双针筒袜机.docx

1、双针筒袜机浙江省重大科技专项重点项目可行性报告及经费概算 项目名称 双针筒高速电脑提花袜机的研制 承担单位 承担单位 填写日期 2007年4月2日一、项目可行性报告（一）立项的背景和意义。本项目重点研究、开发双针筒高速电脑提花袜机，替代引进设备，实现双针筒高速电脑提花袜机的国产化与产业化，大力提高我省织袜企业的国际市场竞争力，促进我省针织工业的跨越式发展。我国袜业的历史可以上溯到商殷时代，从最初的手摇袜机，到今天的最具现代化特征的电脑袜机；从麻布、葛布、索绢，到现在的“钟纺化纤”、“杜邦丝”，袜子无论从原料、设备到织造工艺变化巨大，渗透着人类的智慧。我国是袜类产品生产和出口大国，90%以上的高

2、档袜类产品出口到欧美、日本、港澳台等20多个国家和地区，浙江是国内袜类产品的出口大省，共有各种新型袜机超过12万台，每年生产各种袜类产品约120亿双，占据全国袜类总产量的80%，在纺织业居于举足轻重的地位。随着经济的发展和工业化进程的加快，织袜行业自身存在的生产设备和生产工艺落后问题，使袜类产品的生产总量和产品结构性矛盾开始显现，袜类出口产品仍然未能摆脱以中低档产品为主的数量型出口格局。企业市场恶性竞争的窘境，制约了织袜行业和外贸业的进一步发展，袜类出口产品的结构调整和产品升级已迫在眉睫。近年来国内针织企业从国外引进了不少先进的电脑袜机，国内也开始自行研制各种电脑袜机，但电脑袜机技术研究滞后，

3、受现有的技术条件限制，国内所研制的电脑袜机绝大多数都为单针筒电脑袜机，无法生产高性能双针筒电脑袜机，双针筒高速电脑提花袜机基本全部依赖国外进口，致使双针筒高速电脑提花袜机在整个袜机市场中占有率不足1%，严重制约了高档产品、高附加值产品的生产发展，大大影响了我省袜类企业的出口创汇能力。双针筒高速电脑提花袜机可以一步法生产各种高档成形袜子，可生产袜子花色品种多、原料省、生产效率高，市场发展应用前景十分广阔。但是，双针筒高速电脑提花袜机价格昂贵，约需2530万元/台，国内企业无法通过大量引进来解决双针筒高速电脑提花袜机的技术改造，因此国内加快自主的技术研发，生产双针筒高速电脑提花袜机，具有十分重要的

4、意义。双针筒高速电脑提花袜机的研发，能极大地提升我省袜类产品生产的技术水平，有效地提高袜类产品生产自动化控制化程度及计算机花型设计能力。使袜机向全成形、多功能性和高效率方向发展。提高双针筒袜机在袜机产品中的比重，尤其重视双针筒高速电子提花袜机的研究与开发，这也是“十一五”中国针织业技术装备发展趋势所提出的具体要求，完全符合国家产业发展政策，将大大提高我国袜类企业的国际竞争力。（二）国内外研究现状和发展趋势。袜子生产起源于手工编织，英国人Willian Lee于1589年发明了世界上第一台手工针织机，用于机械织袜，1589年又制成可以生产较为精细丝袜的针织机。不久，法国人富尼埃（Fournier

5、）在里昂开始生产丝袜，直至17世纪中叶才开始生产棉袜。传统生产中袜子的生产须经过三个工序加工而成，罗纹机完成袜子罗口的编织，袜机编织袜统、袜面、袜底，最后经缝合机将袜口缝合而成袜子，属于三步成形法。随着机械加工制造水平的提高，八十年代逐渐推出了各种半自动织袜机，随着电子技术在袜机上的广泛应用，九十年代初期出现了全自动电脑织袜机。受1975年德国Stoll公司在米兰国际纺机展览会上首台ANV型自动针织横机推出的影响，针织袜机专业生产厂家积极研发新型电脑袜机，电脑袜机功能日趋完善，新一代的全自动电脑提花袜机正在向多功能、自动化、高速化、智能化的方向发展。国外的电子织袜机主要有意大利圣东尼、罗纳地、

