（机械设计及理论专业论文）喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究.pdf

一 苏州大学学位论文使用授权声明 y 1 7 3 2 7 歹6 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，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。 涉密论文口 本学位论文属在t 月解密后适用本规定。 非涉密论文回 、 论文作者签名：垄：建辅 日 导师签名： 日 期：理盘：笙： 期：型坐生乒 _-l，1 ：j ； j 喷气织机双后粱系统设计与经纱张力控制研究 摘要 摘要 喷气织机是最有发展前景的织机之一。经纱张力是织造工艺中的重要参数， 如何控制经纱张力并使其值稳定在上机张力左右，是织机在织造过程中的关键技 术。 。 织机中的后梁系统是控制和检测经纱张力的重要装置。查阅相关文献，发现 有关织机后梁系统的动力学研究方面，国内外文献都较少涉及；而有关织机双后 梁系统的分析，更是鲜有报道。因此研究织机双后梁系统，具有一定开创意义。 本文以w g 一2 0 0 0 型单后梁喷气织机为研究对象，分析了各运动对织造过程中 经纱张力的影响，建立了静力和动力学模型，得出单后梁系统经纱张力和活动后 梁摆角在织造过程中受经轴直径大小的影响。因此在单后梁系统基础上，改进设 计，加设一可以转动的固定后梁，形成双后梁系统，以消除经轴直径的改变对活 动后梁摆动和经纱张力的影响。 针对所设计的双后梁系统，考虑固定后梁的转动、活动后梁的摆动及转动， 建立三自由度模型。得出在双后梁系统中，固定后梁的转角和活动后梁的转角较 大，活动后梁摆动较小，各段经纱张力变化平稳；分析固定后梁位置对织造过程 的影响，得出固定后梁位置变化对织造过程中各参数影响较小；分析了不同刚度 的弹簧对经纱张力和各转角的影响，得出了弹簧刚度越小对控制经纱张力越有利 的结论。鉴于在双后梁系统中，经纱在活动后梁上所形成的包角较小，松经机构 作用不明显，可以考虑去除，以节约成本。 将所分析的结果与单后梁系统比较，得出所设计的双后梁系统结构简单、活 动后梁摆动平稳，能够较好的保证张力传感器灵敏度，从而更好的控制经纱张力。 所得结论，对织机结构的改进、设计和织造工艺的改进，有一定的指导意义。 关键词：喷气织机；单后梁系统；双后梁系统；设计；经纱张力； 作者：王斯勇 指导老师：冯志华 垒! ! ! ! 堡垒 里2 坚望! 堡竺苎垦! 璺! 璺羔壁! 翌里竺! 靶塑! ! ! ! 里! 翌塑! 竺! 望! 婴里翌墅旦璺竺璺婴垒! 旦! ! 生2 1 1 d o u b l eb a c kr e s t ss y s t e m d e s i g na n dt h ec o n t r o lo f w a r pt e n s i o no na na i r - j e tl o o m a b s t r a c t a i r - j e tl o o mi so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gl o o m s i nw e a v i n gp r o c e s s ，w a r pt e n s i o n i sa n i m p o r t a n tp a r a m e t e ri nl o o m s ，t h e r e f o rt h e c o n t r o lo fw a r pt e n s i o ni sak e y t e c h n o l o g y t h u st h eb a c kr e s ts y s t e mo fal o o mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nc o n t r o lo f w a r pt e n s i o n u pt on o w , r e s e a r c ho nd y n a m i ca n a l y s i so fb a c kr e s ts y s t e mo fa i r - j e tl o o m si s s e l d o mr e p o r t e di nh o m ea n da b r o a d ，n a t u r a l l yr e s e a r c ha b o u td o u b l eb a c kr e s t si sr a r e l y d e a lw i t h s ot h er e s e a r c ho nd o u b l eb a c kr e s t ss y s t e mi so f g r e a ts i g n i f i c a n c e t h i sd i s s e r t a t i o nu s e sw g 一2 0 