基于ADAMS的全自动等长等速收卷机结构设计及仿真分析
蒋圆芳，王霄，陈树洋，李伯全，刘会霞
(江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013)
摘要：以一款全自动等长等速收卷机为研究对象，建立虚拟样机模型对收卷机进行运动学分析，验证收卷机的收卷半径范围为0～80mm以及半径微调过程的平稳性；在ADAMS和Simulink中建立联合控制仿真模型，采用PID控制算法对其进行联合控制仿真，验证了机械系统与控制系统之间的耦合特性。仿真结果表明，全自动等长等速收卷机的收卷半径范围满足设计要求，半径微调过程平稳；联合仿真能够准确地描述收卷机的工作过程，证明全自动等长等速收卷机的收卷部分具有良好的响应特性，为物理样机的开发提供了依据。
关键词：收卷机；虚拟样机；运动学；联合仿真
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)05-0019-05

收卷机是一种能以一定张力执行卷绕运动的工作机器，广泛应用于各种卷材的生产过程中,如织布、轧钢、造纸、磁带、薄膜生产等。在实际生活中，一款收卷机应该尽可能同时满足人们对工作环境、卷材厚度和外观质量的要求。通常将收卷机分成3类，即中心收卷、表面收卷和间隙收卷。对于中心收卷机，郑州大学的高靖靖研制了一款对软带进行自动上卷、收卷、称重、切割卸料的全自动收卷机，并对动态称重进行研究，通过试验验证了收卷机能够实现动态称重的功能；荆淑敏设计了一款适应无梭织机高速运转与厚重织物的机外大型卷绕装置，通过生产实践，表明了设计的可靠性；苏州大学的秦乐宁在ZAX-Ⅲ型喷气织机的基础上，设计了一款能在卷布过程中满足任意预期的织物张力控制要求的卷布装置，并通过理论分析方法验证了该装置对各种织物张力控制方式的适应性；中山大学的张文庆等研制了一款恒张力的自动PET（polyester film）薄膜收卷机，通过对不同厚度的PET薄膜采用连续实验的方法，验证了设计的可靠性。
在纺织及服装行业，常常需要将成卷的布匹按一定长度和层数平铺在一个平台上。这一过程是通过成卷铺平联合机实现的，联合机由放卷机、收卷机和平铺机组成，其中放卷机是用来释放卷好的布料便于收卷机来收卷特定长度的布料，待收卷机卷绕好布料以后，由人工裁断布料。收卷过程中，由于收卷材料有一定的厚度，故随着收卷圈数的增加，实际收卷长度会越来越大，致使外圈布匹周长大于内圈布匹，剪切平铺时就出现了明显的浪费，因此必须在收卷过程中，每收卷一定圈数后，要对收卷直径进行微调，来满足等长这一要求。当前，大多数此类收卷机难以满足等长这一要求或虽满足等长这一要求但机器调整需人工干涉，效率低下。国外虽有全自动等长收卷机，但设备昂贵，并出于技术保密考虑，相关资料鲜有报道。而本文研究的全自动等长等速收卷机在收卷过程中通过微调控制收卷直径来保证等长从而解决布料浪费的问题。

1 全自动等长等速收卷机机械系统设计
全自动等长等速收卷机的功能需求：当机器自动到达所需的设定直径后，卷绕架开始运转，每卷绕4圈后，机器自动调节卷材厚度4倍的量，向内开始收缩，反复循环直至收卷满卷，当机器满卷停车，经裁断后，由人工按按钮让机器缓慢逆转一圈，同时平铺机动作，将收卷机释放的布通过平带与布材的摩擦力带动布材，实现布料平铺在平铺机上。

1.1 收卷机整体结构设计
本文所设计的全自动等长等速收卷机结构如

作者简介：蒋圆芳（1992—），男，硕士研究生，主要研究方向为全自动等长等速收卷机，jiangsujyf@163.com.