剑杆织机的引纬机构摘要总结了剑杆织机引纬机构的现状,重点分析了几种典型引纬机构的工作原理及其各自的优缺点及创新。
关键词剑杆织机引纬机构1 前言剑杆引纬机构是剑杆织机的五大核心机构之一,它将纬纱引入梭口,形成织物所需的纹理。
剑杆织机引纬过程纬纱始终受到剑头的积极控制,引纬失误少,可靠性高,可以实现对许多引纬比较困难的纱线进行引纬,其制织品种的适应性极其广泛,尤其在色织上更具优势,配以多臂机或提花机,采用多色纬可织造出图案复杂多变、色彩绚丽的高级宽幅织物。
同时剑杆织机的门幅宽,因此剑杆织机成为应用最广泛的一种无梭织机。
现代织机在适应高速、高效的同时,对引纬机构的性能要求越来越高,引纬机构设计的好坏直接决定了整机性能的优劣。
本文综述了目前常用引纬机构的工作原理及其优缺点,并提出一种新型的引纬机构,同时对该机构进行初步的分析。
2 剑杆织机引纬机构的研究进展剑杆织机是无梭织机中最早发明和推广应用于生产实践的一种织机,经过多次更新换代,当今最先进的剑杆织机已经与早期的剑杆织机大相径庭。
下面分析几种典型的剑杆引纬机构。
2.1 共轭凸轮引纬机构共轭凸轮引纬机构是应用最多的一种机构,如SM93(SOMET公司)、GA731(杭纺机)、TT-96(浙江泰坦)、HGA732(浙江精工)、JWG1726(经纬纺机)、LL680(无锡亨利)、JZ2(西航)、LGA783(聊城纺机)等剑杆织机采用该类型引纬机构。
它采用分离筘座,引纬和打纬运动没有直接的传动关系。
共轭凸轮引纬机构的运动原理如图1所示。
该引纬机构有一个自由度,由共轭凸轮、连杆机构和轮系组成。
共轭凸轮1使刚性角形杆H1AH2作往复摆动,摆杆AB和杆H1AH2刚性连接,通过四连杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮2作往复摆动。
最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3和剑轮3的放大,使与剑轮啮合的剑带4获得往复最终所有的捻度。
共轭凸轮引纬机构的剑头运动规律在理论上可按照任意曲线要求来设计,如采用改进的梯形加速度的曲线控制剑头缓慢进入梭口,平稳交接剑,使得共轭凸轮引纬机构在织造过程中纬纱的张力变化较平缓,纬纱断纬、缩纬率低。
整个机构的性能取决于共轭凸轮的设计,其结构比较复杂,材质要求高,同时凸轮廓线加工精度要求相当高(要求廓线误差小0.01 mm),制造难度很大,如存在误差就产生冲击。
国产众多剑杆织机产品采用该引纬方式,但由于精度不够导致不能长时间高速运行。
经磨损后,机构的性能会明显下降,冲击和振动加剧,影响正常的织造。
2.2 变导程螺旋引纬机构C401系列织机采用的是变导程螺旋引纬机构,其结构比较简单,传动可简化为曲柄滑块机构。
如图2所示,主轴带动曲柄AB,经过连杆BC使滑块型螺母C产生往复运动,螺母C与螺杆1形成螺纹副,带动螺杆转动,从而带动螺杆轴上的剑轮2传剑。
通过设计螺杆的导程,可获得所需的剑头运动规律。
变导程螺旋引纬机构优点是传动链短、结构紧凑。
通过设计螺纹的导程可使得剑杆进足时加速度为零,交接条件好。
缺点是螺纹副的传动效率低,而且同共轭凸轮一样,变导程螺杆加工要求也较高。
变导程螺旋引纬机构只在满幅织造剑杆进足时加速度才能为零,所以对于不同的织幅要求,螺杆是不能通用的。
2.3 差动轮系连杆机构差动轮系连杆机构传动的引纬机构,如TP500(SMIT公司)、GA74型剑杆织机采用该类型非分离筘座式引纬机构,如图3所示。
周转轮系的轴心O为筘座脚CO的摆动中心,AO1B杆的转动经连杆分别传递给杆DO和筘座脚。
