一种地毯织机的智能纱架的制作方法

本发明涉及地毯制造设备，具体为一种地毯织机的智能纱架。
背景技术：
：地毯织机在编织地毯时需要大量的纱线供应。传统纱架位于后部为织机供应纱线，其为简单的焊接框架式结构，工作时将纱线轴套在纱架上的外伸短轴上提供纱线。对于传统纱架，地毯织机在工作时需要人工实时检查哪个纱线轴的纱线即将用完并对其进行补添，同时由于地毯厂须要经常更换订单，这就要求将纱线全部替换，一方面换纱周期很长，浪费劳动力、耽误地毯的生产，另一方面，纱线轴上存留的特定长度以内的纱线将不能再利用，造成了纱线的严重浪费，增加了废纱的库存和后处理的负担，影响了地毯的生产效益。技术实现要素：本发明所解决的技术问题在于提供一种地毯织机的智能纱架，以解决上述
背景技术：
中的缺点。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种地毯织机的智能纱架，包括机架、储纱体、定位寻线单元、核心功能单元、引导架和机械手；所述机架由槽钢焊接而成，所述机架的底部铺设有三根垫木来支撑所述储纱体，所述机架的机架后匣装夹所述储纱体，且侧面立柱和顶面横梁的内表面粘附一定厚度的橡胶垫条用于夹紧所述储纱体；所述机架的机架前匣是纱架的工作空间，所述机架的顶部平行安装两根直线导轨，悬挂支撑所述定位寻线单元；所述储纱体是智能纱架为地毯织机储备供给地毯纱线的单元模块，由相应数量的pvc管材紧密贴合排列而成，每根所述储纱筒前端配备定位夹，后端固定出纱口，所述定位夹用于固定机械手右指送来的纱线线头，出纱口控制筒内纱线的流出，防止纱线抱团和系结；每层储纱筒由尾部横条相连并固定于所述机架上；所述定位寻线单元所述机架的导轨上，驱动并控制所述核心功能单元在所述纱架的水平和竖直二维平面内的运动，完成智能纱架寻找指定储纱筒的功能，水平运动由齿轮齿条配合驱动，竖直运动由丝杠螺母配合驱动；所述核心功能单元包括抽线单元、送线单元、搭载单元、空气捻接器和托线单元，所述抽线单元通过抽线口从纱线库中定长抽取纱线提供给智能纱架储备，能够定量的计算并记忆抽取纱线的长度；所述送线单元能够沿储纱筒方向往复运动，配备气、线双行管路和盘型鼓气推线动力，进时送线储纱能够与储纱筒紧密贴合，退则复位让行给托线让出足够的工作空间；所述搭载单元主要承担托附双纱线并打结的任务，固定有“v”形线托和空捻器，“v”形线托能够搭载并限位双纱线，便于机械手的寻找；所述空气捻接器利用空气动力将捻接芯内的双纱线实现无结捻接，所述托线单元在送线单元让位后工作，寻找并限位整根连续纱线，并将其喂给所述机械手后复位，所述核心功能单元能在所述纱架的前部平面内做二维运动，实现准确储纱，同时还能够驱动机械手沿储纱筒方向运动，集成抽线、送线、搭载、捻接和托线五个功能，五个功能单元按照规定的时序配合动作，实现了智能纱架打结和储纱的主要功能；所述引导架驱动并控制所述机械手在所述纱架的平面内做二维运动。本发明中，进一步的，所述储纱体上的每根储纱筒包括送线器，定位夹，储纱筒和出纱口，送线器安装于储纱筒的前端，所述储纱筒的后端开口处即为出纱口，在储纱筒前端上方安装有定位夹，定位夹为l型结构且竖直方向上设有定位槽。本发明中，进一步的，所述定位寻线单元包括两个电机a、滑动板、四个滑动块和定位板，电机a通过电机座a固定在滑动板上，滑动板的下方安装着滑动块，滑动块上设有与所述直线导轨相适应的滑动槽，定位板安装在滑动板的下方。