（机械电子工程专业论文）ll680挠性剑杆织机高速化动态特性研究.pdf

摘要摘要织机产业有着悠久的历史。从手工织机到有梭织机到现在的剑杆织机、喷气式织机。在过去的半个世纪里，纺织业在中国是传统优势产业，为国民经济的发展作出了巨大的贡献。织造业现代化生产的一个明显趋势就是织机高速化、成本节约化。引进国外先进技术毕竟成本太高，且核心技术很难获得，因此能够根据现有机型进行必要可行的改进，使得其生产效率得以提高，但是成本耗费又不是很大，这是经济性较好的一种解决方法。本文针对无锡某织机公司的l l 6 8 0 挠性剑杆织机高速化改进的需求，通过对机架系统的动态特性测试和有限元分析，提出改进建议。动态特性测试包括空运转振动测试与分析、空运转噪声测试与分析、机架系统的传递函数分析。空运转振动测试与分析主要评估织机机架相关测点随转速升高过程中的振动变化规律及影响，并通过频谱分析确定其主要振源；空运转噪声测试与分析主要是评估噪声测点随转速升高过程中噪声的变化规律及影响。机架系统的传递函数分析主要是通过锤击脉冲激励进行机架相关测点的固有频率测试，分析机架结构设计的薄弱环节及其对振动的影响i 有限元分析是在对机架进行三维建模的基础上进行，通过有限元分析对机架结构的改进方案进行仿真和优化，避开共振频率，提高结构抗振性能，并通过减轻结构重量而降低制造成本。由于6 8 0 机型、技术较为成熟，且价格较低，能使l l 6 8 0 在原有基本构造不变，通过局部优化和改进，使其性能达到中高档织机要求，无疑将对纺织工业在宏观经济形势趋紧的前提下，能够实现装备技术进步的目标是非常有益的。同时也为纺织机械制造企业提供了一条延长产品生命周期和推动产品技术进步的新路。并且把有限元分析技术应用在剑杆织机机架系统上进行分析，得到了和实验较接近的结果，为深入研究提供了依据。至今为止，优化研究还不全面，仍有不完善的方面和需要改进的地方，这在最后一章中都有所归纳。这些不足之处是今后深入研究和完善的方向。关键词：剑杆织机动态特性振动测试固有频率测试模态分析a b s t r a c ta b s t r a c tt h ei n d u s t r yo fl o o mh a sal o n gh i s t o r y f r o mt h eh a n dl o o m st os h u t t l el o o m sa n dn o wt ot h er a p i e r 、i e tl o o m s i nt h ep a s th a l fc e n t u r y , t h et e x t i l ei n d u s t r yi nc h i n ai sn o to n l yt h et r a d i t i o n a li n d u s t r yb u ta l s oa d v a n t a g ei n d u s t r y i th a sm a d et r e m e n d o u sf o rt h en a t i o n a le c o n o m y t h em o d e m i z a t i o no ft h ep r o d u c t i o ni sac l e a rt r e n do fh i g h - s p e e dl o o m a n do fc o s ts a v i n g s a f t e ra l l ，i n t r o d u c i n ga d v a n c e df o r e i g nt e c h n o l o g yi st o oc o s t l ya n dd i f f i c u l tt oo b t a i nc o r et e c h n o l o g i e s ；i ti st h eb e s ts o l u t i o nt h a tw em o d i f yt h ee x i s t i n gm o d e l s s ot h a tt h ee m c i e n c yo ft h e i rp r o d u c t i o nc a nb ei m p r o v e da n dt h ec o s ti sn o tv e r ye x p e n s i v e t h i sa r t i c l ei sb a s e do ni n t r o d u c t i o no ft h ew u x il o n g l ic o m p a n y sl l 6 8 0f l e x i b l er a p i e rl o o m w et e s tt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c sw h e ni t si nh i g h s p e e do p e r a t i n gc o n d i t i o n s a n a l y s i st h el o o mt h r o u g ht h ev i b r a t i o nt e s t 。