（机械工程专业论文）喷气织机松经装置改进与经纱张力控制.pdf

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关键词：喷气织机；后梁系统；松经装置；改进；经纱张力 作者：杨晔 指导老师：冯志华 a b s t r a c t i m p m v e m e n to ft h ew a r pl o o s i n gm o t i o na l l dt h ec o n t m lo fw a r pt e n s i o nf o r 锄a i r j e tl o o m i m p r o v e m e n to f t h ew a r pl o o s i n gm o t i o na n dt h ec o n t r o l o fw r a 印t e n s i o nf o ra na i r - j e tl o o m a b s t r a c t a sak i n do fs h u t t l e l e s sl o o m ，a i r - j e tl o o m sa r eo n ek i n do f l em o s tp r o m i s i n g l o o m s f o r l ed e v e l o p i n go ft e x t i l ei n d u s t r y ，t h ea i r - je tl o o md e v e l o p st o w a r d st h e l l i 曲一s p e e d 舯d u a l l yi no r d e rt oa d a p tt oh i g h e rp r o d u c t i v i 够i nh i 曲。s p e e dc o n d i t i o n s ， t 1 1 ei n s t a j l c et l l a tv i b r a t i o nb e c o m e sm o r es e r i o u s 锄d 、v 0 r ke n v i r o n l n e n to fw a 印e n d s g e t s 、v o r s ea r ef a v o e a b l et oe n db r e a k a g e s o ，i ti sv e d ri i l l p o n a u l tt or e d u c ev i b r a t i o n a n dc o n t r o lt i l ef l u c t u a t i o no fw a 印t e n s i o n t h eb a c kr e s ti st h ed e t e c t i n ga n dr e g u l a t i n ge l e m e n to fw a 印t e n s i o n ，i ti sa i l i m p o n a i l tp a r to f 肌a i r - j e tl o o m t h i sd i s s e i r t a t i o nm a l ( e st l l eb a c kr e s ts y s t e mo ft ) ，p e w g 2 0 0 0a j r - j e tl o o ma l sm er e s e a r c ho b j e c t ，a n a l y z e st l l ei n f l u e n c eo nw a r p d e f o m a t i o n 锄dw 唧t e n s i o nb ys h e d d i n gm o t i o n ，b e a t i n g - u pm o t i o n ，w 2 叩1 0 0 s i n g m o t i o na n db a c kr e s to s c i l l a t i n gm o t i o n t h e n ，a c c o r d i n gt ot t l ec o n d i t i o nt h a tt h e r e s u l t a n tm o m e n ta b o u tt l l e 船m ea x i si sz e r o ，t l l es t a t i ca n dd y n 锄i cm o d e lo ft 1 1 eb a c k r e s th a v eb e e nb u i l tu p ，锄dm ei n n u e n c eo nw i 即t e n s i o na n dt i l ea c t i