本发明中，进一步的，所述核心功能单元中，所述抽线单元设置在主板左侧，所述送线单元位于抽线单元后方，所述空气捻接器设置在送线单元的一侧并通过所述搭载单元连接，所述托线单元设置在主板的后方，主板上还安装着引导架。本发明中，进一步的，所述引导架包括电机、竖板、丝杆、电机座和固定块，电机通过电机座安装在竖板上，竖板的侧面有三个固定块，固定块上设有通孔，上、下固定块上安装有丝杆。本发明中，进一步的，所述机械手包括三个气缸、右指、切断指和左指，右指、切断指和左指分别连接在相对应的气缸上，气缸固定在支座上。本发明中，进一步的，所述送线器包括喷嘴芯、喷嘴体、导纱管、送线斗、送线气流入口、环形气室、整流槽、加速区、喉道、气流出口、纱线引射区、纱线加速区、斗形区、推线气流入口、纱线入口和纱线入口区，导纱管和喷嘴体均为中空结构且相互啮合，在喷嘴体的前端还啮合着喷嘴芯，喷嘴芯穿过喷嘴体并到达导纱管内，喷嘴芯的前端为纱线入口区，后端为气流出口，所述导纱管后端啮合着送线斗，送线斗后端为斗形区，在斗形区上设有推线气流入口，在喷嘴芯和导纱管内设有相通的纱线引射区，在导纱管内的中空部分为纱线加速区，在喷嘴体上设有送线气流入口，在送线气流入口的下方为环形气室，在喷嘴芯和喷嘴体之间设有整流槽、加速区和喉道。本发明中，进一步的，所述空捻器的中部设有柱孔，柱孔设有与表面之间设有一斜槽，在空捻器的两端设有环形的安装槽。本发明的有益效果：作为地毯纱线由纱线库到织机的中转，可以根据订单自动分析出各种纱线的利用量，按照指定的余量供应给地毯织机，并于某种纱线用尽前能够提前为织机储备好，因此极大的提高了纱线利用率和地毯生产率，同时省却了不同订单的换纱时间，减少了劳动量和误工率，具有很高的经济效益和社会效益。附图说明图1为本发明的工作原理流程图；图2为本发明控制系统程序流程图；图3为本发明整体结构示意图；图4为本发明中机械手的结构示意图；图5为机械手作业流程图，其中(a)是机械手分步动作流程分析，(b)是机械手运动轨迹分析；图6为本发明中控制系统被控对象示意图；图7为本发明的作业流程各个被控对象的动作时序图；图8为本发明单个储纱筒的结构示意图；图9为本发明中送线器纵剖面结构示意图；图10为本发明中送线器工作原理示意图；图11为本发明中搭载单元工作原理图；图12为空捻器的结构示意图；图13为纱线模型示意图。图中：机架-1；储纱体-2、送线器-2.1，定位夹-2.2，储纱筒-2.3、出纱口-2.4、喷嘴芯-2.11、喷嘴体-2.12、导纱管-2.13、送线斗-2.14、送线气流入口-2.15、环形气室-2.16、整流槽-2.17、加速区-2.18、喉道-2.19、气流出口-2.20、纱线引射区-2.21、纱线加速区-2.22、斗形区-2.23、推线气流入口-2.24、纱线入口-2.25、纱线入口区-2.26；定位寻线单元-3、电机a-3.1、滑动板-3.2、四个滑动块-3.3、定位板-3.4、电机座a-3.5；核心功能单元-4、抽线单元-4.1、送线单元-4.2、搭载单元-4.3、空气捻接器-4.4、托线单元-4.5、主板-4.6；引导架-5、电机-5.1、竖板-5.2、丝杆-5.3、电机座-5.4、固定块-5.5；机械手-6、气缸-6.1、右指-6.2、切断指-6.3、左指-6.4、支座-6.5。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。