m a k es u r ew h a tt h es o u r c ep a r to ft h es t r o n gv i b r a t i o ni s a sw e l ia sa n yo t h e rs t r o n gc o m p o n e n to fv i b r a t i o n f o u n dt h a tas u d d e ns t r o n gv i b r a t i o na n da n a l y s i so ft h er e a s o n sf o rw o r k i n gc o n d i t i o n n o i s et e s t sp r o v i d eac o m p a r eb a s i sf o rn e wp r o d u c t i o n sa f t e rb em o d i f i e d n a t u r a lf r e q u e n c yt e s t i n gh a se x p l a i n e dt h er e a s o n sf o rt h ep h e n o m e n o n f i n i t ee l e m e n tm o d a la n a l y s i s ，c o n s i d e r e dt h eu l t i m a t ew a yt ot a k et h er a c ko p t i m i z e dt oa v o i dt h er e s o n a n c ef r e q u e n c y , a n da l s oo nt h ee c o n o m yc o n s i d e r a t i o n t h e1 1 6 8 0f l e x i b l er a p i e rl o o mm o d e lh a sm o r em a t u r et e c h n o l o g ya n dl o w e rp r i c e s oi t sai n n o v a t i o ni fw et h r o u g ht h el p e a lo p t i m i z a t i o na n di m p r o v ei t sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t si nh i g h s p e e dl o o m sw i t h o u tt h eb a s i cs t r u c t u r eo ft h eo r i g i n a lb ec h a n g e d t e x t i l ei n d u s t r yw i l lu n d o u b t e d l yt i g h tm a c r o e c o n o m i cs i t u a t i o ni nt h ep r e m i s e e q u i p m e n ta n dt e c h n o l o g yt oa c h i e v et h eo b j e c t i v e sa n dp r o g r e s si sa l s ov e r yu s e f u l a tt h es a m et i m e a sw e l la st e x t i l em a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gc o m p a n i e st oe x t e n dap r o d u c tl i f ec y c l ea n dp r o m o t et h ep r o d u c t so ft h en e wp a t ho ft e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i st e c h n i q u e su s e di nr a p i e rr a c ks y s t e m sa n a l y s i sa n de x p e r i m e n t sh a v eb e e nc l o s e rt ot h er e s u l t sp r o v i d e dt h eb a s i sf o ri n d e p t hs t u d y s of 蔚t h eo p t i m i z a t i o no fr e s e a r c hi sn o tc o m p r e h e n s i v e ，s t i l lf l a w e di nm a n yw a y sa n da r e a sf o ri m p r o v e m e n t w h i c hi nt h ef i n a lc h a p t e rh a v e b e e ns u m m a r i z e d t h e s ed e f i c i e n c i e sw i l lb ei n d e p t hs t u d ya n di m p r o v et h ef u t u r ed i r e c t i o n k e y w o r d s ：r a p i e rt e s td y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c sv i b r a t i o nt e s t i n gn a t u r a lf r e q u e n c ym o d a la n a l y s i si i独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。