（机械电子工程专业论文）高速喷气织机开口机构弹性动力学分析与研究.pdf

高速喷气织机开口机构弹性动力学分析与研究 摘要 开口机构是喷气织机运动的关键部分，也是喷气织机的薄弱环节，是喷 气织机的故障高发区，现在大量采用的弹簧回综式凸轮开口机构在高速适应 上存在着一些问题。本文以咸阳纺织机械厂生产的z a 2 0 2 喷气织机为原型， 研究了该织机开口机构的弹性动力学问题，并对凸轮开口机构的回综力进行 了分析。 本文首先对开口机构的凸轮进行了探讨，由实测的凸轮轮廓的坐标数 据，用软件m a t l a b 拟合了多项式曲线运动方程，得到了综框在静态下 的位移、速度、加速度曲线。 织机在低转速下运行时，综框的动态运动规律与静态运动规律基本相 同。当织机运行速度较高时，就必须考虑系统的动力学问题。在高速状态下， 将开口机构的凸轮轴、提综臂、钢丝绳、综框看作是既有质量又有弹性的弹 性构件来研究，即采用离散体动力学方法来研究。首先将开口机构凸轮从动 件系统模型化，得到开口系统的多自由度的动力学模型，并依据该模型进行 了实例计算，应用m a t l a b 软件计算开口机构的各阶固有频率及主振型， 由于第一阶固有频率相当低，对综框的振动影响最大，因此将第一阶固有频 率设为多自由度系统模型简化成单自由度系统模型的固有频率，计算得到动 态响应运动曲线。 通过对以综框为主要系统的动态和静态运动规律的对比，分析了凸轮转 动一个周期综框的运动状态。 最后通过对凸轮开口机构回综力的进行了分析，建立了凸轮开口机构回 综弹簧初伸长和回综弹簧根数的计算公式，并讨论了影响回综弹簧初伸长的 因素。研究结果表明，采用较小的上机张力，配置较高的后梁，缩小梭口高 度和增大梭口长度，合理安排各页综上的经纱根数及减小经纱刚性系数，有 利于减少回综弹簧的伸长变形和提高开口清晰度。 总之，本课题通过分析以综框为主要系统的动态及静态运动规律的关 系，以及回综弹簧根数的确定，从而为改进和设计更加合理的开口机构提供 理论依据。 关键词：高速喷气织机，凸轮开口机构，弹性动力学，m a t l a b t h er e s e a r c ha n d e l a s t i cd y m a m i c a n a l y s i so ns h e d d i n gm e c h a n i s m o f h i g h - s p e e dj e t - l o o m s a b s t r a c t r l m o。 一 lh es h e d d i n gm e c h a n i s m sl sn o t o n l yt h ek e yp a r t ，b u ta l s oi st h ew e a k e s t p a r to fh i g hs p e e dj e tl o o m s ，w h i c hc a u s e dm a n yp r o b l e m si n h i g hs p e e di e t l o o m s t i l i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ee l a s t i cd y n a m i c sp r o b l e m sb a s e do ns h e d d i n g o ft h e 乙墟0 2j e tl o o m sm a d eb yx i a n y a n gt e x t i l em a c h i n e r ym a n u f a c t o r y , a n d a n a l y s i st h ec a ms h e d d i n gm e c h a n i s mr e b o u n d i n gh e d d l e sf o r c e ，n l ep a p e rd i s c u s s e dt h ec a mo fs h e d d i n gm e c h a n i s m m 伽。a bw a su s e d t op o l y n o m i a l f i t t i n gm o t i o ne q u a t i o n ，o b t a i n e dt h ed i s p l a c e m e n tc u r v e s ，v e l o c i t y c u r v ea n da c c e l e r a t i o nc u r v eo fs t a t i cs t a t eh e a l df r a m eb a s e do nm e a s u r i n gd a t a o fc a m p r o f i l e w h e nl o o mr u n sa tl o ws p e e d ，t h ed y n a m i c sm o v e m e n tr e g u l a r i t ya n d s t a t i c m o v e m e n tr e g u l a r i t yo fh e a l df l a m ea r ea l m o s tt h es a m e m e nt h es p e