在图3中，储纱体2固定于机架1的后匣内，定位寻线单元3悬挂在机架1顶部的直线导轨上，其能够驱动核心功能单元4在机架1的前匣内二维运动，核心功能单元4与引导架5控制并驱动机械手6在纱架纵向平面内二维运动，机械手6完成对纱线的取、置操作。智能纱架初始工作时，即储纱筒内没有纱线的情况下，由于纱线不能方便的自动穿过储纱筒末端的出纱口并穿过导纱管装夹到地毯织机的载纱器上，所以初始纱线必须人工穿送并定位，智能纱架正常运行时，工作原理如图1所示。智能纱架工作过程：控制系统根据各个储纱筒2.3中的纱线余量和预置的优先级判断出须储纱的筒的位置；智能纱架的定位寻线单元3动作，驱动核心功能单元寻找并定位，使其送线单元4.2对准指定的储纱筒2.3；机械手6的右指6.2夹取定位夹2.2上的线头，并将其与左指6.4中的纱线库线头一起安置在搭载单元4.3上，机械手6返回打结；送线单元4.2前进，紧密贴合储纱筒，待储纱满时复位；托线单元4.5启动，将纱线喂给等待中的机械手6后复位；机械手6上的切断指6.3剪断纱线，右指6.2将线头固定在定位夹2.2中，机械手6回归零位准备下一个工作循环。而智能纱架控制系统程序流程如图2所示。在图4中，机械手6包含三根手指：右指6.2，切断指6.3和左指6.4，三指分别由各自独立的气缸6.1驱动。右指6.2主要负责对纱架上线头的操作；切断指6.3能够剪切纱线；左指6.4主要负责对来自纱线库中纱线线头的操作。在图5中，机械手6动作的一个流程即完成智能纱架核心功能——纱线打结。机械手运动过程分析：在a图中位置(0)到(1-1)为取纱架线头过程，机械手6启动工作，左指6.4夹持着纱线库中纱线的线头，右指6.2寻找并夹取纱架1上定位夹2.2中的线头；位置(1-1)到(2)为搭载双线头过程，机械手6寻找到并夹持着需要打结的两根线头，绕过空气捻接器4.4，自由安全的放置在搭载单元4.3上；在b图中，位置(2)到(3)为打结过程，机械手6运动到搭载单元4.3“v”形线托的底端时，左右指同时闭合，抓握住两根纱线，然后将其压入空气捻接器4.4中，机械手6暂停，切断指6.3将两根纱线剪断后张开，空气捻接器4.4通气将两个线头捻接成功后机械手6继续下降，以保证捻接质量，当机械手6运动到空气捻接器4.4下端行程的最低点时，左右指张开，放开捻接好的纱线，丢弃捻接废纱，此时开始储线功能，当送线开始时机械手运动到位置(3)完成打结功能，等待托线送来的纱线；位置(3)到(1-2)为放置纱架线头过程，机械手6的左指6.4夹持着纱线库中纱线的线头，将右指6.2中的纱架线头固定于储纱筒上的定位夹2.2中；位置(1-2)到(0)为回归零位过程，机械手6的左指6.4夹持着纱线库中纱线的线头，恢复初始位置，准备下一个工作循环；位置(0)到(2)到(3)到(0)是一个完整的纯打结过程，当检测出接头质量不合格时即可重复打结。图6中，智能纱架共有10个被控对象(5个电机和5个气缸)，其功能分析如表1所示：表1控制系统被控对象及功能分析序号名称型号功能a电机一130byg3501驱动定位寻线单元水平运动b电机二110byg350b驱动核心功能单元上下运动c电机三86bygx450b驱动机械手前后运动d电机四86bygx450b驱动机械手上下运动e电机五42byghw609驱动抽线单元f气缸一cxsm6-20驱动右指g气缸二cxsm6-20驱动切断指h气缸三cxsm6-20驱动左指i气缸四tn16100s驱动送线单元j气缸五cdu16-15t驱动托线单元根据智能纱架的作业流程得出各个被控对象的动作时序如图7所示。