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2 8 6 1 型多臂机原理及其开口机构的研究与设计 摘要 多臂机是控制喷气织机的关键部件，而其中的开口机构是多臂机最主要 的执行机构，决定织机运动的平稳性和织物组织的品质。开口机构的作用是 根据织物组织图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱上下运动，形成 梭口，等待纬纱随喷气气流进入梭口后，两层经纱再上下交替，互易位置， 形成新的梭口，如此反复循环，即可形成织物。 开口机构又名提综机构，多臂机通过它来控制综框的运动，调节经纬交 织的变化规律，从而在织物上形成不同的花型或花纹。本文研究了凸轮式多 臂机的传动原理与运动学特性，研究了织物组织与开口机构的运动关系，对 凸轮式开口机构的选型、设计和运动学分析进行了深入的研究。在运动学分 析时，运用了复极矢量的分析方法，对复杂的凸轮连杆组合式开口机构建立 起数学模型，将机构划分为着干个三角形进行求解，最终得到执行机构即综 框的运动规律，为后面的综合设计提供了可靠的理论基础。 机构综合仍然是采用复极矢量的方法，此时先给定执行机构即综框的 运动规律，通过求解若干个三角形最终得到了开口凸轮的理论廓线坐标，在 此基础上进一步对开口凸轮的基本尺寸，以及压力角、曲率半径等参数进行 分析计算，最终比较圆满地完成了开口凸轮的设计。 根据第四章所推导出的公式和计算方法，编制了相应的v c 抖计算程 序，由计算机来实现复杂的计算过程，接下来基于v b 6 0 平台开发了相应 的计算机辅助设计软件界面。从而初步完成了喷气织机开口机构凸轮c a d 系统的设计。 总之，此次设计是针对现有的以凸轮机构作为开口机构的喷气织机的改 进设计。研究结果表明：凸轮连杆组合驱动的多臂机的提综机构能够使得喷 气织机获得合理的运动，因此通过更换凸轮即可以很好地达到快速织造不同 复杂花型的目的。 关键词：喷气织机，多臂机，凸轮，开口机构，计算机辅助设计，v b 6 0 r e s e a r c ha n dd e s i g na b o u t2 8 6 1d o b b y p r i n c i p l e sa n da p e r t u r eo r g a n i z a t i o n a b s t r a c t t h ed o b b yi st h ec o n t r o la i r - j e tl o o mk e yc o m p o n e n t ，b u ta p e r t u r e o r g a n i z a t i o ni st h ed o b b ym o s tm a i ni m p l e m e n t i n ga g e n c y , d e c i d e st h el o o m m o v e m e n tt h es t a b i l i t ya n dt e x t u r eo fc l o t h sq u a l i t y t h ea p e r t u r eo r g a n i z a t i o n f u n c t i o ni st h ec h a n g er u l ew h i c ht h el a t i t u d ea n dl o n g i t u d ei n t e r w e a v e s a c c o r d i n g t ot h ef a b r i cd r a f t e dp a t t e m0 1 1 ，a c c o r d i n gt os e q u e n c ep r o m p ti m p e t u s w a r pt h r e a dt h ev e r t i c a lm o t i o n ，f o r m st h es h u t t l em o u t h ，a f t e rw a i t st h ew e f tt o e n t e rt h es h u t t l em o u t h ，t w ow a r pt h r e a d sa b o u tt a k et u r na g a i n ，t h er e c i p r o c a l p o s i t i o n ，f o r m st h en e w s h u t t l em o u t h ，s ot h er e c y c l e ，t h e nf o r m st h ef a b r i c a p e r t u r eo r g a n i z a t i o na l s on a m e sa sr a i s e st h es y n t h e s i so r g a n i z a t i o n ，i t s f u n c t i o ni sc o n t r o l st h ed o b b yh e d d l ef l a m e sm o v e m e n t ，t h ec h a n g er u l ew h i c h t h ec o n t r o la n