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织机卷布装置设计与研究中文摘要 织机卷布装置设计与研究 摘要 机内卷布装置是织机的常配装置，其作用是将已织造的织物卷绕成布卷，避免织 物无序堆积影响挡车工操作，方便验布等织物后处理。卷布过程中的织物张力是决定 织物成卷质量的主要因素，张力过小易导致织物折皱及布卷不齐，张力过大会造成织 物损伤。针对机内卷布装置，本文研究织物张力的控制方法及其实现途径。 本文以轴心传动型机内卷布装置为研究对象，首先介绍了z a x 型喷气织机机 内卷布装置的结构，分析了该装置力矩补偿机构的工作机理及其缺陷；在此基础上， 提出了卷布装置的若干种改进方案，并通过方案比较，确定了卷布装置的具体实施方 案。所设计的卷布装置通过摩擦离合器联接输入轴和输出轴、采用部分凸轮控制弹簧 力的加载方式、用增力比可调的二级增力杠杆进行力矩补偿，不仅能在卷布过程中满 足任意预期的织物张力控制要求，而且继承了现有卷布装置结构简单、制造要求低、 安装和维护方便的优点。 进而，根据卷布装置的实施方案，设计了联接输入轴与输出轴的摩擦离合器，研 究并确定了二级增力杠杆的结构及其增力比的调节方法，分析并给出了控制弹簧力加 载方式的部分凸轮的设计方法。最后，通过对所设计卷布装置的分析计算，验证了该 装置的织物卷绕张力的控制效果。 本文设计的织机卷布装置已申请了国家发明专利。 关键词：卷布装置；织物张力；摩擦离合器；部分凸轮；增力杠杆 作者：秦乐宁 指导教师：钱志良 a b s t r a c t d e s i g na n dr e s e a r c ho fc l o t hw i n d u di nl o o m - o _ _ _ _ _ 一i1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 d e s i g n a ndr e s e a r c ho fc l o t h w i n d - - u pi nl o o m a b s t r a c t c l o t hw i n d u pi nl o o ma r ea l w a y se q u i p p e df o rw i n d i n gt h ec l o t hi n t ob e a m s ，i no r d e r t h a tt h eo p e r a t o rw i l ln o tb ed i s t u r b e db yu n o r d e r l yc l o t hp i l e s , a n df a c i l i t a t i o nw i l lb e t a k e ni n t op o s t p r o c e s s i n gs u c ha st h ec l o t hi n s p e c t i o n t h es t a t u so ft h ew i n d u pp r o c e s s i sm a i n l ya f f e c t e db yt h ec l o t ht e n s i o n ae x t r e m e l yl o wt e n s i o nw i l lp r o b a b l yc a u s ec r e a s e o ri r r e g u l a rs e l v e d g ea n dae x t r e m e l yh i g ht e n s i o nw i l lp r o b a b l yi n j u r et h ec l o t h b a s e do n c l o t hw i n d - u pi nl o o m ，t h em e t h o d so ft e n s i o nc o n t r o la n dm e a n 3o fi m p l e m e n t a t i o nw i l l b ee x p l o r e di nt h i sp a p e r w i t ht h ea x i a lt r a n s m i s s i o nc l o t hw i n d - u pi nl o o m 髓t h er e s e a r c ho b j e c t ，f i r s t l yt h e s t r u c t u r eo fz a x - i l la i r - j e tl o o m sc l o t hw i n d - u pi si n t r o d u c e d ，a n dt h ep r i n c i p l ea n d d e f e c t so ft h et o r q u ec o m p e n s a t i o nm e c h a n i s mi sa n a l y z e d s e c o n d l y ，o nt h i sb a s i ss e v e r a l i m p r o v