e do f l o o mi n c r e a s e s , i ti sn e c e s s a r yt oc o n s i d e rt h ed y n a m i c p r o b l e mo ft h es y s t e m i n c o n d i t i o no f h i g hs p e e d ，w en e e dt os t u d yt h ec a m s h a f t ，h a m e s sl e v e r ，w i r er o p e ， h e a l df r a m eo fs h e d d i n gm e c h a n i s ma sae l a s t i cm e c h a n i s mc o n t a i n i n gq u a l i t y a n de l a s t i c i t y n a ti st os a y ，w ea d o p tas t u d yo nd i s c r e t ed y n a m i c s f i r s to fa l l ， w ee s t a b l i s had y n a m i cm o d e lo fs h e d d i n gm e c h a n i s mw i t hm u l t i d e g r e eo f f r e e d o m ，w h i c hi so b t a i n e df r o ms h e d d i n gm e c h a n i s mc a mf o l l o w e r s y s t e m m o d e l i n g ，a n dc a l c u l a t et h i se x a m p l eb a s e do nt h em o d e l ，t h e n ，w eu s e m a t i _ a bt oc a l c u l a t ei t sn a t u r a lf r e q u e n c i e sa n dm a i nv i b r a t i o nm o d e b e c a u s e t h ef i r s tn a t u r a lf r e q u e n c yi sv e r yl o w ，t h e i m p a c to ft h eh e a l df l a m ev i b r a t i o ni s t h eg r e a t e s t , s ow ec a nc o n s i d e rt h e f i r s tn a t u r a lf r e q u e n c ya st h en a t u r a l f r e q u e n c i e so fas y s t e mm o d e lw i t hm u l t i d e g r e eo ff r e e d o mw h e ns i m p l i f i e da s as y s t e mm o d e lw i t hs i n g l ed e g r e eo ff r e e d o m ，a n dt h u sw e c a ng e ti t sm o t i o n c u r v eo fd y n a m i c r e s p o n s e c o m p a r i s o nw i t ht h ed y n a m i c sa n ds t a t i cm o v e m e n tr e g u l a r i t yb a s e do n h e a l df r a m es y s t e m ，i ta n a l y s i so n ec y c l eo fc a mm o t i o ns t a t eo f h e a l df r a m e f i n a l l y ，t h ec a l c u l a t i n gf o r m u l af o r t h ep r i m a r ye l o n g a t i o na n dt h en u m b e r i i i o fr e t u r ns p r i n go fc a ms h e d d i n gm e c h a n i s mb a s e do ni t s c a ms h e d d i n g m e c h a n i s mw a se s t a b l i s h e db yt h ea n a l y s i s t h ec a ms h e d d i n gm e c h a n i s m r e b o u n d i n gh e d d l e s f o r c e ，a n dt h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ep r i m a r ye l o n g a t i o na n d n u m b e ro fr e t u r ns p r i n gw a sa l s od i s c u s s