dt h ea d j u s t m e n tl a t i t u d ea n dl o n g i t u d ei n t e r w e a v e ，f o r m st h e d i f f e r e n tf l o w e ro nt h ef a b r i co rt h ep a t t e m t h i sa r t i c l eh a ss t u d i e dt h ec a m t y p e d o b b yt r a n s m i s s i o np r i n c i p l ea n dt h ek i n e m a t i c sc h a r a c t e r i s t i c ，h a ss t u d i e dt h e t e x t u r eo fc l o t ha n dt h ea p e r t u r eo r g a n i z a t i o nm o v e m e n tr e l a t i o n s t 0t h ec a m t y p ea p e r t u r eo r g a n i z a t i o ns h a p i n g ，t h ed e s i g na n dt h ec i n e m a t i ca n a l y s i sh a s c o n d u c t e dt h et h o r o u g hr e s e a r c h w h e nk i n e m a t i c sa n a l y s i s ，h a su t i l i z e dt h e h e t e r o p o l a rb o n dv e c t o ra n a l y s i sm e t h o d ，e s t a b l i s h e st h em a t h e m a t i c a lm o d e lt o t h ec o m p l e xc a mc o n n e c t i n gr o dc o m b i n e dt y p ea p e r t u r eo r g a n i z a t i o i l ，d i v i d e s t h eo r g a n i z a t i o nf o rc e r t a i nt r i a n g l e sc a r r i e so nt h es o l u t i o n ，f i n a l l yo b t a i n st h e i m p l e m e n t i n ga g e n c y i st h eh e d d l ef r a m el a wo fm o t i o n ，h a sp r o v i d e dt h e r e l i a b l er a t i o n a l ef o rt h eb e h i n ds y n t h e s i sd e s i g n t h eo r g a n i z a t i o ns y n t h e s i ss t i l lw a su s e st h eh e t e r o p o l a rb o n dv e c t o rt h e m e t h o d ，t h i st i m ea s s i g n st h ei m p l e m e n t i n ga g e n c yi st h eh e d d l ef r a m el a wo f m o t i o nf i r s t , t h r o u g hs o l v e dc e r t a i nt r i a n g l e sf i n a l l yt oo b t a i nt h ea p e r t u r ec a m t h e o r yp r o f i l ec o o r d i n a t e s ，i nt h i sf o u n d a t i o nf u r t h e rt ot h ea p e r t u r ec a mb a s i c s i z e ，a sw e l la st h ea n g l eo fp r e s s u r e ，p a r a m e t e r sa n ds oo nr a d i u so fc u r v a t u r e c a r r i e do nt h ea n a l y s i sc o m p u t a t i o n ，f i n a l l yq u i t ec o m p l e t eh a sc o m p l e t e dt h e a p e r t u r ec a md e s i g n i i f o r m u l aa n dc o m p u t a t i o n a lm e t h o di n f e r sw h i c ha c c o r d i n gt ot h ef o u r t h c h a p t e ro fi n s t i t u t e h a se s t a b l i s