6、胜歌等公司的机型，代表了世界上袜机技术的最高水平，无论在机器的传动机构、提花袜类品种、产品质量及袜机效率上都有了新的突破，它们致力追求技术创新，不断地把电脑提花袜机技术推向新的高度，对世界袜机技术更新和袜类新产品的开发起到了积极的推动作用。在诸多的国外电脑横机中，意大利罗纳地双针筒电脑提花袜机由于具有设计软件先进、功能齐全、易于操作；整机设计紧凑、结构轻巧、编织速度高；三角、针板、导轨等重要部件均采用特殊的耐磨材料，使用寿命长；电控系统稳定性好，保护功能强等特点，同时产品技术成熟、零配件有保证等原因，深受国内用户的喜爱，因而占据了国内较多的市场份额。国内袜机的生产始于1958年，上海针织机械一

7、厂仿造日本进口的绣花袜机，试制成功国产第一代51型单色吊线绣花袜机，以后又制成59型双色绣花袜机、594型双辊筒绣花袜机，先后在行业中推广应用，上海第七纺织机械厂设计制造出纺织工业部定型产品503型提花圆袜机。80年代后期，行业从意大利、捷克、日本等国引进一批400420针的超细针距的新型袜机，专门用于生产高弹丝短、中、长统无跟袜和连裤袜等时装化女用袜品，国内开始通过技术消化，研制新型袜机，国内在单针筒电脑丝袜机的研制方面取得了积极的研究成果。国内双针筒电脑提花袜机的研发目前尚处于起步阶段，缺乏对双针筒电脑提花袜机技术深入地研究，双针筒电脑提花袜机的产品主要有北京的“亚隆” 双针筒电脑提花袜机

8、，该产品为韩国富胜的合作企业，运用对引进设备的技术消化吸收，缺乏自主的研发创新技术。日本永田精机在绍兴的生产厂，主要生产Model D-211双路进线双针筒全电脑袜机，该产品的主要部件均在国外生产，零件在国内组装成整机。这些双针筒电脑提花袜机的结构设计不够合理，机械设计、加工精度不高，制约了编织速度的提高。国内现有的双针筒电脑提花袜机与国外同类产品相比，技术水平仍有较大差距。特别是系统可靠性不足，电控系统的可靠性一直是国内系统应用的大问题，控制系统技术落后，未能很好解决伺服电机的快速启动和运动的平稳性问题，功能开发仍有待于进一步提高。国外的电脑提花袜机无论是硬件配置还是软件技术，都比国内电脑提

9、花袜机更具有优势。国外的系统注重软件的专业化和系统的兼容性，对硬件的CAM、软件的集成化即CISM的开发具有相当的规模与实力，国外电脑提花袜机技术正朝着智能化、网络化方向发展。电脑花型图案设计系统与电脑编织程序控制在国外袜机上普遍应用，取消了传统的机械控制大滚筒及机械链条，减少了很多机械装置，改变花型款式简便快捷，无需任何机械调整工作，增强了袜品市场的适应性和竞争性。国外袜机可以显示出袜子生产过程中的全部工作状态参数；针筒回转由马达直接驱动，消除了复杂的齿轮与连杆运动，使袜机的传动机构向前推进一步，而其它编织机件也由微型气阀或电磁控制，简化了机构，传动准确可靠，减少了机械传动的磨损与噪声，袜机

10、的速度显著提高。电子选针，移圈技术在国外袜机上的应用较为突出，它利用上针盘上的哈夫针与针筒织针的不同心回转，产生相对运动，而将一只袜针上的线圈移至相邻的袜针上，形成网眼组织。且国外袜机装有自动分离及翻袜装置，及自动时间控制润滑循环，自动剪线，气流吸纱，自动落袜等技术。产品也从以前的平面花型向具有立体结构花型产品，成形产品发展。综上所述，双针筒电脑提花袜机是用于生产高档袜类产品的机电一体化设备，自动化控制程度和技术含量较高，体现了独特的竞争优势。针织业向技术密集型和产品深加工方向转移已成为针织工业发展的必然趋势。利用先进技术改造提升传统针织品产业，使传统产业优势得到进一步发挥，真正使织袜产业发展

