磁悬浮式驱动织针设计及仿真热分析
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摘要
纺织行业是我国重要的传统行业，每年出口量很大，解决很多人就业。针织行业在纺织行业中地位非常重要，由于我国关键核心器件还无法突破，高端针织机械几乎完全依赖进口。
研究了传统提花大圆机的结构及其工作原理，对针织提花机选针机构进行了分析，阐述了选针机构工作原理。结合电磁体与永磁体的基本磁理论，研究了电磁-永磁悬浮模式的磁悬浮织针理论，分析了磁悬浮式织针的受力情况与频率。在磁悬浮式织针装置中，最主要的由传感器、织针和电磁装置组成，在进行织针装置的整体设计时，必须合理地设计各部分之间的结构。建立了磁悬浮式织针装置的悬浮模型，对磁悬浮织针系统的驱动关系进行了分析研究，分析了磁悬浮式织针的运动情况。
进行了有限元法理论研究，研究其基本思想，介绍了有限元分析软件ANSYS，对温度场以微原体的方式进行了分析研究，把热分析与磁悬浮驱动织针系统有机的结合在一起，利用ANSYS软件对装置进行热分析、热设计及数据处理。运用ANSYS对电磁装置中的线圈发热进行了模拟，得到了热量的分布情况。利用ANSYS软件对织针与径向支撑的摩擦进行有限元热分析，分析了摩擦热的生成情况。
分析研究了各种常用的散热方式，主要有气冷散热，水冷散热，热管散热等几种常用的散热方式。研究了液冷散热技术的工作原理，选择水冷散热作为选针系统主要的散热方式，研究分析了水冷散热器工作原理，建立了水温求解数学方程，进行了散热器水管流场仿真的研究分析。
Textile industry is a very important pillar industries, with large economic scale and huge employed population. Knitting industry has played a very important position in the entire textile industry, but the current high-end knitting machines are almost entirely dependent on imports, because our country can not break through the technology of core device.
I studied traditional jacquard big c ircular machine of the structure and working theory, and analyzed jacquard knitting needle institutions,and studied the needle selection principle of institution work. Combined with magnets and the permanent magnet basic magnetic theory, the paper researches the electromagnetic suspension model of permanent magnet-maglev knitting theory, and this paper analyses the maglev type knitting the stress and frequency. In the maglev type knitting device, the main device are sensors, knitting and electromagnetic device component, in knitting the integral design of the device, must be reasonable design between the parts of the structure.
This paper has proposed electromagnetic-permanent magnetic suspension according to the basic principles of needle-selection technology and magnetic suspension technology, built a mathematical model and transfer function for this suspension mode, analyzed the relationship between various parameters and initially established the basic suspension theory. Meanwhile, the generating process of friction heat and electromagnetic heat of suspension needle device is analyzed by using finite element software. I studied the basic idea of finite element theory, and this paper introduced the finite element analysis software ANSYS,and established the maglev type driving knitting heat conduction mathematical model of temperature field in the way of the original body, the steady state thermal analysis and study the transient thermal analysis, the thermal analysis and magnetic levitation drive knitting system organic unifies in together, by ANSYS software device in the thermal analysis & design and data processing. Using ANSYS electromagnetic device of the coil heating are simulated, and got the distribution of heat. Analysis and studied some common cooling way, basically have air cooling, water cooling, heat pipe heat dissipation of several common cooling mode. The cooling technology works cooling fluid, and choosed water cooling system as needle selection of the main cooling mode, and studied the water cooling radiator working principle, and established the mathematical equations solving the water temperature, and researched the radiator pipe flow field simulation.