0 0s i n g l eb a c kr e s ts y s t e mo fa i r - j e tl o o ma st h e o b j e c t ，a n a l y z e st h ei n f l u e n c eo nw a r pt e n s i o nb yw e a v i n gm o v e m e n t s ，s e t su pt h es t a t i c a n dd y n a m i cm o d e l s ，a n do b t a i n st h ei n f i u e n c eo nw a r pt e n s i o na n dt h ea c t i v i t i e sb a c k r e s ts w i n gb yt h ec h a n g eo ft h ed i a m e t r eo fb e a m b a s e do nt h es i n g l eb a c kr e s ts y s t e m ，a d o u b l eb a c kr e s t ss y s t e md e s i g n e db ya d d i n gaf i x e db a c kr e s tt or e d u c et h ea f f e c t i o no f t h ec h a n g eo fb e a m sd i a m e t r ei sa n a l y s e d a c c o r d i n gt ot h ed e s i g n e dd o u l eb a c kr e s t ss y s t e m ，at h r e ed o fd y n a m i cm o d e li s e s t a b l i s h e db yc o n s i d e r s i n gt h er o t a t i o no ft h ef i x e db a c kr e s ta n dt h es w i n ga n dr o t a t i o n o fa c t i v i t i e sb a c kr e s t c o n c l u s i o n sh a v eb e e nm a d e 也a tt h er o t a t i o no ft h ef i x e db a c k r e s ta n dt h ea c t i v i t i e sb a c kr e s t ss w i n ga r eb i g g g e rt h a nt h er o t a t i o no ft h ea c t i v i t i e s b a c kr e s t ，w h i l et h ew a r pt e n s i o nf l u c t u a t i o ns m o o t h l y t h o u g h ta n a l y s i s t h ef i x e d b a c kr e s t sp o s i t i o no nt h ew e a v i n gp r o c e s s ，c o n c l u d e dt h a tc h a n g eo ff i x e db a c kr e s t s p o s i t i o ni so nt h el e s si m p a c te a c hp a r a m e t e ro nw e a v i n gp r o c e s s t h er e s e a r c hf i n dt h a t h a sm o r ea d v a n t a g e sf o ri t ss i m p l e rs t r u c t u r ea n dt h ea c t i v i t i e sb a c kr e s t ss w i n gi s s m o o t h t h ew a r pt e s i o ns e n s o r ss e n s i t i v i t yc a nb ei n s u r e dt oc o n t r o lt h ew a r pt e n s i o n b e r e r t h ec o n c l u s i o n sh a v es o m es i g n i n f i c a n c eo ni m p r o v i n gt h es t r u c t u r eo fl o o m s k e yw o r d s ：a i r - j e tl o o m s ；s i n g l eb a c k r e s t s y s t e m ，；d o u b l e b a c k r e s ts y s t e m s ； d e s i g n ；w a r pt e n s i o n ； i