基于蒙特卡洛模拟法的分尾装置优化设计

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马尾布是以天然黑、花、白色马尾及棉或涤棉作为原料，采用平织结构，经纬纺织而成的，具有不变形、不褶皱、透气、缩水孝经久耐用等特点，主要用于高档服装的衬里。马尾布织布机是半机械化的生产设备，生产时需要工人将-根根的马尾持续不断的挂接到梭子上，工人劳动强度很大，生产效率低l1I lI 。目前，生产企业迫切需要把分尾操作由人工改为机械装置自动完成，本文主要介绍利用蒙特卡洛模拟实验法对钩针式的分尾装置进行结构的优化设计。

1 分尾装置的结构设计如图 1所示，分尾装置主要由钩针、小轴、轴套、弹簧、橡胶圈等组成。在整个装置中，螺栓 5与轴套3通过螺纹连接，小轴2可依靠与螺栓 5间的弹簧 4在轴套 3内作直线移动，钩针 7贯穿于整个分尾装置中心，靠螺订 6与轴套 3和螺栓 5连接为- 体 J。钩针钩槽部位形状如图2所示。

1.橡胶圈图2 钩针钩槽部位放大图织布机工作时，分尾装置在曲柄摇杆机构的带动下实现往复运动。当分尾装置移向马尾盒时，小轴 2接触到马尾盒会停止运动并压缩弹簧 4，而钩针 7会连同轴套 3继续移动，钩针沿导向孔进人马尾盒(钩针轴线与马尾线垂直)，随即马尾被压入钩针的钩槽内，分尾装置开始返回，当钩针完全退出马尾盒时，橡胶圈及时将马尾挤住，完成取尾过程。

钩针在钩取马尾时，是靠钩针上的钩槽来完成的，所以钩槽形状对分尾结果有很重要的影响，为有效控制分尾操作的空根和重根发生率，必须对钩针的结构进行优化设计。

2 钩针钩槽结构参数的确定钩针钩槽的主要结构参数有三个：钩槽宽度、钩槽深度和钩槽底部夹角，这三个结构参数决定了钩针是否能钩住马尾以及钩住马尾的数量，而结构参数的大小需要通过试验确定。

由多次试验得出马尾与钩的接触点位于马尾垂直方向中部及以上时，即可将马尾钩出〖虑最大直径马尾时的情况，如图3所示 ：图 1 钩针式分尾装置结构图收稿日期：2013-04-23作者简介：王丽萍(1972- )，女，工程师，硕士，河北文安人，主要从事机电-体化技术研究。

- 20 - 可导出各结构参数的关系为：誓( 南 ) (1)： 竿. .si (2) S1na 由式(1)和式(2)可知，只要确定 a、 两个角，第3期 王丽萍等：基于蒙特卡洛模拟法的分尾装置优化设计 2013年 6月即可确定其它结构参数。

工图 3 最大直径马尾在钩槽内临界位置3 蒙特卡洛模拟实验与结果分析蒙特卡洛模拟法也叫随机模拟法，是运用随机过程来模拟真实系统的发展规律，从而揭示系统的规律。同-般数学方法不同，经典的处理概率问题的数学方法常常是把概率问题变换为某个确定性问题去求解。而蒙特卡洛方法则是把不确定性问题与某个概率模型相联系，通过把大量随机抽样试验求得的统计估计值作为原始问题的近似解 。

表 1 马尾直径概率分布表本设计中采用蒙特卡洛模拟实验的目的是通过改变钩针结构参数 a、l3观察重根情况，寻找满足重根率最低的-种最佳的a、8组合。在模拟实验前，先归纳出 1000根马尾的直径概率分布表，并计算出了相应的累计概率[7]，如表 1所示。在模拟过程中，先产生-个(0，1)之间的随机数，然后，再将此随机数与累计概率比较，当随机数位于累计概率对应的某个区间时，便认为该区间下限所对应的马尾直径被钩到了。

由于产生的随机数是在(0，1)之间平均分布的，所以累计概率区间越大，被抽取的概率也就越大，也就是说，模拟过程是严格按照马尾直径的分布来进行的。

第-次抽取的马尾表示进入钩槽内的第-个马尾，至于钩槽是否会同时钩住其他马尾或第-根马尾是否会带出其他马尾，在算法中也做了充分的考虑。

蒙特卡洛模拟实验结果如表 2所示。从表 1可知，增加空根率，可以减小重根率，空根率从 0-0.6%，每增加 0.1%，可平均减少重根率0.6%，而空根率大于0.6%时，空根率的变化对重根率的影响明显减小，其主要是由马尾直径的分布规律所决定的≌根现象会严重影响马尾布的质量，而重根现象会 导致 成本 上 升，当马尾 直 径达 到 最大 值0.28mm时，空根率为 0%，重根率为 11.85%，综合考虑，这种情况是比较理想的，既保证了不会出现空根，重根率也不算高，因此，模拟实验得出的最佳结构参数为：a63。、I377。。

表 2 空根率和重根率的关系4 结 语本案为解决马尾织布机手工分尾效率低劳动强度，产生了-定的经济效益和社会效益。大的难题 ，设计出了-种简单可靠的钩针式自动分尾装置，并采用蒙特卡洛法对钩针的结构参数进行了优化设计，大大缩短了试验周期，节省了成本，并成功应用于生产，实现了较好的实际分尾效果。