v i t i e sb a c kr e s t s 、v i n gb yt i l ec h a n g eo ft l l ed i 锄e n - eo fb e 锄i so b t a i n e d b a s e do nm eo r i g i n a lb a c k r e s ts y s t e m ，t l l ew a 印l o o s i n gm o t i o nf o rm ea i r - j e tl o o mi si r l l p r o v e dt or e d u c em e a a e ( 嫩o no ft h ec h a n g eo fb e 锄sd i 锄e t r e f o rt l l ep u r p o s eo fi m p m v i n gt i l ew a 叩l o o s i n gm o t i o i l t i l i sd i s s e 慨i o nt a ：k e s c i m g i n gt h ep a 姗l e t e 塔o ft h ew a 巾l o o s i n gm o t i o n 也a tt l l el e n 舀h so ft l l e 锄so fm e w a r pl o o s i n gm o t i o ni n t 0c o n s i d e m t i o n s p e c i f i c a l l y ，t l l em e m o dm a tm 出n gs t e p p e r m o t o rd r i v el o a dt 0c o n v e r tt 1 1 er o t a d rm o t i o ni i l t ol i i l e a rm o t i o ni sp r o p o s e d t h eo r i g i i l 锄so ft l ew a r p1 0 0 s i n gm o t i o nh a v eb e e ni n s t e a do fs c r e wn u t s s ot l l a t ，t l l el e n g t l l so f m e 锄n so ft 1 1 eh p r o v e d 唧i o o s i n gm o t i o nc 锄b ec h a n g e di i lt i m ew h t l l e d i 锄e t e ro ft l l ew a 印b e 锄c h 锄g e s 丘d mt i l em a x i m 啪t 0t l l em i n j m 啪as d o f d y n 锄i cm o d e li se s 试) l i s h e db yc o i l s i d e r i n gt l l es 诵n go ft l l ea c t i v i t i e sb a c kr e s t 锄d n i m p r o v e m e n to ft h em 叩l 0 0 s i n gm o t i o n 柚dt h ec o n t r o io fw ，叩t c n s j o nf o r 柚a 州e tl o o m a b s l r a c t a n a l y z e d ，c o n c l u s i o n sh a v eb e e nm a d et h a ti n t l l ei m p m v e db a c kr e s ts y s t e m ，t h e n u c t u a t i o no ft h ew a 印t e n s i o na n dt h ev a r y i n go ft h eb a c kr e s ts w i n ga n g l ei sm o r e s m o o t h e rt h a nt 1 1 a to ft h eo r i g i no n e t h u s ，i tc a l lc o n t r o l t h ew a 印t e n s i o nb e t t e ra n dt h e d e s i r e dr e s u l t sa r ea c h i e v e d a c c o r d i n gt ot h ei m p r o v e dd e s i g nf o rt h ew a 叩l o o s i n gm o t i o no ft l l ew g - 2 0 0 0 a i r - j e tl o o m ，t h ed a t 嬲a i l