、，、签名：玛伟e l期：如7 7 - 7关于论文使周授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：高1 ：| | 7导师签名：e l期：盗坚蜀盘翌212 ：2第一章绪论第一章绪论1 1 课题来源与意义纺织工业是我国传统的优势产业和出口支柱型产业，十一五期间纺织工业发展确定了走新型工业化道路，用高新技术改造来提升并促进纺织工业实现全面、可持续的、协调发展。以加快组织结构、技术结构、产品结构、产业结构、原料结构、以及区域结构调整步伐，淘汰落后设备，推进技术进步和产业升级，全面提高劳动生产率和产业科技含量。单纯对于织造装备而言，就是推广机电一体化剑杆织机技术以及喷气织机技术，使设备技术水准为国际水平的比重达到6 0 ，无梭织物比重达到7 0 ，装备的劳动总的生产率要提高到5 5 0 0 0 元人年j 。我国现有各类无梭织机近9 0 万台。近几年来，平均每年进口各类无梭织机约2 、3万台左右，国产无梭织机年均产能也可达到3 、4 万台以上。中高档无梭织机在每年增量较接近的状况下，进口总量呈逐年递减趋势特别是剑杆织机，说明国产中高档无梭织机已经逐步替代进口织机，随着关税政策的变化国产中高档无梭织机自给量定会稳步增长。在进口的无梭织机中，剑杆、喷气织机的数量超过了5 0 ，国产高档剑杆织机和喷气织机的份额不到这类产品份额的1 0o 6 0 ，形式不容乐观，但应该看到，国产无梭织机中使用量最大的还是各类喷水织机和简易型剑杆织机，行业技术进步急需的高档机电一体化的剑杆和喷气织机主要依靠进口。根据织机行业“十一五”发展规划：要大力发展无梭织机，提高剑杆织机的织造品种适应性，重点加快喷气织机的发展和实现产业化。因此，尽快提升国产剑杆织机和喷气织机的技术水准和产业化成为纺织行业技术进步的重点目标之一【2 1 。随着市场变化加快，市场竞争加剧，国内纺织企业对无梭织机的性能要求在不断提高，使生产高效率、运转可靠性、质量优良性、品种适应性和提升织物的附加值等成为无梭织机的技术发展目标。在织机无梭化的进程中，随着国内外技术、经济和竞争的综合影响，还存在一些问题例如：进口高档织机受我国的纱线质量和其它因素的影响，速度利用率仅为7 0 左右，无法正常高速运转，自主研发的工艺和材料适应性强、性价比合适的国产中高档剑杆织机，已成为我国从纺织生产大国发展到纺织生产强国的必由之路；随着美国次贷危机影响，美元贬值和人民币升值压力的加大，使得国产中高档剑杆织机的国际竞争力下降；世界经济下滑、通货膨胀压力增加和需求不足，使纺织业出口承受着前所未有的压力，对纺织行业技术进步的重要装备即中高档剑杆织机的制造和研发提出了更高的性价比要求u j 。l l 6 8 0 剑杆织机是某织机机械有限公司在1 9 9 8 年开发的中档织机，已销售1 0 0 0 多台，机型性价比高，结构紧凑，操作方便，更换、调整较容易。适合织造棉、毛、丝、麻各种天然的轻、中、重磅织物。造织纱支范围从n m 2 到d 1 5 。自动选纬，可达八色纬纱。本课题以l l 6 8 0 剑杆织机为研究对象，以解决l l 6 8 0 高速化过程中出现的问题为手段，实现提升l l 6 8 0 性能、延长l l 6 8 0 生命周期的目的。江雨人学坝二l 二学位论义l l 6 8 0 剑杆织机主要由开口机构、引纬机构、打纬机构、卷曲机构、送经机构、电气系统和润滑系统以及为保证织造质量和提高劳动生产率而设置的绞边机构、废边机构、八色选纬装置、储纬装置、自动监测系统、自停及保护装置等组成。l l 6 8 0 已有l o年左右的产品生命周期，属于中档成熟产品，车速3 0 0 3 5 0r r a i n ，参考价格在1 0 万元左右，如果通过对l l 6 8 0 进行优化设计与改进，使车速能够达到4 5 0r m i n ，性能指针与中高档剑杆织机相当，产品的性价比将得到很大的提升，也能在更大程度上适应纺织工业提升装备水平、具备更高的经济性( 降低制造成本) 和化解人民币升值压力的需求。我国各档位的剑杆织机，价格以及配置如下表1 1 所示：表1 1 我国各档位剑杆织机价格及配置对比袁近年来为了适应市场需求，中国纺织企业从国外引进了大量中高档、高档的高速剑杆织机，国内也有许多剑杆织机制造企业通过测绘仿制生产了中高档剑杆织机。这些中高档和高档剑杆织机价格比国产中档织机的价格高2 3 倍，且有些国外进口的高档织机并不适应我国的纱线质量，或多或少有些水土不服，导致利用效率下降。中国人民币的不断升值一方面使纺织企业购买国外装备的成本降低，另方面由于人民币升值导致纺织企业出口市场锐减，大量纺织企业趋于停产，企业对装备成本的敏感性突增，且根据有关方面对宏观经济形势的分析，目前这种趋势在短期内不会改变，中国纺织工业将在技术进步、结构调整和综合降本上走出一条由制造大国到制造强国之路。