

《纺织机械行业“十三五”发展指导性意见》提及的相关项目中，明确提出了纺织设备与织造过程的智能化、信息化、服务化是未来纺机行业的发展趋势。《意见》提倡改进纺织业的生产方式，引入智能化程度更高的生产设备，实现机器运行状态数据的在线控制与远程实时监测；并在推广机织装备技术的项目中提到要普及高速电子多臂机、积极式凸轮开口装置等设备。

开口装置是织机配套的核心部件，能直接影响织物的质量及织造效率，故一直是各大纺织机械企业竞争的热点所在。但当前国产开口装置同质化现象严重，供过于求，技术水平与进口设备相比还有较大差距。有关专家谈到对织造设备的发展趋势时，认为纺机制造业将在自动化、连续化、信息化、智能化、系列化这“五化”方面发展，保证高速运行下的稳定性，实现节能、降耗、环保、绿色生产，满足客户的个性化需求。基于数字化、系列化、智能化和绿色设计等理念，大力推广积极式凸轮开口装置的数字化设计与制造技术，实现其系列化设计并进一步研究开发智能化远程实时监测系统，将会推动整个纺机制造业向更加高速高效、优质可靠、环保节能等方面发展；实现纺织过程中在线检测、远程监测与控制、自动调整维护周期等功能，从而提高织造设备的利用效率，提高我国纺织工业的市场竞争力。

二、国内外研究现况及发展趋势：

（一）国内研究现状及发展趋势

纺织工业实施智能制造，就是以智能制造所特有的大数据、可持续、多样化、网络化、虚拟化、智能化等特点，实现纺织机械数字化设计、运行状态在线可控制、数据管理贯穿产品的全生命周期等目标，从而降低人力和物料成本、缩短生产周期、提高生产效率，改善织物质量，满足各色人等的不同需求。

欧洲的一些发达国家以及美国某些地区的纺织企业已经实现了织物织造全过程的智能化生产，对车间各设备运行状况的实时监测和远程控制也已经相当成熟，日本的部分公司也在织机的自动控制方面取得了一定突破。瑞士的 Stäubli（史陶比尔）已有超越百年的历史，其产品的市场占有率一直位居全球领先地位。其 S1692/S1781 系列凸轮开口装置实现了内置自动平综装置，电子监控油浴或油循环润滑，实时判定装置的运行状况，方便维护。比利时毕佳乐（PICANOL）的 OMNIplus 型织机、GTMax-i 剑杆织机以及日本津田驹的 ZAX 型喷气织机等，已能实现织机引纬的自动控制，自动补偿时间误差以提高织造精度，降低故障发生概率。毕佳乐的 OMNIplus Summum 型最新一代喷气织机，利用集成的全新电子控制平台，与创新引纬系统相结合构建全电子监控与控制系统，具有先进的元件探测技术，能远程排查故障，为用户提供了实时监控工具。

（二）国外研究现状及发展趋势

国内织机行业有关智能化的研究目前多应用于织机或者电子提花机方面。马志燕[23]等采用虚拟仪器技术，应用 LABVIEW 软件构建了一套动态测试系统，可以对纺织机械运行中的各种动态性能进行测试与保存；马丽丽等主要研究了织机监测系统中数据采集流程、数据库与网络结构设计等问题；王全设计了一套基于 B/S 架构，在喷气织机控制系统通过 MTConnect 协议获取各项运行数据实现远程监控；罗金荣设计了提花机的在线监控系统，通过智能图像识别技术提取织物组织信息，结合织机的控制系统实现在线监控；穆岩等针对当前织机监测系统数据检索比较慢的问题建立了多维数据集浏览方式,快捷共享不同用户。但总体来看，当前国内的有关研究在机电一体化以及可靠性方面与国外相比还有一定差距，凸轮开口装置尚无智能化程度较高的成熟产品。