i i w r i t t e n b y ：w a n gs i y o n g s u p e r v i s e db y ：f e n gz h i h u a 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 1 1 织机发展概述一1 1 1 2 国外喷气织机发展现状3 1 1 3 国内喷气织机发展现状4 1 2 喷气织机后梁系统研究- 5 1 2 1 影响经纱张力的因素6 1 2 2 研究现状”7 1 3 本文研究的主要目的和内容8 第二章喷气织机双后梁系统设计1 0 2 1 喷气织机主要运动1 0 2 1 1 开口运动”1 l 2 1 2 引纬运动1 3 2 1 3 打纬运动1 4 2 1 4 送经运动“17 2 1 5 卷取运动2 1 2 2 单后梁系统运动分析2 2 2 2 1 静力分析2 2 2 2 2 动力学分析”2 5 2 3 双后梁系统设计2 7 2 3 1 固定后梁位置的确定2 7 2 3 2 托盘的改进设计，：2 8 2 3 3 固定后梁改进设计2 9 2 3 4 双后梁系统的装配3 0 2 4 本章小结3 3 第三章喷气织机双后梁系统运动分析3 4 3 1 双后梁系统静力学分析3 4 3 1 1 模型建立3 4 3 1 2 结果分析一3 6 3 2 双后梁系统动力学分析3 6 3 2 1 模型建立与分析3 6 3 2 2 固定后梁位置的影响“4 5 3 2 3 张力弹簧的影响4 5 3 2 4 松经机构的影响4 8 3 3 本章小结5 l 第四章喷气织机单双后梁系统比较5 3 4 1 机构比较5 3 4 1 1 松经装置5 3 4 1 2 机构比较分析5 4 4 2 活动后梁摆角比较5 6 4 2 1 活动后梁包角比较5 6 4 2 2 活动后梁摆角比较5 7 4 3 经纱张力比较5 8 4 4 本章小结5 9 第五章总结与展望一6 0 5 1 本文工作总结6 0 5 2 本文创新点6 1 5 3 进一步的工作方向6 l 参考文献”6 3 一 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文6 5 附录一主要程序代码及说明6 6 致谢7 6 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1 织机发展概述【1 卅 在整个纺织行业中，织机产品的利润是最高的。织机中根据有无梭子，可分 为有梭织机和无梭织机。有梭织机问世到现在已有近3 0 0 年的历史，其在世界织 机总数中至今仍占大多数，因为它在很多方面具有无可争议的优点。但是，近二、 三十年来，随着生产的迅速发展，有梭织机逐步暴露了它的弱点，如速度较低、 品种适应性较差、噪声大、织造复杂织物较困难等。其主要原因是梭子引纬已经 成为进一步提高织造水平的障碍，因此有了无梭织机的诞生。而无梭织机与有梭 织机比较起来有很多优点，其取代有梭织机已是大势所趋。目前常见的无梭织机 根据引纬方式的不同有剑杆织机、喷气织机、喷水织机、片梭织机四种。现在随 着其性能和结构的进一步完善和提高，无梭织机作为织机的一个重要品类，无疑 将有极其广阔的发展前景。 相比有梭织机，无梭织机有以下优势： ( 1 ) 产品档次高，能适应高难产品的织造要求。细薄织物、高密织物、厚重 织物等产品有梭织机很难织造，不仅要降低速度、产量，而且某些产品无法织造， 有些产品只有严格的管理才能达到质量要求。 ( 2 ) 产品质量好。无梭织机自动化程度高，能对织造全过程进行监控。电子 送经、电子卷取控制精度高，经纱张力均匀，在自动找纬时能使织轴回退或微调 使经纱张力得到补尝，防止织口变动。因而开车疵点少、产品质量好。 ( 3 ) 速度快、效率高、劳动生产率高。有梭织机入纬率一般在2 5 0 - 3 0 0 米分， 无梭织机入纬率一般为1 0 0 0 米分，在原纱和前织半制品质量较好的情况下，织机 效率可以达到9 0 0 o , - , 9 4 ，高难产品的生产效率也可以达到8 0 8 5 。劳动生产 率比有梭织机高一倍以上。 ( 4 ) 噪声低、有利改善劳动条件。 但不同机种有不同的发展趋势，如片梭织机尚有开发潜力，而喷水织机则已 接近极限，剑杆织机则向更多开发品种发展，而喷气织机向提高效率方面发展。 各有特点、各有优势。 剑杆织机在世界上已有1 0 0 多年的历史。由单剑杆发展为双剑杆，由刚性剑 l 第一章绪论 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 杆发展为挠性剑杆，电子技术的广泛应用使剑杆织机的生产技术达到很高水平。 剑杆织机的长处在于积极引纬，产品质量可靠、纬纱选色方便，能适应各类纱线 细薄、高密、粗厚织物织造的要求，特别适合色织、毛织、提花、双层、毛圈及 装饰类织物，翻改品种也比较方便。 喷水织机的推广应用也比较早。喷水织机速度快、产量高、能耗省、噪音小， 经济性是无梭织机中最好的。