（纺织工程专业论文）多引纬机织产品的设计及其cad系统开发.pdf

摘要 摘要 多层机织物作为纺织复合材料的增强体有着广泛的发展前途，特别是在军工、航空 等产业用纺织品领域应用广泛。多层机织物在结构上通常可分为多层叠合整体联接结构 和空芯间隔结构。现在的研究实验及生产表明，为符合织造的合理性和稳定性，提高产 品质量以及生产效率，满足产业化的要求，无论是上述哪种结构，都更倾向于采用多引 纬织造。但在多引纬多层机织物生产中遇到的首要问题是织物组织的表示和纹板图的设 计。本课题针对其组织的结构及织造特点，在对单引纬多层机织物组织的表示及设计方 法进行深入研究的基础上，继承了经纱开口运动记录法的设计理念，提出了全新的多引 纬经纱位置图的概念及其组织表示及设计方法。 在多引纬机织物组织新的设计方法的理论基础上，本课题建立了多层机织物组织的 经纱位置数码表示体系，由经纱位置图中每根经纱相对于各引纬器的运动位置关系，即 由每根经纱的经纱位置数码，可以得出多层机织物组织的经纱位置数码矩阵，并建立了 经纱位置图、穿综图和纹板图的数学模型，且依据经纱位置图、穿综图和纹板图三者之 间的数学模型关系得出穿综图矩阵和纹板图矩阵，同时得到表组织矩阵，使组织表达更 完善。 本课题根据多引纬机织物组织的设计方法和上机图的数学模型，用计算机编程实现 了其理论的计算机化，研发了多引纬机织物组织c a d 系统。它具有多功能性、系统结 构合理、实用性强及界面友好、操作简单等特点，文中对它的结构、功能、使用流程等 进行了阐述。 关键词：多层机织物；多引纬；上机图；经纱位置图；数学模型；c a d a b s t r a c t a sr e i n f o r c e m e n ti nt e x t i l ec o m p o s i t e s ，m u l t i l a y e rw o v e n f a b r i c sh a v eb r i g h td e v e l o p i n g r o o m ，e s p e c i a l l yi n i n d u s t r i a lt e x t i l e sf i e l ds u c ha sm i l i t a r yi n d u s t r y , a v i a t i o na n ds oo n a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r e ，t h e ya t eu s u a l l yd i v i d e di n t o t w ok i n d s ，o n ei s m u l t i - l a y e r i n t e r f o l d i n ga n db i n d i n gw h o l l ys t r u c t u r e ，t h e o t h e ri ss p a c es t r u c t u r e p r e s e n tr e s e a r c h e x p e r i m e n ta n dp r o d u c i n gs h o wt w ok i n d s o ft h e ma r ea l li n c l i n e dt ob ew o v e nw i t h m u l t i - p i c k i n gb e c a u s eo ft h er a t i o n a l i t ya n ds t a b i l i t yw o v e n ，i m p r o v i n gp r o d u c tq u a l i t ya n d p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , a n dm e e t i n gt h er e q u i r e m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o n b u tt h ef i r s tp r o b l e m d u f f n gt h ep r o c e s so fp r o d u c t i o ni st h ew e a v ee x p r e s s i o na n dt h ed e s i g no ft h ec h a i nd r a f t a i m i n ga tt h et r a i to fw e a v ea n ds t r u c t u r eo f t h em u l t i l a y e rw e a v ew o v e nw i t hm u l t i p i c k i n g ， a f t e rr e s e a r c h i n go nt h ew e a v ee x p r e s s i o na n dd e s i g nm e t h o do fm u l t i - l a y e rw e a v ew o v e n w i t hs i n g l e p i c k i n g ，t h ed e f i n i t