11、为技术密集型、资本密集型产业，已成为我省新一轮经济发展的极其紧迫的任务。加快现代纺织技术研究与传统纺织工艺生产的融合是现代纺织工业发展的必然，也是发展现代针织产业极为急迫的任务，双针筒电脑提花袜机市场应用前景广阔，研究意义重大。（三）项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点。本项目重点研究、开发双针筒高速电脑提花袜机，包括高性能机械结构和全自动控制系统两个部分。1、项目研究开发内容在机械结构研究方面：机械结构及功能的研究及改进设计；电子选针结构及机电转换部件的改进设计及实验研究；零部件材质、制造、装配调试工艺的研究及改进。在控制系统研究方面： 嵌入式硬件技术：包括ARM系统，数据信号处理（D

12、SP）、现场可编程逻辑器件(FPGA)； 嵌入式系统集成一体化软件的研究开发； 花型开发CAD、CAM软件，花样编译器设计； 基于嵌入式技术的袜机工艺控制逻辑分析与研究； 袜机（电机）控制算法的研究与实现； 嵌入式人机接口界面设计； 控制系统故障诊断技术； 产品可靠性研究和验证；2、技术关键（1）袜机的机械结构的设计与优化袜机由电脑控制系统和袜机机械主机两部分组成。织袜的各个程序（包括工序程序、密度程序、花型安排程序、导纱器程序、速度程序等）通过按键、鼠标操作电脑，通过一系列控制驱动装置使袜机各个机件按程序进入或退出工作。在织袜过程中机件变换动作有：导纱器的升降运动、三角电磁阀控制、自停装置的

13、动作、气流牵引装置等。控制原理分析： 控制系统通过接受花型数据信号，将其转换为花型控制信号，在同步信号作用下控制织针运动，并根据花型信息及时调整各选针器的对应刀口状态，控制织针上升与否织出所需的花型。选针器将控制信号转换成机械动作，控制选针执行机构运动。花型编织控制流程如图所示：袜机编织工艺过程示意图袜机机械结构设计的技术关键是三角结构的设计，本项目拟ADAMS虚拟样机技术及计算机运动仿真，来提高袜机运动精度及高速运动的平稳性，同时提高袜机结构稳定性及抗振性。对于成圈系统编织三角部分还需作进一步的优化设计，使走针运动趋于更加稳定和合理。针筒三角的结构如图所示： 针筒三角结构示意图（2）电子提花

14、袜机关键执行部件及其控制装置硬件开发平台的研究本系统的控制流程如上图所示：由于双针筒电子提花袜机有多路输入输出信号，对不同信号的处理要求遵循特定的时序和逻辑，并且系统有多路中断信号和控制信号，不仅要完成同步信号的接收，多个动作的协调控制，还要解释花型数据文件。考虑到处理器性能和操作系统支持，本系统利用ATMEL工业级的ARM9联合ALTERA公司的FPGA构建成一套高性能数字化电子提花袜机智能控制系统。由ARM9配合嵌入式Linux的强大功能完成人机交互界面，文件系统，网络交互，FPGA控制功能，花样的存储管理及工作时花样的预处理等实时性要求较低的日常事物管理。控制器采用主/从处理器模式。选用

15、功能强，采用RISC结构，运算速度快的ARM9作为主处理器，从处理器采用的是两片ALTERA公司ACEXI0K系列的FPGA，作为主控制系统与底层执行器的直接对话部分，实现对多路电机、电磁铁、电磁阀的驱动控制。硬件系统采用分板设计，ARM核心应用系统作为一块电路板，工艺执行子系统作为另外两块电路板。各个子系统单独设计调试，再进行连接集成后再整体进行软件的设计与调试。随着EDA的推广和VLSI设计的普及，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现多个更为复杂的系统的时代已来临这就是片上系统SoC。它结合了许多功能模块，将整个系统做在一个芯片上，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗，提高可