dc o n c l u s i o n so b t a i n e db ys i m u l a t i n ga n dc a l c u l a t i n gc 锄b e b e n e f i tf o rt l l ed e s i g n i n go ft l l es t r u c t u r eo ft h i st y p eo fl o o m s k e yw o r d s ：a i r j e tl o o m ；b a c kr e s ts y s t e m ；w a 叩l o o s i n gm o t i o n ；i m p r 0 v e dd e s i g l l ； w 踟pt e n s i o n h i w r i t t e n b y ：y 抽gy e 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l 1 1 1 织机发展概况1 1 1 2 国外喷气织机发展现状2 1 1 3 国内喷气织机发展现状3 1 2 喷气织机后梁系统研究4 1 2 1 后梁系统的作用。4 1 2 2 后梁系统的研究现状5 1 3 本文研究的主要内容6 第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建立：8 2 1 喷气织机主要运动8 2 1 1 开口运动8 2 1 2 引纬运动12 2 1 3 打纬运动1 3 2 1 4 卷取运动1 6 2 1 5 送经运动1 6 2 2 织机机构运动的时间配合关系2 2 2 2 1 打纬的角位移2 2 2 2 2 开口的角位移2 3 2 2 3 松经曲柄的角位移2 3 2 3 后梁系统运动析2 3 2 3 1 静力学分分析2 3 2 3 2 动力学分析2 6 2 4 本章小结2 8 第三章喷气织机松经装置的改进设计2 9 3 1 光栅传感器2 9 3 2 步进电机31 3 3 后梁系统松经装置的改进3 3 3 3 1 松经装置的改进方案3 3 3 3 2 改进后后梁系统的静力学分析3 7 3 3 3 改进后后梁系统的动力学分析3 9 3 4 本章小结4 0 第四章改进前后后梁系统比较4 2 4 1 松经量比较4 2 4 1 1 松经装置4 2 4 1 2 松经量的比较分析4 3 4 1 3 松经摇臂摆角的比较分析4 4 4 2 活动后梁摆角的比较一4 5 4 2 1 活动后梁初始摆角比较4 5 4 2 2 活动后梁包角的比较4 6 4 2 3 活动后梁摆角的比较4 6 4 3 经纱张力的比较4 8 4 3 1 静态经纱张力的比较4 8 4 3 2 动态经纱张力的比较4 9 4 4 本章小结。5 0 第五章总结与展望51 5 1 本文工作总结5 1 5 2 本文创新点5 2 5 3 进一步工作的方向5 2 参考文献5 4 攻读学位期间本人公开出版或发表的著作、论文5 7 附录一主要程序代码及说明5 8 致谢。6 7 喷气织机松经装置改进j 经纱张力控制第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 织机发展概况 我国纺织业的发展历史悠久，纺织业一直以来都是我国重要的支柱产业。织 机作为纺织业的一种重要织造机械，其发展对织造行业乃至整个纺织业都有重要 影响。 织机按有无梭子分类，分为有梭织机和无梭织机，但凡采用传统梭子引纬的 织机被称为有梭织机。有梭织机引纬的特征是梭口尺寸特别大，以避免梭子进出 梭口时与经纱产生过分的挤压致使经纱受损。即使在较低的车速和入纬率下，投 梭加速过程和制梭减速过程仍然十分激烈，因此，织机的零部件耗损多，机器震 动大，噪音高达1 0 0 1 0 5 d b ( a ) ，工人的劳动环境差，劳动强度大。有梭织机的这 些缺点限制了车速和入纬率的进一步提高【lj 。 从2 0 世纪开始，出现了多种不用梭子载纬的新型引纬设备，其中包括已在工 业生产中应用的喷气织机、喷水织机、剑杆织机、片梭织机和多梭口等无梭织机。 喷气、剑杆、片梭和喷水等无梭织机正逐渐取代有梭织机，它们已成为纺织企业 的主力机型，它们的共同特点是将纬纱卷从载纬器中分离出来，用小而轻的载纬 器从固定的大卷装筒子上抽取纬纱，直接把纬纱引入梭口，为高速引纬创造了条 件【2 1 。无梭织机的速度、入纬率远远高于有梭织机，而且无梭织机自动化程度高、 消耗少、产品质量高、品种适应性强，所以发展无梭织机是大势所趋。 由于受织物品种限制( 适用于中档以下化纤类疏水性织物) 和环保要求的提 高，喷水织机近年来的使用偏少，其在无梭织机中的占有率也偏小。