本课题是根据织机机械有限公司基于国家宏观经济形势和对未来织机市场发展趋势所提出的应对措施，l l 6 8 0 剑杆织机是无锡某集团下属的织机机械有限公司在1 9 9 8 年开发的中档织机，已销售1 0 0 0 多台，机型性价比高，结构紧凑，操作方便，更换、调整较容易。适合织造棉、毛、丝、麻各种天然的轻、中、重磅织物。造织纱支范围从n m 2 到d 1 5 。自动选纬，可达八色纬纱。本课题以l l 6 8 0 剑杆织机为研究对象，以解决l l 6 8 0 高速化过程中出现的问题为手段，实现提升l l 6 8 0 性能、延长l l 6 8 0 生命周期的目的。将是理论与实践有机的紧密结合在一起，已经为l l 6 8 0 剑杆织机高速化提供依据，因而本课题并具有一定的理论价值和实践意义。2第一章绪论1 2 剑杆织机简介1 2 1 剑杆织机基本结构1 4 l剑杆织机是利用往复移动的剑状杆将梭口外固定筒上的纬纱引入梭口，与有梭织机相比，它有织物质量优、入纬率高、机器噪声低、劳动生产率高等优点。剑杆织机引纬时剑头夹持纬纱，引纬过程完全处于受控状态，属于积极引纬方式，可适应强捻纬纱的织造，不会出现纬纱的退捻和纬缩疵点等不良织造现象。现在大多数剑杆织机的剑头通用性很强，能适应各种不同粗细、不同原料、不同截面形状的纬纱，而无须调换剑头。剑杆引纬具有极强的多色纬纱织造功能，能十分方便地进行8 色任意换纬，最多可达1 6色并且选纬运动对织机速度不产生任何影响，在毛织物、加工装饰织物加工和棉型色织物加工中得到了广泛使用，能适应小批量、多品种织物的生产。剑杆织机具有三个主运动和两个副运动机构包括：( 1 )开口机构把经纱上下轮流交替分开组成梭口( 2 ) 引纬机构引导纬纱进入并穿过梭口( 3 ) 打纬机构把引入的纬纱推向织口形成织物( 4 ) 卷取机构把新形成的织物引离并卷成布卷，并使织物中纬纱有确定的间距、密度( 5 ) 送经机构把经纱不断地补充送向织口。前三个为主运动机构，后两个为副运动机构。此外还有自停、控制、传动、启动和制动机构等。1 2 2 剑杆织机的特点一般剑杆织机具有以下四项特点【5 】：( 1 ) 剑杆织机的机构与传统的有梭织机相仿，其箍座往往比有梭织机的简而轻，因而适于老机的改造。用筒子纱制织省去卷纬工序，劳动生产率高。( 2 ) 它用选纬针引入纬纱，多则可达8 色以上色纬引入，而且便于单纬引入，使织物具有灵活多样的特点，适于色织，织格子织物、装饰织物、双层织物等。( 3 ) 由于剑杆是积极的传动的，废除了梭子引纬冲击，碰撞的特点，有效地降低了织机噪声。( 4 ) 在现代剑杆织机上剑杆用碳纤维等复合材料制造成，例如用多层涤纶布用尼龙作粘结剂做成剑带，它具有挺直、轻质、耐高温等特点可以适应告诉运转的需要，从而促进了剑杆织机的发展。1 2 3 剑杆织机的分类16 】剑杆织机的分类方法很多。( 1 ) 从结构上分类从结构上剑杆织机可以分为单剑杆织机和双剑杆织机两类：单剑杆织机引纬实用于织造狭幅织物，可以避免在织机中部传递纬纱。在织某些难单剑杆单相二三二三双剑杆f单层三耋薹：1双层二三二：厂刚性剑杆t双层1f -钢带一一般制织2 i m 以内的织物i 挠， 生剑杆一li尼龙，复合材料剑带等，最大筘幅达4 6 m 以上4第一章绪论剑杆织机以引纬方法来分类又分为：空气引纬；纱央引纬；叉子引纬；叉加钩子引纬这四类。空气引纬用于前苏联a t p 喷气剑杆上；叉子引纬普遍用于织带机上；叉加钩子引纬用于双纬织入帆布机上。1 3 挠性剑杆织机研究现状1 3 1 国外研究现状1 7 l目前国际著名的剑杆织机厂商主要集中在欧洲：意大利意达集团，该集团有意大利s o m e t 公司、意大利s m i t 公司，意大利p a n t e r 公司，v a m a t e x 公司、比利时p i c a n o l 公司、瑞士s u l t e x 公司还有德国d o r n i e r 公司。近年来国外厂商的剑杆织机发展主要体现在智能化、自动化、高速化、模块化、多适用化、方面作了努力和改进。2 0 0 7 年9 月德国举办的i t m a 展会上，比利时p i c a n o l 公司推出最新一代的o p t i m a x型剑杆织机，意大利s m i t 公司推出最新的g s 9 2 0 型剑杆织机。两种织机都充分应用了最新的综合性的模块化设计理念，可扩展和演化原机型，特别是s m i t 公司机型采用“s m a r t ”共享平台，除剑杆派生出g s 9 2 0 f 型毛圈织机、g s 9 2 0 t 型工业用布织机外，可以和该公司最新推出的j s 9 0 0 型喷气织机共享“s m a r t 平台，采用相同的模块结构以及最先进的单元系统。近一年多来各主要厂商在主传动方式、剑杆运行( 有无导钩系统) 形式、剑头交接纬纱的方式、降低能耗、织机可织产品的幅宽拓宽、产品的拓展( 如：适用产业用布、异经类织物等) 等方面作了不少的改进。国外高档新型剑杆织机在自动化技术上发展的趋同性较强，完全实现了电子计算机技术、变频调速技术、传感技术与织机机械的完美结合，使剑杆织造技术步入一个崭新的阶段。