研究了传统提花大圆机的结构及其工作原理，对针织提花机选针机构进行了分析，阐述了选针机构工作原理。结合电磁体与永磁体的基本磁理论，研究了电磁-永磁悬浮模式的磁悬浮织针理论，分析了磁悬浮式织针的受力情况与频率。在磁悬浮式织针装置中，最主要的由传感器、织针和电磁装置组成，在进行织针装置的整体设计时，必须合理地设计各部分之间的结构。建立了磁悬浮式织针装置的悬浮模型，对磁悬浮织针系统的驱动关系进行了分析研究，分析了磁悬浮式织针的运动情况。
进行了有限元法理论研究，研究其基本思想，介绍了有限元分析软件ANSYS，对温度场以微原体的方式进行了分析研究，把热分析与磁悬浮驱动织针系统有机的结合在一起，利用ANSYS软件对装置进行热分析、热设计及数据处理。运用ANSYS对电磁装置中的线圈发热进行了模拟，得到了热量的分布情况。利用ANSYS软件对织针与径向支撑的摩擦进行有限元热分析，分析了摩擦热的生成情况。
分析研究了各种常用的散热方式，主要有气冷散热，水冷散热，热管散热等几种常用的散热方式。研究了液冷散热技术的工作原理，选择水冷散热作为选针系统主要的散热方式，研究分析了水冷散热器工作原理，建立了水温求解数学方程，进行了散热器水管流场仿真的研究分析。
Textile industry is a very important pillar industries, with large economic scale and huge employed population. Knitting industry has played a very important position in the entire textile industry, but the current high-end knitting machines are almost entirely dependent on imports, because our country can not break through the technology of core device.
I studied traditional jacquard big c ircular machine of the structure and working theory, and analyzed jacquard knitting needle institutions,and studied the needle selection principle of institution work. Combined with magnets and the permanent magnet basic magnetic theory, the paper researches the electromagnetic suspension model of permanent magnet-maglev knitting theory, and this paper analyses the maglev type knitting the stress and frequency. In the maglev type knitting device, the main device are sensors, knitting and electromagnetic device component, in knitting the integral design of the device, must be reasonable design between the parts of the structure.
This paper has proposed electromagnetic-permanent magnetic suspension according to the basic principles of needle-selection technology and magnetic suspension technology, built a mathematical model and transfer function for this suspension mode, analyzed the relationship between various parameters and initially established the basic suspension theory. Meanwhile, the generating process of friction heat and electromagnetic heat of suspension needle device is analyzed by using finite element software. I studied the basic idea of finite element theory, and this paper introduced the finite element analysis software ANSYS,and established the maglev type driving knitting heat conduction mathematical model of temperature field in the way of the original body, the steady state thermal analysis and study the transient thermal analysis, the thermal analysis and magnetic levitation drive knitting system organic unifies in together, by ANSYS software device in the thermal analysis & design and data processing. Using ANSYS electromagnetic device of the coil heating are simulated, and got the distribution of heat. Analysis and studied some common cooling way, basically have air cooling, water cooling, heat pipe heat dissipation of several common cooling mode. The cooling technology works cooling fluid, and choosed water cooling system as needle selection of the main cooling mode, and studied the water cooling radiator working principle, and established the mathematical equations solving the water temperature, and researched the radiator pipe flow field simulation.
引文
[1]胡业发，郭建光，大型磁悬浮地球仪控制系统的研究[J]，武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2010年2月，第23卷第1期，35-38.
[2]毛保华等，磁悬浮技术在中国的应用前景分析[J]，交通运输系统工程与信息，2008第8卷第1期，29-39.
[3]秦进民．针织机上的电脑选针机构[J]．黑龙江纺织，2001，第四期：13—14.
[4]刘云斌，李志祥，袁嫣红.电子提花机选针元件的性能研究[J].丝绸，2004，(12)；32-34.
[5]陆一娣，磁悬浮列车的原理及应用[J].现代物理知识，2009年第6期，43-47.
[6]胡业发，郭建光，大型磁悬浮地球仪控制系统的研究[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2010年2月，第23卷第1期，35-38.
[7]钱程，格罗茨：新一代织针，国际纺织导报，2006年，第3期:pp54.
[8]CHAPMANKS，DEYSS，KESHAVARZA．Potential Embedded Flow Sensor forTurbocharger Degradation Measurement［C］.Gas Machinery Conference，Salt LakeCity，Utah，2003:1－8．
[9]ZHANG Hong，MA Chao-chen，Development of Turbochargerfor Improving DieselEngine Matching Performance［J］．Journal of Beijing Iinstitute of Technology，2002，11(2):146－149．
[10]WANG Shouren，GUO Peiquan，YANG Liying．CentrifugalPrecision Cast TiAlTurbocharger Wheel Using CeramicMold［J］．Journal of Materials ProcessingTechnology，2008，204(1/2/3):492－497
[11]吴晓光，张建钢等，压电陶瓷片受力分析及选针器设计[J].针织工业，2008.2:19-21.
