纺纱技术三维虚拟实验教学系统简介
适用专业:服装设计与工程、非织造材料与工程、纺织工程等相关专业。
纺纱技术是纺织工程教育等相关专业的一门主干基础课,其理论性和实践性都很强,它的实验教学是纺纱技术教学中的一个重要实践环节。目前,现实中的纺纱技术实验存在以下局限性:
1、硬件依存性较强,只能在特定实验室中进行;
2、需要数量较大的仪器设备,才能满足学生人手一套设备独立进行实验的需求;
3、部分实验的操作过程比较繁琐,导致学生在实物实验中操作不顺畅,缺少时间去主动思考。
随着招生规模的逐年扩大,教学改革的不断深入,纺纱技术实验的教学任务越来越重,仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题,并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量,我们开发了纺纱技术三维虚拟实验教学系统软件。
该软件可在网上开展的虚拟实验,软件模拟实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境,提供网上实验教学过程管理功能,包括:典型实验库的维护、实验安排、提交实验报告、实验批改、成绩统计、实验答疑等功能模块。可满足高等学校和各类培训机构实验教学环节的需要,尤其适用于远程教学。
使用现有器材模型,系统可开展如下9个常用实验的训练:
1、纺织专件虚拟实验
2、细纱锭子虚拟实验
3、粗纱锭翼虚拟实验
4、多功能卷绕机虚拟实验
5、长丝卷绕机虚拟实验
6、转杯纺虚拟实验
7、清梳联虚拟实验
8、粗细络连虚拟实验
9、并条机虚拟实验
纺织专件示教模块
软件采用三维建模模拟真实实验中用到的纺织专件,提供与真实实验相似的实验环境;
软件提供纺织专件器材栏,提供打手、锭翼、剑带、剑轮、剑头(剑杆)、罗拉、皮辊、摇架、针布、筒管、锭子、钢领等专件15件;
所有专件尺寸符合国标或行业标准,并能实现系列化设计;
软件具备良好交互性,左侧为专件器材区,右侧为互动实验区,用户可以自由选择调用哪些器材进行实验,灵活互动;
图1 纺织装备专件效果示意图
通过简单的鼠标拖曳操作,即可将特定的纺织专件调入互动区,可以互动的方式从任意距离、任意角度查看认知专件,并了解其知识点;
同时,软件还可与三维设计软件(Pro/E、SolidWorks)和有限元分析软件(ANSYS、ABAQUS等)进行对接,完成刚强度、应力应变等分析功能。
图2 纺织装备专件力学性能分析
细纱锭子
实验中,软件支持测量并描绘在不同转速下设备的相关参数曲线。
图3 细纱锭子实验
图4 细纱锭子实验
粗纱锭翼虚拟实验
在本实验中,可以全方位观看设备,模拟设备开机,调整设备转速,查看电压-锭翼转速关系图,压纱力与官纱直径关系图
图5场景漫游
图6模拟开机
图7设置不同转速
图8查看电压-锭翼转速关系图
图9压纱力与官纱直径关系图
多功能卷绕机实验
多功能卷绕机实验中,软件支持用户采用模块化设计的方法,设计不同的卷绕机结构,如丝杠式、凸轮式、拨叉式。
对于丝杠式卷绕机,软件还支持卷绕不同样式的纱筒,如直边式、锥边式、双锥边式。
图10多功能卷绕机
图11 不同的结构样式
图12 卷绕工作视角
长丝卷绕机虚拟实验
本实验可以模拟长丝卷绕机设备开启,通过调整仪器转速来观察纺纱过程
图13模拟开机
图14调整转速
图15观看纺纱过程转杯纺实验
转杯纺实验中,软件支持用户操作设备进行纺纱操作,同时支持用户仔细观察设备的运行状态。
图16转杯纺实验
软件支持输出转杯纺设备相关的参数曲线,为学生进行创新设计提供设计思路,输出曲线包括:转杯转速与成纱强力关系、转杯转速与成纱伸长关系、转杯转速与纺纱张力关系等。
图17 分梳辊转速与单纱张力关系曲线
清梳联实验,粗细络连实验,并条机实验
使学生随时随地在电脑上即可进入虚拟的纺织工厂。像在真实的纺纱工厂内一样去认知纺纱的过程,不再受工厂偏远、危险性高、条件不具备等制约条件的限制。
图18实验场景
图19 梳棉机
图20 粗纱机
图21 细纱机
图22 络筒机
图23 清棉机