16、靠性非常有利。各种通用处理器内核作为soc设计公司的标准库，与其他嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一个标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后就可以用FPGA制作样品。本系统通过FPGA实现底层的各种硬实时控制，系统状态检测，诊断系统的运行状态，并上报机器工作时采集的各种信息等。同时采用智能功率模块（INTELLIGENT POWER MODULES IPM）实现数字控制的功率输出，对伺服电机进行速度和位置控制。本系统除主控单元外还包括以下部件：LCD/触摸屏接口：40针LCD接口提供了TFT型液晶接口所需要的全部信号线，并引出触摸屏

17、接口。可以支持1、2、 4、 8、 16、 24bpp(每象素位数)，最高16M色，屏幕分辨率高达800 X 600象素的各种尺寸规格的TFT型液晶屏；1路UART接口；3路USB接口：可以同时使用2路USB HOST(主设备接口)，也可以1路作为USB HOST另一路作为USB Device(从设备接口)；以太网接口：提供lOM Ethernet芯片CS8900A，采用集成隔离变压器的RJ45接口，并带有ACK, LINK指示灯；按键：提供2路外部中断输入；;RTC电路：提供CPU实时时钟，带有后备锂电池电源；JTAG接口：20芯Multi - ICE标准JTAG接口，支持SDT2.51，

18、ADS1.2调试，JTAG烧录等；总线扩展插座：引出与FPGA连接的所有数据、地址、控制线；复位电路：采用专用复位电路，稳定可靠。（3）袜机嵌入式系统控制集成一体化软件的研究开发采用Linux 操作系统的移植由于ARM端承担了大部分的事务，并需要提供对种类繁多的外部设备的支持，因此需要操作系统的协助才能更好的完成目标。操作系统的选取本身就是个很重要的问题，经过各种权衡，我们采用的是嵌入式Linux操作系统。采用Linux主要考虑Linux的开放性；Linux在网络方面的支持是强项；国家在产业政策上对Linux的推广予以扶持；我们具备相当的Linux方面的研发经验，以前从事了Linux移植工作。

19、Linux的开放性，使得开发者可以支配几乎是应有尽有的资源，而且可以根据自己的需要进行修改和定制；开放性使得Linux对于层出不穷的新技术的支持往往比一般商业性的嵌入式操作系统要快；开放性，使得其在成本上也有不可比拟的优势。ARM9+Linux的平台为我们的产品提供了坚实的基础。在这个平台的构建中，移植工作包括Linux操作系统的交叉编译；内核引导程序的移植；文件系统的创建；在Linux基本内核能够在目标板运行之后，还有大量的设备驱动程序需要移植和调试。交叉编译是在宿主机上，将程序源代码编译成可以在目标机上运行的可执行程序。用Redboot进行Linux内核的引导。驱动程序的移植主要包括： F

20、lash闪存芯片：主要用于系统和应用程序的存储，(固定)数据文件的存储。 CF卡：数据文件存储。 USB控制器，USB盘：文件的导入导出等等。触摸屏和高分辨率(1024*768)显示屏：用于人机交互。双端口RAM：提供ARM与DSP芯片之间高速通信通道。 DMA控制器：设备直接内存访问。网络控制器。串行口。音频控制器：语音提示功能。多种文件系统的支持：支持在多种介质的文件存取服务。实时时钟：提供日历服务。在内核平台之上，还需要ARM平台的共享库，以及shell等支持。向用户提供友好的GUI界面需要有图形引擎的支持，我们选用的是Micro Windows。3、主要创新点：（1）高速电脑提花袜机运

21、行速度和位置的最优控制；袜机高速运动时，运动的平稳性和运动的精度对编制工艺的影响至关重要，本课题拟采用嵌入式控制技术，利用DSP技术和IPM技术，采用自行研究的最优控制算法实现电机的无扰动电子换向；运行速度和位置的最优控制路径规划，实现电机高速平稳运行，实现软件动态制动控制技术；利用细分辨向技术，实现电机的精确控制，达到袜机高速运动时速度和位置最优控制的目的。（2）电子提花袜机关键执行部件及其控制装置硬件开发平台的研究；运用电磁学原理进行袜机机电转换关键部件的结构研究，通过机电转换部件的理论分析及实验仿真；运用电磁学、力学、热工学组建机电转换部件参数测试专用实验台；重点针对导纱器、活动三角等关