剑杆织机是 最早发明和应用于生产实践的一种无梭织机，技术发展成熟，水平较高，它和片 梭织机织物品种适应性都很强，能织造棉、麻、毛、丝、化纤等各种纺织原料。 片梭织机因价格较贵，已不再是棉纺织厂的首选设备，只有特殊织造需要时才采 用。 喷气织机是依靠高速气流与纬纱间产生的摩擦力牵引纬纱引过梭口，由于其 以惯性极小的空气作为引纬介质，并且引纬介质单向流动，因此织机车速很高， 具有高入纬率的特点。1 9 4 9 年捷克斯洛伐克首先制成了喷气织机，由于该机对气 流的扩散没有限制措施，所织制的织物幅宽有限，只有4 5 c m 。随着气流引纬技术 l 第一章绪论 喷气织机松经装置改进与经纱张力控制 的日益完善和微机技术、网络技术的广泛应用，大大拓展了喷气织机的应用范围， 提高了自动化、智能化程度。1 9 8 1 年起，喷气织机在布幅、车速、织物品种适应 性、颜色、自动选纬、生产效率及产量等方面都有了发展。目前上机筘幅可达5 4 m ， 最高入纬率可达3 0 0 0 m m i n 以上，主轴最高转速可达1 9 0 0 r m i i l l 3 j ，实现了高速生 产。喷气织机的品种适应性和产品质量也相应得到了提高，织造品种已遍及细薄 织物、厚重织物、提花装饰织物、高级毛料、长丝、真丝织物、花色布、毛巾、 床单、床罩、轻薄窗帘面料、玻璃纤维，纬纱颜色从单色发展到4 色、6 色，甚至 多达1 2 色，在时装面料的织造方面，喷气织机已开始占据主要角色。 与剑杆引纬机构和片梭引纬机构相比，喷气引纬机构的结构简单、零件轻巧、 振动较小，可以采用非分离式筘座，将引纬部件直接安装在筘座上，随同筘座摆 动，这为连杆式打纬机构的使用创造了条件。连杆式打纬机构加工比较方便，零 件磨损较少。由于前述原因，喷气织机的价格较低( 为相同装备水平剑杆织机价格 的8 0 9 0 1 ，投资成本较低1 2 1 。喷气织机高产、优质、省工、低噪声、投资少等 优点，使其成为无梭织机中最有发展潜力的机种。 1 1 2 国外喷气织机发展现状 新型喷气织机采用了许多先进技术，如电子控制喷气引纬、寻纬、电子送经、 电子卷取，经纬向断头的检测及原因分析，纬向断头自动修复，机器停车自动控 制等，使喷气织机在高速运转下能保证产品质量的稳定与提高1 4 j 。 目前，国外喷气织机制造商有欧洲意大利i t e m a ( 意达) 集团的p r o m a t e c h ( 宝 马泰克) 、瑞士的s u l z e rt e x t i l ( 苏尔寿) ，比利时p i c a n o l ( 必佳乐) ，德国d o m i 呱道 尼尔) 和日本t o y o 呱丰田) 、t s u d a k o m “津田驹) ，形成两大机型：欧洲机型与日本 机型。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。国外 部分公司产品的性能参数如表1 1 所示。 一 国外喷气织机采用了不同方法实现了精确的引纬控制【5 l ，国外常规喷气织机的 机械入纬率在2 5 0 0 m m i n 左右，最高可达3 0 0 0 删f m i i l 以上。国外喷气织机筘幅最 宽可达5 4 m ( 如道尼尔公司a s 型喷气织机) 引。织机的车速一般在1 2 0 0 r m i i l 左右， 最高可达1 9 0 0 r m i n ( 如津田驹公司的z a x 9 1 0 0 ) 。 国外喷气织机普遍采用了加宽的箱型墙板，重新布置了横梁以提高机架的刚 性，均采用了打纬平衡机构平衡了惯性力，从结构设计、材料选择等方面进一步 减小了运动构件的惯量，这些措施为有效降低振动，提高织机高速运转时的稳定 2 喷气织机松经装置改进j 经纱张力控制第一章绪论 性提供了条件【5 1 。另外，国外喷气织机能够在高速织造的前提下提高织造效率和织 物品质。 表1 1 国外几种主要喷气织机的性能参数【7 1 津田驹丰田必佳乐苏荚特道尼尔 机型 z a x 9 1 0 0j a t - 7 1 0o m n i p l u s 8 0 0m y t h o s e t e c a s 型 最人筘幅 ( c m ) 3 9 03 9 04 0 04 0 05 4 0 最大入纬 2 4 0 02 3 8 02 3 8 02 3 0 0 2 6 5 0 率( m m i n ) 最大转速 ( r m i n ) 1 9 0 01 2 5 01 5 0 01 2 0 01 0 3 8 四连杆曲柄打四连杆打 纬，2 5 0 c m 以纬，阔幅用共轭凸轮打纬共轭凸轮打纬共轭凸轮 打纬装置 上筘幅六连杆六连杆打打纬 打纬 纬 选色装置l 6 色l 6 色l 8 色 1 8 色l 8 色 1 1 3 国内喷气织机发展现状 我国从2 0 世纪8 0 年代开始批量引进国外的喷气织机，台数日益增多。