h e dt h ec o r r e s p o n d i n gv c + + c o m p u t a t i o n a l p r o c e d u r e ，r e a l i z e st h ec o m p l e xc o m p u t a t i o np r o c e s sb yt h ec o m p u t e r , m e td o w n h a sd e v e l o p e dt h ec o r r e s p o n d i n gc o m p u t e r - a i d e dd e s i g ns o f t w a r ec o n t a c ts u r f a c e b a s e do nt h ev b 6 0p l a t f o r m t h u sh a si n i t i a l l yc o m p l e t e dt h ea i r - j e tl o o m a p e r t u r eo r g a n i z a t i o nc a mc a ds y s t e md e s i g n i nb r i e f , t h i sd e s i g ni sa i m sa te x i s t i n gt a k et h ea p e r t u r eo r g a n i z a t i o nb yt h e c a mg e a rt h ea i r - j e tl o o mi m p r o v e m e n td e s i g n t h ef i n d i n g si n d i c a t e dt h a tt h e c a l nc o n n e c t i n gr o d a s s e m b l ya c t u a t i o nd o b b yr a i s e st h es y n t h e s i so r g a n i z a t i o n t oc a u s et h ea i r - j e tl o o mt oo b t a i nt h er e a s o n a b l em o v e m e n t ，t h e r e f o r et h r o u g h t h er e p l a c e m e n tc a mm a ya c h i e v ew e l lf a s tw e a v e st h ed i f f e r e n td u p l i c a t e m i s c e l l a n e o u s v e g e t a t i o ng o a l k e y w o r d s ：a i r - j e tl o o m ，d o b b y ，c a m ，a p e r t u r eo r g a n i z a t i o n ，c o m p u t e r - a i d e d d e s i g n ，v b6 0 i i i 2 8 6 1 型喷气织帆棘理驶其开u 莉【构的研究与设计 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名 日 期：2 q q 生旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 和汇编本学位论文。 ( 保密论丈在解密后应遵守此规定) j1 少 论文作者签名：导师签名：。i 丝15日期：2 q q2 生i 旦兰旦 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 1 绪论 1 1 纺织行业及织造机械的发展 纺织工业一直是我国国民经济的支柱产业，为国民经济的发展做出了重大贡献。我 国是纺织品生产和出口大国，纺织工业以其经久不衰的出口创汇能力一直令国内瞩目、 世界关注。加入w t o 明显改善了我国纺织品出口的国际环境，2 0 0 5 年在全球范围内 完全取消纺织品贸易配额，阻碍我国纺织品出口的最大障碍已经清除，我国的纺织品正 在大举进军国际市场。主要表现在以下几个方面： ( 一) 生产快速增长。2 0 0 5 年纺织行业规模以上企业完成工业总产值2 0 4 7 1 亿元， 同比增长2 6 ；增加值4 9 9 9 亿元，增长2 6 5 ；产销率9 7 8 ，提高o 1 个百分点。根 据快报统计，主要产品产量除化纤增幅略低外其它产品均大幅提高，其中纱产量1 4 1 2 万吨，增长2 3 6 ；布3 7 8 亿米，增长1 7 5 ；服装1 4 8 亿件，增长1 6 8 。受原料价格 高位振荡影响，化纤产量1 6 2 9 万吨，增长1 4 8 。 ( 二) 出口规模扩大。2 0 0 5 年我国纺织品服装出口1 1 7 5 亿美元，同比增长2 0 7 ， 其中纺织品4 4 0 亿美元，增长2 2 9 ；服装7 3 5 亿美元，增长1 9 4 。 ( 三) 经济效益稳步提高。2 0 0 5 年纺织行业实现销售收入1 9 7 9 4 亿元，同比增长 2 6 3 ；实现利润6 9 0 亿元，增长3 6 。