在图7中，定位夹2.2用于固定机械手6右指6.2送来的纱线线头，纱线经送线器2.1产生的高速气流的作用在储纱筒2.3内存储，穿过出纱口2.4供给地毯织机作业。送线器2.1与储纱筒2.3紧密贴合，以防漏气造成纱线的缠绕不利于顺畅出纱，出纱口2.4为蜂窝状便于空气排出利于储纱。在图8和图9中，送线器由喷嘴芯2.11、喷嘴体2.12、导纱管2.13和送线斗1.24四部分组成，纱线引射区-2.21中的纱线经过送线器内2.1部空腔在高速气流的作用下飞入储纱筒2.3。喷嘴芯2.11、喷嘴体2.12和导纱管2.13的左端围成的空腔对压缩空气进行整流、调制和加速形成稳定的高速气流，气流在导纱管2.13的进一步加速下驱动纱线前进，纱线在送线斗2.14的“斗形结构”作用下在储纱筒2.3内有序堆积。压缩空气经送线气流入口2.15进入由喷嘴芯2.11和喷嘴体2.12围成的环形气室2.16，形成环绕的雷诺数很高的紊流，紊流在整流槽2.17的整流作用下形成低雷诺数的层流，然后进入加速区2.18进一步加速，气流经过压缩后，密度、压力和速度都增大，随后进入喉道2.19，由于流道的截面积达到最小，速度达到最大。高速气流由喷嘴芯2.11的出口处进入导纱管2.13，在此处形成负压区，在负压的作用下外界大气通过纱线入口区2.26被吸入，并在喷嘴芯2.11的出口处与经过加速的高速气流混合，导致混合时气流流速急剧下降，混合后气流流速急剧上升，随即进入导纱管2.13，流速有一定的增加。高速气流在斗形区2.23的影响下，密度变小压力增大速度降低，便于纱线的有序堆积，最后气流进入储纱筒由出纱口排入外界大气。纱线由纱线入口区2.26吸入，在纱线引射区2.21和纱线加速区2.22内加速，最后飞入储纱筒2.3，当在储纱筒2.3内特定的位置堆积到一定程度时，推线气流入口2.24通气，将纱线推向储纱筒2.3的末端。综上，送线器的主要作用为：1.将送线用的压缩空气进行整流、调制和加速；2.形成负压，吸入纱线；3.高速气流加速纱线；4.送线斗促成纱线的有序堆积；5.纱线初始飞入储纱筒的深度取决于送线气流的速度大小和作用时间；6.推线气流将堆积的纱线团向储纱筒末端推进，有效利用储纱空间。而储纱的数字模型如下：一、数学模型(1)控制方程：储纱作业气流为经过压缩的空气(0.2mpa～0.6mpa)，可以认为是黏性可压缩的，并遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒三定律。在黏性流动中可能伴随涡流的出现，且储纱气流具有高雷诺数特征，可知储纱气流为湍流。对大多数流体(例如空气、水等)应力与应变变化率成正比，满足这种关系的流体称为牛顿流体。在直角坐标系下，可压缩牛顿型流体运动的控制方程如下。连续方程：单位时间内流入流出微元体与密度的变化相平衡。式中，ρ——气体密度；ui——气流速度在xi方向的分量。动量守恒方程：动量守恒定律对于黏性流体运动规律的数学表述。式中，a——无量纲数，选择压力梯度换算方法的控制变量；p——流体静压力；a0——选择层流还是湍流的控制变量；k——湍流脉动动能：σij——湍流黏性应力张量：μ——黏性系数。能量方程：式中，t——温度；λ——导热系数；cp——定压比热；st——源项。气体的状态方程：p＝ρrt式中，r——气体常数。(2)湍流方程：数值模拟湍流流动，直接数值模拟(dns)、大涡模拟法(les)和雷诺平均法(rans)。rans法是目前使用最为广泛的湍流数值模拟方法。