i o no fw a r pp o s i t i o nd r a f t ，w e a v ee x p r e s s i o na n dd e s i g n m e t h o da r ea l lp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r , b a s i n go ni n h e r i t i n gt h ed e s i g ni d e ao fw a r ps h e d d i n g d r a f t o nt h et h e o r yb a s eo fn e wd e s i g nm e t h o do fm u l t i l a y e rw e a v e ，t h i sp a p e rs e tu pt h e e x p r e s s i n gs y s t e mo fm u l t i 1 a y e rw e a v e sw a r pp o s i t i o nn u m b e r b yt h ep o s i t i o nc o n n e c t i o n b e t w e e ne a c hw a r py a ma n de a c hw e f tc a r r i e r t h a ti st h ew a r pp o s i t i o nn u m b e r o fe a c hw a r p v a m ，i tc a ng a i nw a r pp o s i t i o nm a t r i x t h e nt h i sp a p e r s e tu p w a r pp o s i t i o nd r a f tm a t h e m a t i c m o d e l h a m e s sd r a rm a t h e m a t i cm o d e la n dc h a i nd r a f tm a t h e m a t i cm o d e l a c c o r d i n gt ot h e c o n n e c t i o n 锄o n gt h et h r e em a t h e m a t i cm o d e l s ，i tc a i le d u c eh a r n e s sd r a f tm a t r i xa n d c h a i n d r a rm a t r i x i no r d e rt oc o m p l e t et h ew e a v ee x p r e s s i o n ，t h es u p e r f i c i a lw e a v em a t r i xi sa l s o e d u c e d b a s i so nt l l ed e s i g nm e t h o do fm u l t i 1 a y e rw e a v ew i t hm u l t i - p i c k i n ga n dt h em a t h e m a t i c m o d e lo fd r a f t i n ga r r a n g e m e n t , m u l t i l a y e rw e a v ew i t hm u l t i p i c k i n gc a ds y s t e mh a sb e e n d e v e l o p e dt h r o u g hr e a l i z i n gc o m p u t e ro ft h e o r yu s i n gc o m p u t e rp r o g r a m t h i ss y s t e mh a s m a n vc h a “屺t e r i s t i c ，s u c ha sv e r s a t i l i t y , r a t i o n a ls y s t e ms t r u c t u r e ，s 仃o n gp r a c t i c a la p p l i c a b i l i t y , 氲e n d l yi n t e r f a c e ，e a s yo p e r a t i o na n d s oo n t h es t r u c t u r e ，f u n c t i o na n du s i n gp r o c e s so ft h i s s y s t e ma r ed e p i c t e di nd e t a i l k e y w o r d s ：m u l t i 1 a y e rw o v e nf a b r i c ；m u l t i p i c k i n g ；d r a f t i n ga r r a n g e m e n t ；w a r p p o s i t i o n d r a f t ；m a t h e m a t i cm o d e l ；c a d l 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： 关于论文使用授权的说明 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： 塞垒垄塑笠= ! 