新型多股簧钢丝动态张力控制系统研究

根据多股簧加工原理,为提高加工精度和质量,必须对每股钢丝进行张力控制,多股簧加工机床中钢丝张力控制系统又须在作旋转运动的线盒架上实现,通过与张力控制中最常用的磁粉控制方法相比较,针对多股簧动态系统要求,采用摩擦轮的方法,设计了一种新型的张力执行机构和气压控制系统,系统简单可靠,解决了运动机构上大张力控制系统中体积、质量等限制等问题。从比例阀张力控制系统结构及气体动态特性方程出发,建立质量流模型和传递函数模型,推导出系统结构方框图,满足了实际控制需求。     

多股簧绕制成型过程中时变非线性张力控制建模及仿真

针对当前多股簧数控加工机床存在的钢丝张力一致性不佳、张力控制系统调试效率低的问题,研究了张力产生机理,建立了时变非线性动力学模型。以3股钢丝的多股簧为例研究了钢丝间张力互相作用机制,并基于Matlab/Simulink搭建张力控制系统仿真平台,探索了某一通道阻尼突增对所有钢丝张力一致性的影响。仿真结果表明,钢丝张力突增使得钢索成型点后移,各钢丝捻角变大,进而导致放卷速度、牵引速度及张力产生波动。通过不同预设张力值下控制系统的仿真偏差与试验偏差曲线的对比,验证了仿真模型的有效性。仿真系统具有与实际张力控制系统相匹配的响应特性,仿真结果重现了多股簧实际加工过程中存在的一些现象及问题,对实际加工过程中张力控制系统参数的调整具有指导意义。     

多股簧数控机床张力控制器动态响应特性的研究

以CZ型磁粉制动器为研究对象,通过分析磁粉制动器的动态响应特性,建立了磁粉制动器的数学模型及控制方程,通过matlab软件进行仿真,得出了多股簧数控机床张力控制器的响应曲线,对多股簧数控机床的整体控制系统动特性的进一步研究提供了理论依据.     

基于无轴卷工艺的多股簧数控加工机床

为降低多股螺旋弹簧(简称多股簧)的加工成本,研究具有批量化生产能力的多股簧数控加工机床成为多股簧推广应用的重要举措。针对多股簧的加工特点,基于工业计算机、PLC、ADAM-5510M等运算核,采用主从控制模式,搭建了零编程的数控系统。针对每股钢丝的张力控制,设计了张力控制单元。采用无轴卷制的绕簧工艺,减少了频繁的装夹。增大了线盘储丝量,避免了多股簧数控加工机床在批量化生产过程中频繁的更换线盘,减少了加工准备时间,提高了多股簧的生产效率。     

基于模糊神经网络的多股簧钢丝张力控制系统

张力控制是多股螺旋弹簧加工过程中的关键技术,它的控制精度直接影响产品的合格率。为降低控制系统的复杂性,采用并列的单输入单输出控制结构。基于对加工过程中张力波动来源的分析,针对系统的时变性、非线性和钢丝间的相互影响等特点,在模糊神经网络中引入误差与总偏差之比的模糊推理来修正网络的输出值,实现了同时对各股钢丝张力的自适应在线控制。通过试验分析,在加工过程中钢丝张力的波动标准差约为5N,调整时间约为3s,验证了控制系统的快速性和稳定性,较好地解决了多股簧加工过程中钢丝张力一致性的难题。     

多股张力均衡的捻制装备自适应控制技术

为解决钢缆捻制中多丝股的张力不均衡问题,针对丝股行进运动与捻制运动的干扰因素,研究了基于自抗扰技术的张力自适应控制方法.基于Hamilton力学系统建立了等效丝股旋转运动下的轴向行进索模型,获得了丝股行进索动力学方程.为实现多丝股捻制张力均衡协调,抑制不同路径对丝股张力的影响,根据丝股捻制运动机理分析丝股运动过程中受到的摩擦干扰,设计了基于自抗扰控制器的多丝股张力协调控制策略;为解决丝股张力稳态误差及其导致的张力波动问题,设计了基于相邻耦合误差的双电机转速同步系统.建立了单跨度丝股张力响应MATLAB/Simulink仿真模块,构建了模块化的多丝股捻制运动张力控制仿真系统模型;分析了多丝股捻制过程中的运动特性,验证了张力自适应控制系统在丝股捻制过程中协调张力均衡、抑制张力波动的有效性.     