但喷水织机织物品种受限制，真丝绸织物都有难度， 幅宽受限制( 一般到2 4 0 c m ) 。对水质有一定要求，用水如有污染机件就容易生 锈。剑杆和喷气织机的迅速发展制约了喷水织机的应用。 片梭织机适应范围广，宽幅、轻薄、厚重、短纤维、长丝、单色、多色都能 适应。片梭织机织物质量好、织造效率高、能耗物耗低、废边浪费少，片梭梭体 小、重量轻、开口小、经纱张力小，对经纱质量的要求可以比剑杆和喷气低一些。 片梭是积极引纬，对纬纱品种的适应性也较喷气和喷水织机广，但价格高、选色 受限制，结构还是以机械为主，机电一体化程度没有喷气、剑杆发展快。 喷气织机出现于2 0 世纪5 0 年代，是目前国际上发展最快的一种无梭织机， 它具有高速、高效、低噪音、品种适应性广泛等优点。近几十年来，随着电子技 术和计算机技术的广泛应用，大大提高了喷气织机的自动化和智能化程度，织物 品种已向阔幅、多色、长丝等产品扩展。喷气织机也不断适应从平方米5 0 9 左右 的涤纶仿真丝绸到平方米5 0 0 6 0 0 9 的各类织物的织造要求，筘幅可以达到3 8 0 c m 以上。早期喷气织机仅限于生产简单的棉织物，而现在可用于织制提花毛巾织物。 由于喷气引纬加速比较缓和，现在无捻纱、网络丝和变形纱都可用作纬纱。在多 色纬织制方面，目前较为成熟的最大色纬数为四种，也可以进行混纬织造。由于 喷气引纬方式合理，运转操作简便安全，入纬率较高，人们普遍认为喷气织机是 最具发展前途的新型织机之一。 喷气织机之所以激起人们极大的热情，是由于它们具有以下七个方面的特长： ( 1 ) 喷气织机适应性广，它可适应于常规材料和玻璃纤维织物等不同材料的 织造。通过配备各种装置以及双色、四色及其它多色的机构，喷气织机己开始显 出它将来的发展优势。 ( 2 ) 织机的高速运转，使其产量为有梭织机的3 3 5 倍。 ( 3 ) 可生产筘幅为3 6 c m - - 4 2 0 c m 的宽幅织物。 ( 4 ) 能生产高质量的织物。 2 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究第一章绪论 ( 5 ) 生产成本低，其生产成本一般为有梭织机的6 0 0 0 - , 7 0 。 ( 6 ) 操作和维修保养简便。 ( 7 ) 操作时的噪音了比一般有梭织机一要低，从而改善了操作环境。 1 1 2 国外喷气织机发展现状 喷气织机最大特点是车速快、效率高、物料消耗少，适用于高品质、多花色、 细支数、高密度、批量大的织物。在棉织物、牛仔布、防羽布、色织布、弹性织 物、毛巾织物等方面应用，性价比高于剑杆和片梭织机。 现时国外的喷气织机已完全是体现高速化、智能化、自动化、多适用化及可 靠性高、故障率低的新型织造装备【5 1 。目前从事喷气织机研制、生产的国外著名企 业主要有：瑞士的苏尔寿( s u l z e r ) ，德国的多尼尔( d o i i e r ) ，意大利的 舒美特( s o m e t ) 、范美德( v a m a t e x ) 、斯密特( s m i t ) 、美达驰( m y t h o s ) ， 比利时的必佳乐( p i c a n o l ) ，日本的丰田( t o y o d a ) 、津田驹( t s u d a k o m a ) 、 日产( n i s s a n ) 等，其产品性能体现了当前喷气织机的最高水平。 目前国际市场上较为先进的喷气织机技术性能如表1 1 所示。 表1 1 国外喷气织机技术性能睁8 】 t s u d a k o m a t o y o t a p i c a n o ls o m e t 机型 z a x 一9 1 0 0 j a t 7 l o o m n i - p l u s 8 0 0m y t h o s e - t e c 最大筘幅( c m ) 3 9 03 9 04 0 0 4 0 0 最大转速( r m i n ) 1 9 0 01 2 5 01 5 0 01 2 0 0 最大入纬率( r n m i n ) 2 4 0 0 2 3 8 02 3 8 0 2 3 0 0 国外喷气织机，应用了智能化自动监控系统，对织机实行了即时信息控制， 借助互联网络系统，可实行远程遥控及传输。随着喷气织机引纬机构的新颖设计 构思，对主喷、辅喷、牵伸喷嘴和电磁阀等形成的织机气流控制系统，以及各实 行电气化的运动机构，均能进行有效控制。纬纱的品种、纤度适用范围也越来越 大，纬纱的选色一般都达8 色。织物的范围也逐步由一般服饰面料发展到异经( 上 下经轴、前后经轴) 装饰类织物及少量产业用织物，并已向毛圈织物和商标织物 拓展应用。 目前国外市场上存在两大机型，即欧洲机型与日本机型。同时这些公司的产 品也占据了目前中国喷气织机市场9 0 的份额。日本机型的优势在市场，而欧洲 机型的优势在技术，双方各有所长。