笸：丝 导师签名： l 警g 之 日 期：坦盥皇笸，塑 一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的立题依据及意义 1 1 1 多层机织物的应用 多层机织物是利用若干系统的经纱和若干系统的纬纱所构成两层或两层以上，层与层之间按一 定方法接结在一起的机织物f l l 。 多层机织物由于它结构的整体性，在厚度方向的拉力和与厚度方向垂直的剪切力作用下，具有 极佳的层间剪切强度、极好的抗冲击损伤性、适宜的韧性和较高的机械强度，将发生断裂的可能性 降低到最小程度，并且随着特种纤维生产技术的进步和纺织加工技术的进步拓剧2 巧l ，使其作为纺 织复合材料的增强体有着广泛的发展前途，特别是在军工、航空等产业用纺织品领域应用广泛。 另外，随着人们生活水平的提高，对面料的要求也日趋多样化，多层机织物在服用及装饰用织 物上也有开发应用的趋势，例如，装饰用纺织品中的汽车内饰起绒织物，地毯类织物【6 】以及在毛纺 领域出现的双层底布拷花昵织物及三层组织花呢1 7 】等，它利用不同层之间的组织、颜色、成分和松 紧结构的差别，再加上嵌线勾勒，使织物呈现新颖、独特的外观效果，在造纸毛毯中的基布开始采用 三层，四层机织物等【8 】。 1 1 2 织物组织设计方法 为表述清晰，我们定义；在织机的开口时期，多层经纱离开综平位置，上下分开，形成多层梭 口，且同时引入多根纬纱，称为多引纬；若形成多层梭口，且逐次引入纬纱或形成单层梭口( 单梭 口或多梭口) ，同时或逐次引入多根纬纱，都称为单引纬。 传统的机织工艺设计方法就简单织物组织而言，例如平纹、斜纹等单层织物组织，可以清晰地 表示综框的运动；但对于多层复杂织物组织，表示将非常复杂，而且缺乏直观性【9 1 。 经纱开口运动记录法【l0 】可根据剖面图，简单直观地绘制出多层织物的上机图，但它只是针对单 引纬而言的。 引纬路线图法【l l 】通过确定纬纱依次进入经纱层的路线以及引纬路线对经纱运动及相应综框运动 的要求，可确定多层机织物组织的上机图，但它局限于穿综采用顺穿法，且同样只是针对单引纬而 - - k 口。 而多层复杂整体机织物为织造的合理性和稳定性，为提高产品质量以及生产效率，满足产业化 的要求，更倾向采用多引纬织造。例如，产业用纺织品中的夹芯结构类织物，为了能有效提高织物 的抗压抗弯等力学性能，且在结构上增加织物的间隔高度，采用了力学性能更为优异的加强筋代替 纱线( 原来间隔之间的填充物) 。为满足力学性能的特殊要求，加强筋的材质大多为刚性，因此单引 纬的织造技术已不能满足织造的要求，考虑到织造的合理性，只能采用多引纬织造技术，由此可见， 对于新型结构的产业用纺织品的开发，多引纬织造技术起到了重要的作用。又如各种近形结构预制 件，若采用单引纬织造，各层经纱在织造过程中上下交替严重，经纱张力大，经纱与经纱之间以及 经纱与纬纱之间的摩擦也大大增加，但若采用多引纬织造，可设计将各层经纱的上下交替范围减小， 从而增加了织造的稳定性。另外，装饰用纺织品中的汽车内饰起绒织物，真丝立绒地毯及各类起绒 地毯以及服用领域的许多多层织物，为提高产品质量和生产效率，也倾向于采用多引纬织造技术。 然而，在工艺方面，现在国内还没有针对多引纬织造多层机织物的任何数学模型，而且，要建 l 江南大学硕士学位论文 立多引纬织造技术的数学模型，需考虑的因素不像单引纬织造技术的数学模型那么单一，它除了常 规的组织参数和穿综法的确定，还需涉及不同的开口机构、多眼综丝的运用、高低综框的运用以及 多剑杆机器特有的多动程等，由此可见，多引纬织造技术的数学模型的建立还是有一定的难度的。 虽然难度不小，但随着多层机织物的发展应用，特别是在产业用纺织品领域的发展应用，多引 纬的织造技术数学模型的开发势在必行。因此，对多引纬织造多层机织物的组织工艺表示进行研究 并建立数学模型应该是非常有价值的。 1 1 3 纺织c a d 技术 随着现代科学技术的不断发展，计算机的应用几乎进入到一切领域。从生产设计到生产过程控 制几乎都应用了计算机。计算机具有运算速度快、信息储存量大、记忆能力强、计算可靠性高、能 快速反应与显示图形、图像等诸多特点，利用人机交互的手段进行设计，可充分发挥人和计算机两 方面的优点，使设计质量和效率大大提高。c a d 是指利用计算机的计算和判断功能进行各种工程或 产品的设计、制造，是工程技术人员和计算机协同工作，彼此发挥各自长处的专门技术l l2 1 。纺织c a d 系统的应用早在7 0 年代早期就由h e a r l e ，k o n o p a s e k 和n e w t o n 所提出，现在纺织c a d 技术已经成 为人们生产过程中不可或缺的一部分。目前纺织c a d 一般功能【l3 j 为： 1 ) 纱线的计算机仿真，包括普通纱线、混色纱线及花式纱线的仿真。可调整组成纱线的纤维的 色彩及混纺比，纱线的股数及捻度，纱线本身颜色及纱号等。纱线的模拟还可按要求模拟一定程度 的毛羽，并可将模拟的纱线随机嵌入到一定织物结构的经纬纱图像上，模拟该种纱形成的织物外观。 