22、键二值控制机电转换部件各性能参数的实验测试及仿真评估；进行电子选针机构各动态参数的测试评估，理论仿真与实验数据的对比分析，经验公式与设计准则的确立；提出改进设计方案并进行理论仿真与分析评估；新的二值控制机电转换部件结构的研制及实验测试验证；整合新的结构方案与整机设计技术的集成；完善工艺及产品定型。（3）袜机嵌入式系统控制集成一体化软件的研究开发；本系统主机板硬件采用主从CPU架构，一块是ARM9高性能嵌入式CPU，另一块是FPGA现场可编程逻辑器件芯片。其中FPGA端用于袜机的实时控制，其余所有事务放在ARM端处理，二者通过双端口RAM通信。电脑提花袜机可自动改变各部段的组织和密度，能自动调线

23、，形成多种花色组织。软件开发包括控制组织、密度、花纹和用纱等，它主要包括两大部分，一是织袜程序；另一是花纹程序。袜机编织花型数据文件有两种方式进入本系统，一是在PC机上实现的制版软件生成，经由USB盘，CF卡进入本系统进行处理，最终实现产品的编织；另一是从键盘上直接输入命令完成花样程序的输入。嵌入式系统控制集成一体化软件结构如框图所示：本项目拟采用的软件模块划分如图所示：主程序模块包括：GUI封装层和GUI控件，各种参数设置，文件管理，数据文件可视化和编辑，机器控制状态监控，机器自检，数据预处理，音频应用等等。（4）嵌入式系统的可靠性技术；袜机在现场需要长时间高速运转，产品可靠性是关键。本课题

24、在嵌入式控制系统的可靠性设计方面将做重点的技术突破，力争使主要可靠性指标达到国际标准的安全性能指标，符合横机产品的可靠性要求。采用硬件滤波、瞬态抑制、软件数字滤波、差分平衡传输等技术，具有较强的抗干扰能力，安全规格设计达到EMC三级工业应用指标（浪涌2000V、群脉冲1000V、静电6000V）。产品进行严格的防震、防尘、防机械堵转的设计，并符合电气系统的安全接地要求，保证在横机高速运转中设备和操作人员的安全。系统高压电路与低压直流电路、系统外壳、人机操作面板之间实现严格的电气隔离设计，隔离电压达到5000 Vrms，保证系统最大的安全性；选用高性能指标的器件，关键器件选用Agilent、Mi

25、tsubishi、TI、AMP等知名品牌，全都符合UL、VDE、IEC等安全论证。（四）项目预期目标1、主要技术经济指标通过对双针筒高速电脑提花袜机中的重大关键技术开展技术攻关和技术创新，完成对双针筒高速电脑提花袜机的编织技术、自动控制技术研究，开发集袜子编织设计、控制装置和执行过程优化控制为一体的编织系统。开发完成的双针筒高速电脑提花袜机达到国内领先水平，其功能和性能指标达到或接近国际同类产品，性价比能实现替代进口。项目完成的主要技术指标：1针筒转速：250280r/min；2针筒慢速：60r/min；3针筒直径：33/441/2；4机器级数：1014；5针筒运转控制： AC伺服马达控制；6

26、成形控制：电脑自动成形控制；7选针装置：多段压电陶瓷选针；8橡筋装置：2色橡筋选择；9编织组织：罗纹组织、正反面凹凸组织、添纱组织；10密度：步进电机控制、24段调节；11故障自停：断线、断针、断电故障自停；12主机功耗1.5KW：13低噪音、节能型。与国外同类先进产品性能对比：新型双针筒电脑提花袜机研发的国外韩国兄弟牌袜机HDL-60114针筒转速：250280r/min；针筒转速：220250r/min；15针筒慢速：60r/min；针筒慢速：60r/min；16针筒直径：33/441/2；针筒直径：33/4；17机器级数：1014；机器级数：1014；18针筒运转控制： AC伺服马达控制