除化纤行业效益明显下滑外，其它行业利润均 实现快速增长，其中：棉纺织行业因市场需求旺盛和棉价回落，实现利润1 6 0 亿元，增 长7 7 ；纺织制成品、毛纺、针织、服装行业利润分别增长5 9 、4 4 、3 7 和3 3 。 ( 四) 固定资产投资增长较快。2 0 0 5 年纺织行业固定资产投资( 城镇5 0 0 万元以上 项目) 完成额1 5 9 7 亿元，同比增长3 5 ，其中毛纺织、针织、服装、纺机等行业的投 资热情依然不减，分别增长了4 6 、4 2 、4 6 、5 4 。投资的高速增长一方面说明了 市场需求旺盛，企业发展后劲较足，另一方面造成国内原料供求矛盾加剧，进口依存度 增加，市场风险加大。如化纤行业近5 年投资较为集中，特别是聚酯能力从2 0 0 0 年的4 9 0 万吨增加到2 0 0 5 年的1 8 0 0 万吨，增长了2 7 倍，但其原料p t a 6 0 以上依赖进口，随 着国际原油价格的大幅上涨，2 0 0 5 年化纤行业利润下滑2 0 ，平均开工率仅为7 0 ，投 资基本停滞，同比仅增长2 i ”i 。 2 0 0 6 年纺织机械行业面临更加复杂、更加不确定的市场环境。从2 0 0 6 年开始，纺 织行业增强竞争力，提高企业技术装备水平逐渐成为主流；特别是棉纺设备将以企业升 级、产品升级换代为主。纺织行业将以实施和提高“三无一精”比重为主的技术改造；发 展紧密纺、全自动气流纺、中高档无梭织机等新型纺织技术；推进细络联、粗细络联等 陕西科技大学硕士学位论文 纺纱工艺一体化、连续化生产。 对于织造机械来讲：发展新型整经机、浆纱机、染浆联合机及电子多臂、电子提花 装置、高性能金属综框、高速剑杆头、剑杆带、节能型喷嘴、专用泵阀、高速离合器、 制动器等织造专用基础件和器材等，才能更好的适应无梭织机发展和配套的需要1 4 。 机电一体化剑杆织机和喷气织机技术不断发展，织造行业作为纺织工业重要的组成 部分，其装备水平直接影响纺织品的竞争力，无梭织机已成为国内机织行业技术改造的 主要装备。在国内市场上，各类剑杆织机和喷气织机仍需要进口，进口金额一直是各类 进口纺织机械中的前列；国产剑杆织机和喷气织机在“八五”、“九五”期间，由于国家利 用技贸结合，引进技术的政策，引进了当时具有国际先进水平的织机技术，目前仍处于 剑杆织机和喷气织机技术的前沿；但由于国产关键电控系统及关键运动系统可靠性不高， 产业化进程周期较长，导致内部市场份额很低，国产中高档剑杆织机和喷气织机市场份 额不足1 0 ，剑杆织机销量虽然超过进口，但基本是技术附加值较低的产品。 同时，国际无梭织机的进步速度加快，智能化、网络化、系列化、高适应性、高可 靠性的电子式剑杆织机和喷气织机成为发展的主流，目前，国际先进的剑杆织机入纬率 最高达到2 5 2 0 米分，转速超过8 0 0 转分，幅宽超过3 6 米，喷气织机入纬率最高达到 2 3 4 0 米分，转速达到1 4 0 0 转分，幅宽达到5 4 米。国产剑杆织机和喷气织机要跟踪国 际先进技术，实现技术的移植和二次开发，开发重点是在由机械式剑杆织机和喷气织机 向电子式剑杆织机和喷气织机的发展过程中删，重点解决的问题是：各运动机构的机电 一体，例如电子送经、电子卷经、引纬系统的机电一体化，选纬系统的机电一体化等， 电控系统优化控制各机构运动，提高工艺适应性，使设备具有自动变换织物设计、自动 检测分析织疵、自动调整纬密误差等各种功能，解决国产的电子多臂、电子提花装置、 电子储纬器、电子选纬器等关键配套件的高速适应性等，达到不断提高织机的运行速度 和效率，扩大品种适应性，同时，运用可靠性技术，解决国产高档剑杆织机和喷气织机 的一致性和可靠性，使产业化的国产剑杆织机工艺速度达到6 0 0 转分，幅宽能够达到 3 2 米以上，喷气织机工艺转速达到7 0 0 转分，幅宽超过4 米。为用户提供高性价比的 高档国产剑杆织机和喷气织机。 由此可以看出新型的无梭织机是织造机械的发展方向【6 l 。在近年的研究和发展中， 我国新型的无梭织机主要有喷气织机、片梭织机和剑杆织机。片梭织机具有机械精良、 可织性较高、宽幅化、使用寿命长、织造成本低等优点。但与喷气织机相比其产品适应 范围小，用户调整产品结构要承受额外的改造费用。部分企业引进片梭织机后开发新产 品滞后，品种单调。剑杆织机是适应性最强的一种织机，可织造特殊的流行织物，但织 造成本较高，并且综合性能低于喷气织机，难以承担高档织物的加工。与片梭织机和剑 杆织机相比，喷气织机的一个显著优点是利润率较高，根据已引进的织机应用情况统计， 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 一般进口一台喷气织机为3 0 万人民币左右，平均每天每台获得的利润为1 0 0 0 元人民币 左右，也就是说通常一台喷气织机不到一年时间就可收回投资。因此，喷气织机是无梭 织机的首选产品。喷气织机由于其综合性能超群而被普遍认为是最具发展前景的一种无 梭织机。近几年，我从国外进口的高档无梭织机中喷气织机约占5 ( p o - - - 6 0 ( 6 j 。 2 0 0 6 年无梭布的比例已经提高到4 0 ，每年需新增加无梭织机2 万台左右，如按 5 0 的比例计算，则每年需喷气织机l 万台左右，而国内现有喷气织机的制造能力仅为 2 0 0 0 台左右，因此市场对喷气织机的需求量非常大川。 