[12]陈文超等，X型板式换热器的数值模拟结构热应力分析[J].化工机械，2011年第5期，591-594.
[13]俞接成，波纹管层流传热与流动的三维数值模拟[J].北京石油化工学院学报，2011年第4期，11-16.
[14]刘涛，T型管接头的流固耦合及热应力分析[J].机床与液压，2010年第3期，127-129.
[15]吴丹等，船坞底板大体积混凝土温度场及应力场仿真分析[J].水利水电技术，2011年第1期，41-43.
[16]PaulAllaire，Design and Analysis of Magnetic Supension for New Artificial Heart，The Twelfth International Symposiun on Magntic Bearings，2010，12-15.
[17]Takeshi Mizuno，Proposal of Wind Tunnel for Spinning Body using Magneticsuspension，The Twelfth International Symposiun on Magntic Bearings，2010，232-236.
[18]Hubert Mitterhofer，Towards High Speed Bearingless Drives，TheTwelfthInternational Symposiun on Magntic Bearings，2010，708-713.
[19]Hannes Bleuler，Miniaturized Gyroscope with Bearingless Configuration，TheTwelfth International Symposiun on Magntic Bearings，2010，722-732.
[20]Mukhamad Subkhan，Improvement of Copact Energy Storage Flywheel System usingSMB and PMB，The Twelfth International Symposiun on Magntic Bearings，2010，189-198.
[21]Dr.Ing，Constanta Comandar，Warp knitted stitch structures with floats[J]，KinttingTechnology Volume:22，Issue:9，Sept9，2002，18-19.
[22]Herdegen-N.，The knitting mill of the future–Large-diameter circular knittingmachines with piezo.individual needle selection，Maschen-Industries，2002(4):pp14-18.
[23]张涛等，动车制动盘温度场和热应力场的耦合分析[J].兰州交通大学学报，2011年第6期，119-122.
[24]Dr.Ing.Constanta Comandar．Warp knitted stitch structures with floats[J]．KinttingTechnology Volume:22，Issue:9，Sept9，2010，pp.18-19.
[25]H.Behr．New weft knitting machine peripheral equipment developments[J]．MelliandTextil berichte Volume:82，Issue:9，Sept9，2008，pp.698-699.
[26]Fei DongHua，Zhu ShiGen，Coparative study of wear resistance of sewing needles，Journal of Donghua University，2002，Issue2:23-25.
[27]田振华等，大体积混凝土工程温度场及应力场仿真分析[J].水电能源科学，2011年第2期，76-79.
[28]杨猛等，低耗散且精确嵌入边界条件的流体模拟算法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2011年第7期，1173-1178.
[29]江五贵等，多层陶瓷电容器的黏聚力有限元模型及失效分析[J].失效分析与预防，2012年第1期，1-6.
[30]M.V.Shutov，E.E.Sandoz，D.L.Howard，et al..A Microfabricated ElectromagneticLinear Synchronous Motor，Snesors and Actuators A Physical[J].Vol.121，2008:566-575.
[31]郭崇志等，换热器流固传热边界数值模拟温度场的顺序耦合方法[J].化工进展，2010年第9期，1615-1619.
[32]杨世铭，陶文铨，传热学[M].3版，北京：高等教育出版社，1998.
[33]Stephen J.Prosser.The evolution of proximity，displacement，and positionsensing[J]Sensors magazine，April1998，21-24.
[34]ZHOU Jing.Study of displacement sensor based on transmission varied-line-spacephase grating.Optoelectronics Letters，(2008)03，1673-1678.
[35]杨艳峰等，火炮身管热传导有限元仿真分析[J].火炮发射与控制学报，2011年第1期，45-47.
[36]王光磊等，基于计算流体动力学的导正块结构优化[J].金属矿山，2012年第2期，135-137.
[37]张新芳等，快速货车制动盘热应力分析[J].铁道机车车辆，2012年第1期，35-38.
[38]Dr.Ing.Constanta Comandar．Warp knitted stitch structures with floats[J]．KinttingTechnology Volume:22，Issue:9，Sept9，2002，18-19.