27、；针筒运转控制： AC伺服马达控制；19成形控制：电脑自动成形控制；成形控制：电脑自动成形控制；20选针装置：多段压电陶瓷选针；选针装置：电子选针；21橡筋装置：2色橡筋选择；橡筋装置：2色橡筋选择；22编织组织：罗纹组织、正反面凹凸组织、添纱组织；编织组织：罗纹组织、正反面凹凸组织、添纱组织；23密度：步进电机控制、24段调节；密度： 12段分段调节；24故障自停：断线、断针、断电故障自停；故障自停：断线、断针等故障自停；25主机功耗1.5KW：主机功耗1.8KW：26低噪音、节能型。项目完成的主要经济指标：项目完全在自主研发的基础上完成，产品的国产化程度至少可达到90%以上，除了关键的电子

28、元器件需要进口外，其它部件均可实现国产化。项目期内双针筒高速电脑提花袜机研制成功后，可望生产400台，按每台7万元计算，年产值可达2800万元，年利润1250万元，每年至少节省外汇约一千万美元，国产化和产业化意义重大，经济效益和社会效益显著，市场应用前景广阔。2、社会效益、技术应用和产业化前景双针筒高速电脑提花袜机可以一步法生产各种高档成形袜子，可生产袜子花色品种多、原料省、生产效率高，市场发展应用前景十分广阔。该项目的实施能极大地提升我省袜类产品生产的技术水平，有效地提高袜类产品生产自动化控制化程度及计算机花型设计能力。使袜机向全成形、多功能性和高效率方向发展。提高双针筒袜机在袜机产品中的比

29、重，尤其重视双针筒高速电子提花袜机的研究与开发，这也是“十五”中国针织业技术装备发展趋势所提出的具体要求，非常符合国家产业发展政策，将大大提高我国袜类企业的国际竞争力。预计产业化后可年生产1200台，年产值可达8400万元，年利润2500万元，每年至少节省外汇约三千万美元。3、获取自主知识产权的情况项目申请单位将独立自主进行创新研发，产品具有完全的自主知识产权。（五）项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解。实施方案：项目申请单位在现已掌握的双针筒高速电脑提花袜机生产技术的基础上，积极研究国外双针筒电脑提花袜机的先进技术，注重增强自主创新能力，掌握和控制双针筒高速电脑提花袜机产品和工艺的关键

30、核心技术，运用自主创新、模仿创新、合作创新、引进消化再创新等模式，积极研究开发具有自主知识产权的新型双针筒高速电脑提花袜机产品。项目申请单位将充分利用市场机制，加快以企业为中心的产学研联合体的建设，拓宽技术合作领域，加强企业与高校、科研机构的科技合作和联盟。通过项目研发的自主技术，争取在某些领域取得独占性技术地位，引领针织袜机行业的发展，推动行业的整体技术进步。项目实施的技术路线：本项目在机械结构研究方面拟分成三个部分，机械结构及功能的研究及改进设计，电子选针结构及机电转换部件的改进设计及实验研究，零部件材质、制造、装配调试工艺的研究及改进。袜机机械结构与功能的研究及改进设计技术路线市场及技术

31、调研开发目标及技术特征确定关键技术研究分解关键部件的设计仿真、性能评估及改进关键部件制造及实验测试、验证性分析样机整机设计样机制造及整合装配试车调试及可靠性实验 改进设计及样机定型工艺完善及中间试验批量投产电子选针结构及机电转换部件的改进设计及实验研究技术路线现有选针原理、结构及机电转换部件的分析及理论仿真电磁学、力学、热工学参数测试实验台组建机电转换部件各性能参数的静态实验测试及仿真评估（主要针对导纱器、活动三角等二值控制部件）动态仿真测试实验台组建电子选针机构各动态参数的测试评估理论仿真与实验数据的对比分析，经验公式与设计准则的确立提出改进设计方案并进行理论仿真与分析评估新结构的制造及实验测试验证进一步的改进完善新结构方案与整机的集成整合工艺完善及定型零部件材质、制造、装配调试工艺的研究及改进技术路线零件图样及技术要求分析专件及高精件技术条件合理性分析定购专用机床及合理确定加工工艺、编制数控加工程序试生产首件和外协件精密测量尺寸误差、形位误差、表面粗糙度、表面硬度和冲击韧性，后续件抽检，部分零件采用量规检验改进材质和加