欧洲喷气织机都放弃了原来的墙板结构而采 用坚固的箱式结构，把打纬共轭凸轮等重负载传动件都装配在箱体内，增强机架 整体强度和重量，织机振动降至最低限度，为突破非对称组织和多页综框的厚重 3 第一章绪论喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 织物织造创造了条件。相比之下，日本喷气织机的坚固性和减振性都较差，织造 厚重织物尚有一定难度。但日本喷气织机的电子控制技术、引纬部件的改进却发 展较快【9 j 。 综上可知，国外喷气织机发展迅速，智能化程度越来越高，可为我国喷气织 机设计、制造提供一定的参考。 1 1 3 国内喷气织机发展现状 据不完全统计，截止到2 0 0 7 年8 月，我国已有各类织机约1 9 8 7 2 万台( 未统 计2 0 0 6 年至今的国产喷水织机及2 0 0 7 年g a 7 4 系列剑杆织机) ，其中有梭织机 约1 0 9 5 万台( 含有梭棉织机约1 0 3 5 万台) ，无梭织机约8 9 2 2 万多台。其中剑 杆织机1 4 3 8 万台，简易的g a 7 4 系列剑杆织机4 6 万台，喷气织机1 1 6 万台，片 梭织机约1 0 2 万台，喷水织机1 5 2 万台( 未作完整统计，数字偏小) 。无梭织机 率为2 8 3 ( 如含g a 7 4 系列剑杆织机则为4 4 9 ) 1 0 】。 近几年，我国国产喷气织机在转速、规格、配置方面都有较大的进步和提高。 从2 0 0 6 年第十届北京国际纺机展弄1 ：1 2 0 0 7 年第十三届上海国际纺织工业展览会上国 内喷气织机制造厂商参展情况看，我国的喷气织机制造厂商已从十年前的3 家发展 到了2 3 家，机种齐全，档次搭配，初具规模。但与进口喷气织机相比，国产机在 性能和先进性及可靠性方面还存在一定差距。目前，国内无梭织机市场特别是高 档织机市场仍被进口机所占，我国喷气织机年需求量约1 0 0 0 0 - - - 1 2 0 0 0 台，进口机 则高达9 0 ，国产机仅占1 0 左右，且多为中、低档机种，每年进口无梭织机用汇 约占整个纺织机械用汇的2 0 以上i l 。 国产中高档喷气织机主要通过从国外引进技术或国外独资企业直接在华设厂 进行生产，如咸阳纺织机械厂引进津田驹z a 2 0 3 、z a 2 0 5 型。由于国内市场状况 良好，各类喷气织机生产企业遍地开花，起点不一，水平参差不齐。喷气织机生 产厂家及其机型主要有：咸阳纺织机械厂z a 系列，上海中国纺织机械厂g a 、j a t 系列，江苏万工w e - 2 0 0 0 型，苏州纺织机械有限公司a s g a 一7 0 1 型，苏州必佳 乐公司o m n i - - j e t 型，无锡丝普兰s p i 卜_ 7 0 0 型，无锡龙力l 卜8 8 0 型，青岛引 春y c - 4 2 5 型，青岛红旗l 卜1 1 型，浙江泰坦t 卜8 0 0 型，浙江日发i u j a 一1 0 型，石家庄纺织机械有限责任公司s g 州1 1 型，广东丰凯k t _ _ 2 0 0 0 型，沈阳宏 大l a - 一5 1 型系列，陕西普声p s 一1 0 9 e 型等，总体性能接近国外2 0 世纪9 0 年代 中期技术水平。其中，咸阳纺机厂2 0 0 2 年产量高达9 0 0 余台，其累计生产台数已 4 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究第一章绪论 达4 0 0 0 余台，在全国所有喷气织机制造厂家中居第一位。江苏无锡丝普兰喷气织 机公司s p r - - 7 0 0 型喷气织机样机展示速度达1 0 0 0 r m i n ，可和国外高档喷气织机 相仿，但性价比大大高于国外织机，社会效应良好f 9 1 2 1 3 1 。 总体来说我国纺织机械产品与国际先进水平仍有较大差距，我国纺织机械工业 仍然存在以下问题【1 4 】： ( 1 ) 我国纺织机械企业的技术创新能力不足，主要产品技术依赖国外，缺乏 有自主知识产权的产品技术，产品更新周期长，不能适应市场需求。在自动化、 连续化、高速化、智能化方面发展较慢，新材料、新工艺、新制造技术采用欠缺， 与发达国家相比存在不小差距。 ( 2 ) 纺织器材行业中建立i s 0 9 0 0 0 质量认证体系的企业为数不多。产品质量 不稳定，可靠性低，制约了纺织机械工业的发展和纺织工业的需求。这也从一个 侧面说明我国纺织器材工业大而不强、多而不精。 ( 3 ) 创新意识淡薄，对产品研究和开发的投入及措施不力，以致造成产品缺 少与国外相抗衡的竞争力。行业中未能形成代表行业先进水平、具有国际竞争能 力的企业或企业集团。受原材料、协作件、配套件、控制器件和电子元器件质量 水平的制约而影响到纺机工业技术水平的提高。 总之，国内喷气织机市场巨大，发展前景良好。开发具有自主知识产权的喷 气织机以取代进口，将有利于我国纺织行业的技术进步和提高企业在国际市场的 竞争能力。 1 2 喷气织机后梁系统研究 喷气织机五大运动开口、引纬、打纬、送经、卷取，无一不和经纱密切 相关，经纱张力的动态变化对织造过程中的顺利进行具有重要影响，织机设计的 目标很大程度上也是使经纱受力状况良好。