e ds c h e m e sa r ep r o p o s e d a n dt h r o u g hc o m p a r i n go ft h e s es c h e m e s t h e i m p l e m e n t a t i o ns c h e m ei sd e t e r m i n e d i nt h i ss c h e m e , i n p u ts h a f ta n do u t p u ts h a f ta r e c o n n e c t e db yf r i c t i o nc l u t c h t oc o m p e n s a t et h et o r q u ea c c u r a t e l y ，t h es p r i n gf o r c ei s e n l a r g e db ym a g n i f i c a t i o na d j u s t a b l et w o s t a g el e v e ra n dc o n t r o l l e db yt h ec a m t h i s m e t h o dn o to n l yc a nm e e tt h en e e do ft e n s i o nc o n t r o ld u r i n gw i n d u pp r o c e s s , b u ta l s o s u c c e e d st h ea d v a n t a g e so ft h ee x i s t i n gc l o t hw i n d u p ，s u c ha ss i m p l es t r u c t u r e l o w m a n u f a c t u r er e q u i r e m e n t ，s i m p l ei n s t a l l a t i o na n de a s ym a i n t e n a n c e 。 f u r t h e r m o r e , t h ef r i c t i o nc l u t c hi sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h es c h e m e , b yw h i c ht h e i n p u ts h a f ti sc o n n e c t e dt ot h eo u t p u ts h a f t t h e nt h es t r u c t u r ea n da d j u s t i n gm e t h o do ft h e t w o - s t a g el e v e ra r er e s e a r c h e d a f t e rt h i s t h ec a r l a sd e s i g np r o c e d u r ei sd i s c u s s e d ，b y w h i c ht h es p r i n gf o r c ei sc o n t r o l l e d a tl a s t ，t h et e n s i o nc o n t r o le f f e c ti sv e r i f i e dw i t ht h e a n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no f t h ec l o t hw i n d u p d e s i g na n dr e s e a r c ho fc l o t hw i n d - u pi nl o o m a b s t r a c t t h ec l o t hw i n d - u pd e s i g n e di nt h i sp a p e rh a sb e e na p p l i e df o rn a t i o n a li n v e n t i o n k e y w o r d s ：c l o t hw i n d u p ；c l o t ht e n s i o n ；f r i c t i o nc l u t c h ；p a r t i a lc a m ；f o r c ea m p l i f i e r i i i w r i t t e nb y s u p e r v i s e db y q i nl e n i n g q i a nz h i l i a n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名： 益鉴宝e l 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 益垦：呈 日 期：2 皇：生：兰! 导师签名：鲺竖整日期：坌卑：篁：查l 织机卷布装置设计与研究 第1 章绪论 1 1 织机卷布装置概述 第1 章绪论 张力卷绕装置是一种能以一定张力执行卷绕运动的工作装置，广泛应用于各种卷 材生产中d 3 2 圳们5 3 钔，如造纸、织布、轧钢、印刷、磁带、薄膜生产等。