与此 同时，一些纺织机械厂在消化吸收国外先进技术的基础上，自行研制、设计并生 产适合国内生产实际的喷气织机。还有一些纺织机械厂引进国外喷气织机的制造 技术或与国外厂商合作生产喷气织机，并逐步提高零部件的国产化程度【4 1 。 据不完全统计，目前国内开发生产喷气织机的厂家多达二十多家，尚有数十 家处于调研阶段。现有国内喷气织机生产厂家有的纯粹引进国外的，有的搞自行 开发，但却并不是严格意义上的独立自主，绝大多数走的是外购图纸( 产品技术 资料的相互转移) 、测绘仿制之路，从而导致国产喷气织机大部分是中低档次的重 复产品，缺乏自主知识产权新产品，不能走出国门，造成国产喷气织机总体技术 水平总是滞后于国外。 目前国产喷气织机车速也已普遍提高，一般都在7 0 0 8 0 0 r m i n 左右，最高可 达1 0 5 0 r m i n ，国内喷气织机在传动、打纬平衡机构以及整机构造等方面同国外产 品的差距有所缩短。筘幅达3 4 m 以上的不多，与国外还存在一定的差距。随着筘 幅和车速的提高，国产喷气织机入纬率也普遍提高，入纬率接近或达到2 0 0 0 m m i n 的不多，很多还低于1 5 0 0 舢，m i n ，这说明国内喷气织机制造厂家的技术水平参差不 齐，差距较大。国内喷气织机在气动系统方面与国外有较大的差距，主要体现在 零部件的制造与加工、气动系统的布局与测试等方面【6 】。 第一章绪论 喷气织机松经装置改进与经纱张力控制 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乙蛇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 p 2 0 0 0 型，苏州纺织机械有限公司a s g a 7 0 1 型，苏州必佳 乐公司o m n 卜- j e t 型，无锡丝普兰s p r - 一7 0 0 型，无锡龙力l l 一8 8 0 型，青岛引 春y c _ 4 2 5 型，青岛红旗j a - 一1 l 型，浙江泰坦t t - 一8 0 0 型，浙江同发i 江j 卜1 0 型，石家庄纺织机械有限责任公司s g a 一2 1 1 型，广东丰凯k 卜2 0 0 0 型，沈阳宏 大l a 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 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 i 卜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 7 卅。 虽然国内产品在技术上取得了进步，但提高产品可靠性是国产喷气织机生存 和发展的基础，今后国产喷气织机发展的重点还应放在控制系统上，需要更紧密 地与织造工艺相结合，同时在精确引纬控制、智能化控制以及纬纱剪刀、绞边等 附属装置电子化方面再有所突破。另外，国产主喷嘴、辅喷嘴、电磁阀、探纬器、 综框、开口装置等水平也迫切需要提升，这是提升国产喷气织机性能的重要环节， 是提升国产喷气织机竞争力的重要支撑。 综上所述，国内喷气织机的市场巨大、发展l ； 景良好，开发具有自主知识产 权的喷气织机以取代进口产品，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【l0 1 。 1 2 喷气织机后梁系统研究 喷气织机后梁是织机重要组成部分，其高低差异、水平度和转动灵活性直接 影响到经纱张力的正常波动和均布，对织造效率影响较大【j 。 1 2 1 后梁系统的作用 在织物的生产过程中，经纱张力的大小和稳定直接影响到织物质量及生产效 率。经纱松弛或张力过大会导致断纱、停机，出现稀密纬。衡量一台织机的性能 好坏主要看其经纱张力的波动大小，能否很好地将经纱张力控制在上机张力上下 平稳地波动是一台织机性能好坏的关键【i 羽。后梁系统设计的目的就是为了改善经 4 喷气织机松经装置改进j 经纱张力控制 第一章绪论 纱张力，通过后梁的摆动来减小经纱张力的波动，使其变化平稳。 在织机诸运动的作用下，后梁的响应既直接影响经纱的动态张力，又与经纱 自身的动态特性密切相关【1 3 l 。经纱从经轴上退绕下来，首先绕过后梁，再经过其 它零部件，在织口处形成织物。后梁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等。新型喷气织机的后梁除可上下移动外，还 可以前后移动，以便调整梭口后部经纱长度及调整经纱对后梁的包围角，有利于 开清梭口，使张力保持均匀，织物平整挺括【4 l 。