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織機打緯機構(gòu)的計算機輔助分析
王友江 孫輝
紡織學院化纖工程,佐治亞理工學院,亞特蘭大,佐治亞州30332,美國
摘要:分析和設(shè)計打緯機構(gòu)對提高織機性能是極為重要的。計算機輔助設(shè)計和分析工具用于研究不同種類的打緯機構(gòu), 包括四連桿和六連桿機構(gòu),并且和共軛凸輪機構(gòu)進行比較。從不同的幾何參數(shù)模型可以得到結(jié)果,揭示了合理的操作計算機工具是有效的分析和設(shè)計打緯機構(gòu)的方法??梢詫崿F(xiàn)低的噪音和振動,還有更高的速度。
過去十年,紡織產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從勞動密集型轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)率高的資本密集型產(chǎn)業(yè)。在制造織物時,對高性能織機有一個恒定的要求,它是快速,高效節(jié)能,可靠的,高度自動化的,安靜的,耐用,低維修。在過去幾十年中,織機的生產(chǎn)效率大幅度增加,最大引緯效率從200到超過2000米/分鐘。這樣一個在性能上的顯著改善是由于技術(shù)的創(chuàng)新(例如,無梭織),使用新技術(shù)(例如,計算機和材料),及其更好的機械設(shè)計。
無論是哪種織機,它的技術(shù)狀態(tài)或者是模式要被編織,基本內(nèi)容包括四個步驟:脫落,采取,打緯,和行動/燃放[2]。脫落操作通過形成一個流束來提高或者降低具體的經(jīng)紗。在采摘步驟,新的緯紗通過棚被插入。開始打緯時,通過筘座的安裝彈簧片把新插入的填充紗被推到位。最后,整理后的織物被卷成布束。但是更多的經(jīng)紗紗線被彎曲。這四個步驟會不斷的重復排列。
打緯對織造過程和產(chǎn)品質(zhì)量非常重要。一個正常的打緯運行會給堅固,統(tǒng)一的織物結(jié)構(gòu)。此外,簧片的運動由筘座帶動,通過打緯的完成,對脫落和采摘操作的光滑度有很打的影響。在高速織造中,采取操作的每個周期相對時間比上采摘應該盡量減少?;善瑧撏A舯M可能長時間在后面,就可以留下更多的時間引緯,然后可以盡快的打新的緯紗。這對現(xiàn)代寬幅織機是非常重要的。然而,較高的力量和振動是和運動呢相關(guān)的,設(shè)計協(xié)調(diào)是實現(xiàn)織機平衡和平穩(wěn)運行所必須的。筘座運動的動態(tài)分析對織布機的設(shè)計和制造是十分重要的。
一般有三種基本的打緯機構(gòu):四連桿,六連桿和共軛凸輪,如圖1所示。四連桿機構(gòu)是用的最廣的,比如梭機,噴氣和劍桿織機。因為他結(jié)構(gòu)簡單,制造簡單。六連桿機構(gòu)可以提供更長的停留時間,主要用在噴氣織機。在無梭織機中共軛凸輪機構(gòu)是應用最廣的,是因為它精密和筘座的可調(diào)停留時間。
圖1 打緯機構(gòu)類型:四連桿(a) 六連桿(b) 共軛凸輪(c)
打緯機構(gòu)的設(shè)計,尤其它們的質(zhì)量分布和幾何,對織機的性能有顯著的影響。傳統(tǒng)分析這些機構(gòu)的方法是依據(jù)運動學和動力學原理,但是往往涉及長時間的數(shù)學推導。計算機輔助設(shè)計和分析工具為分析復雜的結(jié)構(gòu)的動態(tài)相應提供了一種簡單的方式。
一個關(guān)于知識革命的軟件產(chǎn)品[1]-工作模式,結(jié)合了先進的運動仿真技術(shù)與先進的編輯能力來提供一個有用的工具和動畫模擬。一個機構(gòu)可以轉(zhuǎn)換成一套剛體,在計算機上約束建立模型。這個軟件模擬機構(gòu)議案,基于集合約束和牛頓力學原理。工程量定義在模擬量出來之前,在模擬過程的進一步分析之中。對象的性能可以調(diào)整通過圖形用戶界面以至形成新的模式和理想的結(jié)果。
在這項研究中,我們首先分析了四連桿機構(gòu)使用工作模型軟件。一個參數(shù)的研究探索了筘座運動的幾何影響。我們還建立一個六連桿模型來確定能延長在一個織造循環(huán)中插入時期的集合配置。最后,我們用不同的打緯機構(gòu)來比較筘座的運動。