2 ) 机织物组织的设计，包括绝大部分织物组织的计算机设计，如基础组织、变化组织，联合组 织、复杂组织等。织物组织的设计还可与纱线的配色功能相结合设计色织物或配色模纹织物，并通 过计算机设计与之相关的纹链编制。组织设计的手段可以是类似于徒手画的交互方式或输入参数由 计算机自动生成方式。组织设计中还可模拟嵌入上述已设计好的特殊纱线后的织物效果。可通过输 入的组织图的关系矩阵分析织物组织并可绘制织物结构图形，如经纬交叉图、立体图，经纬剖面图。 可根据织物组织图生成穿综图、纹板图及穿筘方案或根据穿综图、纹板图生成组织图。最后还可对 纱线、组织、织物结构均配置好的布面外观进行整体模拟。除此之外，还可进行大提花花型设计， 用户可直接对现有花型进行编辑，并将不同织物组织与之嵌套，模拟不同效果，并得出相应工艺参 数。 3 ) 针织物组织及花型设计，包括提花花型设计与结构花型设计，丰富的色板和工具，各式色纱 及不同形状尺寸的画笔，使其具有强大的绘图功能，花型可通过符号、颜色或图符三种方式绘制及 显示，且通常在窗口中都会显示出所有各种图型提花图案，供设计者选择，而且多带有绞花、挑孔、 凸条等多种基本花型结构库，供用户调用、嵌套，模拟其在针织成衣上的外观效果。 4 ) 纺织品印花图案设计，素织物在设计好组织后，有的要通过印染配上花样图案，花样图案的 设计也可通过计算机实现。该类计算机软件一般提供三种功能：徒手画功能，提供一定的环境，包 括一系列工具按钮，如画笔，线型、颜色等，以及工具菜单，如复制、剪切，粘贴、翻转、旋转、 放大，缩小等，由设计师任意创作，还有一种功能是系统提供一些基本几何图形及基本花型，由用 户用工具进行组合形成花样图案，另有一种功能是通过扫描仪输入花型图案，用户在屏幕上可进行 颜色花型等的修改。另外，还可通过计算机实现分色配色功能。 5 ) 服装计算机辅助设计，包括二维服装设计与三维服装设计。该技术功能已覆盖了服装设计的 2 第一章绪论 所有部分，即款式设计，结构设计和工艺设计，其中已产品化的系统有款式设计、样片设计、放码， 排料等，同时还有自动量体系统和试衣系统等。在款式设计中，二维服装款式设计功能包括通过选 择系统提供的各类工具绘制时装画、款式图、效果图，或调用款式库内的式样进行修改生成所需图 样，调用库存的花型图案实时生成新花型覆盖到指定的图形区域内及调用图形库存的部件并对其修 改、或实时生成新的零部件使相关的零部件形态、数量吻合，完成部件装配，三维服装款式设计功 能则往往指通过人体特征尺寸的输入，生成人体模型，然后根据服装设计要求生成服装模型，展现 服装“穿着”在人体上的效果。 可能因为多层3 d 机织物组织的自动产生和演示比较困难，虽然经过几十年的发展，大多数的 机织物的c a d c a m 系统都是基于传统的设计方法，用于设计开发单层机织物( 最多不超过三层) ， 没有实质性地涉及多层机织物。目前，当需要一种多层织物时，都是通过手工设计的，这种设计包 括组织的结合和结接方法的说明。由于多层织物确实是一种3 d 对象，因此要求设计者具有高度的 注意力和丰富的想象力。当一个复杂结构被选中时，对于需要产生组织图的工程人员来说可能是一 个更糟糕的噩梦【1 4 1 。 1 1 - 4 课题的目的及意义 基于现今多层织物在高科技织物领域中的广泛应用，并且现代织机都装配了计算机设备，如能 在解决在平面织机上织制多层织物并达到一定厚度要求，使其替代缝编工艺用于提高复合材料的层 间粘接强度的同时，采用多引纬织造技术，并建立一套可以应用在c a d c a m 系统中的自动生成和显 示多引纬织造多层织物组织结构的c a d 系统，不仅可以减少加工成本，提高生产效率，而且可以改 善材料的力学性能。 纺织行业为劳动密集型产业，在我国仍占有相当重要的地位，也已有一定的基础。复合材料作 为一种新兴的产业，其发展是不可限量的。如果能在传统平面织机上大规模生产某些多层机织物， 并采用多引纬织造技术，提高织造稳定性和生产效率，同时开发合适的c a d c a m 系统，实现产业化 生产可替代传统材料( 如造船业上目前广泛使用的玻璃纤维环氧层合板) 的多层机织物，那么其市场 前景是非常广阔的。 用传统的织机( 或稍加以改进) 生产各种多层机织物复合材料预制件是传统纺织技术的拓展，多 引纬织造技术对于新型织物结构的开发起到重要的作用，它使复合材料与纺织工业密切相关，为纺 织行业开辟了新加工领域，也为生产低成本、高质量、多品种复合材料提供了一条有效的途径【1 4 1 。 发达国家都非常重视这一方面的发展，其开发和应用现状标志着一个国家的科技水平和军事实力。 在我国也不例外，多层机织物及其复合材料的c a d 技术研究己成为众多学者普遍关注的课题之一， 研究它具有较好的现实意义，而针对多引纬织造多层机织物的设计及c a d 的开发就具有一定的难度 和创新意义。 1 2 国内外研究现状及趋势 1 2 1 国内研究现状及趋势 我国在上世纪7 0 年代中期就开始对多层及三维复杂机织物的性能、结构及织造设备进行研究。 三维机织复合材料具有较高的抗分层、防弹、抗冲击性能，较高的抗拉伸破坏性制”以6 1 ，较好的抗 层间破坏性能。