对于2 0 0 7 年纺织行业的发展趋势，中国纺织工业协会领导在分析了2 0 0 7 年国家相 关政策，原材料价格趋势，国内、国际宏观经济以及贸易摩擦的影响后一致认为，2 0 0 7 年在国民经济良好发展的带动下，预计纺织行业仍将保持健康稳定较快发展，产值和出 口将保持2 0 左右的增长速度，纱、布、服装和化纤等大类产品产量将增长1 0 以上， 固定资产投资增长预计达2 0 ，规模以上企业实现利润将超过1 0 0 0 亿元。 总之，纺织行业要紧紧抓住当前的战略机遇期，坚持以科学发展观为指导，把资源 环境约束和贸易摩擦转化为促进升级的内在动力，加快结构调整和全面推进技术进步， 增强自主创新能力，可以预见，2 0 0 7 年纺织行业经济运行仍将继续保持平稳快速发展。 1 2 开口机构的发展 1 2 1 开口机构的作用 开口的定义：在织机上按照织物组织的要求，把经纱上下分开，形成梭口的运动， 简称开口。完成开口动作的机构称为开口机构。开口机构的作用：使经纱上下分开，形 成梭口。根据织物组织的要求，控制经纱的升降次序。 经典的机织物是由经、纬两个系统纱线呈直角方向交织而成的i s l 。纵向经线必须先 按照织物组织规律分成上、下两层，如图1 - 1 所示，以便形成横向纬纱的通道梭口， 让引出的纬纱通过，接着打紧纬纱，于是纬纱在一定张力条件下彼此弯曲变形抱合交错 形成一定的织物组织。经纱之所以能按织物组织规律分成上、下两层，是由穿入经纱的 综眼被综框带动作上、下运动的结果。 陕两科技大学硕士学位论文 图1 - 1 开口示意图 f i g 1 1t h ec h a r to f s h e d d i n g 开口机构的作用是根据织物组织图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱，形 成梭口，待纬纱进入梭口后，两层经纱再上下交替，互易位置，形成新的梭口，如此反 复循环。 1 2 2 开口机构的类型 喷气织机的开口机构最先沿用有梭织机的原理，主要采用连杆开口和凸轮开口。图 1 2 是六连杆开口机构，用于织造平纹织物。曲柄l 作回转运动，通过连杆2 使摆杆3 绕支点d 摆动。同时，利用连杆2 上的e 点带动杆4 使杆件5 摆动，从而通过杆7 和7 7 传动综框8 和8 沿导槽作上下开口运动。连杆开口的优点在于结构简单，不易磨损， 制造容易。缺点是由于它是一种高速开口机构，不能适应多品种织造要求，仅适用于加 工平纹织物的高速喷气喷水织机。因为其开口的轨迹难以精确描述，开口运动规律难以 满足织物需要，只能做到基本符合开口运动的要求，且惯性冲击力较大，故这类开口机 构在早期的织机上使用，现常用于大批量生产平纹织物，难以适应多品种的变换。 i 图1 - 2 六连杆开口机构 f i g 1 - 2t h es i x - b a rl i n k a g e ss h e d d i n gm e c h a n i s m 凸轮开口机构是喷气织机最常用的开口机构。一般是消极凸轮开口机构和积极凸轮 开口机构。图1 3 是经纬纺织机械股份有限公司g 1 7 2 4 d 型剑杆织机采用消极式凸轮开 口机构。 4 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 图1 3 消极式凸轮开口机构 f 追1 - 3p a s s i v ec a ms h e d d i n gm e c h a n i s m 所谓消极式凸轮开口即采用弹簧回综方式，凸轮开口机构结构简单，安装维修方便， 制造精度要求不高【9 】。这种方式比较适用于高速( 指1 9 0 c m 筘幅约1 0 0 0 r m i n 左右) 、窄 幅( 指1 9 0 2 8 0 c m ) 轻薄织物。它的各综片间相互关联。其结构简图如图l _ 4 所示。开 口凸轮通过转子推动提综杆向右通过尼龙钢丝绳3 使综框2 在导轨内下降。提综杆向左 时依靠弹簧恢复力使综框2 在导轨内下降。这种开口的缺点是弹簧长期使用后会产生疲 劳现象，恢复力减弱，以致开口不清。 图l - 4 消极式凸轮开口机构运动简图 f i g 1 - 4m o v e m e n ts k e t c ho f p a s s i v ec a ms h e d d i n gm e c h a n i s m 在以上消极式凸轮开口机构中，由于回综不是开口凸轮驱动控制，因此容易造成综 框运动的不稳定，因此有必要设计积极式凸轮开口机构。图1 5 是法国s t a u b l i 公司生产 的1 7 5 1 型积极式凸轮开口机构。 陕西科技大学硕士学位论文 图1 - 5s t a u b l i1 7 5 1 型积极式凸轮开口机构 f 适1 - 5s t a u b l i1 7 5 1a c t i v ec a ms h e d d i n gm e c h a n i s m 所谓积极开口是指综框上下运动是依靠凸轮驱动，它比较适用于中、低速( 指2 8 0 c m 筘幅以上6 0 0 r m i n 左右) 宽幅重磅织物。它的各综片间运动互不相关，各自作不相干扰 的运动。积极式开口凸轮可带动8 1 6 片综框作运动。