在这些生 产领域，出于方便存储或后续加工的需要，被加工物料需通过张力卷绕装置卷绕成卷 状，在材料的卷绕过程中，须保证材料的内部张力按预设的变化方式变化，直至卷绕 成型的材料卷直径达到设定值为止，所谓材料的内部张力指材料因拉伸或绷紧而受到 的作用力。织机卷布装置是一种张力卷绕装置，用于将织机已织造的织物卷绕成布卷， 一方面避免织物无序堆积影响挡车工操作，另一方面可避免织物沾污和折皱，同时也 有利于验布等织物后处理。 早期的织机对卷布张力并无严格的要求，卷布装置的主要作用仅在于将织机卷取 辊送出的织物收卷成型。随着社会的进步和生活水平的提高，人们对织物的质量要求 日渐提高，相应地，对织机的卷取装置和卷布装置的性能要求也越来越严格。在织造 过程中，织机每织一纬，织机的卷取辊旋转一转角，该转角对应的卷取量必须与当前 纬预期纬密所对应的相邻两纬之间的间距相一致，以保证所织造的织物具有预期的纬 密值；与此同时，织机的卷布辊也旋转一转角，该转角对应的卷布量与卷取辊的卷取 量之间应满足一定的关系，以在卷布过程中维持一定的织物张力。若卷布过程中织物 的张力过大，经纱会由于应力过大产生永久伸长，使织物的纬密降低，还可能造成经 纱的断裂及织物的损伤；若卷布过程中织物的张力过小，织物会由于过分松驰产生折 皱，布卷也容易跑偏而出现布边不齐的现象，进而会影响织物的验布、印染等后处理 工序。织机的卷布装置即卷布辊的驱动装置，该装置不仅要实现卷布辊的卷布运动， 还要在卷布过程中维持预期的织物张力。 目前，卷布过程中的织物张力控制方案主要有两种：一是恒张力卷布，即在卷 布过程中维持织物张力恒定；二是锥度张力卷布，即在卷布过程中使织物张力随布卷 直径的增大而逐渐减小。无论采用何种织物张力控制方案，织机卷布装置均需解决以 下二方面的问题：一、织机的织造速率即织机卷取辊送出织物的速率受众多因素 第1 章绪论i ：f i 机卷森裴置设计与研究 的影响，一般不是常量，为了实现预期张力控制方案下的织物卷绕成型，卷布装置必 须保证卷布辊的卷布速率与织造速率同步变化；二、随着卷布过程的进行，卷布辊上 的布糟直径逐渐增大，卷布辊单位转角收卷的织物长度也逐渐增大，相应地，卷布辊 的转速应逐渐降低。迄今为止，尚未见到能很好的解决上述两问题的织机卷布装置 本课题以z a x i i i 型喷气织机的卷布装置为研究对象，在分析其工作情况的基础 上，提出了独创性的织物张力控制方法，给出了相应的织机卷布装置的新结构方案 新方案不仅可以实现恒张力卷布，而且可实现锥度张力卷布甚至可以实现任意预期 变化规律的张力卷布 1 2 卷布装置分类及国内外现状 卷布装置的作用就是驱使卷布辊将已织织物收卷成型 按卷布装置与织机的相对位置分，卷布装置有机内卷布装置和机外卷布装置二种 。3 嗍所谓机内卷布装置，指安装在织机内的卷布装置，通常由织机主轴直接传动， 其布卷卷径受织机内部空间的制约，所收卷的织物长度较短所谓机外卷布装置，指 安装在织机外的卷布装置，通常需独立的驱动电机，其布卷卷径不受织机内部空间的 限制，所收卷的织物长度理论上仅取决于织机经轴所卷绕的经纱长度 按卷布辊的驱动方式分，卷布装置有外周传动型和轴心传动型二种u 们下面分 别介绍这二种卷布装置； 1 2 1 外周传动型 外周传动型卷布装置依靠糙皮辊( 刺毛辊) 与布卷外周的摩擦，由糙皮辊直接驱 动布卷转动完成卷布运动又可分为机内、机外两类 1 、机内外周传动卷布装置t 如图1 1 所示，由于加压弹簧4 的作用，使布卷压 在糙皮辊l 的表面，这样就保证了布卷表面与糙皮辊表面的线速度始终保持一致，即 布卷表面的线速度不会因直径的变化而变化，从而可保证织物张力在卷绕过程中保持 恒定此种形式结构简单，多用在一般的棉织机上，由于配置在机内，所以布卷最大 直径受织机内部空间有限制 2 、机外外周传动卷布装置；如图1 2 所示。卷取辊l 将织物引出织造区经过 导布辊2 、3 、6 ，在一对同向转动的糙皮辊4 、7 上形成布卷8 随着卷布运动的进行， 织机卷布装置设计与研究第】章绪论 1 糙皮辊；2 、导布辊；3 、布卷；4 、加压弹簧；5 、布辊托架： 图1 - 1 机内外周传动简图 1 、卷取辊；2 、3 、6 、导布辊；5 、织物：4 、7 、糙皮辊；8 、布卷； 图卜2 机夕f d i - 周传动简图 布卷8 的重量将不断增加，为避免糙皮辊4 、7 承受过大的布卷重力产生的压力，布 卷8 的重量可由其他装置( 如液压装置) 承受，糙皮辊4 、7 仅起驱动布卷8 回转作 用。在织物的卷绕过程中，为维持织物张力恒定，卷布装置的控制系统应使糙皮辊驱 动电机的转速随织物的织造速率而改变。 外周传动型卷布装置只需根据织物的织出速率控制糙皮辊转速，便可保证卷绕织 物张力始终恒定，卷绕生成的织物卷装的直径变化不会对张力控制造成影响，因此比 第1 章缝论 织机卷布装置设计与研究 较适合应用子分离式机外卷布装置。