当织机主轴运转速度不高时，只需 分析后梁系统的静态张力，而高速织造时，则需分析动态张力【l2 1 ，而喷气织造的 高速度和经纱的高张力( 经纱张力高有利于梭口清晰) 对经纱的原纱质量和织前准 备工程的半成品质量也有很高的要求。 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【1 4 1 。 1 2 2 后梁系统的研究现状 由于设计后梁系统的主要目的是为了改善经纱张力，因此，直接针对后梁系 统动态分析的文献很少，大多相关文献是以经纱张力为研究对象的。 国内，文【1 5 、1 6 】简要介绍了织机某一机构的工作原理及对经纱张力的影响。 文【1 7 2 0 】采用传感器对经纱张力进行检测，讨论了影响经纱张力波动的因素及控 制方法，提出减小电子送经经纱张力波动的措施，通过对送经、卷取机构采用计 算机控制等方法实现恒张力控制。文【2 l 2 4 】通过对模糊控制、p i d 控制或模糊与 p i d 相结合的控制方案来改善经纱张力。 送经机构对张力的控制起着决定性的作用。文【2 5 】以某电子送经机构为分析对 象建立动力学模型，采用特征系统实现算法对实测数据进行了系统参数识别，为 相关机构动力学分析与动态设计提高了理论依据。文【2 6 、2 7 】介绍了喷气织机送经 系统，分析了送经电机的参数选用和张力换算。文【2 8 、2 9 】介绍了无梭织机送经原 理和特点，并对送经机构进行了分类。文【3 0 、3 1 】利用实验的方法针对某一种机型 的送经机构进行系统辨识建模。 有关后梁系统的研究中，文【3 2 】从几何角度建立单、双后梁的模型，定性定量 地分析了单双后梁的摆动性能。文【1 l 、3 3 、3 4 】针对某一特定机型，对织机后梁改 进设计，起到较好的效果。文【3 5 、3 6 】建立了单、双后梁系统的经纱张力模型，分 第一章绪论喷气织机松经装置改进与经纱张力控制 析了影响张力的因素，为设计改进经纱张力控制方案提供了基础。 具体有关织机后梁系统动力学分析的文献中，文 1 4 】对喷气织机单后梁系统分 析得较为详尽，研究了织造中各运动对经纱长度及张力波动的影响，对此建立了 单自由度、两自由度动力学模型，并用实验验证了所建模型的可靠性，另外还提 出利用磁流变阻尼器替代现有的普通阻尼器来控制经纱张力，建立基于磁流变技 术的后梁振动模型后进行数值求解，分析得出磁流变技术能使后梁振动、经纱张 力的变化更为平缓。文 1 2 】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，建立三自由度动力学模型并分 析，改进后的双后梁系统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。 国外有关织机送经系统及经纱张力的研究中，文【3 7 】把包括传动和积极式控制 装置在内的多部件系统( m b s ) 的数学模型与经纱和织物的简明的模型结合起来，对 织物的形成过程进行全面的模拟，并在苏尔寿公司g 6 2 0 0 剑杆织机上进行了试验， 结果显示经纱张力和织机上各部件的动态特性非常合拍。文【3 8 】建立经纱系统的数 学模型，采用计算机模拟织造过程中的经纱负荷，并在g w n 4 s d 型道尼尔( d o m i e r ) 剑杆织机上进行了测试，验证了模拟结果的正确性。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，这种方法可以预见给定织机相应的织 造参数和控制经纱张力的波动。文【4 0 】针对织机送经系统进行静态分析，采用不同 控制方法对静态经纱张力进行改善。文【4 l 】介绍了一种能在织造过程中处理经纱张 力的装置，其装在后梁与停经片之间，随经纱层同步前进，对处于张力范围内的 经纱进行热处理，使经纱层均匀受热，从而达到减小经纱张力的目的。 1 3 本文研究的主要内容 本文以w g 2 0 0 0 型喷气织机为研究对象，并主要研究反映织机动态性能的后 梁系统，分析织机的后梁系统的动态性能时只考虑后梁摆角，建立单自由度模型。 在对后梁系统作静力学及动力学分析的基础上对后梁系统中的松经装置进行优化 设计，以期改善织造条件。 本文的主要工作及章节内容安排如下： 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，发现国内外涉及织机后梁系统动态特性的研究较少，而针对后 梁系统进行改进设计的研究文献也是屈指可数。