陸武慧

關(guān)鍵詞：平縫機;MATLAB/Simulink;ADAMS;聯(lián)合仿真

隨著縫制設(shè)備的需求不斷擴增，我國已成為最大的縫制設(shè)備銷售市場，我國縫制機械行業(yè)作為服裝生產(chǎn)行業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)，通過不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，已成為我國最具競爭力的產(chǎn)業(yè)之一，國內(nèi)外市場不斷增加的需求量為平縫機的市場帶來了更大的機會，提供了新的活力。工業(yè)平縫機是最常用的縫制設(shè)備之一，完成縫制品的大部分縫紉動作，因此，對平縫機的生產(chǎn)制造對順應(yīng)紡織、繡花等勞動密集型產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展有至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計周期長，通過設(shè)計、加工、制造、裝配等工序完成后，才能得到一個產(chǎn)品物理樣機，然后物理樣機是否合格，還需進行進一步的實驗檢測，然后存在不斷修改和返工再制造的情況，這樣會造成浪費和生產(chǎn)效率低的結(jié)果。通過仿真的方式，可以提前進行樣機的實驗，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，由于平縫機的構(gòu)成零件多，整機模型較為復雜，采用三維建模軟件建立模型，然后利用MATLAB和ADAMS軟件進行聯(lián)合仿真，找尋平縫機成縫機構(gòu)的最佳運動性能。

1平縫機組成和工作原理

1.1平縫機組成

平縫機是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，由多種零部件構(gòu)成，是一個復雜的裝配體。一臺平縫機主要包括殼體、驅(qū)動部分，成縫機構(gòu)和輔助組件等部分。平縫機的殼體主要是機頭外殼和臺板兩個部分，驅(qū)動部分可以由多種方式驅(qū)動，有傳統(tǒng)的腳踏板或者皮帶輪，也有目前應(yīng)用較多的電機驅(qū)動，成縫機構(gòu)包括實現(xiàn)縫紉動作的四大主要機構(gòu)，分別是刺布機構(gòu)，挑線機構(gòu)，旋梭機構(gòu)和送布機構(gòu)，互相配合，共同完成縫紉操作。在縫紉機工作的過程中，除了主要成縫機構(gòu)外，還有相關(guān)的輔助組件，例如完成倒縫動作的倒縫組件，調(diào)節(jié)針距的調(diào)節(jié)組件，還有縫紉機工作過程中實現(xiàn)潤滑的系統(tǒng)組件，輔助配合縫紉機機構(gòu)，實現(xiàn)常見的縫紉操作，且在操作過程中保證平縫機能夠正常運轉(zhuǎn)。其中，各種成縫機構(gòu)和輔助組件又具體是由多種零件組成，例如，刺布機構(gòu)是由刺布曲柄、刺布連桿、滑塊、導軌、縫針等零件組成。

1.2工作原理

要完成縫紉的動作，必須要求平縫機的刺布機構(gòu)、挑線機構(gòu)、旋梭機構(gòu)和送布機構(gòu)以及其他輔助機構(gòu)相互配合。在平縫機中，通過傳送帶將原動力傳遞給平縫機上軸，上軸驅(qū)動刺布挑線機構(gòu)運動，上軸通過皮帶傳動或者齒輪嚙合將運動傳遞到平縫機的下軸，抬牙連桿組和送布連桿組將運動傳遞到抬牙軸和送布軸，共同構(gòu)成抬牙送布機構(gòu)，配合旋梭機構(gòu)和刺布挑線機構(gòu)，輔助機構(gòu)實現(xiàn)調(diào)節(jié)針距、倒縫等動作，共同按照固有節(jié)拍，完成送布縫紉動作。平縫機工作過程傳動路線如右圖2所示。

2 MATLAB與ADAMS聯(lián)合仿真方案設(shè)計

ADAMS是一款虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是可以進行虛擬樣機分析的常用軟件，用戶可以運用ADAMS軟件便捷地對機械系統(tǒng)的虛擬樣機進行運動學和動力學分析。另一方面，ADAMS作為虛擬樣機開發(fā)工具，它擁有開放的程序結(jié)構(gòu)和程序接口，可以用于虛擬樣機分析的二次開發(fā)平臺，進行產(chǎn)品進一步研發(fā)。