三、预期达到的目标、主要研究内容、完成课题的方案及主要措施

（一）预期达到的目标

喷气织机凸轮开口机构设计的预期目标主要围绕提升织造效率、优化织物质量和增强机构稳定性三个方面。首先，我们期望通过优化凸轮形状和运动轨迹，实现高速、精准的开口动作，从而提高织机的生产效率。其次，通过精确控制开口时间和开口量，减少纱线摩擦和张力波动，以提升织物的质量和均匀度。最后，我们将注重机构的稳定性和耐用性设计，确保在长时间高负荷运行下仍能保持良好的工作性能，降低维护成本。通过实现这些目标，我们期望为纺织行业带来更高效、更可靠的喷气织机凸轮开口机构。

（二）主要研究内容

（1）完成装置的数字化与系列化设计

对积极式凸轮开口装置的开口凸轮进行反求设计，基于CREO软件完成各个部件的建模并装配得到装置的数字化样机；研究简单花纹织物的不同组织类型与开口凸轮对应关系，通过叠加组合开口凸轮的方式，进行积极式凸轮开口装置的系列化设计。

（2）利用达朗贝尔原理完成机构的动态静力学研究

分析积极式凸轮开口机构的运动特性，利用达朗贝尔原理列出机构中各个构件的动态静力学平衡方程并借助 MATLAB 求解；将开口机构的三维模型导入 ADAMS 动力学软件进行多刚体动力学仿真与分析。

（3）在弹性动力学理论的指导下进行机构的刚柔耦合动态仿真

考虑高速运行过程中构件的弹性变形，采取集中质量法得到凸轮开口机构的等效动力学模型，进一步将其简化为单自由度模型后求解动态误差微分方程；基于 ANSYS 对机构的关键组件进行模态分析并处理成柔性件，将不同的柔性件分别导入 ADAMS 中创建机构的刚柔耦合虚拟样机完成动态仿真分析。

（4）初步设计该装置的智能化远程实时监测系统

进行系统的整体方案、硬件组成、软件分析架构的设计，数据采集和无线传输模块的组成方案设计，最后完成系统中实现数据采集功能的相关硬件选型。

（三）完成课题的方案及主要措施

方案 1（如图 1）——这种传动的特点是：织机外侧布置，地组织凸轮与边组织凸轮分别装于两根轴上，结构紧凑，路线简单明了。

图 1 传动方案 1

方案 2（如图 2）——这种传动方案的特点是：织机外侧布置，地组织凸轮和边组织凸轮在同一根轴上，但是边组织凸轮和地组织凸轮的传动时分开的。它们分别靠用螺钉与本身固结在一起的齿轮 Z5 和 Z4 来传动。这样就更容易分开确定地组织凸轮与边组织凸轮的转速，同时调节开口时间也变得很容易。这样配置，使结构紧凑，从而使踏综杆的结构紧凑，而且减少了特殊零件的出现，降低了机器的成本。

图 2 传动方案 2

（2）方案比较。

方案 1——开口凸轮装在织机外侧，传动时电机传动主轴，带动同步齿形带轮，再由齿形带轮通过轴传动 Z1，Z1 与Z2 为一对等齿数的锥形齿轮，于是 Z1 传给 Z2，这样改变了传动方向，传到边凸轮轴 A，再通过边凸轮轴上的齿轮 Z4，传动地组织轴上的齿轮 Z3，带动地组织的凸轮轴，传动地组织凸轮完成提综运动。更换织物组织时，需要更换齿轮 Z3 和 Z4 及地组织凸轮，这样就可以与地组织凸轮组成一系列的织物组织，这种结构中，边组织凸轮和地组织凸轮分开，调节开口时间造成一定的困难；而且边组织凸轮靠后，使踏综杆传动复杂。由于箱体布置，变换齿轮和凸轮都需要充分的润滑，可以采用油浴。

方案 2——开口凸轮装在织机外侧，传动时电机传动主轴，带动同步齿形带轮，再由齿形带轮通过轴传动 Z1，Z1 与Z2 为一对等齿数的锥形齿轮，于是 Z1 传给 Z2，这样改变了传动方向，传到边凸轮轴 A，再通过 Z3 与 Z6 分别传动地组织凸轮与边组织凸轮。该方案克服了方案一中调节开口时间困难、踏综杆传动复杂等问题。

综上分析，选择方案 2 为开口机构的传动方案。

四、课题研究进度安排

表1  课题研究进度安排表

五、主要参考文献

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