e d t h er e s e a r c hf i n d i n g sr e v e a l e dt h a ti t w i l lb eh e l p f u lf o rr e d u c i n gt h ee l o n g a t i o nd i s t o r t i o na n de n h a n c i n gt h ec l e a r n e s s o fs h e d d i n gw i t hl e s s e rt e n s i o n ，h i g h e rb a c k ，d e c r e a s eo fs h e dh e i g h t ，a n d i n c r e a s eo fs h e dl e n g t h ，r e a s o n a b l ea r r a n g e m e n to fw a r pn u m b e r o ne v e r yh e a l d f l a m ea n dr e d u c t i o no fw a r pr i g i dt o e m c i e n t i naw o r d ，t h i sp a p e rw a st h r o u g ha n a l y s i so nt h er e l a t i o n s h i po fh e a l d f r a m es y s t e mm a i n l yd y n a m i c sa n ds t a t i cm o v e m e n tr e g u l a r i t y ，t h ec a l c u l a t i n g f o r m u l af o rn u m b e ro fr e t u r ns p r i n gw a se s t a b l i s h e d ，a n dp r o v i d e dat h e o r e t i c a l b a s i sf o ri m p r o v i n gt h ed e s i g no fm o r e r a t i o n a la n do p e ni n s t i t u t i o n s k e yw o r d s ：h i g h s p e e dj e t 1 0 0 m ，c a ms h e d d i n gm e c h a n i s m ，e l a s t i c i v 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 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： 翻旌 日 期： 2 q q 经生生旦 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。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：奄骣导师签名：凄整卫盘日期：2 q q 刍生蚴 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 1 绪论 1 1 课题研究的目的和意义 纺织品在人们生活和生产中占有重要的地位。为了提高纺织品的质量和劳动生产率， 织机经历了从有梭织机向无梭织机的发展。有梭织机是利用纬纱装在梭子中来实现引纬， 由于梭子质量较大，在引纬过程中造成的振动较大，限制了织机车速的提高。在这种情 况下，车速快、噪声低、效率高的无梭织机应用越来越广泛。在上世纪五、六十年代国 际上出现了新型无梭织机，即喷气织机、剑杆织机、片梭织机。喷气织机以车速快、效 率高、机物料消耗少、劳动生产率高等一系列优点在织机企业中脱颖而出，成为织机中 的佼佼者【n 。我国从上世纪八十年代开始仿造新型织机、引进新型织机技术，咸阳纺织 机械厂是我国较早研究生产喷气织机的厂家之一。 喷气织机虽然生产效率高，但通用性较弱。因此喷气织机的开发课题仍然是高速性 的追求和通用性的扩大，使之生产效率提高的同时，品种适应性进一步扩大。提高织机 品种适应性是织机发展的重要方向。也就是说，要使织机既能织造化纤、毛料、又能织 造纯棉、丝绸，既能织造普通织物，又能织造特殊织物，即对各种纤维、纱支、织物结 构、厚薄织物都能适应。在当今发展的社会中，人们对于着装强调的是个性化，因此不 断要求变化的花型、织物组织和纱线结构，这就更促使织机要有广泛的适应性i 引。扩大 品种适应性的一个途径可以通过织机的开口机构来改变织物的品种。可以看出开口装置 的研究始终是织机发展的一项关键技术，它是提高纺织企业效益的关键所在。 喷气织机是无梭织机的一种，其引纬载体是压缩空气，纬纱通过主、副喷嘴喷射出 的压缩气流的接力牵引，引入梭口。喷气织机的最大特点是车速快、入纬率高、劳动生 产率高、对环境的影响小、对织物的适应性强【3 钏。由于喷气织机的转速较高，所以对织 机的各部件的要求也较高。织机的转速越高，对于开口机构的要求也越来越高，目前大 量采用的弹簧回综式凸轮开口机构在高速适应上存在着一些问题： ( 1 ) 综框的升降运动规律取决于开口凸轮的外轮廓形状设计，回综靠弹簧能量的释 放。