目前工程上常采用时间平均法考察脉动的影响，把湍流运动分为两部分：一是时间平均流动；二是瞬时脉动流动。相关量散度采用密度加权平均处理同理：(3)湍流模型：湍流瞬时运动极其复杂，主要的模型有雷诺应力模型、代数应力模型和k～ε两方程模型。k～ε两方程模型所用计算时间少，在工程上广泛使用，而rngk～ε模型近年来应用更普遍。其中μeff＝μ+μt，cμ＝0.0845，αk＝αε＝1.39，c1k＝1.42，c2k＝1.68，η0＝4.377，β＝0.012(4)边界条件：1.入口边界：送线气流入射速度根据给定的工作压力确定；送线气流入口处，压强等于外部气体压强；k取来流动能的0.4％，l取入口直径的1/10。2.出口边界：在出口处，压强等于外部气体压强。3.固壁边界：(a)与壁面平行的流速在壁面上为0；(b)与壁面垂直的流速在壁面上为0；(c)k和ε按壁面律边界条件确定。二、储纱流场中纱线的动力学建模1.两相流动问题纱线在储纱流场中的运动属于两相流动问题。两相流是指必须同时考虑物质两相共存(其中一相为流体)且具有明显相界面的混合物流动力学关系的特殊流动问题。在两相流中把物质分为连续介质和离散介质，气体和液体属于连续介质，也称连续相或流体相，固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质，也称分散相或颗粒相。流体相(连续相)和颗粒相(分散相)组成的流动叫做两相流动。两相流场是由界限明显的两种相构成，每一相具有不同的速度，在相交界面上参数不连续，是一种不均一体系。两相流场中任一点、面或一个部分的平均流动特性是由这些相和相交界面特性所决定，即使在定常流动下，某点的当地特性也是变动的，不同的相和交界面交替出现。某一局部点(x)上，质点微团仅在非常短的时间间隔内其流动动力特性是不变的和均一的，称其为局部瞬时特性，局部瞬时特性遵循的规律是两相流动数学模型的基础。即表示为f＝f(τ,x)2.两相流问题的研究目前，两相流研究方法分为理论研究和实验研究两方面。两相流动宏观连续介质模型从简单到复杂有四种模型：(1)均相流动模型：把两相混合物看作是一种均匀介质，相间没有相对速度，流动参数取两相相应参数的平均值。(2)分相流动模型：将两相都当作连续流体分别来处理，并在一定程度上考虑了两相间的相互作用。(3)漂移模型：提出了一个漂移速度的概念。(4)两流体模型：把两相流场中各相分别假设为连续介质，它们同时充满整个流场，各相流动参数在相交界面上发生间断，通过相交界面产生相间的质量、动量和能量的传递。可以用欧拉和拉格朗日方法来描述。两相流动的理论和数值模拟方法：一是将某相看成连续的，根据连续性理论导出欧拉型基本方程，称为欧拉法；二是将某相视为不连续的离散型，对每个质点进行拉格朗日追踪，称为拉格朗日法。综合起来，对两相流动问题有三种数值模拟方法，欧拉——欧拉、欧拉——拉格朗日和拉格朗日——拉格朗日法。欧拉方法适合建立模型，拉格朗日法在模拟上具有优越性。求解两相流问题的完整步骤为：(1)预测流体相；(2)根据流体相的预测结果预测或模拟颗粒相；(3)若是双向耦合，颗粒相的预测结果回到流体相，再重复前两步。颗粒输运方程：对颗粒相的预测和模拟是通过求解颗粒输运方程实现的，欧拉和拉格朗日法的不同就在于颗粒相输运方程的不同。采用tchen方程，欧拉颗粒输运方程为：其中：式中，d为颗粒直径，v为流体的黏性系数，ρp和ρf分别为颗粒和流体的密度，v和u分别是颗粒和流体的速度，g是重力矢量。