如图l - 3 所示，为德困多尼尔( d o r n i e r ) 公司 h t n e 4 型剑杆织机卷布装置h 轧其分离式卷布装置采用一无级调速电动机4 ，通过 链条传动到两个刺毛辊6 上的链轮，布卷1 通过与刺毛辊6 的摩擦作用进行卷取探 测辊2 随布卷1 外周线速度的变化而改变电气控制箱3 内的电流，从而调节电动机4 的转速，保持布卷从小直径到大直径的过程中，卷取线速度始终恒定，使大卷装布卷 的成形良好，布卷最大卷径可达15 0 0 毫米卷布所需张力的大小可通过电气控制箱 来调整。 l 、布卷l2 、探测辊l3 、电器控制箱l4 、无级调速电机l5 、导布辊l 6 、刺毛辊l7 导布辊i 圈i - 3i i t n i ；4 型剑杆织机卷布装置 在外周传动卷布过程中，织物张力与摩擦辊( 即糙皮辊) 速度直接相关，若织物 织造速度波动，摩擦辊转速应随之改变才能保持预期的织物张力，散控制方案复杂， 成本较高 1 2 2 轴心传动型 轴心传动型卷布装置直接控制卷布辊进行卷布，当布卷直径在卷布过程中逐渐增 大时，卷布辊转速必须相应的逐渐降低，以维持织物卷绕线速度的恒定这种形式的 卷布装置结构简单主要用于机内卷布 图1 4 为轴心传动型锥面摩擦卷布装置1 0 3 1 州1 在该装置中，内侧摩擦盘2 固定 织机卷布装置设计与研究 第1 章绪论 1 、刺毛辊；2 、内侧摩擦盘：3 、8 、链轮；4 、外侧摩擦盘； 5 、调节螺母；6 、弹簧；7 、链条；9 、卷布辊； 图1 - 4 轴心传动卷布机构 在刺毛辊1 ( 即织机卷取辊) 的辊轴上，链轮3 活套在该轴上，外侧摩擦盘4 通过花 键与该轴连接，链轮的两侧面为摩擦面，转动调节螺母5 ，可以改变弹簧6 对外侧摩 擦盘4 的压力，从而改变链轮两侧面与内、外侧摩擦盘之间的摩擦力，以调节卷布张 力。固装在卷布辊9 轴端上的链轮8 由链轮3 通过链条7 带动，卷取辊1 回转时，内、 外侧摩擦盘与链轮3 之间的摩擦力矩驱动卷布辊9 回转，并且，卷布辊的初始表面线 速率等于卷取辊1 的表面线速率( 即织物的织出速率) 。当布卷直径在卷布过程中逐 渐增大时，布卷的表面线速率会随之逐渐增大，即布卷每转一转卷绕的织物长度会随 之逐渐增加，由此引起的布卷卷绕速率与织物的织造速率之差会导致织物张力增大， 而织物张力的增大必须通过增大卷布辊驱动力矩才能实现；但是，卷布辊是由内、外 侧摩擦盘与链轮3 之间的摩擦力矩驱动的，当所需的卷布辊驱动力矩大于链轮摩擦副 所能提供的最大摩擦力矩时，内、外侧摩擦盘与链轮3 之间会发生打滑u ，卷布辊 会停止转动，最终可维持布卷的卷绕速率与织物的织造速率相一致。 设计此类卷布装置时，必须使卷布辊与卷取辊两者的表面圆周线速度相等，以保 证从布卷最小直径起就能将织物卷紧，这时内、外摩擦盘与链轮3 之间无打滑，依靠 静摩擦力矩通过链条和链轮8 驱动卷布辊转动；而后，随着布卷卷径的增大，链轮3 的转速逐渐变慢，恒低于内外摩擦盘2 、4 的转速，直到卷装完成。调节螺母5 ，可 5 第l 覃绪论织j | i 备布装置设计与研冗 以改变织物的张力及布卷的松紧m 3 上述卷布装置的优点是调节方便，能维持布卷的卷绕速率与织物的织造速率相一 致，缺点是随布卷直径的逐渐增大，织物中的张力会逐渐减小，若要维持织物张力恒 定，则需不断拧紧螺母以增大摩擦盘之间的压力，而在织造过程中不断的拧紧螺母根 本是不可能的 12345 1 、输入轴l2 、输出轴链轮i3 、外摩擦盘l 4 、内摩擦盘i5 、压簧l6 、螺母i 7 、压叉i8 、调节螺钉9 、感知摆杆l1 0 、弹簧导杆l1 1 、眷布辊驱动链轮i 1 2 、感知弹簧i1 3 、调节螺母l1 4 、布眷l1 5 、压布辊l1 6 、压布辊摆杆l 圈i - 5z a x n 1 型喷气织机卷布装置 另一种轴心传动型卷布装置如图1 5 所示，为日本淖田驹公司生产的乙议i l l 型 喷气织机的卷布装置该装置增加了一个力矩补偿机构，可使卷布装置的输出转矩随 着布卷卷径的增大而增大，以维持织物张力在卷布过程中基本恒定该装置的工作原 理为t 布卷1 4 的直径增大，驱使压接在布卷上的压布辊1 5 及压布辊摆杆1 6 摆动， 弹簧导杆1 0 向下移动，感知弹簧1 2 被压缩，弹簧1 2 对感知摆杆9 的作用力增大i 该作用力经过摆杆9 、调节螺钉8 和压叉7 增力后作用于摩擦式离合器的内摩擦盘4 上，使内摩擦盘4 与外摩擦盘之3 间的正压力增大摩擦式离合器的输出转矩提高l 上述输出转矩经链轮2 、链条及链轮1 1 传递给卷布辊，使卷布辊的驱动力矩可在卷 布过程中随着布卷卷径的增大而增大，最终实现卷布过程中的织物张力基本恒定值 6 织机卷布装置设计与研究第1 章绪论 得指出的是：该装置并不能使卷布辊的驱动力矩随布卷卷径成正比的增大，所以仅能 维持织物张力基本恒定。 从本节对卷布装置及其分类的概述可知： 1 、外周传动型：利用摩擦辊驱动布卷转动实现织物收卷，摩擦辊转速目前常用 变频电机控制u 副，卷绕过程中的织物张力控制较精确，但需要独立的驱动系统和控 制系统，成本较高，主要用作机外大卷装卷布装置。 