而凸轮机构的运动规律的选择，回综弹簧力的大小对综框的振动，开口的清晰程度， 经纱的断头率，开口机构的其它零件的寿命都会产生一定的影响。 ( 2 ) 整个系统都是靠弹簧的变形能量来约束的。因此，所用弹簧必须具有频率响应 好和耐疲劳等优良性能，才能保证综框在运动过程中的平稳性。 ( 3 ) 这种开口机构采用钢丝绳的柔性连接，从实际使用的效果来看，在高速时因钢 丝绳有伸长变形，各构件的惯性力，都会使综框动态运动规律与设计的要求产生误差， 从而使综框运动的精度要受到影响，制约着织机转速的提高。 陕两科技大学硕士学位论文 随着织机转速的不断提高，凸轮在高速运转时，机构中各构件的惯性力及振动将对 从动件的运动产生明显的影响，引起从动件的运动误差，造成开口不清晰，影响纬纱通 过，甚至造成停车，影响织机效率，因此保证开口机构运动平稳是织机的关键。例如， 国外的产品可以运转到1 5 0 0 r m i n 仍然很平稳，而国内的产品当运转到6 0 0 r r a i n 就产生 很大的冲击与噪音。因此有必要对开口机构进行分析与研究，从而提高并改进机构的特 性。因此，课题的研究不论在理论上还是在实际应用上，都是具有重要的价值和意义。 1 2 国内外研究动态和水平 喷气织机的高速、高效、高自动化早已得到了人们的认可，但对其织造品种的适应 性尚认识不足。过去一般都认为喷气织机的品种适应性差，但经过2 0 世纪后2 0 年的发 展，喷气织机的适应性在布幅宽度、织物厚度及色织等方面都已赶上或超过了剑杆织机 和片梭织机。当代喷气织机的织造幅宽已从1 9m 拓宽到4m ，并可实现一机多幅织造。 引纬颜色从单色发展到4 色、6 色，甚至多至1 2 色，并可根据织物要求任意变换纬纱颜 色【5 】o 近几年，国产的喷气织机虽有了长足的发展，机种齐全，档次搭配，初具规模，但 是从满足用户需求和市场竞争力而言，尚存在着问题：高档机的技术水平和稳定性、可 靠性、品种适应性与进口机相比存在一定差距，性价比还没有明显优势；同一档次产品 由多家重复生产，没有形成品牌，具有自己知识产权的品种寥寥无几；机型杂乱，配套 各异。而国际上，喷气织机的技术水平进步较快，国际著名的喷气织机制造商纷纷用提 高喷气织机的速度和效率显示企业技术实力，目前有的国外企业已经推出机械运转速度 达到1 9 0 0 转分的喷气织机。因此在国内市场，各类喷气织机仍然需要进口，我国每年 进口数量1 5 0 0 0 左右【6 j 。 美国、西欧等发达国家对于高速、高质量、多品种适应性好的喷气织机的发展及应 用十分重视，从总体趋势看，喷气织机的发展将在2 l 世纪大大加快1 7 1 。正因如此，国内 许多纺织企业也纷纷将织造设备更新的重点由原来的剑杆织机、喷水织机转向到喷气织 机。因此，喷气织机正朝着以下几个方面发展： a 高速低振动 喷气织机的高速化与现代电子技术控制的高速凸轮和高速多臂的出现以及新型材料 的选用是分不开。超高速必然带来大的振动，所以降低振动也成为大家关注的重点。织 机生产厂家纷纷在降低振动上动足了脑筋，特别是亚洲机型，采用了强韧的机架并在机 架上安装了平衡块，提高了打纬轴的刚性，甚至还开发了防振底座，这些措施使新机型 的抗振性能得到显著增强。随着车速的提高，加强抗振性能的研究还会继续深入下去。 只有高速低振，才能织出高品质的织物。 2 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 b 智能化 计算机技术在喷气织机上的成功应用，大大推进了喷气织机智能化的进程，智能化 已成为现代喷气织机技术进步的重要标志。随着计算机技术的突飞猛进，喷气织机的智 能化还将得到进一步发展。今后出现无人化的织造车间也并非神话。 c 网络化 网络技术在喷气织机上的充分应用，带来了管理上的巨大便利。通过织机之间，织 机与电脑之间，电脑和因特网之间的联接，可以方便地采集生产数据并制作成图表或报 表，并在办公室监控织机并设定运行参数，可以方便地查询零部件并下订单，可以足不 出户的让织机制造商进行远程诊断或提供技术支持等。这一切在织造厂将越来越多的成 为现实。 d 品种适应性扩大 现代喷气织机在品种适应性上已有了很大提高，这不仅体现在所使用的纱线种类和 支数上，而且还体现在它的织造范围上。除了用传统的棉、毛、丝、麻，还可用化纤长 丝、弹力纱、玻璃纤维等新型纤维进行织造。高速大提花喷气织机逐步出现，进一步拓 宽了喷气织机的适织范围，增强了竞争能力。 e 节能 各喷气织机制造商在推出新一代织机时，都不约而同地采用新技术来降低压缩空气 消耗和电力的消耗，例如采用高效小型的电磁阀和锥型喷嘴，每个电磁阀控制的喷嘴数 量减少，辅助喷嘴电磁阀直接安装在储气罐上缩短空气输送途径等。新型的变频调速电 动机，相比前代产品都有了不同程度的节能，这些都能有效的为客户降低生产成本。现 在用户在喷气织机选型时，节能也是考虑的一大因素。 由于喷气织机具有高速度、高质量、网络化、智能化、多品种适应性等优点，从而 提高了其在产品品种、产量及质量方面的竞争力。随着新技术的不断推出和广泛应用， 喷气织机将在无梭织机竞争中独领风骚。 