而送经机构中的后梁是检测和控制经 纱张力的重要装置。 经纱张力是根据织造工艺需要，通过卷取和送经运动的相互配合，使经纱产 生一定量的伸长而产生的，包括静态的上机张力、动态的织造张力。动态织造张 力包括不同条件下( 时间、位置、根数等) 经纱的动态张力。从理论上分析，织机 的运动如打纬、开口、送经、卷取等都会引起经纱张力周期性的波动，经纱张力 的变化与时间是相关的n 引。 第一章绪论喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 1 2 1 影响经纱张力的因素 无梭织机经纱张力的波动是由于开口、打纬、卷取和织轴退绕半径的变化( 织 机回转不匀率) 等因素造成的。开口高度、打纬所造成的是周期性的高频张力波 动，可通过摆动后梁系统进行张力波动。织轴退绕过程中缓慢的经纱上机张力变 化和送经不匀，所造成的张力波动是大片段的低频张力波动，可通过调节送经量 的大小来平衡补偿。因此，可以看出为了保持恒定的经纱张力，有两种补偿方式： 对经纱张力波动中的高频分量，利用活动后梁的摆动进行经纱张力的平衡补偿； 对经纱张力波动中的低频分量，利用微机控制送经马达，以送经量的调节来进行 张力补偿【1 6 1 。 织机发展到今天，可以说在解决经纱张力波动，保持经纱张力恒定方面较先 前已有了很大进步，但客观上张力的波动仍然存在。了解织物织造时张力的波动 情况，并在满足织造要求的前提下，降低张力波动值，是织机设计者须认真思考 的。 织造过程中，影响经纱张力的因素主要如下【1 6 1 ： ( 1 ) 开口高度。开口时由于经纱路径长度改变造成的经纱张力波动，动态的 张力与开口高度的平方成正比。在无梭织机高速运转的条件下，经纱开口闭合一 次带来的是周期性的高频率的张力波动。 ( 2 ) 打纬过程。在综平时间、经纱支数、织物组织结构和纬密相同的情况下， 上机张力越大，则打纬时所造成的张力的波动幅值越小。在钢筘至前心时刻左右 经纱张力波动达最大值，打纬带来的波动也是张力波动的高频分量。 ( 3 ) 织轴卷装直径。织轴退绕时，织轴的转角与直径之积必须满足一常数， 以保证恒定的送经量。否则就会产生送经不匀，造成经纱张力的波动，此波动为 张力波动中的低频分量。 ( 4 ) 主轴回转不匀率。回转不匀率是一个间接因素，它通过上述三个因素对 经纱张力波动产生影响。回转不匀率越大，则影响越大。但一般无梭织机的回转 不匀率较有梭织机小。 后梁虽不构成喷气织机五大机构，但它是喷气织机中不可或缺的部件。经纱 从经轴上退绕下来，首先绕过后梁，再经过其他零部件，在织口处形成织物，它 是经纱张力的直接感测元件。因此，喷气织机一般都是依赖后梁来检测和调节经 纱张力，将张力的波动通过一定的途径传达到控制系统，以及时调节送经电机。 6 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究第一章绪论 后梁本身的动态特性对经纱张力的波动有重要影响，研究、掌握并控制后梁的运 动过程，对改善经纱受力状况有很大帮助，对改进织机设计、优化织造工艺都具 有指导意义。 本文研究对象主要通过后梁系统的摆动来控制经纱张力，来减少经纱张力的 波动。 1 2 2 研究现状 有关织机后梁系统的研究，主要目的是为了改善经纱张力，减少经纱张力的 波动，使其变化更加平稳。因此，大都相关文献都是以经纱张力为研究对象，且 都停留在静态态或控制方式来讨论，而有关后梁系统的动态分析则很少。其中涉 及到织机双后梁系统的动力学分析，国内外鲜有研究。 国内现有的研究较多是以整个送经机构以研究对象，文 1 7 、1 8 介绍了片梭织 机送经机构，并对张力变化进行理论分析和实际观察。文 1 9 、2 3 介绍了无梭织机 送经原理和特点，并进行分类。文 2 0 、2 6 、2 8 建立送经机构数学模型，从控制理 论角度分析了其特点，并提出改进意见。文 2 1 - 2 2 介绍了喷气织机电子送经机构， 分析了送经机构及参数的选用和计算。在张力的动态分析上，文 2 4 】以送经机构为 对象，建立相应动力学模型，分析了其固有频率，所得结果与实验相同。有关经 纱张力模拟方面，文 2 7 、2 9 在分析了机构中各部件的受力和经纱变形情况，建立 了相应张力模型，分析模拟张力的变化，提出影响张力变化的因素。 在具体关于后梁系统的研究的文献中，文 3 0 、3 2 建立了后梁系统的模型，分 析了影响张力的因素，提出改进方案。文 3 1 从几何角度建立单、双后梁的模型， 定性定量的分析了单双后梁的摆动性能。文 3 3 3 5 针对特定某一机型，将织机后 梁改进设计，得到很好的效果。 而具体有关织机后梁系统动力学分析的文献较少，仅文【3 6 】对喷气织机单后梁 系统进行了详尽的分析，研究了各运动对经纱张力波动的影响，建立的动力学模 型，所得结果与实际相符。并提出在后梁系统采用磁流变阻尼器替代现有普通阻 f 尼器来控制经纱张力。 国外有关织机送经系统及经纱张力研究同国内，有关织机动力学的分析较少。 