新型剑杆织机自动化水平主要表现在下述1 2 个方面：自动去除纬向疵点；电子送经、电子卷布；自动控制正、反转速度；自动启动标记防护装置；自动寻纬；自动包装供应系统；自动改变纬密；电子纬纱制动系统；自动开启均匀控制系统；自动张力补偿、自动落布、电子选纬系统。国外高档新型剑杆织机在机械结构上的发展，均是基于c a d c a e 一体化技术，但其侧重点与创新点各有千秋，如：意大利s m i t 公司改进的传动设计，优化了织机加速、更好地分配动态负载减速曲线，在高速时织机振动小，使最大入纬率达1 5 0 0 m m i n ；瑞士s u l z e r t e x t i l 公司采用新型无扭矩设计机架，刚性、坚固好，高速时振动小。德国d o r n i e r 公司对引纬和打纬共轭凸轮曲线进行优化设计，使送纬剑杆刚刚钳取纬纱时剑杆运动的加速度极低，以保证具有较低的引纬张力，其引纬张力为所有己知剑杆中最低的，并且剑杆运行采用无接触空气润滑方式的气挚式导轨使剑杆更清洁，从而降低织物的油污疵点和原剑杆导轮系统引起的织机故障率。意大利p a n t e r 公司机架墙板采用了多层连接结构提高机架刚性，运动件采用最小运动惯量优化设计，最大限度地降低织机振动，以适应织机的高速运转和重磅织物的织制。1 3 2 国内研究现状我国从2 0 世纪6 0 年代中期开始研制剑杆织机，并成功的应用于有梭织机的技术改江南人学倾： ：学位论义造上。8 0 年代中期，在引进吸收国外织机先进技术的基础上，开发制造了几十种型号国产剑杆织机，研制生产的厂商多达5 0 多家，现在主要生产剑杆织机的厂商也近2 0 多家。基于零部件生产国产化起步较早、配套器材厂更多，基本已形成国产高、中、低三个档次的生产线，尤其以中档、中高档剑杆织机制造技术比较成熟。随着技术的进步，使用量占较大比例的国产中档剑杆织机的内涵实际上已有所改变。十年前定位的国产高档剑杆织机仅仅相当于国外2 0 世纪8 0 年代中末期同类产品。零部件基本已经能够全面实现国产化，采用下置式机械多臂，机械式连续送经卷取，也具有自动寻纬功能。但由于实际运行速度只在3 0 0 r m i n - - 3 5 0 r m i n 之间，和现今国外剑杆织机相比，只能列为中档剑杆织机范畴。对于这类原有机型在配置电子送经、电子多臂、电子卷取等部件后，速度可达到3 5 0 r m i n - - 4 5 0 r m i n 之间，但部分部件需要选用进口件，势必影响其性价比应用价值不高，并且该转速也仅能划入中高档剑杆织机之列。而十年前的所谓中档剑杆织机，其中从台湾地区引进的机型占比例较大，入纬率只有6 0 0 m m i n 左右，普遍采用间歇式送经、钢带式剑杆引纬、卷取和上置式多臂，除打纬机构型式和另部件制造精度高于g a 7 4 型简易式剑杆织机外，其它性能在本质上差别不大，无自动寻纬功能，也只能列入简易式剑杆织机的范畴。而大量使用的g a 7 4 型简易式剑杆织机虽占据了我国剑杆织机总量的大半壁江山，但由于结构上的先天不足，必将无法适应未来的市场竞争，面临洗牌出局的局面。面对国内高档剑杆织机的市场竞争压力，除了进口机型外还包括：一方面由国外在中国的独资企业生产，如上海意达公司的原k 8 8 型两条进口高档生产线外、苏州必佳乐公司最新推出的g t m a x 型；另一方面国内厂商自主研制的剑杆织机体现自动化、多适用化、高速化、模块化、智能化等方面和国外厂商同样作了许多探索性工作，使得国产高档剑杆织机的开发能力有了很大的提高，设计目标基本达到了目前国内进口主要机型的技术水准设计转度达到6 0 0 r m i n ，主控制系统采用电子技术控制，能够监测、设定、采集、调整各种工艺参数，且具有故障诊断功能。可配置电子多臂、积极式凸轮和电子提花装置等多种开口形式；配备了电子卷取、电子送经装置；通过配用高性能的储纬器、剑杆头、剑杆带、电子选纬器、剪刀装置、绞边装置等，普遍配有自动寻纬机构，达到实现产品的设计要求。海中纺机、浙江日发纺机、上海太平洋机电( 集团) 有限公司、经纬股份山西愉次分公司、广东顺德丰凯机械制造有限公司、浙江泰坦纺机有限公司、上西安航空发动机公司纺机分公司等在进行国产高档剑杆织机技术的研制探索工作已经取得成效。从目前情况看，比较成型的国产高档机型主要是引进国外较为先进技术形成的剑杆织机设计制造技术。国产高档剑杆织机的工艺速度比同类产品种低约2 0 ，运转效率低1 0 左右，这是不争的事实。但基本上国产高档剑杆织机设计的运转速度基本可以满足大部分纺织企业的要求了，纺织企业之所以对国产中、高档剑杆织机和喷气织机信心不足，不是它们不能用，而是性能与进口织机有差距，怕使用周期怕使用过程中经常出现各种问题出问题。国内投入机电一体化高速剑杆织机项目的厂家已经不少，产品的设计要求也不低，但产品可靠性和质量始终未能有突破性进展，产业化道路步履艰难。6第一章绪论通过整体的调查，我们发现国内纺织企业的整体水平对织机的运转速度要求并不苛刻，国产机电一体化高速剑杆织机项目设计的运转速度基本可以满足大部分纺织企业的要求，主要就是要在产品可靠性和质量方面下功夫。现在，通过主机企业和配套企业的共同攻关，不少企业采用i s 0 9 0 0 0 质量保证体系、系统工程技术、可靠性工程技术等科学方法，国产机电一体化高速剑杆织机将在不久实现产业化的目标，必将对生产效率的提高产生革命性影响【8 j 。