2 、轴心传动型：通过控制卷布辊驱动力矩来实现对织物收卷张力的控制，采用 摩擦离合器实现卷布辊驱动转矩的控制，结构紧凑，不需额外的驱动系统，主要用作 机内卷布装置。 1 3 本课题主要内容 本课题是江苏省科技成果转化专项资金项目“新型高速喷气织机的研发与产业 化 ( 项目编号：b a 2 0 0 5 0 2 7 ) 的子课题。 z a x 1 i 型喷气织机卷布装置为典型的轴心传动型的卷布装置，卷布装置的输入 轴由织机的主轴驱动。该装置的优点是结构紧凑、调节简便；缺点是：一、织物张力 的控制精度不高，难以实现织物的恒张力收卷，更无法按预期的张力控制方式实现织 物的卷绕；二、卷布装置的输出转矩不能随织物的卷布张力要求而相应改变，对从轻 薄到厚重的各类织物的适应能力差；三、织物成卷过程中织物纬向张力分布实际上是 不均匀的，因此容易产生折皱1 7 m 8 1 ，该装置对此也缺乏相应的解决措施。基于上述 原因，有必要对该装置进行改进，以改善其使用性能。 本课题通过对现有的织机卷布装置的分析和研究，提出了织机卷布装置的新结构 方案，该方案具有以下几个特点： l 、继承和保留了现有卷布装置结构简单、安装与调节方便、制造和维护成本低 廉的优点，既使所设计的卷布装置可沿用现有的工装设备制造，又使该装置能无障碍 的装入织机中现有卷布装置的相应位置。 2 、采用部分凸轮驱动弹簧导杆，不仅可使弹簧力随布卷卷径成正比的增大，还 可使弹簧力按任意预期的方式加载，改善了卷布过程中的织物张力控制情况。 3 、改进了加载机构。新颖的加载机构在几乎不增加制造成本的情况下，把现有 7 第l 章给论织机卷布装置设计与研究 一级杠杆增力变成了二级杠杆增力，同时增大输出力与输入力之比的调节范围，提高 了卷布装置对织物种类的适应性 4 、采用鼓形压布辊，有效的降低了织物成卷时产生折皱的可能性。 本课题所做的主要工作如下t l 、对z a x i i i 型喷气织机的现有卷布装置进行了理论分析，研究了该装置的优 缺点l 提出了轴心传动型张力卷布装置的若干种改进方案，并对各方案进行了分析与 研究，在此基础上确定了最终实施方案 2 、以实现恒张力控制方式为例，对所设计的卷布装置进行了卷布过程的织物张 力分析，在此基础上，对新卷布装置的主要部分，如摩擦离合器、凸轮机构、增力机 构等进行了结构设计和尺寸设计 3 、为展示装置构造并为进一步的分析建立基础，使用p r o e 工具建立了主要机 构的三维模型 4 、完成了新型卷布装置的整体设计，并根据不同的织物张力控制要求，用m a t l a b 软件对该装置的织物张力控制效果进行了理论分析 5 、对所做工作进行了总结，并提出了可以进一步研究的方向 1 4 本章小结 本章阐述了张力卷布装置的概念，并介绍了目前困内外的应用状况，提出了卷布 装置的结构新方案并分析了其特点，介绍了本课题的主要工作 本课题所设计的卷布装置具有可按任意预期的张力变化方式实施织物收卷的能 力。但受篇幅限制，本文仅按恒张力卷布方案为例进行设计。本文的设计思路与设计 方法同样适用于其他的卷布张力控制方案 织机卷布装置设计与研究 第2 章方案设计与分析 第2 章方案设计与分析 2 1z a x i 型喷气织机卷布装置分析 2 11 装置工作原理概述 日本津田驹公司生产的z a x 1 1 型喷气织机的恒张力卷布装置是一种轴心传动型 机内卷布装置，装置的三维模型如图2 - 1 ： 图21z l ( - m 型喷气织机的恒张力卷布装置 该装置的结构示意如图2 - 2 、2 - 3 及2 - 4 所示。图2 - 2 是带力矩补偿机构的织机卷 取装置的剖面示意图；图2 - 3 是布卷直径探测装置的局视图，为图2 - 2 的a 向视图； 圈2 _ 4 为离台器压紧机构的局部视图，是图2 - 2 的b 向视图。 图2 - 2 至2 _ 4 中各部件分别为：1 、轴承；2 、输入轴：3 、推力轴承；4 、滚针轴 承；5 、输出轴链轮；6 、向心推力轴承；7 、连接销钉：8 、外摩擦盘之一；9 、导销； 1 0 、内摩擦盘之一；1 1 、摩擦片；1 2 、压簧；1 3 、垫圈；1 4 、螺母；1 5 、压叉：1 6 、 调节螺钉；i 7 、感知摆杆；1 8 、箱体；1 9 、感知弹簧；2 0 、调节螺母：2 1 、弹簧导杆： 2 2 、压布辊摆杆；2 3 、卷布辊；”、布卷；2 5 、压布辊；2 6 、轴承。 其中，输入轴齿轮2 由织机的传动装置驱动为卷布装置提供运动和动力。装置 基本工作原理为：用摩擦离台器联接输入、输出两轴，以便能通过改变离合器内、外 摩擦盘之间的压紧力来改变输入轴传递给输出轴的摩擦力矩；同时，通过力矩补偿机 9 第2 章方案设计与分析织机卷布装置设计与研究 构来感知卷布辊上布卷直径的大小，并相应地改变摩擦式联轴器内、外摩擦盘之间的 压紧力，以实现卷布辊驱动力矩随布卷直径的增大而增大的目的。 