因此本文在喷气织机后梁系统的 6 喷气织机松经装置改进o j 经纱张力控制第一章绪论 基础上进行优化设计。 第二章介绍喷气织机与经纱变形有关的各机构运动原理，研究各运动对经纱 长度的影响，并在各机构运动参数基础上建立后梁系统单自由度数学模型，进行 静力学和动力学分析，得出经纱张力波动和活动后梁摆角在织造过程中受经轴直 径大小的影响较大，降低了后梁系统的动态性能。考虑在松经装置的基础上加以 改进。 第三章介绍了圆光栅传感器以及步进电机的应用原理，将其运用于松经装置 的改进设计中，形成改进设计思路与方案，并针对改进后的系统建立相应的单自 由度数学模型，进行静力学及动力学分析后得出，经纱张力波动和活动后梁摆角 在织造过程中受经轴直径大小的影响变小了。 第四章结合第二章和第三章的分析，将改进设计后的后梁系统在开口时的经 纱张力、活动后梁摆角等与原后梁系统作比较，得出从满轴到空轴的织造过程中， 经纱张力和活动后梁摆角差距比原后梁系统有所减小，使得整个织造过程中经纱 张力更为稳定，达到了预期的效果。 第五章总结全文的主要工作，指出本文的创新点及不足之处，为进一步完善 这方面的工作提出建议。 7 第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建立 喷气织机松经装置改进与经纱张力控制 第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建立 喷气织机有五大基本运动：开口、引纬、打纬、送经、卷取，各运动机构协 调动作，完成经纬纱交织和织物成形，经纱张力与其变形量密切相关。本章以 w g 2 0 0 0 型喷气织机为研究对象，分析各运动对经纱长度及经纱张力的影响，确 定它们之间的时间配合关系。建立关于后梁系统的数学模型，分析后梁系统的动 态性能，得出活动后梁摆角及经纱张力受织造过程中经轴直径的影响很大，使得 张力传感器的灵敏度降低，并在此基础上提出改进方法。 2 1 喷气织机主要运动 织物的形成是连续进行的，由五大基本运动完成，其具体形成过程如下：从 经轴上退绕的经纱首先绕过后梁，穿过停经架、中绞棒，在综框带动下做升降运 动分成上下两层并形成菱形梭口，此时引纬器用压缩气流牵引纬纱，将纬纱带过 梭口，引纬动作完成后，上下层经纱闭合，同时打纬筘将纬纱打向织口，使经纬 纱交织成一定紧度的织物，织物绕过胸梁、卷取辊最终绕于织轴上。经轴不断放 送经纱及卷取辊及时将织物引离织口保证了织造的连续性。织机结构示意图如图 2 1 所示。为保证整篇文章的系统性，有关织机的主要运动及模型建立方面的内容 是必不可少的，且本节部分内容参考文 1 2 】【1 4 】。 扁 绛 终 图2 1 织机结构示意图 2 1 1 开口运动 经纱由综框带动做升降运动，被分成上下两层，形成菱形梭口，待纬纱引入 梭口后经纬纱交织，两层经纱闭合后再交换位置，形成新的梭口，如此反复循环， 则为开口运动，由织机的开口机构来完成。 8 喷气织机松经装置改进与经纱张力控制第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建晓 2 1 1 1 开口机构 开口机构不仅可以使经纱上下分开，形成梭口，而且可以根据织物组织的要 求，控制经纱的升降次序。常见的开口机构为机械式的，一般有凸轮和连杆开口 机构、多臂开口机构、提花开口机构等。近年来开发的电子式开口机构由伺服电 动机和电子控制系统组成，例如津田驹公司的e s s 电子开口机构。 采用何种类型的开口机构可视织物的类型和织机的速度而定。如织制平纹、 斜纹等简单织物，一般采用凸轮和连杆开口机构，可用2 8 页综框；织制较复杂 的小花纹织物则采用多臂开口机构，一般使用不超过1 6 页综框，但是最多可达3 2 页综框；织制复杂的提花被面等大花纹织物时，采用提花开口机构，它直接采用 综丝控制每根经纱的升降运动。 凸轮开口机构在喷气织机中的应用最为广泛，w g 2 0 0 0 型喷气织机即采用的 是消极式弹簧回综凸轮开口机构，如图2 2 所示。凸轮和回综弹簧都安装在织机墙 板的外侧，综框下降受凸轮驱动，并通过杠杆机构、钢丝绳带动，综框上升则依 靠回综弹簧的回复力，当凸轮远程及回程静止时，综框上下交错，使经纱形成梭 口。这种形式的开口机构最高响应的织机转速可达l 0 0 0 r m i n ，并且常用于轻薄、 中厚织物的加工。 m 综 图2 2 凸轮开口机构示意图 2 1 1 2 梭口形状 开口时，经纱上下分开，形成纬纱的通道即菱形梭口a b i c b 2 ，梭口形状如图 2 3 所示，a b l c 为上层经纱，a b 2 c 为下层经纱。梭口完全闭合时，两层经纱随着 综框的运动回到原来的位置a b c ，此位置称为综平位置。 