多股螺旋弹簧绕制过程中的动态张力

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由钢索(通常由2～7股0.4～3.0 mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成)卷制而成的圆柱螺旋弹簧,绕制过程中对钢丝张力的一致性控制是保证多股簧的质量关键.按实际成形过程推导多股螺旋弹簧各钢丝中心线的数学模型;提出多股螺旋弹簧各股钢丝在绕簧过程中的动态张力变化理论模型.研究得出多股螺旋弹簧的成形加工质量除了与钢丝本身的质量有关外,还与绕簧的速度、对钢丝产生拉力的部件的转动惯量有关.提出一种多股螺旋弹簧绕制的工艺参数确定和控制方案.结合实际案例,在绕簧过程中钢丝的张力因系统惯性可以产生约20%的控制误差,从而找到了多股螺旋弹簧产品的废品率与拧索速度之间的关系.在上述理论模型的指导下,对原设备只需进行较小的改动,即限制设备主轴的最高转速,产品合格率随即得到较大幅度的提高,这是因为钢丝的张力因系统惯性最大只能产生小于0.6%的控制误差.     

基于有限元的多股螺旋弹簧疲劳寿命预测

针对多股螺旋弹簧（多股簧）的疲劳失效问题,以阿联酋某企业使用的特种多股簧为研究对象,通过有限元仿真分析多股簧的应力应变历程并利用子模型技术进行了应力应变的精确计算,通过静态响应试验验证了有限元模型的正确性;进行了钢丝材料试验,结合Manson模型推导出多股簧材料的疲劳性能参数;结合多股簧的应变和疲劳寿命预测模型预测了多股簧的疲劳寿命,并进行试验验证。研究结果表明：多股簧承载时,弹簧端部承受的应力较大,最大应力点位于外层钢丝且外层钢丝主要承受弯曲应力,与弹簧端部位置处外层钢丝疲劳断裂现象吻合; 静态响应仿真与实测值误差不超过5%;由SWT准则预测得到的疲劳寿命与试验疲劳寿命较为吻合,且预测疲劳断裂区与实际断裂区一致。     

基于摄动法的多股簧冲击载荷改进模型

在多股簧冲击载荷原有模型的基础上引入非线性刚度,建立冲击载荷改进模型;基于强非线性振动求解原理提出一种改进多尺度法,并推导了该模型的非线性响应摄动解;结合冲击试验数据对两种模型进行比较。结果表明,改进模型体现了多股簧刚度非线性及振动频率非线性特性,提高了试验数据拟合精度,对描述多股簧动态运动规律更精确,尤其对受冲击载荷及大振幅工况下的多股簧非线性特性研究具有重要意义。该研究也为课题组正在研究的多股簧动态响应特性提供理论基础。     

基于滑模变结构的张力控制系统设计

张力控制是很多控制设备的基础技术之一,它的性能直接影响产品的质量和生产的效率。针对张力控制系统存在的非线性、时变等问题,研究了张力控制系统的动态特性,建立了张力控制系统的数学模型。选择滑模变结构控制策略,结合变速趋近律的方法设计控制律。在MATLAB/SIMULINK建立张力控制系统的数学仿真模型,分析了该系统的响应特性和跟踪性能。为验证所设计的滑模控制系统的可实现性,搭建了基于EtherCAT总线的张力控制实验平台。实验结果表明所设计的滑模控制系统的有效性。