图2 - 2z a x m 型喷气织机眷布装置剖面示意图 图2 3 为图2 - 2 的a 向侧视图，是布卷直径探测机构由图可见，当布卷2 4 的 直径在卷布过程中逐渐增大时会驱使压按在布卷上的压布辊2 5 及压布辊摆杆2 2 摆动，进而驱使弹簧导杆2 l 向下移动，弹簧1 9 受压缩，最终，弹簧对感知摆杆1 7 的作用力随布卷卷径的增大而增大 圈2 - 3 布卷直径探测机构 由图2 - 2 可见，弹簧1 9 对感知摆杆的作用力经摆杆1 7 和调节螺钉1 6 传递给压 1 0 织机卷布装置设计与研究第2 章方案设计与分析 叉1 5 ，在卷布装置工作过程中，感知摆杆1 7 、调节螺钉1 6 及压叉1 5 绕同一个固定 铰支点e 转动，起单一的增力杠杆作用。 图2 4 为压力加载机构中压叉1 5 的局部视图，压叉端部的两轴承2 6 紧压在摩擦 离合器中的内摩擦盘1 0 上，将压簧1 9 对感知摆杆1 7 的作用力经增力后施加给摩擦 离合器。 图2 4 离合器压紧机构 参照图2 2 至图2 4 ，卷布辊2 3 通过传动链与输出轴链轮5 相联；空心输出轴5 用推力轴承3 和滚针轴承4 与输入轴2 联接，两轴轴线重合且允许相对转动；摩擦离 合器的外摩擦盘8 用螺钉7 与输出轴5 固联，内摩擦盘l o 通过花键与输入轴2 相联 并能沿轴向移动，离合器的初始输出转矩由压簧1 2 、1 9 和调节螺母1 4 、2 0 设定，初 始输出转矩即为布卷2 4 直径等于卷布辊2 3 直径( 即卷布辊上无布) 时维持布中张力 为预期值所需的输出轴输出转矩，能通过拧松或拧紧调整螺母2 0 改变。 随着织造过程的进行，布卷2 4 的直径逐渐增大，压布辊摆杆2 2 的摆角随之相应 增大，推动弹簧导杆2 1 移动，使感知弹簧1 9 对感知摆杆1 7 的压力增大，通过感知 摆杆1 7 、调节螺钉1 6 及压叉1 5 组成的杠杆的增力，压叉上的深沟球轴承2 6 对内摩 擦盘1 0 的压力相应增大，输入轴2 传递给输出轴8 的摩擦转矩增大，卷布辊上的卷 取力矩也随之增大，最终实现布中张力基本恒定的张力控制目标。 在卷布过程中，真丝类轻薄织物需要的卷布张力较小，牛仔布类厚重织物需要的 卷布张力较大，对于不同织物的不同卷布张力要求，可以通过对调节螺母2 0 以及螺 母1 4 的调整获得不同的初始卷布张力。 第2 章方案设计与分析织机卷布皴置设计与研究 根据各部件的使用功能，卷布装置可分成两个部分t 1 、力矩补偿机构t 包括压布辊2 5 、压布辊摆杆2 2 、弹簧导杆2 l 、调节螺母2 0 、 感知弹簧1 9 、感知摆杆1 7 、调节螺钉1 6 及压叉1 5 ，主要作用是使摩擦联轴器内、 外摩擦盘之间的压力随布卷直径增大而增大 2 、转矩传输部分一包括摩擦离合器、链轮及传动链等，主要作用是将输入轴的 运动和动力传递给卷布辊。 上述两部分相结合，构成了一个具有卷布辊驱动力矩补偿功能的织机卷布装置 2 1 2 力矩补偿机构分析 圈2 - 5 力矩补偿机构一压布辊至感知弹簧部分 图2 5 为力矩补偿机构示意图图中，a 为压布辊轴心，d 为卷布辊轴心，a 为 压布辊摆杆的固定铰支点，曰为弹簧导杆与压布辊摆杆的铰接点，d 为弹簧与感知摆 杆接触点设距离o o , 为a ，o j a 的长度为厶，o i b 的长度为三2 ，压布辊半径为，i ， 压布辊轴心位于a 时的布卷半径为h ，即r oi 铡一，1i 同时，为了简化分析，设在图 示位置q 刀垂直于d b 如图2 5 所示，随着卷布过程的进行和布卷卷径的增大，压布辊轴心由位置彳摆 动到位置a ，布卷半径从，o 增大为心- r o + 哦墨侧一，；，压布辊摆杆从彳0 l 曰摆至 a ，d ，b ，摆动了角夕相应地，弹簧压缩了z i x , d b - d b ， 1 2 织机卷布装置设计与研究 第2 章方案设计与分析 由余弦定理司知： 硼彳= a r c c o s 盟皆盟 ( 2 - 1 ) 同理： 么唧= a r c c o s 生掣 ( 瑚) 由上述二式可得： = 剧o l a t _ z o o , a _ z o o , a ( 2 _ - 3 ) 因为d b 垂直于q b ，且d l 船为等腰三角形，可得： b b - _ 2 厶s i i l 譬 ( 2 - _ 4 ) z d b b = 争么d l 阱争( - 万i 一争譬( 2 - - 5 ) 在伽。中，由余弦定理可得： d b = 撕矛i 薄j 面瓦面焉i ：瓦面= 4 l 2 2s i n 2 f l + l 5 2 - 2 _ 2 l 5s i n , f l ( 2 - - - 6 ) 由图2 - 4 中知弹簧压缩量为： 缸= d b d b ( 2 _ 7 ) 由圆柱压缩弹簧的弹簧力计算公式n 9 m 们，根据已知弹簧压缩量，可得感知弹 簧的输出力增量厶，为： 心= a x p ( 2 _ 一8 ) 式中p 为弹簧的刚度。 感知弹簧至离合器内盘的增力机构如图2 - 6 所示。根据杠杆原理，与感知弹簧的 弹簧力增量厶f 相对应的离合器内摩擦盘对压叉轴承的压力增量厶尸为： 廿= 心丢= 血等 ( 瑚) 厶厶 、 。 2 1 3 转矩传输部分分析 摩擦离合器的转矩一般有两种计算方法2 ：均匀磨损算法与均匀压力算法。