由图2 3 可知，上下层经纱在开口运动过程中的最大位移b l b 2 称为梭口的高 度h ，从织口a 到中绞棒c 的水平距离，。称为梭口的长度，其中综框到织口a 的 9 第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建立喷气织机松经装置改进与经纱张力控制 水平距离厶。称为梭口的前半部长度，综框到中绞棒c 的水平距离厶：称为梭口的后 半部长度，l 。与厶：的比值称为梭口的对称度。为了便于引纬，常采用梭口的对称 度小于1 的不对称梭口。梭口的前半部a b l b 2 为梭口的工作部分，供梭子或其他 引纬器通过并引入纬纱。 图2 - 3 梭口示意图 经纱处于综平位置时，经纱由织口至后梁构成的一条曲折线a b c d 为经纱位 置线，如果c 、d 两点在a b 直线的延长线上，则经纱位置线是一根直线，称为经 直线。 2 1 1 3 经纱变形 开口过程中，经纱受到拉伸、摩擦和弯曲等机械作用，容易引起断头。一般 情况下，胸梁高度不变，织口和综平时的综眼位置一旦确定后也不再改变，因此， 经纱位置线则通过后梁的高低、前后位置的改变来调整，从而使梭口上下层经纱 张力产生一定的差异以减小断头率。 由于在开口过程中，经纱快速变形，经纱的变形量相对于整个经纱长度来说 很小，因此，可将经纱变形看成弹性变形，经纱张力的大小即与经纱变形量成正 比。研究经纱张力的变化情况可通过研究经纱变形来实现。影响经纱变形的参数 有梭口的高度、梭口后部长度及后梁高度。 在其它参数一定的情况下，经纱变形量与梭口的高度的平方近似成正比，即 梭口的高度少量增加会引起经纱张力的明显增大，故在保证纬纱顺利通过梭口的 前提下，应尽量减小梭口的高度，以减小断头。而梭口后部长度增加时，经纱变 形减少；反之，经纱变形增加。 后梁高度对梭口上下层经纱张力的差值产生的影响有：后梁位于经直线上时， 上下层经纱变形量相等，即上下层经纱张力也相等，形成等张力梭口；后梁位于 经轴上方时，下层经纱变形量大于上层经纱变形量，即下层经纱张力也大于上层 经纱张力，这种不等张力梭口有利于打紧纬纱，使布面丰满；后梁位于经直线下 方时，下层经纱的变形量小于上层经纱的变形量，即下层经纱张力也小于上层经 1 0 喷气织机松绛装置改进j 经纱张力控制第二章喷气织机后梁系统动力学模型的建沈 纱张力，这种不等张力梭口在实际生产中很少应用。 为了便于理论分析，一般将梭口看作等张力梭口，即梭口关于直线a c 上下对 称，可只取其上半部分研究，如图2 4 所示。 图2 - 4 梭口与经纱变形 由于综框的提升运动，梭口一段经纱长度从a b c 变为a b i c 。设梭口前部经 纱伸长量为 。，梭口后部经纱伸长量为以：，则经纱总伸长量 以= 以。+ 以：= ( a b l a b ) + ( b l c b c ) = 0 i i 矿一以。+ 0 丽一以： ( 2 1 ) 式中，o l l 日2 ，办满足关系： j l l = h 一s l n 2 h f2 h 一s l n 2 鲁刁 鲁c 嗍侧州2 0 届 届s 届+ 属 ( 2 2 ) 届+ 属 2 7 c 式中，届为经纱离开综平位置上下分开，直到满开过程中的主轴转过的角度， 也称为开放角，屉为综框运动到最大位移处保持静止，在经纱形成完整梭口的过 程中主轴转过的角度，也称为静止角。 图2 5 所示为由开口运动所造成的经纱变形量，由图中曲线可以看出，在静止 角转过的过程中，梭口满开，完成引纬过程，经纱变形量维持短暂稳定。 0 1 3 6 0 5 4 0 7 2 0 图2 5 开口运动造成的经纱长度的变化 第- 二章喷气织机后梁系统动力学模型的建屯，喷气织机松经装置改进j 经纱张力控制 2 1 2 引纬运动 引纬运动是将纬纱引入到由经纱开口运动所形成的梭口中，以便完成经纬纱 交织。引纬方式包括有梭引纬和无梭引纬，有梭引纬是利用梭子的往复运动将纬 纱引入梭口，而无梭引纬则采用新型引纬器或引纬介质直接从固定的筒子上将纬 纱引入梭口，目前无梭引纬方式更受欢迎，常见的无梭引纬方式有片梭、剑杆、 喷气和喷水引纬等。 本文研究的喷气织机即采用喷气引纬的方式，它是利用压缩气流牵引纬纱， 将纬纱带过梭口，这种引纬方式可适应高速生产的需要。在喷气织机的发展过程 中，已形成了单喷嘴引纬和主辅喷嘴接力引纬两大类型。在防止气流扩散方面也 有两种方式：一种是管道片方式，另一种是异形筘方式。由引纬方式和防气流扩 散方式的不同组合形成了喷气织机的三种引纬形式：单喷嘴+ 管道片、主喷嘴+ 辅 助喷嘴+ 管道片、主喷嘴+ 辅助喷嘴+ 异形筘。 本文研究的w g 2 0 0 0 型喷气织机采用了主