压强梯度力包含在项中。拉格朗日颗粒输运方程为：方程中，右端第一项为阻力，第二项为附加质量力，第三项为重力，第四项为压强梯度力，第五项为basset力。其中：rep≤200；颗粒reynolds数为当流场为湍流时，颗粒在湍流作用下是要扩散的，需要考虑颗粒在湍流作用下的行为；如果离散颗粒的质量流量增加，就要考虑颗粒对湍流的影响，即双向耦合。采用拉格朗日方法对纱线/流场两相流动问题进行研究，假设：(1)忽略纱线对流场的影响，即单向耦合；(2)忽略湍流脉动的作用，即忽略纱线在湍流作用下的扩散；(3)不考虑四向耦合的复杂问题；(4)不考虑热交换问题。3.储纱流场中纱线的动力学建模(1)纱线模型如图13所示，纱线长径比大、具有弹性和柔性，纱线的每一部分都能相对其他部分发生伸长、弯曲和扭转等弹性变形。纱线模型：纱线被看成是一根链，链由n个珠和n-1根不计质量的杆连接而成；纱线链可以通过改变相邻两珠之间的距离产生弹性伸长，也可以通过改变杆的挠度产生弯曲。在纱线链中，第i个珠只与珠i-1和珠i+1相邻，因此珠n和珠1就成为头端和尾端。珠i的质量定义为：纱线被拉长时：fei＝-k·△l纱线被弯曲时：fbi＝-b·li-1,i△θ(2)纱线在流场中的动力学分析仅考虑重力和流场阻力，流场阻力包括摩擦阻力和压差阻力。珠i所受的阻力为：纱线段(i-1，i)所受的阻力为：其中ati-1,i＝πdfli-1,i；ani-1,i＝dfli-1,i；vri＝vai-vfi得纱线运动方程为：(3)纱线/气流两相流动控制方程离散相：连续相：在图10中，纱线11在压缩空气12的加速作用下飞入气、线出口13储备于储纱筒2.3内。储备地毯纱线是智能纱架的主要功能之一。智能纱架能够自动送线，每根储纱筒2.3可以存储指定长度的纱线，利用压缩空气作为储纱动力，安全清洁。存储纱线工作过程：地毯纱线由抽线单元4.1供应给送线单元4.2，利用压缩空气作为动力驱动纱线存储。送线单元4.2对由喷嘴体2.12进入的高压小流量的空气进行整流、调制和加速，在喷嘴芯2.11腔体内形成负压吸入纱线，在导纱管2.13内形成高速气流加速纱线，从而完成对由喷嘴芯2.11进入的纱线进行输送的任务；气流中的纱线在送线斗2.14“斗形结构”开口的作用下，按照特定的运动轨迹前进，随着送线的继续，纱线在储纱筒2.3特定的位置有序堆积，以便于地毯织机能够将纱线从出纱口中顺畅的抽出，无卡线和系结等影响作业的不良现象；当堆积到一定程度，送线斗2.14上均布的气路通气，将稀疏的纱线团推向储纱筒2.3的末端；继续送线、堆积、推进至储纱筒2.3存满。如图11和图12所示，双纱线111在压缩空气112经过捻接芯的整流、调制和加速后形成的旋转流场的作用下实现无结捻接，气流由空气出口113排入外界大气。空气捻接器4.4是智能纱架工作的核心部件，利用压缩空气作为动力将捻接芯内的双线头实现无结捻接，其捻接质量直接决定着整机的工作效率和运作性能。空捻纱线工作过程：机械手6将双纱线111压入捻接芯中并剪断后，空气捻接器4.4通气；捻接芯外壁上均匀分布着与轴向和径向成特定角度的通孔，压缩空气通过孔后，在芯内形成了气流旋涡；双纱线111在旋转气流的作用下，经过退捻再重新加捻的复杂过程后，就实现了无结捻接；最后，经机械手6的快速拖拽将捻接强度进一步提高。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12