实 第2 窜方案设计与分析织机卷布装置设计与研究 r f j t - 1 图2 - 6 力矩补偿机构一感知弹簧至压叉轴承部分 际应用中，两种算法的计算结果差异不大，以下按均匀压力算法进行计算啪3 设离合器摩擦片的内径为，、外径为尺、片数为m 动摩擦系数为恁为摩擦 片上承受的总压力，昂为摩擦表面所承受的单位面积上的压力，则有t 忍一尚 对于具有m 对摩擦面的摩擦离合器其转矩为- 枷竿) c 圳， 将式( 2 1 0 ) 代入上式可得- 墨魄睁两天3 - - r 3 ) ( 2 一1 2 ) 尺织物张力l 咒、布卷半径ic 、卷布辊驱动力矩i 瓦离合器输出力矩 圈2 - ? 卷布装置链轮传动示意图 上式( 2 1 2 ) 即为离合器输出转矩与离合器承受压紧力的关系，离合器输出转矩 织机卷布装置设计与研究第2 章方案设计与分析 乇与织物张力辱关系可见图2 7 ，由图2 - 7 可知： 弓咒= 互= r o 争 ( 2 _ 1 3 ) 厶d 式中，互为卷布辊端链轮齿数，z o 为离合器输出端链轮齿数，乃为卷布辊驱动转矩。 由式( 2 1 3 ) 可见，随卷装进行，布卷半径r 增大，若驱动力矩i 不变，则织物 张力辱将会减小；若卷布运动初始时织物张力为辱o ，离合器的相应初始输出转矩为 r o 。( t o 。可由通过调节图2 2 中的螺母1 4 、螺母2 0 和螺钉1 6 获得) ，则在卷布过程 中，当布卷半径由，o 增大到r = r 0 + 哦时，由于压布辊摆杆的摆动及感知弹簧的压 缩，摩擦离合器的输出转矩增大了厶，织物张力相对应的由砌增大为n ： f t - - 等等秀 c 卜4 ， ( + 哦) z d 、7 织造过程中，不同品种的织物一般要求不同的织物卷绕张力。若要求卷绕过程中 织物张力恒定，则由式( 2 - 1 4 ) 可见，必须保证( t 0 0 + z 3 黝( 厂o + l l r b ) = t o o r o 在卷绕 过程中恒成立，即对于任意布卷半径增量厶m ，上述力矩补偿机构使摩擦离合器产生 的输出力矩增量厶砀必须保证上述比例式恒成立。但是，由于在上述力矩补偿机构 中，感知弹簧1 9 在布卷半径增大过程中的压缩方式是一定的，增力杠杆的增力比也 是一定的，所以z a x 型喷气织机卷布装置并不能保证上述比例式恒成立，也就是 说该装置无法实现恒张力卷布。 2 2 忍议织机恒张力卷布装置计算 装置实际空间分布结构可参见图2 1 至2 7 ，卷布装置中的主要尺寸及相关参数 如表2 1 。 本节以m a t l a b 为工具编制m 程序文件来计算研究装置卷绕织物的张力变化情 况，并输出图形曲线加以比较分析嘲乜钔。m 程序的计算流程如下： 将表2 1 中数据赋于对应常量，并定义两个变量：布卷半径r 及卷布运动初始时 织物张力为辱。 第一步，计算布卷半径为r 时压布辊摆角夕，由式( 2 - 1 ) 至( 2 - 3 ) 可得： 第2 覃方案设计与分析 织机捡布 坡置设计与研究 夕。s 丝皆盟- a r c c o s 华 ( 2 _ 1 5 ) z 口厶z a 厶 表2 - 1z a ) c 一i 型喷气织机卷布装置主强参数 第二步，计算布卷半径为r 时压叉轴承对离合器内盘的压紧力增量廿由上式 及瓦2 - 4 ) 茔【2 - 9 ) 驯口j 得l 肿i 等( 厶一4 确i n 2 譬+ 厶2 - 2 厶驯n 夕) ( 2 _ 1 6 ) 第三步，由廿即可求离合器输出转矩增量，上式联立式( 2 - 1 2 ) 可得t 厶乃- 彤睁而r 3 _ r 3j 凹 ( 2 _ 1 7 ) 卷布运动初始时织物张力为e ，由式( 2 1 3 ) 知对应离合器初始输出转矩为 乙o = 辱o z 占磊，可得离合器输出转矩乙l 乙。+ 乙 第四步，计算布卷半径为凡时织物张力，联立式( 2 - 1 4 ) 与( 2 - 1 7 ) ，可得。 f r = r 0 f - 心r - 0 - + 鲁五z o ( 2 卅 由表2 - i 知心取值为5 0 - - 2 5 0 m m 弓。分别取1 0 0 1 4 0 ，1 8 0 ，2 2 0 ，2 6 0 ，3 0 0 ， 1 6 织机卷布装置设计与研究第2 章方案设计与分析 单位为n ，循环调用m 程序计算并输出织物张力日与布卷半径r 的关系曲线如下： 图2 - 8 辱。为1 0 0 时辱随r 变化曲线 如图2 - 8 所示张力曲线最大值与最小值差为a f r 1 5 0 3 1 0 0 = 5 0 3 n 。 弓。取1 4 0 ) 7 时织物张力随布卷半径咒增长变化如图2 - 9 - 疆硇 善2 0 0 ， k 1 卯 1 4 d印1 1 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 02 4 02 6 0 r b ( m m ) 图2 - 9 弓。为1 4 0 彤时弓随r 变化曲线 如图2 - 9 所示张力曲线最大值与最小值差为缉1 6 3 9 1 4 0 = 2 3 9 n 。 1 7 第2 章方案设计与分析织机橙布装置设计与研究 辱。取 8 0 n 时织物张力随布卷半径r 增长变化如图2 1 0 z 芑2 0 0 f 1 ， 4 0 6 08 01 0 01 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 02 4 02 ( m m ) 图2 。