Simulink是MATLAB軟件的重要組成部分，它能提供集動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真分析為一體的集成環(huán)境，是一種可視化的仿真工具，基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，來實現(xiàn)系統(tǒng)建模仿真和分析的一個軟件包，廣泛應(yīng)用于線性/非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及信號處理的建模及仿真中，Simulink提供了建立方塊圖的圖形用戶接口，通過單擊和鼠標拖動即可實現(xiàn)，因此，具有快捷，簡單的特點，且用戶可以直接看到仿真結(jié)果。

ADAMS與MATLAB的聯(lián)合仿真過程，使仿真效果更加接近物理樣機，仿真過程主要包括機械系統(tǒng)模型創(chuàng)建、參數(shù)設(shè)置、建立MATLAB控制模型以及仿真結(jié)果處理四個環(huán)節(jié)。仿真過程前兩步可以導出一個在MATLAB軟件Simulink中使用的模塊，這個模塊包含了所建立ADAMS模型的信息參數(shù)，并有輸入輸出接口。利用Simulink模塊在MATLAB中建立控制系統(tǒng)，就可以控制ADAMS模型，在仿真運行結(jié)束后，將聯(lián)合仿真的結(jié)果，進行數(shù)據(jù)后處理和分析。

3平縫機聯(lián)合仿真模型建立

平縫機的聯(lián)合仿真模型建立過程包括三維模型建立，ADAMS動力學仿真模型建立和MATLAB控制模型建立三個過程，三個部分共同配合，完成聯(lián)合仿真模型的建立。

3.1平縫機的三維建模

目前，三維建模的軟件有很多，例如Proe、SolidWorks、CATIA、UG、3ds Max等三維建模軟件。在平縫機進行三維建模前，對比每種三維建模軟件的優(yōu)缺點，選擇適合平縫機零件表達的SolidWorks軟件進行建模。建模的過程中，按照其組成分類，將平縫機的構(gòu)成部分進行模塊化劃分，先構(gòu)建刺布機構(gòu)、挑線機構(gòu)、旋梭機構(gòu)和送布機構(gòu)四大關(guān)鍵成縫機構(gòu)的三維模型，然后建立臺板和機頭外殼的模型，其次是建立電機、壓料、電磁鐵等輔助部件的模型，由于模塊式驅(qū)動平縫機的零件多，因此裝配的過程中先組裝成部件，然后按照模塊組裝，由小模塊組裝成大模塊，最后完成整機模型建立。

3.2動力學模型建立

在進行虛擬樣機動力學模型建立時，將三維軟件中建立好的模型導入到ADAMS中，然后添加相應(yīng)的約束類型，使其能夠真實反映物理樣機，在建立動力學模型時，可以考慮到模型中的主要運動機構(gòu)部分，考慮到計算機和軟件的計算分析能力等因素，可以對平縫機組成部分進行合理簡化，去掉與機構(gòu)運動相關(guān)性小的元素，只留下主要部分，這樣可以較快速地構(gòu)建平縫機的動力學模型，在ADAMS軟件中可以仿真計算出機構(gòu)運動的相關(guān)曲線。

3.3控制模型建立

在平縫機的動力學模型建立好后，用MATLAB打開AD-AMS存放文件的文件夾，在Simulink仿真模塊中，建立連接，然后設(shè)置控制模型參數(shù)，在這個過程中，需要明確系統(tǒng)的輸入、輸出、控制元件和對應(yīng)程序，例如建立好刺布機構(gòu)的Sim-ulink控制模型，以刺布機構(gòu)中刺布曲柄的角速度作為已知輸入，運行仿真模型，可以得到平縫機刺布機構(gòu)中各運動部件的運動學和動力學曲線，從而分析該聯(lián)合仿真模型建立的正確性，且在此過程中，可以不斷優(yōu)化和改進，得到最優(yōu)的設(shè)計方案。

4結(jié)論

本文從平縫機的組成和工作原理、MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真方案設(shè)計，平縫機聯(lián)合仿真模型建立三個方面出發(fā)，闡述了平縫機虛擬樣機模型建立的過程和方法，并通過聯(lián)合仿真的方式，可以得到平縫機運動學和動力學仿真結(jié)果，驗證平縫機模型建立的正確性，為工程實際平縫機物理樣機提供了依據(jù)，也提供了機械產(chǎn)品進行虛擬仿真的方法和思路。