DO的角速度X1即为周转轮系内齿轮1的角速度,CO的角速度X2为周转轮系转臂的角速度。
在X1和X2作用下,中心轮2以合成速度X3作往复摆动,通过圆锥齿轮系(4、5、6和7)带动传剑轮8。
其接纬剑传动机构中,以四连杆代替了图中的六连杆AO2D。
图3 差动轮系连杆机构传动引纬机构该机构能很好满足送、接纬剑不同的运动规律要求,实现0接力0引纬,改善交接纬时纬纱张力变化大或纬纱松弛导致交接失误现象。
但传动路线长、结构复杂,也由于连杆机构运动特性,剑杆加速度曲线不如共轭凸轮及变导程螺旋引纬机构理想。
该机构采用非分离筘座式结构,由于打纬有一定动程且要求梭口高度较大,加之筘座的转动惯量大,不利于车速的提高。
3.1 新型引纬机构的组成、工作原理和优缺点椭圆齿轮曲柄摇杆引纬机构用一对椭圆齿轮取代共轭凸轮。
要减少动载荷,共轭凸轮轮廓曲线要满足二阶连续要求,制造上困难大。
椭圆齿轮目前可以通过线切割方法、椭圆插齿机和椭圆滚齿机得很好的齿轮轮廓[5~7],比共轭凸轮加工简易,且安装方便。
引纬机构需要实现非匀速传动,如果简单的采用偏心齿轮传动,在传动过程中会因为齿侧间隙变化带来大的振动,而椭圆齿轮传动齿侧间隙不便,因此椭圆齿轮传动平稳。
4.1（2）剑杆织机引纬机构的国内外研究现状分析国外学者对剑杆织机引纬机构进行的研究①对现有剑杆引纬机构的介绍和研究有：Dawson 对主要的几种剑杆引纬机构进行了比较，尤其是对两种最常见的引纬机构的特性进行了分析，并指出了新型技术在引纬机构中的运用。
Zdenek Koloc 对剑杆织机引纬机构的寻纬机构进行了动力学分析，并利用传递矩阵法，进行多次迭代动力学方程求解。
ChadwickArthur 介绍了织物的织造工艺，并介绍了几种不同类型的剑杆织机引纬机构。
Dawson, R.M.针对现今剑杆织机的厂家和设计的多样化，提出将来设计的织机将会分为两个等级，并对通用于剑杆织机及设备设计研究的方法进行了引导性的陈述。
②对新型剑杆织机引纬机构的研究有：Washida Kazuo 提出了一种可以自始自终控制纬纱运动规律的伺服电机引纬机构，并进行实验研究，实验表明引纬运动规律对纬纱张力的影响很大，推导得出了二者的关系，并建立其数值模型。
Tinis, F.提出了一种九连杆刚性剑杆引纬机构，针对大量的设计参数，将机构分为数个子系统，进行子系统优化设计，运用一种探索式的方法进行机构综合分析，并将分析结果与现有剑杆织机进行了比较。
Guenther Kurt 等介绍了Sulzer Ruti 公司生产的高性能 G6200 剑杆织机，阐述了应用于现代高性能织造的引纬机构在各种类型织物的织造中的重要运用，根据设计目标，得到了在具体工业运用中 G6200 织机在可接受故障率内的最大引纬率。
③对剑杆引纬工艺特性的研究有：McMahon, J.F.对双剑杆织机引纬过程中的纬纱平均张力和瞬时张力进行了研究，并且提出将IRO 型IWF 累加器应用在引纬系统上以减小纬纱最大瞬态张力的方法。
Vangheluwe Lieven 建立了剑杆织机引纬过程中纬纱张力的数值模拟模型，并介绍了如何利用该分析模型来优化设计合理的纬纱制动装置，以达到在高引纬率条件下减少断纬率的目标。
Blum Stig-Arne 研究了引纬速度和纬纱张力的比例关系，阐明在技术落后的慢车速织机上使用纬纱张力控制器的重要性，并提出了可以应用在这些织机上的纬纱张力控制装置。