1 3 本课题的主要任务 本课题的主要任务是： ( 1 ) 对开口机构的凸轮廓线进行曲线拟合； ( 2 ) 求得综框的静态运动规律即综框的位移、速度、加速度； ( 3 ) 建立开口机构的质量一弹簧系统动力学模型，求出机构的各阶固有频率及振 型，将模型简化成单自由度系统，求出系统的动态响应； ( 4 ) 求出综框的动态运动规律； ( 5 l 回综力的分析及弹簧根数的确定。 陕西科技大学硕士学位论文 1 4 本课题的研究方法 ( 1 ) 研究对高速喷气机的凸轮，进行实际测量，将所得的点绘制三点图，根据图形 和专业知识选取适当的数值分析方法，进行曲线拟合，得到相应的曲线方程。再通过此 方程，得到综框静态运动的位移、速度、加速度曲线。 ( 2 ) 采用离散体动力学方法，把构件看成是由弹簧和刚性杆件组成的构件来考虑， 建立开口机构的质量弹簧系统动力学模型，对该模型进行实例计算，求出系统的各 阶固有频率及振型，从现有的凸轮的输出函数出发，分析和求得综框的动态响应。 ( 3 ) 将综框的动态和静态运动规律进行比较，通过机构结构的分析，进行机构改进。 4 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 2 织机的工作原理及开口机构 2 1 织机的工作原理 在织机上生产的织物称为机织物。机织物是由相互垂直的两组纱线交织而成的，沿 织物长度方向的一组纱线称为经纱，沿织物宽度方向的一组纱线称为纬纱。根据织物组 织的要求，经纬纱上下交织，可以生产出各种品种的织物。织机的种类很多，但是工作 原理都是相同的。织前经纱经过准备工序被平行地卷绕在织轴上，并逐根穿入停经片、 综丝的孔眼及钢筘的筘齿中。纬纱则平行卷绕在纬管上，装入梭子内。经纬准备完毕后， 便可在织机上织造织物【g 】。 织机按织造的引纬方法分类可分为有梭织机和无梭织机两大类。有梭织机是采用传 统的梭子( 木梭或塑料梭) 引纬的织机。梭子的体积大、份量重，被往来反复投射，机 器振动大、噪音高、车速慢、效率低。无梭织机的引纬方式是多种多样的，有剑杆、喷 射( 喷气、喷水) 、片梭、多梭口( 多相) 和编织等方式。无梭织机与有梭织机的最大区 别在于，不需要把较多的纬纱装在引纬器中来回运动，因而引纬器的质量可大大减轻， 从而减轻振动，减少能量消耗，提高车速和织造效率。 片梭织机是利用体积很小的片状梭子来引纬的。每台织机设有片梭若干只，顺序从 织机的供纬侧将纬纱引入梭口。投梭的动力来自扭轴加扭时贮存的弹性位能，剩余能量 由油压缓冲器吸收。片梭沿导梭轨运动。它进入接梭箱被制动后，由梭口下方的传送机 构送回原处。 剑杆织机是由于外型类似剑的引纬器而得名，为了提高引纬效率，引纬器在中间交 接纬纱。剑杆织机又可分为挠性剑杆织机和刚性剑杆织机。 喷气织机使用的是一种新型的引纬方式即气流喷射引纬，它是喷射引纬的一种方法。 气流引纬以空气为引纬载体，利用空气的流动和喷射成束的特性，将纬纱牵引到织口， 所以气流引纬又称为喷气引纬。由于喷气引纬可用于各种纤维，使用范围很广，所以在 织造业中取得了令人瞩目的进展，己成为喷射引纬的主流。 喷水织机的引纬方式与喷气织机相似，用高压水流引导纬纱穿过梭口的织机。 2 i 1 织机的主要机构 在织机上经纱与纬纱相互交织形成织物的织造过程由五个主要运动相互配合完成， 即开1 3 、引纬、打纬、送经和卷取运动 9 1 。开口机构是喷气织机主要运动关键部件之一， 决定织机运动的平稳性和织物组织的品质。引纬机构是以引纬器将纬纱引入梭口，与经 纱形成交织。随着织机车速的提高，在引纬过程中，引纬器需要在很短时间内准确平稳 地穿越整个梭口，因此引纬机构是织机的核心部件。打纬机构的主要作用是用钢筘将引 入梭口的纬纱打向织口，用钢筘控制经纱密度和织物幅宽，用筘座控制梭子或引纬器在 陕西科技大学硕士学位论文 梭道中的飞行方向，并保证其运动的稳定性。打纬机构按运动形式的不同，可分为往复 式和旋转式两种。送经机构的作用主要有两方面：在织造过程中，根据纬密的高低，从 织轴上送( 放) 出相应长度的经纱；按照织物品种，确定经纱的上机张力，并在织造过 程中保持经纱张力基本稳定。因此，送经机构的性能是织机的主要性能指标之一。卷取 机构的作用是：在织机上，为了使织造过程能连续不断地进行，必须把已经织成的织物 引离织口并卷成一定形式的卷装。此外，它还有决定织物纬密和决定纬纱在织物中的排 列特征的功能。卷取机构按其工作的特点分为消极式和积极式两类。 2 1 2 织机各运动时间的配合 为了便于理解，人们常以织机主轴转l 转为时间单元，来分析织机各运动的配合情 况。图2 1 所示的时间配置图，在图中表示了织造平纹织物时各主要运动的相互关系。 在图中将前死心定为0 0 。 ( 1 ) 综平时间即综框平齐，所有经纱汇合成一片时曲柄的位置通常在上心附近，它 与打纬运动、投梭运动有密切关系。综平时间应处在打纬运动之前，这样在打纬时，梭 口已开放到一定程度，使经纱紧紧地夹持住纬纱，减少纬纱的反拨。 上心 f f 始、 y 一 f 么 1 广 户镱 ， i 图2 - 1 织机运动时间的配合关系 f i g 2 - 1r e l a t i o no f l o o mm o t i o n 6 闭合 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 ( 2 ) 梭子应该在筘座处于后方位置阶段通过梭口，这样可以充分利用梭口的高度， 而且由于筘座运动引起的梭子的切向惯性力指向钢筘，有利于梭子紧贴筘面的安全飞行。 