1 0 尽。为z s 0 v 时f , m r , 变化曲线 如图2 - l o 所示张力曲线最大值与最小值差为峨1 8 4 5 1 5 9 1 2 5 4 n 辱。取2 2 0 n 时织物张力随布卷半径r 增长变化如图2 i i l 芑2 0 0 ， 1 1 加 加8 01 0 0 2 0 1 4 06 01 2 2 2 02 4 02 【m m ) 图2 。1 1 昂。为2 2 0 时弓髓r 变化曲线 如图2 - 1l 所示张力曲线晟大值- q t 4 、值差为饵岛, 2 2 0 - 1 6 7 1 = 3 2 9 n 1 8 织机卷布装置设计与研究 第2 章方案设计与分析 辱。取2 6 0 n 时织物张力随布卷半径咒增长变化如图2 - 1 2 ： 图2 1 2 辱。为2 6 0 时弓随冠变化曲线 如图2 1 2 所示张力曲线最大值与最小值差为嵋2 6 0 - 1 7 5 1 = 8 4 9 。 弓。取3 0 0 n 时织物张力随布卷半径咒增长变化如图2 - 1 3 ： 图2 1 3 辱。为3 0 0 时辱随r 变化曲线 如图2 1 3 所示张力曲线最大值与最小值差为嵋3 0 0 一1 8 3 1 = 1 1 6 9 n 。 1 9 第2 覃方案设计与分析织机卷布装置设计与研究 设定不同弓。值的织物张力变化曲线对比如图2 1 4 s 2 0 0 f 印 1 0 0 4 0 印 1 1 2 0 1 4 01 阳1 叩2 0 0 2 2 02 4 02 ( m m ) 圈2 1 4 不同辱。值织物张力变化对比 分析图2 - 8 至2 1 4 ，卷布运动初始时织物张力辱。取不同值时，对应织物张力变 化曲线最大值与最小值之差如衰2 2 ，袭2 - 2 织物张力最大、最小值差 由图2 1 4 及表2 2 可以看出，z a x i i i 型喷气织机的恒张力卷布装置在卷绕织物 时织物张力存在波动对应b 。设定于不同值其波动幅度各不相同，利用m a t l a b 可求出辱o - 1 5 3 9 时波动幅度最小，此时对应织物张力变化曲线最大值与最小值差为 1 5 9 n , 而且，分析圈2 8 至2 1 4 可以看出。对应不同的弓d ，在卷布过程中织物张 力变化规律差别较大 由上分析可知z a x i l l 型喷气织机的恒张力卷布装置实际上不能很好的实现恒张 力卷布，仅在弓。设置为特定值附近才能近似实现恒张力卷布l 而且，对于弓。设定 织机卷布装置设计与研究第2 章方案设计与分析 于不同值，装置不能使织物卷绕张力按相同的曲线规律变化，可见，对于需要不同初 始卷布张力的不同种类织物，如轻薄的丝绸、厚重的牛仔布等织物，装置卷绕织物过 程中织物张力变化曲线也将各不相同。 这就验证了2 1 节中的分析，z a x 型喷气织机的恒张力卷布装置不能实现精 确的恒张力卷布。 2 3 改进方案及设计流程 由前两节分析可知，z a x i i i 型喷气织机的恒张力卷布装置存在的缺陷主要有两 占 j 、 】、卷绕织物过程中织物张力波动较大，织物张力的控制精度不高，不能实现预 期的恒张力卷布。 2 、对不同种类织物适应能力差，卷布装置的输出转矩不能随不同织物的卷布张 力要求而相应改变，仅当初始卷布张力设定为某特定值时，才能近似实现预期的卷布 运动。 提出的新方案应能较好的克服上述缺陷。 2 3 1 方案一 选用伺服电机来控制卷布辊转速以实现恒张力卷布运动，并加入张力反馈装置， 把卷布张力变化实时反馈给电机控制系统，来达到精确控制张力的目的，如图2 - 1 5 织物织 图2 - 1 5 张力控制系统结构框图 如图2 1 5 所示，根据设定的初始张力值参数，在与织物织出速度对比后j 控制 器控制伺服电机输出一定的转速来带动卷布辊，使织物产生一定的张力。卷绕过程中， 2 l 第2 章方案设计与分析炽枧卷布装置设计与研究 若张力产生波动将被张力检测装置反馈给控制器，经控制器计算后输出合适的控制参 数以使伺服电机输出改变后的转速，进而维持卷布张力的恒定 2 3 2 方案二 继承和保留z a x i i i 型喷气织机卷布装置结构简单、安装与调节方便、制造和维 护成本低廉的优点，加以合理的改进t 1 、针对装置张力波动大的缺陷，使用凸轮机构来控制感知弹簧输出压力，进而 控制装置输出转矩对比图2 3 与图2 1 6 易见凸轮机构控制的精度将高于原机构， 那么卷布张力波动将被控制在一个理想的范围内设计凸轮机构，可根据布卷半径增 长她所需驱动转矩增长量为计算出摩擦离合器上所需压力增长量必，即可得 出感知弹簧所需增加的压缩量叙，进而可求得凸轮从动件的运动规律，在已知从动 件运动规律的条件下。利用解析法即可求出符合要求的凸轮轮廓由织物织造速度很 容易推断该凸轮机构工作时转速极低，对凸轮表面粗糙度要求不会太高，可以节约部 分加工成本 1 、布卷l2 、卷布辊l 3 ，压布辊l4 、压布辊摆杆5 ，凸轮l6 、凸轮从动件l 7 、调节螺母l8 、感知弹簧t9 、感知摆杆 图2 - 1 6 改进方案二张力补偿机构 2 、针对装置对不同织