Previdi Fabio 建立了剑杆织机引纬机构送纬过程的数学模型，将一段有限长度的纬纱空间离散化，实验得到了不同纬纱材料的弹性和阻尼系数，模型运算结果由一个典型的微分方程表示，模拟结果表明所提出的数学模型可以为预测断纬2）国内学者对剑杆织机引纬机构的研究情况①对现有剑杆织机引纬机构进行的分析和研究有：李克让等对典型的正置空间曲柄摇杆引纬机构进行动力学分析，在摇杆最大摆角为 30º 时，分析了输出杆的结构压力角随不同的输出杆长度值时的变化规律，得到一组能满足传动性能要求的较佳机构参数，同时指出机构需进一步解决的问题。
原建国等分别介绍了G1611 型和G1731 型剑杆织机引纬机构的运动原理及规律，调整引纬机构的参数，并对剑头的运动学曲线和引纬机构的调整进行了分析、讨论。
郑智毓等对 G6300 型剑杆织机引纬机构进行了分析，通过 MEC-B型机械动态参数测试仪，对引纬机构进行测试，并阐述该机构性能及有关特征数据，还分析讨论了送、接纬剑头的动态曲线和工艺参数。
雷金锋等对C410S 型剑杆织机、SM-93型挠性剑杆织机和TP500 型剑杆织机引纬机构的运动曲线进行比较和分析，得出了曲柄滑块引纬机构、共轭凸轮引纬机构和六连杆引纬机构的引纬运动的性能和差异利用Visual C++语言对GA741挠性剑杆织机的引纬机构编写了运动学分析和优化设计的软件，指出了影响引纬性能的主要机构参数程起时等对空间四连杆传动的剑杆引纬机构的结构及作用原理进行了分析，并介绍了该机构的主要技术特征。
②对新型剑杆织机引纬机构的设计和研究有：陈建能等提出了一种新型的椭圆齿轮—曲柄摇杆引纬机构，建立其运动学数学模型，编写了人机互换的辅助分析软件，分析了一些机构参数对机构运动学特性的影响，最终得到一组较优的参数，并在该组参数下将运动分析结果和 GTM 剑杆织机进行比较。
毛延东等提出了一种共轭凸轮、空间连杆机构和齿轮机构组合而成的新型剑杆织机引纬机构，将其中的共轭凸轮作为两个盘形转子单独进行平衡，其余构件整体上作为空间机构运用线性无关向量法一并进行平衡，最终实现整个机构的振动力完全平衡。
蒋秀明等介绍了一种适用于老机改造的挠性剑杆织机连杆齿带式引纬机构，结合 K85 型织机的参数，给出了优化设计的方法，得到了较为合理的引纬机构参数，并对优化设计结果、剑杆运动规律进行了综合分析海和钱瑞明提出了一种由凸轮、连杆、齿轮组合而成的新型剑杆织机引纬机构，以实现剑杆修正梯形加速度运动规律为目标，从运动学角度对其进行了分析和设计，获得了整个机构的运动尺寸和共轭凸轮的实际轮廓曲线参数。
何勇等在研究分离筘座式挠性剑杆织机引纬方式基础上，提出了用交流伺服系统实现一种新型的引纬方法，该方法与传统剑杆引纬方法相比，减少了传动环节及部件之间的摩擦，提高了运动准确性，并且增加了织物和产品的适应能力。
③对剑杆织机引纬运动规律的研究有：黄民柱等针对剑杆织机共轭凸轮引纬机构，提出了一种修正梯形加速度的剑杆运动规律，并对一种典型的引纬系统建立数学模型进行动态综合。
王绍斌等通过对剑杆引纬规律的动态测试分析，揭示了引纬规律对引纬工艺的影响。
薛元和陈明用矩阵法分析了剑杆织机系统结构尺寸误差对剑头引纬运动的影响，建立了剑头引纬运动的误差与系统各结构参数误差之间关系的矩阵方程，并以 1511 普及型剑杆织机为实例进行了分析计算。
④采用新型研究方法分析或改进剑杆引纬机构的相关研究有：罗军等运用虚拟产品开发技术，分析了剑杆织机共轭凸轮引纬机构的动态性能，根据分析中存在的问题，利用MATLAB 工具对凸轮数据进行拟合，修正凸轮廓线，最终得到满足实际需要的凸轮轮廓曲线。
肖卫兵等以TT96 剑杆织机为例，采用模块化分析方法建立共轭凸轮引纬机构的数学模型，利用MATLAB 对引纬机构的动力响应进行实时的模拟计算，进行该引纬机构运动学规律和工艺特性的分析并给出分析结果。