国内三维机织物的结构形式有限。主要是正交结构、准正交结构和角联锁结构，都 3 江南大学硕士学位论文 是以平纹作为基础组织的。三维机织复合材料预制件的结构有传统的夹芯结构、间隔结构、3 d 空芯 整体结构以及近形结构，它可在专门织机上织造，但一般见于专利或已开发成功的专门设备，国内 研究成功的较少。还有相当一部分结构较为简单的3 d 机织物可在普通二维织机上生产1 1 ，但是结构 较为复杂，尤以多引纬技术织造的立体织物尚未见报道。 随着新材料的快速发展，对作为复合材料用预制件的立体结构织物的要求越来越高。除了要求 高性能以外，还要求简化制造工艺，降低复合材料的生产成本等。国内就立体织物及其织造技术的研 究和应用也越来越多，例如浙江理工大学、天津纺院、苏州大学和南京玻璃纤维研究所等，但还需 要作更多的努力来满足高性能复合材料的要求。 我国的机织物c a d 系统研究起步较晚，上世纪8 0 年代初，一些高校和科研机构陆续开展了机织 物c a d 系统的研究，随后不断扩大，并且推出了一系列可以用于指导工厂实际生产的c a d 系统，比如 用于小提花设计的c a d 系统有：中国纺织科学院先后开发的i d 3 1 0 0 系列，3 8 6 系列，仿真系列，高级 织物仿真四代共八个版本的织物c a d 系统软件，浙江丝绸工学院开发的z i s 织物c a d 系统，杭州 宏华电脑技术有限公司开发的g g s 系统等；用于大提花设计的c a d 系统有：淄博宝铃纺织机电技术 公司开发的宝铃系统，浙江大学研制的i w p c c s 系统，香港天虹电脑机械公司开发的r b l u 系列等。 香港富怡电脑系统公司开发的p r i m a 、r i c h p e a c e 系统，既可用于小提花的设计，也可用于大提花的 设计i l 引。另外，还有上海毛麻纺织科研所与上海十一毛联合开发的c a d 系统，天津纺织研究所的c a d 系统，北京和西安的两家色织厂自己开发的织物组织c a d 系统，江南大学经编研究中心开发的c a d 系统等等。 从我国研发的c a d 系统可以看出，我国纺织c a d 的研究与应用主要在这几个方面：( 1 ) 纱线的计 算机仿真；( 2 ) 机织物组织设计及计算机仿真：( 3 ) 针织物组织及花型设计；( 4 ) 纺织品印花、绣花图 案设计；( 5 ) 服装计算机辅助设计；( 6 ) 制丝辅助设计【坦】。几乎每种纺织c a d 都包含了织物上机图的 设计，但在多层织物方面研究很少，最多只研究到双层中的重经重纬上机图的设计，而且都是采用 传统的设计方法，只是涉及单引纬织造。 浙江理工大学通过对多层机织物的准正交结构和角连锁结构进行分析【博1 9 】，研发了相应的c a d 软件，能够实现纵向变截面立体结构、横向变截面立体结构、纵横向组合式立体结构的设计。但存 在一些问题如：只是针对准正交结构和角联锁结构：组织表示采用的是剖面图，有重叠现象等。江 南大学复合材料研究室研发的c a d 系统采用经纱开口运动图【l o 】的表示方法，解决了经纱重叠的问题。 但这两种c a d 系统都只是涉及单引纬织造，开发多引纬织造的c a d 系统已成为一种趋势。 1 2 2 国外研究现状及趋势 随着特种纤维生产技术的进步和纺织加工技术的进一步拓展，三维织物复合材料日益显示出其 巨大的应用潜力，其整体化的纤维增强构件赋予材料极佳的层间剪切强度、极好的抗冲击损伤性、 适宜的韧性和较高的比强度和比模量。而多层机织物的纱线屈曲程度一般较小甚至无屈曲，可望使 最终制品的刚度较高，并且机织的方法生产效率高，可机械化连续生产，适合织制结构规律变化的 三维织物。目前多层机织物复合材料占有一定的比重。正由于多层机织物具有较大的应用价值【2 咐2 1 ， 国外对多层机织物进行了大量的研究【2 3 。2 6 】，如多层机织物的拉伸性能、抗疲劳性能、强度等性能。 目前三维正交机织物制造技术及其复合材料方面研究较典型的是美国( 如3 t e x 公司) 、澳大利亚( 如 d e f e n c es c i e n c e a n dt e c h n o l o g yo r g a n i s a t i o n ，a e r o n a u t i c a la n dm a r i t i m er e s e a r c hl a b o r a t o r y ； 4 第一章绪论 c o o p e r a t i v er e s e a r c hc e n t r ef o ra d v a n c e dc o m p o s i t es t r u c t u r e sl t d ) 、英国和日本等国家。荷兰 ( p a r a b e a mb v 公司) 则在三维夹芯结构机织物制造技术及其复合材料方面有独特之处。而对于立 体几何形状机织物结构及3 d 机织技术，世界上发达国家都有很多的研究并取得了较大的进展，如 美国( a l b a n yi n t e r n a t i o n a lt e c h n i w e a v e ，i n c 公司) 、德国( s h a p e3 ，i n n o v a t i v et e x t i l t e c h n i kg m b h ) 和英国等国。 