1 4 本课题的主要研究内容l l 6 8 0 剑杆织机是该有限公司主导产品，经过1 0 年的生命周期已进入衰退期，但是目前对于国外高档机型的技术方案，由于人民币升值和主要零部件需要进口，面临技术开发与市场接受的双重困难，许多用户希望在l l 6 8 0 的机型上，升级到具备中高档机的技术水准，本课题就是基于织机机械有限公司和用户需求，研究l l 6 8 0 高速化的途径，在分析和研究现有机型的基础上，从高速化后产生的诸多问题入手，最后得出解决方案，本课题具体的研究内容如下：l l 6 8 0 挠性剑杆织机的主要结构l l 6 8 0 挠性剑杆织机的主要结构有：机架；开口机构中的多臂机、综框等；引纬机构中的左右钳纬器，左右凸轮箱及拐转动部件；打纬机构左右凸轮箱送经机构中后梁，变速器；卷曲机构的摩擦辊及摩擦离合器；电机。根据挠性剑杆织机的国家标准，振动测点位于机架上，因此本课题的主要研究对象是机架，而其它部件均作为机架上的附加质量。l l 6 8 0 动态性能测试系统的确定以及实验数据的采集。对l l 6 8 0 剑杆织机的动态性能测试包括整机及主要部件的振动，噪声测试。振动测点布置既要包括国家标准规定的振动考核测点位置，又要根据课题要求增加主要振源和振动传递途径相关测点；噪声测点主要采用国家标准测点。空运转振动和噪声测试在转速3 0 0 5 0 0 r m i n 分若干工况进行，测试系统依据实验方案在转速逐渐提高的过程中对布置于主要机构各测点进行数据采集，将被测参数模拟信号即连续的时间信号转为便于贮存和分析的数字信号。对测试数据进行分析，评估高速化对织机性能的影响和分析适应高速化的结构改进途径。对于采集的织机空运转时的振动、噪声数据，进行时域幅值分析、频域功率谱分析等，找出振动、噪声随转速和测点位置的变化规律及主要激励源。并通过激振试验分析机架系统的结构动态特性及对振动响应的影响。提出针对高速化的机械结构方面的改进途径。根据相关方面的研究，织机的振动主要是由构件运动引起结构的振动响应，其振动量级既与振源激励力的大小有关，又与织机结构本身的动力学性能有关，初步预测减小织机振动的途径也有以下两个方面：( 1 ) 降低振源激励：减轻参与往复运动零件或部件的质量；提高回转运动体的动江南大学硕上学位论文平衡水平；( 2 ) 提高结构抗振性：优化设计机架( 主要是左右壁板) 的静刚度和动刚度；改进结构的模态振型；结构固有频率避开振源激励频率，避免引起共振响应。8第一二章测试系统的建立第二章测试系统的建立l l 6 8 0 型挠性剑杆织机是一种成熟的无梭织机。该机性能优良，结构紧凑，操作方便，更换织物、调整容易。自动化程度高，适织范围广。适合织造棉、毛、丝、麻各种天然纤维及各种化学纤维的轻、中、重磅织物。织造纱支范围从n m 2 到d 1 5 。自动选纬，可达八色纬纱。本章针对所研究的该织机依据相应的理论建立一个比较完善以及实用的测试系统并分析出必要的研究结论。2 1 本课题研究机型l l 6 80 挠 生剑杆织机介绍12 1 1l l 6 8 0 结构特征及工艺性能l l 6 8 0 剑杆织机主要由开口机构、打纬机构、引纬机构、送经机构、卷曲机构、电气系统和润滑系统以及为保证织造质量和提高劳动生产率而设置的绞边机构、废边机构、八色选纬装置、自动监测系统、储纬装置、自停及保护装置等组成。开口机构采用积极式多臂机。根据设计的织物组织，由预先编制的程序或纹纸、文板( 机械多臂机用) 来控制综框的升降运动，最多可容2 0 片综框，安装形式为下置式，也可配置积极式踏板以及提花装置。打纬机构：由共轭凸轮驱动、短筘座脚分离式筘座，利用惯性打纬以减少运动的冲击和能量的消耗。引纬机构：是双剑单侧供纬。由凸轮驱动的挠性剑带传动钳纬器，夹持式钳纬器在中央交接纬纱完成引纬，剑带动程可调。送经机构：采用复式送经，织轴直径探测辊及张力导辊系统共同作用于送经无级变速器保持经纱张力恒定。卷取机构：由涡轮、蜗杆及链轮积极连续地传动卷取辊，实现连续卷取。纬纱供给：使用独立的电子储纬器，实现纬纱筒子的连续退绕。寻纬方式：根据要求需要设定多臂机自动倒转圈数，有自动寻纬功能和防纬档功能。纬纱选色：采用变成控制电子选纬装置，最多可达二色寻纬和八色纬纱装置。断纬自停方式：电子式或压电陶瓷传感器。断经自停方式：电气触电式。纬密调节：采用无级调节的纬密装置，在3 8 0 根厘米范围内不需要更换齿轮。织边装置：采用纱罗绞边装置，可配备折入边及热熔边装置。润滑：主要传动轮系采用油浴润滑，摆轴轴承采用定期强迫润滑，无油浴部位采用密封轴承。操作方式为按钮式，织机设有点动、启动、停车、多臂机正反转按钮。机械运行的检测全部采用电子式，成品质量的检测为人工目测。自动对织口，定位停车。备有三色信号指示灯，指示纬停、经停、呼叫信号。检测方式为机械运行的检测全部采用电子式，成品质量的检测为人工目测。9江南人学坝1 ：学位论义停台处理采用定位停车，自动对织口。2 1 2l l 6 8 0 型剑杆织机传动原理l l 6 8 0 型剑杆织机的传动原理为主电机经皮带轮、梯形皮带和皮带轮传动电磁离合制动器的主动铝件。当电磁离合器吸合后，从动部件随着主动部件一同旋转，经减速齿轮箱的圆柱齿轮驱动主轴主轴驱动各执行机构协调工作。