积极开口速度比消极式凸轮开口 速度低、能耗多、制造难度大、成本高，但是它没有消极开口回综弹簧、尼龙钢丝绳等 一些易损件消耗。由于积极凸轮开口具有品种适应性广及易损件消耗少的优点，所以用 户购买积极凸轮开口机构的逐渐增加。而且随着金属技术和制造技术的发展，凸轮的耐 磨性将提高，制造成本将会降低，积极式凸轮机构将有非常好的市场前景。 织机除配置凸轮开口外，还配置多臂开口和提花开口【”i 。图1 - 6 是韩国s e o b u - 9 0 0 多臂机，多臂开口装置可带动1 6 3 2 片综框作单独运动，适合用于织造斜纹、锻纹和小 花纹织物。多臂机动力消耗少，组织变化不必进行改机，品种变换方便。但多臂开口和 凸轮开口一样都是综框的升降形成梭口，因为综框的数目有限，因此织制复杂的大花纹 组织织物时必须采用提花开口。 图1 - 6 韩国s e o b u 9 0 0 多臂机 6 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 f i g 1 - 6k o r e as e o b u - 9 0 0d o b b y 图1 7 是常熟g t 5 1 1 高速电子提花机【1 1 】。在提花开口机构上，每一根经纱都由一根 可以单独运动的综丝控制，因此经纱和纬纱的交织规律具有相当大的变换灵活性，提花 机能够织循环数比较大的花纹织物。提花机是将来织机发展的一个主要方向。 图l 一7g t 5 1 1 高速电子提花机 f i g 1 - 7g t 5 1 1h i g h - s p e e a e l e c t r o n i c j a c q u a r d ， 1 3 课题的提出及研究意义 中国是一个纺织品生产大国，纺织品的生产量一直居于世界前列。然而纺织工业所 取得的成就基本上是以量取胜，是低技术水平、劳动密集型的生产，是以低成本的优势 取得的。而真正靠技术含量、靠品牌取得市场优势的却很少。因此，纺织行业在近几年 一直着力于品牌的开发和产品的创新。包括纺织机械产品的大量进口，都是纺织行业为 提高产品的技术含量而作的努力。 传统织机的开口机构一般采用连杆或者消极式凸轮开口机构的方法，以控制和调节 经纬交织的变化规律，在织物上形成不同的花型或花纹，而现代喷气织机多采用积极式 多臂机和电子提花机以及电子多臂机来驱动开口机构，但是综合考虑产品更新速度、投 资回报、技术消化难易等等因素。积极凸轮开口机构确实具有一定的市场优势。优势之 一，积极凸轮开口机构具有结构简单、工作可靠、适应高速和维修方便等特点，可以快 速地更换齿轮副及凸轮片，从而迅速获得不同传动比及织物组织的要求。优势二，在喷 气织机上配置较先进的机械式多臂机，织机只能在5 0 0 r m i n 以下运转，这大大限制了喷 气织机高速性能的发挥，而凸轮开口可以开到8 0 0 - 1 0 0 0 r m i n 。虽然现今多臂机的电子化 可发挥出喷气织机的速度潜力，也是今后发展的方向，但是从投资的风险、技术消化难 从而影响产品的上市时间等等因素考虑，凸轮开口是一种较好的选择。 然而，我国国产多臂机并不能满足市场需求。关键原因在于：首先，我国现有的开 7 陕西科技大学硕士学位论文 口机构凸轮都是测绘国外的，国内从事凸轮研究的机构很多，但是从事纺织开口凸轮研 究的却很少，这远远不能满足新产品开发的需要，因此，首先应该研究纺织凸轮的设计 原理与方法；其次，大部分的企业没有利用凸轮开口机构来织制小花纹织物，没有开发 出凸轮开口机构的潜能。因此有必要开展开口凸轮机构的设计研究，从而提高并改进机 构的特性。基于此，本课题的主要任务是研究、解决喷气织机中多臂机及其开口机构设 计中的一些理论和实际问题。因此，不论在理论上还是在实际应用上，课题的研究都具 有重要的价值和意义。 课题研究的主要内容： ( 1 ) 织物组织与开口机构运动关系的分析； ( 2 ) 多臂机的工作原理； ( 3 ) 开口机构的运动学分析、设计； ( 4 ) 开口机构中的凸轮的c a d 。 总之，此次设计是针对现有的以积极式凸轮机构作为开口机构的多臂机的研究与设 计。通过对多臂机的工作原理以及它的几个主要运动过程的分析，研究出分析和设计此 类开口机构的方法，并引入计算机辅助设计，从而简化设计过程，对提高生产效率和进 一步改善喷气织机多臂机的性能提供了行之有效的方法。 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 2 开口机构及其与织物组织的关系 不同的开口运动，将会形成不同的织物组织。因此需要根据织物组织，选配和设计 合适的开口凸轮。 2 1 开口机构的相关工艺参数 2 1 1 梭口 机上的经纱是沿织机的纵向( 前后) 配置的，如图2 - l 所示经纱从织轴上引出后， 绕过后梁和经停架中导棒，穿过综眼，在织口处同纬纱交织成布，再绕过胸梁，而后卷 绕导卷布辊上形成布卷。 开口时，经纱随着综框的运动被分为上、下两层，形成一个棱形的通道b c i d c 2 ， 这就是梭口，如图2 - l 所示。构成梭口上方的一层经纱b c l d 为上层经纱，而下方b c 2 d 为下层经纱。梭口完全闭合时，两层经纱又随综框回到位置b c d ，此位置称为经纱的综 平位置。