打緯機構(gòu)
四連桿機構(gòu)
圖2顯示了計算機獲得的圖形,在執(zhí)行了所以四連桿機構(gòu)用這個工作模式,根據(jù)實際尺寸和質(zhì)量和連接類型。通過仿真筘座位移,速度,加速度和力的作用進行數(shù)量測量和記錄。為了驗證模型,我們從模型仿真和運動學分析中比較結(jié)果,發(fā)向沒有明顯差異。
圖2 四連桿打緯機構(gòu)電腦模型
六連桿打緯機構(gòu)
我們根據(jù)采用六連桿驅(qū)動筘座織機的實際機構(gòu)制定了一個模型,如圖3所示。我們試圖通過調(diào)整一些幾何參來增加填充插入時間。在一組實驗后,我們改進了模型,在圖3中顯示。兩個模型之間角位移的比較在圖4中顯示。當筘座的位移到達最大值的一半的時候標記,當位移達到至少最大值的一半的時候,兩個模型被顯示出來。很顯然,在改進模型中,筘座在背面停留的時間比原來的長一些。修改后,插入時期從199°,55%的時間增加到240°,67%的時間在一個織造循環(huán)中。這對高速操作很有幫助。
圖3 六連桿機構(gòu)的電腦模型:原來的配置(左),修改后的配置(右)
圖4 六連桿角位移的比較
在不用的機構(gòu)中比較筘座的運動特性
為了比較筘座在不同機構(gòu)中的運動,我們制定了一個共軛凸輪打緯機構(gòu)的模型[3]。這里,我們比較共軛凸輪引,四連桿和六連桿機構(gòu)筘座的運動特性。圖5顯示了筘座在三個不同驅(qū)動機構(gòu)下的角位移和加速度。
圖5 不同機構(gòu)下的筘座運動比較:(a)角位移 (b)角加速度
在圖5中,我們看到凸輪筘座完成它的運動在130°的回升周期。駐留(保持靜止)在后面的位置230°(確切時間取決具體的設(shè)計)。相對四連桿和六連桿,驅(qū)動筘座經(jīng)常移動在整個挑選周期(0°-360°)。連桿機構(gòu)驅(qū)動筘座與共軛凸輪機構(gòu)比,一個類似棚大小緯線,線束要取消/降低到更大距離。因為共軛凸輪允許填充的紗線插入附近的線束。在較高的織機速度或者較寬的引緯比率時,緯線必須穿越棚在更短的時間內(nèi)。共軛凸輪筘座預留更長的時間,大于200°在一個插入循環(huán)中,使引緯更容易,也能允許提高織機速度,縮短線束升降距離,降低經(jīng)紗張力。
另一方面,我們很清晰從圖5中看到,凸輪驅(qū)動的筘座加速度遠遠高于那些連桿驅(qū)動的。因為凸輪驅(qū)動的筘座已經(jīng)完成向前和向后運動,在驅(qū)動筘座不到一半的時間內(nèi)(130°對凸輪驅(qū)動系統(tǒng)而360°對連桿驅(qū)動系統(tǒng))。高加速度可以適用于凸輪驅(qū)動筘座,這可以更小更輕比那些連桿驅(qū)動的。用超高的剛度和超輕復合材料,筘座機構(gòu)的慣性質(zhì)量可以進一步減少,一提高織機的速度。
總結(jié)
高速織機有一個快速緯線插入和快速脫落和打緯動作。一個關(guān)于織機系統(tǒng)的復雜工程設(shè)計是需要快速.平滑和有效的織機操作。計算機輔助設(shè)計工具提供了一個快速和可靠的方法研究機床動態(tài)特性的機制。在本文中,我們使用這模型軟件來分析四連桿和六連桿打緯機構(gòu)。通過分析筘座運動特性的幾何參數(shù)的影響,我們論證在計算機模型上調(diào)整某些幾何參數(shù)。在一個織造循環(huán)中,該系統(tǒng)可以很容易的做到調(diào)整來允許一個相對較長時間的填充插入。我們還可以比較連桿機構(gòu)和共軛凸輪驅(qū)動機構(gòu)的運動特性。
引用文獻
[1] Knowledge Revolution. Working Model User’s Manual.1992
[2] Lord, P. R. and Mohamed, M. H. "Weaving: Conversion of Yarn to Fabric," 2nd ed. Merrow Publishing Co. Ltd.1982
[3] Sun, H. Computer Aided Design and Analysis of Loom Beat-ing-up Mechanisms, Masters thesis, School of Textile & Fiber Engineering, Georgia Institute of Technology, 1997.