打纬传动：与主轴固定在一起的共轭凸轮传动并控制摆轴作摆动，钢筘通过筘座固定在摆轴上，随摆轴一起摆动，形成打纬动作。引纬传动：与主轴固定在一起的共轭凸轮分别经过连杆机构驱动扇形齿轮和，扇形齿轮通过圆柱齿轮、螺旋伞齿轮驱动剑带拨盘作往复转动。剑带拨盘带动剑带及固定在剑头端的右钳纬器作往复直线运动。扇形齿轮通过圆柱齿轮、螺旋伞齿轮6 驱动剑带拨盘作往复转动。剑带拨盘带动剑带及固定在剑带头端的左钳纬器作往复直线运动。左、右钳纬器的协调工作实现引纬运动。开口传动：安装在主轴上的带轮，通过同步齿形带驱动多臂外传动的带轮将动力传入多臂机多臂机的内部机构将输入的旋转运动转变为连杆的往复运动，然后通过拉杆、提综杆带动综框作上、下往复运动，实现开口运动。送经传动：正常织造时，带轮与同步转动。带轮通过同步齿形带带传动轮，驱动圆柱齿轮，使纬密调节器工作。纬密调节器输出端锥齿轮带动锥齿轮、无级变速器的主动轮、梯形皮带和从动轮，驱动蜗轮蜗杆，将运动传给圆柱齿轮，带动经轴运动，实现积极送经。卷取传动：锥齿轮，通过离合器、同步齿形带轮和、齿形带、送经卷取轴、离合器、圆柱齿轮涡轮、蜗杆机构驱动卷取轴安装在卷取轴上的链轮通过链条链轮、摩擦离合器驱动卷布辊，随着卷布辊织物直径的变化，摩擦离合器的打滑率发生变化，以协调卷取和送经的同步性，使卷取的线速度保持恒定。脱开离合器和，就可以通过摇转手柄，进行手动卷取或送经。寻纬传动：当寻纬机构工作时，由于倒车机构内离合器的作用，使外传动上的外轴及带轮脱开，使主机不工作，由寻纬电机通过寻纬倒车机构，一方面使多臂倒转，综框反向转动，另一方面驱动内轴上的带轮倒转，从而使卷取、送经机构同步倒转。选纬传动：安装在主轴上的圆柱齿轮通过齿轮、带轮、同步齿形带、带轮驱动剪刀传动轴。安装在剪刀传动轴上的圆柱齿轮通过齿轮独立废边传动：安装在剪刀传动轴上的圆柱齿轮通过圆柱齿轮传动独立废边机构。2 2 试验测试系统2 2 1 试验方案本课题所要研究的l l 6 8 0 挠性剑杆织机实物如图2 2 ：1 0镕一$ 测试系统的建a咀2 2l l 6 8 0 剑杆轵机安袖图根据中华人民共和国纺织行业标准f z t 9 4 0 0 49 1 振动测点在织机主墙扳顶部位置，检测4 - - 6 个点的振动加速度值，各点测( x ，y ，z ) 三个方向，三个方向各取蛀大值。振动加速度值按表一规定f ”i 。查! ：! 兰兰! ：兰墨兰苎墨最( r 高转m l 速n ) “n 23 02 3 0 n 弛03 20 n 3 8 0由于企业在l l 6 8 0 机上并没有进行过详细的试验研究工作，所以可借鉴的资料较少，根据仅有的一份无锡市产品质量检验所提供的报告，可以知道在速度达3 3 0r r a i n时，振动、噪声等己接近国家标准的上限，因此我们将测试及改进的重点放在高速运动的功能部件的运动分析、主要结构的振动分析、整机噪声等的测试上- 根据与企业商定t速度工况分为3 0 0r m i n 、3 4 0r m i a 、3 8 0r r a i n 、4 0 0r r a i n 、4 3 0r m i n 、4 5 0r r a i n 、4 7 0r r a i n 、4 9 0r m i n ，5 0 0r r a i n ，分别采集测试数据，并通过对数据的分析，找到产生振动、噪声等问题的根源，对结构进行优化。其中振动测试的测试系统由b & k 加速度计和n 1 分析仪组成( 图2 3 ) ，屋阍图2 3 振动测试系统在对织机进行动态测试和分析中，振动是一个关键的参数，并且与噪声呈相关关系。织机的振动是织机结构在织机振动源的激励下产生的振动响应，因此其产生的原因可能是振源异常，也可能是结构抗振性差所引起。澜4 试工作主要是对织机在空运转过程中的振动( 整机或局部机构) 进行实时测量和分析，以了解产生振动的原因，为控制与减小振动提供依据。研究方法：( 1 ) 根据课题的基本情况，查阅相关资料了解国内外织机的投展情况，重点是国外先进织机在高速化过程中应用的先进技术、采用的先进工具和研究方法，从而确定研r。事r _ _ 小江南入学坝】二学位论义究思路和研究方法。( 2 ) 通过对l l 6 8 0 图纸的熟悉，深入了解l l 6 8 0 的结构、工作原理和工艺特点，确定对l l 6 8 0 进行性能测试和试验的技术方案，完成从测试项目确定、测点布置、测试系统组成和标定、测试方法和数据处理等的研究工作。( 3 ) 对l l 6 8 0 典型样机进行测试，制定详细的试验细则，解决现场测试中可能存在的信号干扰，确保试验条件的完备性、采集数据的可靠性和稳定性，为后续的数据处理和分析提供坚实的基础。2 2 2 测试细则、试验设备及装置具体的测试细则包括：( 1 ) 振动测试：主要是测试织机在各个转速工况下，织机的振动响应情况，其中包括测点的振动响应通频带有效值、主要频率分布及幅值、各工况和测点振动的相关性及变化规律。测点布置重点是机架、凸轮变速箱、电机和冲击负载的承载基础。( 2 ) 噪声测试：按照标准在机器四周共布置1 2 个噪声测点，测距o 5 米，测高1 5米。噪声测试除了对声压级进行测试，并评估高速化对噪声的影响。( 3 ) 激振试验：主要是对机架进行结构动力学分析，得到其结构固有频率为机架结构的振动响应分析提供动力学特性的分析及因结构原因对振动响应的影响进行分析提供依据，并为结构优化提供思路。