综平时经纱从织口到后梁同有关相接触的各点连接线的侧向投影( 折线) 称为 经纱位置线，如果d 点在b c 直线的延长线上，则经纱位置线是一直线，称为经直线。 后梁 囹2 l 梭口的几何形状 f i g 2 1t h eg e o m e t r ys h a p ea f s h e d 梭口的尺寸通常以梭口高度、以及深度来衡量。如图2 1 所示，开口时经纱随综框 作上、下运动时的最大位移c l c 2 称为梭口的高度h ，也称为开口高度。此时上、下层经 纱的夹角称为梭口角，从织口b 到经停架中导棒d 之间的水平距离为梭口的深度( 也称 长度) ，它由前半部深度，1 和后半部深度如组成如图2 2 所示。梭口的前半部b c l c 2 是梭 口的工作部分，纬纱从这里穿入完成经纬交织。 梭口的前部深度和后部深度的比值，称为梭口前后对称度i ，用来表示前后对称的 程度。即： 9 陕西科技大学硕士学位论文 f ：量 ，2 梭口的前后部长度相等，即i = 1 时，梭1 1 1 是前后部对称的梭口。 2 1 2 经纱在开口过程中所受的张力 如图2 2 所示，经纱的拉伸变形为：五= + 如，经计算经纱拉伸变形的 a ：堡! 盟 8 三j 日一开口高度，h = 2 h ； 工一开口深度； f 一前后对称的程度。 a “一i - - “ 一 l 一 工 c 图2 2 开1 ：1 时经纱长度的变化 f i g 2 - 2t h ec h a n g eo f w a r pl e n g t hw h i l es h e d d i n g 因为大多数纺织材料在单次、缓慢的变形条件下，他们的变形包括很大的残余变形 部分，因此，其拉伸应力并非直接与变形成正比，不符合虎克定律。但是，由于经纱在 织造的过程中在很短的时间内反复拉伸，在这种变形条件下，可认为是经纱张力与其变 形成正比关系，服从虎克定律。即开口高度与经纱张力成正比。经纱的相对伸长占可用 下式表示： 占：互。1 0 0 ：丝：! ! 塑： a8 l i a 式中，口为织口到后梁间的经纱长度。 2 1 3 梭口高度 在生产实际中，开口时经纱的相对伸长为o 5 o 7 。由此可计算出梭口的高度： h ：4 8 a i 8 l + f 1 0 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 2 1 4 梭口的分类 梭口按位置布置方式有三种，如图2 3 所示( a ) 前倾梭口，后梁高于胸梁；( b ) 平 置梭口，后梁与胸梁等高；( c ) 后倾梭口，后梁低于胸梁。前两种梭口用于无梭织机， 后倾梭口因利于梭子飞行，因此用于有梭织机。前倾梭口适用于大卷装织轴，另外综框 和钢筘的最后位置接近平行，综框可前移，使织口高度减小，从而减小经纱张力。 ( a ) ( c ) 图2 - 3 三种不同的梭口状态 f i g 2 3t h r e et y p eo f s h e ds t a t e s 梭口按综框或通丝的运动方式分为四种：( a ) 中开口式梭口，梭口开启时经线分别 朝上、下两个方向运动，离开经位置线，形成梭口，综平时经线回经位置线，梭口闭合。 经位置线可配经直线或经折线：( b ) 上开口式梭口，梭口开启时只有一部分经线离开经 位置线向上运动，形成上梭口，位于经位置的经线构成下部梭口，综平时运动的经线回 到经位置线，梭口闭合。经位置线可配置经折线；( c ) 半开口式梭口，不提升的经线构 成下部分梭口，综平时只有上升和下降的经线回至经位置线，处于交替的状态；( d ) 全 开口梭口，综平时只有需要改变交织规律而上升或下降的经线回至经位置线上处于交替 的状态，其余连续提升和下降的经线继续分别停留在上部和下部梭口满开位置上。凸轮 开口机构常采用第一种和第四种开口形式。 梭口满开时，梭口的长度虽相同，但梭口前部分的长度和后部分的长度随综框距织 口距离的不同有所不同，开口动程因开口机构的不同有相同和不相同两种情况，从而使 梭口的清晰度分为清晰、不清晰和清晰三种。梭口的清晰度指梭口的前部分，梭口的后 陕西科技大学硕士学位论文 部分总是不清晰的。( a ) 清晰梭口，如图2 - 6 ( 甲) 所示，梭口前部的所有上层经纱和 所有下层经纱各自位于同一平面内，其梭口角是一致的。构成清晰梭口的条件是，各片 综框的高度与综框到织口的距离成正比，即l ：2 ：乜= i i ：1 2 ：厶。清晰梭口有 利于织造，但清晰的梭口中各经线的张力有较大的差异。因此在综框数不多时采用清晰 梭口较适宜。凸轮开口机构因各片综框的动程可调整，能形成清晰梭口；( b ) 半清晰梭 口，如图2 - 6 ( 乙) ，这种梭口的上层经纱不在同一平面上，而下层经纱在同一平面上， 下层经纱的清晰度对织造有利，这种梭口的经纱张力比清晰梭口的小；( c ) 不清晰梭口， 如图2 - 4 ( 丙) ，这种梭口的上层和下层经纱都分别位于不同的平面上，梭口角不一致， 虽然随综框的动程相同，经纱的张力相同，但不利于织造，因此这种梭口在织造工艺中 不用。 4 3 ( 甲)( 乙) ( 丙) 图2 - 4 三种不同的梭口状态 f i g 2 - 4t h r e et y p eo f s h e ds t a t e s 为满足打纬和织物形成的需要，梭口又可分为等张力梭口和不等张力梭口。