投梭时间一般在7 5 0 左右，梭子在1 1 5 0 1 2 0 0 进入梭口，在2 4 0 0 左右出梭口。投梭时间与 投梭力应保证梭子在预定时间进入梭口，并在预定时间出梭口。如果投梭时间较迟，为 使梭子顺利通过梭口，应适当加大投梭力。 ( 3 ) 曲柄转过上心之后，从钢筘与纬纱接触开始到前死心打纬结束，这段时间称为 打纬时间，一般为3 3 0 0 3 6 0 0 。在织机上，打纬时间一般是不能调节的。 ( 4 ) 由于机构连接处的间隙，送经运动要从2 0 0 才开始，直至后死心结束。在此阶 段，弯轴凸轮推开制动杆转子，使经纱调节机构工作。此时梭口基本上处于满开静止阶 段，可以调节机构工作平稳。 ( 5 ) 由于传动机构间的间隙，卷取运动从2 3 0 0 左右开始，至前死心结束。在织机 上，一般卷取运动的时间是不能调节的。 ( 6 ) 耳形滑板与转子的接触时间，是从投梭时开始一直到上心左右才结束，这就保 证了梭子飞行期间钢筘的稳定性。 ( 7 ) 换梭过程是从2 6 0 0 左右开始，一直到前死心时结束，需用时间1 0 0 0 左右。 ( 8 ) 在制织平纹织物时，后梁的摆动应与开口运动和打纬运动相配合。梭口满开时， 后梁位置降低，综平时抬高后梁。在打纬过程中后梁位置不宜下降太多，以保持一定的 经纱张力，便于打紧纬纱。 上述各机构的配合原理，对各类型织机基本上都是适用的。织物品种不同，织机速 度的变化，织物幅宽的大小都会对有关运动的时间配合提出不同的要求，在实际工作中 对具体问题要具体分析，以期获得最佳的时间配合效果。 2 1 3 织物组织介绍 纺织品是在织机上由相互垂直的两个系统的纱线，按一定的规律交织而成，也就是 经纬线按一定规律地相互沉浮，使织物表面形成一定的纹路和花纹，这种组织称为织物 组织。不同的开口运动，合适的开口凸轮，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。 a 原组织【n 1 1 j 原组织在一个循环中，每一根经线或纬线只具有个经组织点，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。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。原组织的基本特性是：( 1 ) 原组织的组织循环经、纬线数相等；( 2 ) 原组织在一个组 织循环内，每一根经线或纬线只具有一个经组织点，而其余的都是纬组织点，或者只具 有一个纬组织点，而其余的都是经组织点；( 3 ) 原组织的飞数为一常数。 7 陕西科技大学硕士学位论文 平纹组织为最简单的组织，它是由经、纬线一上一下相间交织而成。如图2 2 ( a ) 所示，平纹组织是由两根经线和两根纬线交织组成一个组织循环，其中经组织循环r ，_ 纬组织循环如= 2 ，飞数昌= s w - - - 1 。平纹组织在一个组织循环内有两个经组织点和两个 1 纬组织点，故无正反面区别，可用分式二_ 来表示。其中分子表示经组织点数，分母表 l 示纬组织点数。 ： 斜纹组织的特点式经( 或纬) 组织点连续而在织物表面构成斜向的纹路。如图2 2 ( b ) 1 所示为二i 的缎纹，斜纹组织的完全经纬数弓镏, r 2 _ 3 ，其飞数母料1 。 j 缎纹组织的特点在于其经线或纬线在织物组织中形成一些单独的、互不连续的经组 织点和纬组织点。缎纹组织的一个循环的完全线数贬5 ( 6 除外) ，其飞数为i s r 1 ，并 cc 且s 和r 之间不能有公约数。如图2 - 2 ( c ) 所示为= _ i 与二i 的缎纹组织图，分别称 j二 为5 枚3 飞缎纹，5 枚2 飞缎纹。 踊一 ( c ) 5 3 5 2 图2 - 2 织物原组织图 f i g 2 - 2b a s i cf a b r i cp a t t e r n b 变化组织 变化组织是以原组织为基础，变更其循环、浮长、飞数等诸因素中的一个或几个的 8 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 产生出来的各种组织。它们仍保留着原组织的一些基本特征，但经过变化后已形成一种 新组织，有小花纹出现。本章仅以可以用凸轮开口机构织制的简单平纹变化组织为例来 阐述变化组织。 经重平组织是以平纹为基础，在平纹组织上，沿经线方向延长组织点而得，浮长数 不超过6 。如图2 3 ( a ) 所示为二i 经重平组织，其中r , - - - 2 ，r w = 4 。 纬重平组织同样是以平纹为基础，在平纹组织上，沿纬线方向延长组织点而得，同 理浮长数不超过6 。如图2 3 ( b ) 所示为三i 纬重平组织，其中母= 4 ，r w _ 2 。 变化重平组织是不规则的重平组织，织物的任何一面其经、纬组织点数不相等。如 图2 3 ( c ) 所示为罨变化重平组织。 胃睛 图2 - 3 平纹变化组织图 f i g 2 3p l a i nf a b r i cp a t t e m 9 陕西科技大学硕士学位论文 2 2 开口机构简介 2 2 1 梭口【1 2 1 a 梭口的几何形状 织机上的经纱配置如图2 - 4 所示。