文 3 7 1 通过对送经系统的静态分析，提出改善意见和方法。文 3 8 1 建立了经纱张力 变化的动态方程，采用软件模拟了织造过程中经纱张力的变化，并在织机上进行 实验，结果与实际织造过程中的动态特性非常合拍。文 3 9 】采用径向基函数神经网 络理论来模拟不同织造情况下的经纱张力变化。 7 第一章绪论喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 综上，有关织机后梁系统的动态特性研究方面的研究文献，国内外鲜有报道。 其中关于织机双后梁系统的动力学研究，更是少之又少。 1 3 本文研究的主要目的和内容 通过前面的研究综述发现，喷气织机发展前景非常好，但国内技术有待提高； 国内外有关织机后梁系统的研究较少，而关于织机双后梁系统动态特性的研究文 献则几乎没有。因此本文在对w g 2 0 0 0 型喷气织机单后梁系统( 见图1 1 所示) 分析的基础上，设计双后梁系统，并分析研究其动力学性能。 图1 - 1w g - 2 0 0 0 型喷气织机 本文的主要章节和内容安排如下： 第一章简述本文的研究背景和意义，通过对相关课题的研究进展、研究成果 进行分析、总结，发现国内外研究中几乎没有涉及对织机双后梁系统的动态特性 的相关研究。因此本文以喷气织机双后梁系统为研究对象，分析其织造过程中动 态特性。 第二章分析了现有的w g 2 0 0 0 型单后梁系统喷气织机的主要运动，研究了各 运动对经纱长度的影响。建立单后梁系统数学模型，进行静态和动态分析，得出 活动后梁的摆角和经纱张力的波动随织造过程中经轴直径的变化而变化，影响张 力传感器灵敏度。在此基础上，设计双后梁系统并装配。 第三章针对所设计的双后梁系统建立相应的静力学和动力学模型，分析在织 造过程中，固定后梁的转角、活动后梁的摆动及转动和相应经纱张力的变化。得 出固定后梁的转动和活动后梁的转动要大于活动后梁的摆幅，各段张力变化平稳。 8 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 第一章绪论 分析了固定后梁位置对织造的影响，可知固定后梁位置变化对各因素影响不大； 并研究了张力弹簧刚度对经纱张力影响，得出随着弹簧刚度的减少，经纱张力也 相应减少；最后分析了松经机构对双后梁系统的影响，可知双后梁系统中松经机 构作用不明显，可以考虑去除，以简化机构。 第四章综合第二章和第三章的分析，分别从结构、活动后梁摆角、织口处张 力变化等方面来比较单后梁系统和本文所设计的双后梁系统。得出所设计的双后 梁系统符合织造要求，机构简单，可以织造厚实织物，且利于张力传感器的检测。 第五章总结了本文所作工作，指出本文的创新点和不足之处，并就进一步完 善提出建议。 9 第二章喷气织机双后梁系统设计喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 第二章喷气织机双后梁系统设计 目前喷气织机主要由实现开口、引纬、打纬、送经、卷取等运动的机构组成， 各机构遵循规定的时间序列，相互协调，完成经、纬纱交织和织物成形。本文以 。 w g 2 0 0 0 型喷气织机为研究对象，在介绍其工作原理的基础上，分析各运动对经 纱张力的影响，确定之间的相互关系。得出单后梁系统中，活动后梁摆角及经纱 张力都受织造过程中经轴直径改变的影响，机构摆动频繁，张力传感器灵敏度也 受影响。 因此，在单后梁系统基础上，进行改进设计，在经轴至活动后梁之间加设一 可转动的固定后梁，形成双后梁系统。随着织造的进行，经轴直径逐渐减少，所 变化的仅仅是经轴到固定后梁之间经纱的长度，而固定后梁至活动后梁之间经纱 段的长度几乎不变，这样便可隔离经轴直径大小对活动后梁的影响，从而减缓活 动后梁的摆动和经纱张力的波动。 2 1 喷气织机主要运动 典型的织机工作流程为：从织轴上退绕出的经纱绕过后梁，在开口机构的作 用下分层，经纱分成上下两层形成梭口。引纬机构将纬纱引入梭口，完成引纬作 用，之后上下层经纱闭合并交换位置，同时打纬机构驱动钢筘将纬纱打向织口， 使经纬纱交织成织物。同时织轴不断放送适量的经纱，卷取装置及时将形成的织 物引离织口，以保证织造的持续性。 下文计算过程中所涉及的坐标均以墙板左下角为坐标原点，如图2 1 所示。 图2 1 织机坐标系 l o 喷气织机双后粱系统设计与经纱张力控制研究 第二章喷气织机双后梁系统设计 2 1 1 开口运动 在织造过程中，经纬的交织是形成织物的必要条件。要实现经、纬的交织， 必须把经纱按定的规律分成上下两层，形成能供引纬器、引纬介质引入纬纱的 梭口。待纬纱引入织口后，两层经纱根据织物组织要求再上下交替，形成新的梭 口。如此反复循环，这种运动称为开口运动。 经纱的开口运动由开口机构来完。开口机构不仅要使经纱上下分开形成梭口， 同时还应根据织物组织规律所决定的提综顺序，控制综框升降次序，使织物获得 所需的组织结构。开口机构一般由提综装置、回综装置和综框升降次序的控制装 置所组成。