[39]王文武等，连续油管钢带斜焊温度场及残余应力场数值模拟[J].兵器材料科学与工程，2011年第1期，67-71.
[40]Hurricks P L．The fretting wear of mild steel from200℃to500℃[J]．Wear2009．30：189-212．
[41]Chen I Q．How Static Precision of an AMB Rotor System is Affected by Heating of theThrust Disk[A]．Seventh International Symp[C]．On Magnetic Bearings，2009，(4)23-25．
[42]Murai T.Characteristics of linear synchronous motorcombining propulsion，levitationand guidance.Trans IEE Japan2009，114-D:746-747.
[43]J．S．R．Jang，C．T．Sun．Neuro—fuzzy modeling and control[J]．Proceedings ofthe IEEE，1995，83(3)：378-406．
[44]T．Takagi，M．Sugeno．Fuzzy identification of systems and its application to modelingand control[J]．IEEETransactions on Systems，Man，and Cybernetics，2008，5l(1)：116-132．
[45]籍远明，锚固体变形破坏过程中红外温度场与应力场的分析与比较[J].应用力学学报，2012年第1期，109-114.
[46]李忠刚等，迷宫密封三维流场动力学特性计算及研究[J].机械强度，2012年第1期，144-148.
[47]邓帮林等，某缸盖热机疲劳分析[J].湖南大学学报，2012年第2期，30-34.
[48]林鹏等，汽轮机旁路阀门阀体温度场和应力场分析[J].热能动力工程，2011年第2期，147-152.
[49]蒋劲等，热沉式超燃冲压发动机非稳态热－结构分析[J].推进技术，2010年第4期，462-466.
[50]蒋新强等，热电制冷冰箱散热器热分析及其结构尺寸研究[J].机械设计与制造，2010年第2期，94-96.
[51]A Novel Magnetic-Levitation System:Design，Implementation，and Nonlinear Control，IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE，VOL.39，NO.1，JANUARY 2011，Ugur Hasirci，Abdulkadir Balikci，Zivan Zabar，Senior Member，IEEE，and Leo Birenbaum，Senior Member，IEEE.
[52]A Passivity-based Approach to Wide Area Stabilization of Magnetic SuspensionSystems，Toru Namerikawa and Hiroto Kawano，Proceedings of the 2006 AmericanControl Conference Minneapolis，Minnesota，USA，June14-16，2006.
[53]颉志强等，水管冷却混凝土温度场和应力场计算的有限元子结构法[J].农业工程学报，2011年第5期，13-18.
[54]昝成等，温度及流速对板式换热器内城镇二级出水结垢特性的影响[J].清华大学学报，2009年第2期，241-244.
[55]崔中坚等，蓄热式换热器的仿真模拟与研究[J].建筑热能通风空调，2010年第3期，5-7.
[56]谢方伟等，液体黏性传动装置摩擦副瞬态热应力耦合[J].中南大学学报，2010年第6期，2201-2206.
[57]王艳武等，异步电机转子三维温度场及热应力场研究[J].电机与控制学报，2010年第6期，27-32.
[58]王皓等，闸片结构对制动盘温度场及热应力场的影响[J].铁道机车车辆，2010年第4期，29-33.
[59]谭亮等，中厚板加热过程热应力场数值模拟研究[J].农业装备技术，2011年第1期，51-52.
[60]张侨禹等，间壁式筛网网格换热器的性能分析[J].西安交通大学学报，2012年第1期，24-29.
[2]毛保华等，磁悬浮技术在中国的应用前景分析[J]，交通运输系统工程与信息，2008第8卷第1期，29-39.
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[21]Dr.Ing，Constanta Comandar，Warp knitted stitch structures with floats[J]，KinttingTechnology Volume:22，Issue:9，Sept9，2002，18-19.
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[58]王皓等，闸片结构对制动盘温度场及热应力场的影响[J].铁道机车车辆，2010年第4期，29-33.
[59]谭亮等，中厚板加热过程热应力场数值模拟研究[J].农业装备技术，2011年第1期，51-52.
[60]张侨禹等，间壁式筛网网格换热器的性能分析[J].西安交通大学学报，2012年第1期，24-29.