经纱从织轴引出后，绕过后梁e 和停经架中导棒 d ，穿过综眼c 和钢筘，在织口b 处同纬纱交织成织物，然后绕过胸梁a 卷绕在卷布辊 上。在开口前，经纱平齐处于b c d 的位置，即经纱的平综位置。在织机运转过程中，经 纱随着综框的上下运动被分成上下两层，形成一个菱形的空间通道b c l d c 2 ，这就是梭 口。 上下层经纱在织口曰处形成的夹角称为梭口前角，上下层经纱在停经架中导棒d 处 形成的夹角称为梭后角；图中的折线b c d e 为综平时的经纱位置线，若d 、e 亮点位于 b 、c 的延长线上，则经位置线称为一条直线，称为经直线；日为经纱的最大升降动程， 称为梭口高度；从织口口到停经架中导棒d 的水平距离为梭口长度或梭口深度。 ，一，_ 痂 ! 一歹7 。 一 、 图2 - 4 梭口的几何形状 f 追2 - 4t h eg e o m e t r ys h a p eo fs h e d b 梭口的形成过程 根据经纱的运动状态梭口的形成过程一般可分为以下三个周期： ( 1 ) 开口时期：两片经纱离开综平位置，上下分开形成梭口至满开，此阶段经纱处 于运动状态，经纱张力由小到大逐渐增加； ( 2 ) 静止时期：梭口满开后，经纱在上下两个极端位置静止不动，有利于纬纱通过 梭口； ( 3 ) 闭合时期：经纱从满开返回综平位置，使梭口闭合。此阶段经纱张力由大到小 逐渐减小。 上述三阶段形成一个开口周期，并不断循环，使织造连续进行。依次对应于开口、 静止、闭合三阶段的角度称为开口角、静止角、闭合角。 图2 5 为开口周期图。由于在闭合、开口阶段内综框处于连续的运动状态，所以闭 合时期和开口时期合称为综框运动时期。开口角、静止角、闭合角的分配随织机幅宽、 织物种类、引纬方式和开口机构形式等因素而异。对于采用凸轮开口的高速织机，为使 1 0 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 综框运动平稳和减少凸轮的不均匀摩擦，常采用开口角大于闭合角。开口过程中三个时 期的时间分配既要为引纬提供良好的条件，又要使经纱在开口过程中不受到过分的损伤， 要综合考虑。 i 前死心 前心 i 下心 后心 后死心 图2 - 5 开口周期图 f i g 2 - 5c y c l ec h a r to f s h e d c 梭口清晰度 梭口前部上下层经纱各自处于同一平面的程度称为梭口的清晰度。若梭口前部上下 层经纱都处于同一平面就称为清晰梭口，它利于纬纱的通过，但这种开口方式经纱容易 纠缠，后综框动程大，易造成经纱断头。若梭口前部上下层经纱不处于同一平面，就称 为不清晰梭口，如果前部梭口上层经纱不在同一平面而下层经纱在一个平面内，则称为 半清晰梭口，在这种情况下，综框动程的差异较小，后综的动程小于清晰梭口，这是有 利的，但要防止因纬纱穿入非清晰的经纱层面而造成错织和断经。 d 梭口高度 开口时经纱的最大位移称为梭口高度，各页综框处的高度是不一样的，从织口向后 梁方向逐页增大，这样前部梭口呈锐三角形。为了达到高速运转的目的，喷水织机的梭 口三角形趋于小型化，其梭口角一般取2 3 0 2 6 0 。目的是在保证梭口开启，纬纱顺利通 过的同时，尽可能地减小钢筘摆动与综框的升降动程，以减少经纱与它们之间的摩擦， 有利于减少经纱的断头。 2 2 2 开口机构的作用 经典的织机物是由经、纬两个系统纱线呈直角方向交织成的。纵向经线必先按织物 组织规律分成上、下两层称为开口，如图2 - 6 所示，以便形成横向纬纱的通道梭口， 陕两科技大学顶十学位论文 让引出的经纱通过。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。 骥p 鹏 囤2 - 6 开口示意图 f i 9 2 - 6 t h ec h a r t o 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，将 经纱分成上下两层，形成供纬纱通过的梭口通道，待纬纱进入梭口后，两层经纱再上下 交替，互易位置，形成新的援口，如此反复。 2 2 3 开口机构的类型 随着织造技术的进步织机正在朝高速化和高性能化发展，于是有各种各样的开口 机构创造出来与之适应。归纳起来可以分为凸轮开口机构、连杆开口机构、多臂开口机 构和提花开口机构。 连杆开口机构 连杆开口机构综框由刚性连杆联结，综框运动平稳，高速适应性好，静止时日j 短 不能实现任意指定的运动规律，设计亦较复杂，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。有四连杆、六连杆等几种。图2 - 7 为六连杆开口。 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 i 一曲柄2 、4 - 连杆3 撂杆5 槲6 - 双臂杆7 ，7 综杆8 综框 田2 - 7 六连杆开口机椅 f 9 2 - 7t h es i x - b a r l i n k a g e ss h e d d i n g m e c h a n i s m b 多臂开口机构 多臂开口机构一般使用于织造斜纹、缎纹和小花纹组织织物的织造。