国外针对织物组织c a d 技术的研究，最早开始于2 0 世纪6 0 年代，到上世纪7 0 年代，c a d 技 术在纺织行业的应用才真正进入实用阶段。目前国内应用较多的系统主要有：n e d g r a p h i c s 公司开 发的机织物c a d c a m 系统，既可用于大提花，也可用于小提花织物的设计：i n f od e s i g n 公司开发的 机织物、印花c a d c a m 系统提供了与多种织机相连的接口程序，可以直接用于织造；苏格兰纺织 学院开发的s c o t w e a v e 系统也同时提供了小提花设计和大提花设计的功能；另外国内比较常见的系 统还有美国的p g m 系统、g g t 系统、法国的l e c t r a 系统、韩国的y o u n gw o o 系统、德国 的e a t 系统等，这些系统一般都应用于小提花织物的设计中。用于大提花设计的系统常见的有：美 国j a c q c a dm a s t e r 系统、比利时的s o p h i s 系统以及日本的t l s 系统等。除此之外，国外的c a d 系统还有：s k y 、s t o r k 、c i s 、j a c 系列e a s y t e x 等等，这些系统在国内的应用较少。但这些c a d 系统大多数是针对单层机织物开发的，最多只是到双层机织物组织，而且一般都是采用传统的设计 方法，只是涉及单引纬织造，为装饰及服用纺织品设计服务，涉及产业用的三维复杂纺织品的c a d 系统很少。 美国、德国和英国等国家不仅研制并装备有相应的织造先进设备，而且已有多家开发研制了各 自的c a d 系统以用于复杂形状三维立体机织物的制造和性能分析等。英国工程复合材料研究中心已 研发针对三维织物的x s 设计系统1 2 刀，但该系统是采用剖面图进行组织设计，易出现重叠现象，且只 是涉及单引纬织造。 在与双剑杆织机配套的软件系统中有双引纬织造的c a d 系统，例如v a nd ew i e l e 公司的双 剑杆织机就有配套的c a d 系统。这种c a d 系统专一性很强，只适用于双层提花起绒起圈织物。为 此，开发普遍适用的多引纬织造多层机织物的c a d 系统成为需要。 1 3 本课题主要研究内容 本课题的主要研究内容为： ( 1 ) 提出多引纬机织物组织的设计新方法。除了确实可行以外，还需具有形象直观、简单完整 和动态连贯等特点。其中包括经纱位置图、穿综图、纹板图和表组织图的设计。 ( 2 ) 建立多引纬机织物组织的数学模型。分别建立多引纬机织物组织的经纱位置图矩阵、穿综 图矩阵、纹板图矩阵和表组织矩阵的表示体系及数学模型关系。 ( 3 ) 开发多引纬机织物组织上机图c a d 软件。选择v i s u a lb a s i c6 0 作为编程语言；构思多引 纬机织物组织c a d 系统结构：完成数据库和多引纬机织物组织设计等模块的编程；系统调试。 5 第二章多引纬机织组织设计方法 第二章多引纬机织组织设计方法 多层机织物作为纺织复合材料的增强体有着广泛的发展前途，并且由于其特殊的组织结构以及 产业化时提高生产效率的要求，更倾向采用双引纬及多引纬织造，但在多层机织物生产中遇到的首 要问题是织物组织的表示和纹板图的设计。本课题继承了经纱开口运动记录法的设计理念【1 0 1 ，并在 此基础上，提出了经纱位置图的概念。 2 1 使用多眼综丝的工艺设计方法 为实现多引纬织造的要求，可采用多眼综丝【2 8 j 或综平位置不在同水平高度的综框，配合使用 凸轮开口机构，只是需与多臂或提花开口机构相结合，这是织造准正交织物【1 8 】的理想设备。为了突 出多引纬织造设计方法的特点，更好地说明其原理，下面以图2 1 所示的准正交结构的织物为例， 且该织物采用双眼综丝及凸轮和多臂开口机构结合的设备织造，上层经纱1 和2 与上层纬纱l 、2 、 3 、4 、5 、6 、7 、8 交织形成织物的上表面层，下层经纱i 和i i 与下层纬纱i 、v 、 、交织形成织物的下表面层，接结经a 和b 将上下两层连接起来形成整体间隔织物。 1a2ibi i 图2 - 1 整体间隔机织物的纵向截面图 f i g 2 1l o n g i t u d i n a lc u t a w a yv i e wf o rs p a c ew o v e n 2 1 1 经纱位置图 2 1 1 1 经纱位置图原理 单引纬的设计方法只需考虑综框及综丝的两个运动状态，即经纱的上下两个运动位置。而双引 纬织造时，经纱存在三个运动位置：两纬纱之上、两纬纱之间、两纬纱之下，更多纬纱同时引纬时， 经纱的运动位置就更多。通常，经纱运动位置数p 与机器的一次引纬的同时引纬数成如下关系： p = n + i 。因此，双引纬及多引纬设计方法的关键是确定每次引纬时经纱相对于各纬纱的运动位置。 织物的纵向截面不仅反映经纱的开口运动状态，保存了机织物最主要的织造信息，也表示了经 纱相对于纬纱的运动位置，因此，经纱的运动位置可通过分析织物的纵向截面确定。