MATLAB与ADAMS联合仿真在平缝机中的应用

陆武慧

关键词：平缝机;MATLAB/Simulink;ADAMS;联合仿真

随着缝制设备的需求不断扩增，我国已成为最大的缝制设备销售市场，我国缝制机械行业作为服装生产行业的上游产业，通过不断的创新和发展，已成为我国最具竞争力的产业之一，国内外市场不断增加的需求量为平缝机的市场带来了更大的机会，提供了新的活力。工业平缝机是最常用的缝制设备之一，完成缝制品的大部分缝纫动作，因此，对平缝机的生产制造对顺应纺织、绣花等劳动密集型产业的不断发展有至关重要的作用。

传统的产品设计周期长，通过设计、加工、制造、装配等工序完成后，才能得到一个产品物理样机，然后物理样机是否合格，还需进行进一步的实验检测，然后存在不断修改和返工再制造的情况，这样会造成浪费和生产效率低的结果。通过仿真的方式，可以提前进行样机的实验，缩短产品生产周期，由于平缝机的构成零件多，整机模型较为复杂，采用三维建模软件建立模型，然后利用MATLAB和ADAMS软件进行联合仿真，找寻平缝机成缝机构的最佳运动性能。

1平缝机组成和工作原理

1.1平缝机组成

平缝机是一种典型的机电一体化产品，由多种零部件构成，是一个复杂的装配体。一台平缝机主要包括壳体、驱动部分，成缝机构和辅助组件等部分。平缝机的壳体主要是机头外壳和台板两个部分，驱动部分可以由多种方式驱动，有传统的脚踏板或者皮带轮，也有目前应用较多的电机驱动，成缝机构包括实现缝纫动作的四大主要机构，分别是刺布机构，挑线机构，旋梭机构和送布机构，互相配合，共同完成缝纫操作。在缝纫机工作的过程中，除了主要成缝机构外，还有相关的辅助组件，例如完成倒缝动作的倒缝组件，调节针距的调节组件，还有缝纫机工作过程中实现润滑的系统组件，辅助配合缝纫机机构，实现常见的缝纫操作，且在操作过程中保证平缝机能够正常运转。其中，各种成缝机构和辅助组件又具体是由多种零件组成，例如，刺布机构是由刺布曲柄、刺布连杆、滑块、导轨、缝针等零件组成。

1.2工作原理

要完成缝纫的动作，必须要求平缝机的刺布机构、挑線机构、旋梭机构和送布机构以及其他辅助机构相互配合。在平缝机中，通过传送带将原动力传递给平缝机上轴，上轴驱动刺布挑线机构运动，上轴通过皮带传动或者齿轮啮合将运动传递到平缝机的下轴，抬牙连杆组和送布连杆组将运动传递到抬牙轴和送布轴，共同构成抬牙送布机构，配合旋梭机构和刺布挑线机构，辅助机构实现调节针距、倒缝等动作，共同按照固有节拍，完成送布缝纫动作。平缝机工作过程传动路线如右图2所示。

2 MATLAB与ADAMS联合仿真方案设计

ADAMS是一款虚拟样机分析软件。ADAMS一方面是可以进行虚拟样机分析的常用软件，用户可以运用ADAMS软件便捷地对机械系统的虚拟样机进行运动学和动力学分析。另一方面，ADAMS作为虚拟样机开发工具，它拥有开放的程序结构和程序接口，可以用于虚拟样机分析的二次开发平台，进行产品进一步研发。

Simulink是MATLAB软件的重要组成部分，它能提供集动态系统建模和仿真分析为一体的集成环境，是一种可视化的仿真工具，基于MATLAB的框图设计环境，来实现系统建模仿真和分析的一个软件包，广泛应用于线性/非线性系统、数字控制及信号处理的建模及仿真中，Simulink提供了建立方块图的图形用户接口，通过单击和鼠标拖动即可实现，因此，具有快捷，简单的特点，且用户可以直接看到仿真结果。

ADAMS与MATLAB的联合仿真过程，使仿真效果更加接近物理样机，仿真过程主要包括机械系统模型创建、参数设置、建立MATLAB控制模型以及仿真结果处理四个环节。仿真过程前两步可以导出一个在MATLAB软件Simulink中使用的模块，这个模块包含了所建立ADAMS模型的信息参数，并有输入输出接口。利用Simulink模块在MATLAB中建立控制系统，就可以控制ADAMS模型，在仿真运行结束后，将联合仿真的结果，进行数据后处理和分析。

3平缝机联合仿真模型建立

平缝机的联合仿真模型建立过程包括三维模型建立，ADAMS动力学仿真模型建立和MATLAB控制模型建立三个过程，三个部分共同配合，完成联合仿真模型的建立。

3.1平缝机的三维建模

目前，三维建模的软件有很多，例如Proe、SolidWorks、CATIA、UG、3ds Max等三维建模软件。在平缝机进行三维建模前，对比每种三维建模软件的优缺点，选择适合平缝机零件表达的SolidWorks软件进行建模。建模的过程中，按照其组成分类，将平缝机的构成部分进行模块化划分，先构建刺布机构、挑线机构、旋梭机构和送布机构四大关键成缝机构的三维模型，然后建立台板和机头外壳的模型，其次是建立电机、压料、电磁铁等辅助部件的模型，由于模块式驱动平缝机的零件多，因此装配的过程中先组装成部件，然后按照模块组装，由小模块组装成大模块，最后完成整机模型建立。

3.2动力学模型建立

在进行虚拟样机动力学模型建立时，将三维软件中建立好的模型导入到ADAMS中，然后添加相应的约束类型，使其能够真实反映物理样机，在建立动力学模型时，可以考虑到模型中的主要运动机构部分，考虑到计算机和软件的计算分析能力等因素，可以对平缝机组成部分进行合理简化，去掉与机构运动相关性小的元素，只留下主要部分，这样可以较快速地构建平缝机的动力学模型，在ADAMS软件中可以仿真计算出机构运动的相关曲线。

3.3控制模型建立

在平缝机的动力学模型建立好后，用MATLAB打开AD-AMS存放文件的文件夹，在Simulink仿真模块中，建立连接，然后设置控制模型参数，在这个过程中，需要明确系统的输入、输出、控制元件和对应程序，例如建立好刺布机构的Sim-ulink控制模型，以刺布机构中刺布曲柄的角速度作为已知输入，运行仿真模型，可以得到平缝机刺布机构中各运动部件的运动学和动力学曲线，从而分析该联合仿真模型建立的正确性，且在此过程中，可以不断优化和改进，得到最优的设计方案。

4结论

本文从平缝机的组成和工作原理、MATLAB和ADAMS联合仿真方案设计，平缝机联合仿真模型建立三个方面出发，阐述了平缝机虚拟样机模型建立的过程和方法，并通过联合仿真的方式，可以得到平缝机运动学和动力学仿真结果，验证平缝机模型建立的正确性，为工程实际平缝机物理样机提供了依据，也提供了机械产品进行虚拟仿真的方法和思路。