等张力 梭口是指梭口上下层张力相同的梭口。不等张力梭口是指梭口上下层经纱的张力不相同 的梭口。当上、下层经纱开口高度h 相同时，可形成等张力梭口；当上、下层经纱开口 高度h 不同时，可形成不等张力梭口。在生产实际中，通过经位置线配置，来调整梭口 上下层经纱开口高度，形成等张力梭口和不等张力梭口。如图2 5 所示，当后梁配置在 d ，经位置线为经直线a b c 7 d 时，开口时开口的高度都为h ，即开口动程相同，形 成等张力梭口。当后梁上升至d 时，经位置线为折线a b c d 时，开口时开口的高度不相 同，即开口动程不相同，形成不等张力梭口。 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 图2 - 5 等张力梭口与不等张力梭口的经位置配置 f i g 2 5t h ec o n f i g u r a t i o no f w a r pp o s i t i o nf o re q u a lt e n s i o na n du n e q u a ls h e d s 用凸轮开口机构织制纺织物时，将经位置线配置成经直线，使梭口等张力，织物的 表面平挺；在织制纬密较大的纺类织物时，配置经位置线纬折线，形成不等张力梭口。 打纬时纬线沿张力较大的经线滑动，使张力较小的上层经纱松弛并稍有侧向移动。这样 即可减小打纬阻力，又使织物表面丰满、均匀和挺实。 2 1 5 综平 综平时间是前后两纬梭口的交替时刻，表示前一纬梭口结束，后一纬梭口开始。也就 是开口时间。此时，上升和下降的经纱位于经位置线的交替位置。综平时间表示开口的 迟早，可用织轴回转的角度来表示。综平时间的迟早牵涉到梭口各个时期的起止。如果 综平早，打纬结束时织轴位于0 。时的梭口高度和梭口角均大，打纬时经纱张力就大， 相应梭口闭合也早；如果综平晚，打纬结束时织轴位于0 。时的梭口高度和梭口角均小， 打纬时经纱张力就小，相应梭口闭合也晚。 综平时间( 即开口时间) 对织造工艺能否顺利进行，有着独特的影响。由于打纬时 梭口高度不同，织口处上下层经纱的倾斜程度也不同。开口越早，摩擦长度越大，加上 张力越大，纱线越易破坏。开口时间早，打纬的阻力大，纱线的反方向移动小，易织成 紧密厚实的织物。在实际生产中当织平纹织物时，从内在质量考虑宜用中等偏早综平时 间，从外观质量考虑，宜采用早开口时间。在织制斜纹和缎织物时，遇到经纱密度大的， 则必须采用迟的开口时间，以减少经纱张力和摩擦力。从纹路清晰和花纹匀整考虑，通 常在织制斜纹和缎纹采用迟的开口时间。在织纬密较大的织物时，在不影响坚实打纬的 条件下，采用较迟的开口时间。 对于喷气织机开口时间，即平综时间一般定为：平纹织物的开口时间在2 8 0 0 3 1 0 0 之间，斜纹和缎纹开口时问在2 8 0 0 3 0 0 0 。如_ 斜纹开口时自j 取2 9 0 0 ；三_ 斜纹开 陕西科技大学硕士学位论文 口时间取3 0 0 。：呈_ 斜纹开口时间取2 8 0 。2 9 0 。；l _ 斜纹开口时间取2 9 0 。 14 上心 综平 d 詈簸审刷 伙 乒，、1 f 。 入? 瓤心 o 静止岛 7 b 下心 图2 - 6 开口工作图 f i g 2 - 6w o r k i n gc h a l to f s h e d 开口工作图如图2 - 6 ，因为织轴每转一周，完成一次开口，所以从织机右侧得到的 织轴回转的圆周图，即织机的工作圆图也就是开口的工作圆图【2 0 1 。通常它标注织机的主 要机构运动时间参数，来表示织机运动时间的配合关系。主轴按逆时针回转。圆轴图的 前方、下方、后方和上方( 记为a 、b 、c 、d ) 四个位置表示前心、下心、后心和上心。 摆动筘座到达最前和最后位置e 、f 时，主轴的位置称为前止点( 前死心) 和后止点( 后 死心) 。前止点的主轴位置角为0 。，作为基准，相应的后止点为1 8 0 。开口时间用开 1 3 角表示，静止时间用静止角口，表示，闭口时间用闭口角表示。在闭合和开口时 期，综框处于运动状态之中，所以+ 吼即为综框运动角。 2 2 织物组织结构分析 织物组织可分为原组织和变化组织。 2 2 1 原组织 原组织在一个循环中，每一根经线或纬线只具有一个经组织点，其余都是纬组织点； 或者只具有一个纬组织点，其余都是经组织点。1 1 2 1 原组织是各种组织的基础，一切变化 组织和复杂组织都可由原组织的变化衍生。原组织包括平纹、斜纹和缎纹，通常称为三 原组织。 平纹组织是最为简单的组织，它是由经、纬线一上一下相间交织而成。如图2 - 9 ( a ) 1 4 2 8 6 1 型喷气织机原理及其开口机构的研究与设计 所示r ，= r ，= 2 ，s ，= s ，= 1 ，其中r ，r ，分别表示经组织循环数和纬组织循环 数。s 为飞数，即在织物组织中，同一系统内相邻的两根线上，相应的经( 或纬) 组织 1 点之间相隔的纬( 或经) 线数。平纹组织用分式一1 表不- - 。其中分子表示经组织点数，分 l 母表示纬组织点数。 斜纹组织的经( 或纬) 组织点连续而在织物表面构成斜向的纹路。如图2 - 9 ( b ) 所 1 示为 的缎纹，斜纹组织的完全经纬数r ，= 胄。3 ，其