而织物的纵向 截面图是织物中所有经纱重合在一起的综合表示，不能清楚地反映每根经纱的开口运动状态，为了 更好地表示织物结构和机器织造过程，需分别绘制各根经纱在纵向截面图中的开口运动状态，从而 清晰地表示出每根经纱相对于纬纱的运动位置，得到经纱位置图。 7 江南大学硕士学位论文 2 1 1 2 经纱位置图的意匠纸 经纱位置图表达的是每次引纬时，经纱相对于各纬纱的运动位置( 其中也保存着经纱开口运动 信息) ，考虑到各纬纱的相对位置，意匠纸中的黑点表示各纬纱。图2 - 2 ( a ) 所示的意匠纸用来绘制 双引纬织造的机织物，每一横行表示每次引纬，横行数即为一个完全组织的引纬次数，横行点从左 至右分别表示上层纬纱和下层纬纱；每组纵行表示一根经纱的纵向截面，每列黑点表示每个引纬器 所在的平面，双引纬织造就用平行的两列黑点表示，如图2 2 ( a ) 所示，左边一列表示上引纬器所 在平面，右边一列表示下引纬器所在平面。三引纬织造就用三列黑点表示，更多引纬的意匠纸可依 次类推。 2 1 1 3 经纱位置图的绘制 在设计或分析了织物的纵向截面图后，就清楚了各根经纱与纬纱的交织关系，据此，可确定每 次引纬时，各根经纱相对于纬纱的运动位置，从而得到如图2 2 ( a ) 所示的经纱位置图。在图2 2 ( a ) 中，上层经纱1 和2 只与左边列黑点( 表示上层纬纱) 交织，下层经纱i 和1 1 只与右边一列 黑点( 表示下层纬纱) 交织，两接结经a 和b 在左右两列黑点闯贯穿。 在双引纬的经纱位置图中，经纱在两列黑点的左边表示其在两纬纱之上，在两列黑点的中间表 示其在两纬纱之间，在两列黑点的右边表示其在两纬纱之下。三引纬及更多引纬的经纱位置图依次 类推。经纱位置图中的曲线轨迹根据织造时的先后引纬次序由下往上绘制。 1 i 2 i i a b ( a ) 经纱位置图 ba 21 ui ( c ) 纹板图 图2 - 2 整体间隔机织物的上机工艺图 f i g 2 2d r a f ti n ga r r a n g e m e n tf o rs p a c ew o v e n 2 1 2 穿综图 2 1 2 1 穿综图与经纱位置图的布局 传统上机图的布局中，穿综图在组织图的正上方一个完全组织的经纱总根数对应于穿综图的 纵行数。穿综时若采用顺穿法，则穿综图的每行每列都只有一个标记符号。 现采用双眼综丝织造，一根综丝穿入两根经纱，为了在穿综图中清楚地表达这种上下位置关系， 以便上机人员“按图索骥”f 蚓。需改变穿综图与经纱位置图的布局，如图2 - 2 所示。这一布局同样 适用于全部使用单眼综丝的多引纬织造的设计，但传统的布局方式已使用至今，考虑到设计人员的 8 第二章多引纬机织组织设计方法 设计习惯，当织物使用单眼综丝，且不使用下文提剑的高低综框时，上机图的布局仍采用传统的布 局方式。 2 1 2 2 穿综图的绘制 准正交织物的各层组织相同，因此可采用多眼综丝，将运动规律相同的上下层经纱穿入同一页 综框。图2 - 2 ( b ) 为穿综图，每一粗实线横格表示一页综框，中间绘有虚线的横格表示双眼综丝的 综框。穿综图分前后两区，前区穿接结经，采用普通单眼综丝的综框；后区穿上下表面层经纱，采 用双眼综丝的综框，虚线上方为上综眼，穿上表面层经纱，虚线下方为下综眼，穿下表面层经纱。 多眼综丝的穿综图可依次类推。 2 1 2 3 由穿综图确定经纱排列次序 多眼综丝的上下眼位置关系，穿综图的经纱分区，以及穿综图与经纱位置图的布局，这三个因 素决定了经纱位置图中的经纱排列次序。 如图2 2 ( a ) 所示，整体间隔织物的经纱位置图中，经纱从左到右的顺序为：上表面层的一根 经纱1 ，下表面层与经纱1 运动规律相同的一根经纱i ，上表面层的另一根经纱2 ，下表面层与经纱 2 运动规律相同的一根经纱i i ，再往右排接结经。总之，先从上往下找出运动规律相同的一组经纱， 在经纱位置图中按从左往右的次序排列，再找另组运动规律相同的经纱，最后排列接结经。多眼 综丝的经纱排列次序可依次类推。 2 1 3 纹板图 由于采用双引纬织造，同时投入上下层的两根纬纱，所以纹板图的横行数并不等于一个组织循 环的纬纱根数，而是等于投纬次数，即为经纱位置图中的黑点横行数，纹板图的纵行数与综页数相 对应，如图2 2 ( c ) 所示。 绘制纹板图时，穿入单眼综丝的经纱由于采用多臂开口机构控制，需考虑其与上下两引纬器的 位置关系，经纱在上引纬器之上( 在图2 2 ( a ) 中，即为在上引纬器所在平面的左边) ，用符号表 示；经纱在上下引纬器之间，用符号囟表示；经纱在下引纬器之下，用符号口表示。穿入双眼综丝 的经纱由于采用凸轮开口机构控制，只需考虑与各自所在平面的引纬器的位置关系，在该引纬器之 上，用符号表示，在该引纬器之下，用符号口表示。如图2 - 2 ( c ) 所示。 2 2 全部使用单眼综丝的工艺设计方法 角联锁织物及更多各层组织结构不相同的复杂织物，不能采用多眼综丝，需全部使用单眼综丝 来织造，开口机构一般使用多臂或提花开口机构。准正交织物也可像角联锁织物一样全部使用单眼 综丝来织造。 不管是使用多眼综丝，还是全部使用单眼综丝，两者的设计原理是相同的，组织结构都采用经 纱位置图来表示，因此，经纱位置图的绘制方法相同，在此不再赘述。只是穿综图和纹板图的绘制 稍有区别，下面还是以图2 1 所示的准正交结构的织物为例来说明。 