图2 - 8 是韩国 s e o b u 0 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。多臂机动力消耗少， 组织变化小必进行改机，品种变换方便。 田2 - 8 韩国s e o b u - 9 0 0 多臂机 f 1 9 0 8 k o r e as e o b u - 9 0 0s o b b y 陕西科技大学硕+ 学位论文 c 提花机开口机构 提花机开口机构。每根经纱都是由一根可以单独运动的综丝控制，囡此经纱和纬 纱的交织规律具有相当丈的变换灵活性，提花机能够织循环数比较大的花纹织物。图2 9 是常熟g t 5 l i 高速电子提花机。 国2 - 9 g t s l i 高速电干提花机 f i g2 9 g t 5 1 lh i g h - s p e e de l e c t r o n i c j a c q u 盯d d 凸轮开口机构 凸轮开门机构是喷气织机应用最多的开口机构，我国使用的喷气织机8 5 以上选用 凸轮开口系统。喷气织机凸轮开口机构在结构上分成四个部分：凸轮箱、提综部件、综 框和回综部件。其中凸轮箱包括：凸轮、转子、开口臂和齿轮传动系统。提综部件包括： 提纵钢丝绳和导轮。回综部件包括：回综钢丝绳、【亘l 综臂和回综弹簧。 凸轮开口机构按综框驱动机构的性质分，有积极式和消极式两种。消极式的回综装 置为弹簧，凸轮和回综弹簧都安装在机器外侧，故有称消极式外侧凸轮弹簧回综7 l ：口机 构。积极式开口机构用共轭凸轮驱动综框升降，不设同综装置。积极式丌口机构在高速 时，由于各构件的惯性力大，振动问题更严重，消极式开口机构在高速时，有一定的缓 冲作用，适宜于高速。 图2 - 1 0 为喷气织机的消极式凸轮开口机构示意图。”口凸轮1 的升程作用于转子2 时，通过摆杆3 下拉尼龙钢丝绳5 使综框6 在导轨内下降，并通过吊综尼龙钢丝绳7 和 扇形杠杆8 使9 受拉伸长，弹力增加。当开口n 轮同程作用于转子时，回综弹簧9 释放 能量，通过扇形杠杆8 和吊综尼龙钢丝绳7 作用于综框，使综框上升。综框上升运动受 开u 凸轮l 的曲线控制，只是综框上升的动力来自回综弹簧9 。扇形杠杆8 与吊综尼龙 钢丝绳7 相接触的部分是等径圆弧，保持吊综锅丝绳7 的左右位置不变，不会造成综框 的直右晃动。综框右端的下拉尼龙钢丝绳5 绕过机器下方当中的滑轮再到达摆杆3 其 目的是使左右2 根f 拉尼龙钢丝绳的长度接近一致，从而伸长也摹本一致，保证综框平 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 稳的升降运动，在升降中不会左右倾斜。生产实践表明：消极式凸轮开口机构除了具有 积极式共轭凸轮开口机构所表现的那些优点之外，还有开口清晰、回综迅速、可适应织 机高速运转的性能，其速度可达到6 0 0r m i l l 以上。 1 一凸轮2 转子3 摆杆4 提综杆铁鞋5 、5 ，、7 、7 7 钢丝绳 仁综框8 ，8 扇形杠杆9 、9 7 一回综弹簧 图2 1 0 消极式凸轮开口, t 构i g 动简图 f i g 2 1 0m o v e m e n ts k e t c ho f p a s s i v e c a r ls h e d d i n gm e c h a n i s m 高速喷气织机开口机构弹性动力学研究与分析 3 开口机构凸轮轮廓的曲线拟合及从动件运动分析 3 1 凸轮轮廓方程的拟合 3 1 1 最小二乘法的曲线拟合【l 卅 在科学实验的统计分析研究工作中，常常需要从一组观测数据 f ，砧( 卢1 ，2 ，m 中，求得变量x 与y 之间的某种近似关系y = 妒，从几何图形上看，就是根据n 个给定 的点力( f _ 1 ，2 ，n ) 求一条近似曲线，这类问题称为曲线拟合问题。由于一般实验所得 的数据很多，而且观测数据本身带有误差，因此所求的近似曲线并不要求通过所有的给 定点蝴，即不要求满足9 g j i 瓜f - 1 ，2 ，舯，而只要求函数y = 伊o ) 能反映数据的基本 变化趋势，由于不同类型的函数能表达不同的特性，因而常常规定在某种确定的函数类 叩中寻求一个最好的函数9 拟合已给的数据瓴，瑚。 设由测量得到函数删的一组数据如下： 表3 - 1 测量数据 m l b 3 1m e a s u r ed a t a 求一个次数低于n _ 1 的多项式尸缈神l 耐+ + 口仲 - 1 ) ( 芳中骱口1 待 定) ，使其“最好的标准通常是要求9 与y t 的偏差盼妒】的平方和眦- 伊( 而) r 为最 小。 扣。 由于拟合曲线y = 伊不一定过点( x i ，y i ) ，因此，把点0 6 蚰代入尸9 ，便得到以a o 、 a l ，a m 为未知量的矛盾方程组： 口d 口d ： 嘞 其矩阵形式为 a x = b 式中 1 7 ( 3 - 1 ) ( 3 2 ) 乃 嘶 瞒 - 一 + + w 婶 v 以 h 口 口 口 陕西科技大学硕士学位论文 a = 口 ： a m小斟 盼妒。加所指的偏差就是矛盾方程组( 3 - 1 ) 各方程的偏差，b ，；一缈( x ；) 】2