常见的开口机构有曲柄开口机构、凸轮开口机构、多臂开口机构、提 花开口机构等。随着机电一体化技术的发展，现如今一些公司开发了由伺服电机 控制综框运动的电子开口机构，如t o y o t a 和t s u d a k o m a 公司开发的电子开口机构， 每个综框都由独立的伺服电机来进行单独控制，扩大了通用性，提高了织造效率 和织物品质。 在织制不同类型的织物或织机速度不同时，应采用不同类型的开口机构。如 织制平纹、斜纹和缎纹织物，一般采用凸轮和连杆开口机构，前者使用2 8 页综 框，适合较高的织机转速，后者专用于高速平纹织物。凸轮和连杆兼有把经纱分 成上下两层及控制经纱升降次序的作用。织制较复杂的小花纹织物则需采用多臂 开口机构，一般使用1 6 页以内的综框，但最多可达3 2 页综框。如织制更复杂的 提花被面等大花纹织物时，则要采用提花开口机构，以直接控制每根经纱作独立 的升降运动。 本文的研究对象w g 2 0 0 0 型喷气织机采用的凸轮开口机构，如图2 2 所示。 9 图2 2 消极凸轮开口机构示意图 l 一凸轮2 一转子3 提综杆4 提综杆铁鞋 5 、弘幸冈丝绳仁综框旺吊综杆9 一回综弹簧 第二章喷气织机双后梁系统设计 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 1 梭口形状 由于开口过程中经纱所受的拉伸作用时间极为短暂，其伸长可视为弹性变形， 即经纱张力与拉伸变形的大小成正比。因此分析开口对经纱拉伸变形的影响可知 经纱张力的变化情况。梭口的形状如图2 3 所示。 图2 - 3 梭口图 开口时，经纱随着综框的运动分成上下两层，形成一个菱形梭口b c ，d c ，。梭 口上方b c ，d 为上层经纱，下方b c ：d 为下层经纱。梭口完全闭合时，两层经纱随 着综框回到原位置b c d ，此位置称为综平位置。 梭口尺寸常用梭口高度、长度和梭口角等来衡量。开1 ：3 时经纱上下运动时最 大的位移c ，c ：为梭口的高度h 。从织口b 到停经架中导棒d 之间的水平距离瓦称为 梭口长度。它由前半部长度。和后半部长度：组成，两者的比值为梭口的对称度。 梭口前半部b c ，c ：为梭口的工作部分，供梭子或其它引纬器牵引纬纱从中通过，完 成经纬交织。为了利于引纬通常采用前半部梭口长度小于后半部梭口长度的不对 称梭口。 经纱处于综平时，连线a b c d 为经纱位置线。当a b c d 成一条直线时，则经 纱位置线称为经直线。织口和综平时的棕眼位置一但确定，一般不再改变。而胸 梁的高度一般也不变，胸梁表面常作为基准用于衡量织口、综平时综眼的位置。 因此可通过改变活动后梁的高低、前后位置来调整经纱位置线。 所以活动后梁的高低将对梭口上下层经纱张力的差值产生影响，一般通过以 下三种情况来观察： ( 1 ) 后梁位于经直线上，上下层经纱张力相等，形成等张力梭口。后文为了 便于理论计算分析，均将梭口看成等张力梭口。 ( 2 ) 后梁在经直线上方，上层经纱的张力小于下层经纱的张力，形成不等张 力梭口。 ( 3 ) 后梁在经直线下方，上层经纱的张力大于下层经纱的张力，但由于不利 1 2 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 第二章喷气织机双后梁系统设计 于梭子飞行，所以在织造过程中极少采用。 2 经纱变形 为了便于分析，在分析开口过程中经纱的拉伸变形时，将梭口视为等张力梭 口，认为梭口上下层经纱变形量一致。 d 图2 - 4 梭口与经纱变形 如图2 4 所示，当经纱从c 点被综框提升至c l 点时，梭1 ：3 一段经纱长度r - h b c d 变为b c i d ，设梭口前部经纱伸长量为五，梭1 ：3 后部经纱伸长量为乃，则 五l = b c l - b c = 瑶+ 五2 一毛l ( 2 1 ) 五：= q d - c d = 毪+ 五2 一毛2 ( 2 2 ) 式中，0 力1 1 2 。 经纱总伸长量 以= 丑l + 如( 2 3 ) 2 1 2 引纬运动 由开口运动使经纱形成梭口后，以梭子等载纬器或喷射流体将纬纱引入梭口 的运动称引纬运动。 目前常见的引纬方式有有梭引纬和无梭引纬。有梭引纬是用传统的梭子作引 纬器；无梭引纬是指采用新型引纬器或引纬介质直接从固定筒子上将纬纱引入梭 口。有梭织机存在零件损耗大，振动大，噪声高等固有缺陷，有着逐年被无梭织 机取代的趋势。相比有梭织机，无梭织机的引纬则使用体积小，质量轻的引纬器， 或者以空气或水的射流来代替梭子引纬，减少了梭口高度和筘座动程，适合高速 织造。常见的无梭引纬方式有片梭、剑杆、喷气和喷水等，本文以采用喷气引纬 的喷气织机为对象。 第二章喷气织机双后粱系统设计 喷气织机双后梁系统设计与经纱张力控制研究 喷气织机引纬原理是利用空气作为引纬介质，以喷射出的压缩气流对纬纱产 生摩擦牵引力进行牵引，将纬纱带过梭口，通过喷气产生的射流来达到引纬的目 的，这种引纬方式能使织机实现高速高产。在喷气织机的发展过程中