2 2 1 穿综图 2 。2 1 。l 全部使用多臂或提花开口机构的穿综图 全部使用单眼综丝且开口机构为多臂或提花时，其穿综图的意匠纸只需将图2 2 ( b ) 中的虚线 改为实线。每一运动规律不同的经纱穿入不同的综框，得到如图2 3 ( a ) 所示的穿综图。 9 江南大学硕士学位论文 bai i2i1 ( a ) 多臂或提花开 口机构的穿综图 i ( b ) 凸轮开口 机构的穿综图 图2 - 3 全部使用单眼综丝的穿综图 f i g 2 - 3h a r n e s sd r a f tf o ra 1 1h e d d l e so fs i n g l ee y e 2 2 1 2 使用凸轮开口机构的穿综图 全部使用单眼综丝且采用凸轮开口机构来织造准正交织物时，可有以下两种技术实现手段，一 是当采用相同综平高度的综框调整织机时，对应于织物的高低层，分别使用高低综眼的综丝：另一 是当采用相同高度综眼的综丝时，对应于织物的高低层，分别将综框调整成不同综平高度。但上述 两种的穿综图相同，只需在图中区分清楚不同高度的综框，粗实线的横格表示综平位置高的综框。 绘制时只需将原本穿入上综眼的经纱穿入综平位置高的综框，如图2 - 3 ( b ) 所示。 总之，不论有无多眼综丝，不论采用何种开口机构，穿综图的绘制原理相同，都是由经纱位置 图顺时针旋转9 0 。后一一对应绘制得到。 2 2 2 纹板图 纹板图是由经纱位置图和穿综图映射而来，它反映的是综框的提综信息，因此和开口机构密切 相关。多臂和提花开口机构控制的经纱有多个运动位置，需采用多种符号表示，则图2 3 ( a ) 所示 穿综图所对应的纹板图如图2 - 4 ( a ) 所示；而凸轮开口机构控制的经纱只有上下两种运动位置，所 以只用两种符号表示，则图2 - 3 ( b ) 所示穿综图所对应的纹板图如图2 - 4 ( b ) 所示。 图圈 bai i2i1bai i2i1 ( a ) 多臂或提花开 ( b ) 凸轮开口 1 2 机构的纹板图机构的纹板图 图2 - 4 全部使用单眼综丝的纹板图 f i g 2 - 4c h a i nd r a f tf o ra 1 1h e d d l e so fsi n g l ee y e 2 3 经纱位置图多引纬设计方法的应用 双层织物用双剑杆织造，而更多层的织物就用更多的引纬器同时织造，即层数与同时引纬的剑 l o 第二章多引纬机织组织设计方法 杆数相对应，这应该是理想的状态，因为这样不但能够高效率织造，而且能简化复杂机织物的设计。 但实际生产中，大多采用双剑杆织造，上述新设计方法同样适用于双剑杆织多层织物。 图2 5 ( a ) 为四层角联锁织物的纵向截面图，要绘制出双剑杆织造该织物的上机工艺图，关键 是要分析清楚每次引纬时各根经纱相对于两引纬器的运动位置，画出经纱位置图。根据新设计方法 的原理，确定第一次引纬为i 、i i 层的第一根纬纱，第二次引纬为、层的第一根纬纱，第三次 引纬为i 、i i 层的第二根纬纱，第四次引纬为i 、层的第二根纬纱，依次类推，直到一个组织循 环结束，然后分析经纱的运动位置，得到如图2 5 ( b ) 所示的经纱位置图。其穿综图和纹板图可很 容易地对应画出，在此不再赘述。 ih 12 34 56789 1 0 ( a ) 纵向截面图 卢 e ；幸e 己i 皇一 图2 5 四层角联锁织物的纵向截面图及经纱位置图 f i g 2 5l o n g i t u d i n a lc u t a w a yv i e wa n dw a r pp o s i t i o nd r a f t i n t e r l o c k i n gs t r u c t u r ew o v e no ff o u rl a y e r s 双剑杆织造偶数层的多层织物时，可使用此新设计方法绘制上机工艺图。对于奇数层的多层织 物，若剑杆能在织造过程中有规律地引入空纬或不引纬( c l 玎8 3 型地毯剑杆织机的剑杆具有此项功 能例) ，则可在奇数层的末尾加上一列空纬，然后用偶数层的处理方法来设计奇数层织物的上机工艺 图。 ” 2 4 经纱位置图多引纬设计方法的特点 本课题首次提出的双引纬及多引纬的设计新方法具有以下特点： ( 1 ) 直观性。经纱位置图既反映出每次引纬时经纱的运动位置，又保存了综丝的开口运动信息。 ( 2 ) 简易性。传统的工艺设计对于多层复杂机织物的纹板图绘制是有一定难度的，而本文介绍 的设计新方法根据经纱位置图和穿综图的映射，可很容易地读出纹板图。 ( 3 ) 普遍性。虽然织造多层机织物的机构非常多样，但不管其组织结构简单还是复杂，偶数层 还是奇数层，此设计新方法均普遍适用。 因此，双引纬及多引纬的设计方法有助于多层复杂机织物的设计和生产，扩大其应用领域，尤 其是向纺织复合材料领域的拓展。 第二章经纱位置图数学模型的建立 第三章经纱位置图数学模型的建立 上机图是表示织物上机织造工艺条件的图解。生产、仿造或创新织物时均须绘制与编制上机图。 多引纬机织组织的上机图是由经纱位置图、穿综图、纹板图三部分按照一定的布局排列而成。 从本章开始介绍多引纬机织组织上机图中经纱位置图、穿综图、纹板图的数学模型以及三者之 间的数学逻辑关系