研究过程所需的设备与软件：l l 6 8 0 金s 杆织机一台，调速用静止变频器一台一由机械有限公司负责；振动加速度计、电荷放大器、测量放大器、频谱分析仪或f f t 分析设备( 或分析软件) 、温度计、声级计、力传感器、力锤( 锤头带橡胶、尼龙) 、示波器、计算机等。2 3 本章小结本章介绍了课题研究机型l l 6 8 0 挠性剑杆织机的结构特征、工艺性能，明确其传动原理，为进一步的深入研究做好准备。根据课题研究需要，确定了测试系统组成、测试工况、测点布置、测试内容等基本原则。确定了测试的方案，即需要按照行业标准对主要测试点进行振动测试，固有频率测试，分析振动情况以及它们之间的关系。找到振源和机架的薄弱环节，从而为高速化改进提供理论基础。1 2第三章l l 6 $ o 挠性剑秆织机振动、噪声辩试第三章l l 6 8 0 挠性剑杆织机振动、噪声测试剑杆织机在工作时，由于电机及齿轮等传动系统的加工精度所造成的不平衡分量，凸轮及摆动机构的不平衡质量，均会造成织机在工作中产生较剧烈的振动、冲击与噪声，它呈现出由多个周期性冲击、周期性振动与造成的复合型强迫振动形态1 0 1 。振动问题噪声问题是织机高速化的重要问题以及硬性的指标【】，在该章中依据前面一章的测试系统及方案，将做相应的振动噪声援i 试。找到振源原件，分折是否还有其它引起振动过大的原件，并从织机机架的结构性上进行分析。3 1 测点布置方案如果把织机作为个系统，各种不平衡的运动作为澈励源，各个测点的振动作为响应，织机显然属于一个多输入多输出系统( 图3 1 ) 。振源1振源2振源m困3 1l l 6 8 0 结构动力学模型响应1响应2响应m依据行业标准制定的测试方案，结合l l 6 8 0 高速化动态特性研究的需求以及开机后振动情况，完成l l 6 8 0 的结构简化模型和机架测点布置如示意图3 - 2 。( 改课题分为两部分，本人主要负责机架部分的研究)田3 2l l 6 $ o 机架剥点布置示意图江南入学坝1 ：掌位论义3 2 振动测试原理根据设计的机架振动测点布置图，振动测试的传感器采用b k 压电式加速度传感器( 巳带内置电荷放大器) ，将非电量的振动信号转为电信号；振动测试的记录与分析采用n i 虚拟仪器振动测试设备以及b k 压电式加速度传感器，对布置的各点进行振动情况测试。工程振动测试的主要参数有：速度、位移、加速度、振动频率等，通过对振动测试信号进行微积分，可以使振动的位移、速度和加速度参数进行转换，剑杆织机国家标准规定用振动加速度有效值进行振动评定。根据分析认为所研究的织机机械振动属于多频率强迫振动、冲击造成的一种稳态振动1 3 。频谱分析法是分析多周期振动和稳态随机振动的一个有效方法。它是基于傅里叶积分，把振动信号的时域函数转变到频域函数进行分析的一种方法。傅里叶积分的数学表达式如下：如果一个实测的振动信号函数为x ( t ) ，一( 3 0 t y 方向 z 方向，说明x 方向的刚度最为薄弱；1 6第三章l l 6 8 0 挠性剑杆织机振动、噪声测试当织机转速小于4 5 0 r m i n 时，振动加速度有效值均在标准允许范围内，符合使用要求；振动的最大值为1 2 3 r n s 2 ，发生在7 号测点x 方向、工况4 7 0 r m i n 时，接近“f z t 9 4 0 0 4 - - 9 1 挠性剑杆织机”标准规定值1 3 面s 2 ；y 方向最大值9 4m s 2 ，发生在8号测点、工况4 5 0 r m i n 时；z 方向最大值6 3m s 2 ，发生在8 号测点、工况4 7 0 r m i n 时；y 和z 方向振动最大值均超出“f z t 9 4 0 0 4 - - 9 1 挠性剑杆织机”标准规定的6m s 2 要求。振动最大值均出现在织机右侧( 7 、8 号测点) ，是安装主电机和主传动箱的位置。由于振动最大值均出现在织机安装主电机和主传动箱的位置。既位于机架墙板的两侧与凸轮箱连接处的测点。重点考察这些墙板与凸轮箱连接点处( 1 8 2 5 ) 测点的振动情况，情况相似仅列6 点。图3 5 重点考察测点加速度通频带有效值汇总表观察织机的加速度上升规律，测试过程中当转速达到4 5 0 r m i n 以后，仅从直观地观察到整个l l 6 8 0 织机系统的振动越发强烈。从测试数据看前阶段加速度有效值整体趋势1 7江南大学硕士学位论文为逐渐上升，这时机架与凸轮箱连接处测点的振动情况较为稳定，当转速为4 5 0 r m i n 时加速度有效值突然增大，后有所下降又下降，有部分点已经超出国家行业标准所规定的织机振动参数上限。机架与凸轮箱的主要连接点出的振动较为强烈，且总体的加速度有效值频率谱的趋势相接近，4 5 0 r m i n 是织机振动状态的一个拐点，引起该现象的原因将在下一章进一步探讨。3 3 2 位移频谱分析因为本课题主要研究l l 6 8 0 高速化对织机本身振动的影响和研究机架系统的抗振性，即通过提高机架系统结构刚度来实现目的，由于加速度对高频成分敏感。速度位移频谱对低频成分敏感，且位移谱在我们所需研究的频率范围内反映的幅值较高的频率成分较清晰，频率分量较少。所以最终我们采用位移频谱进行分析。