陳 雨，王益軒，周 能，王永強，劉 靜，李鵬飛

(西安工程大學 機電工程學院，西安 710048)

0 引言

單梭口織造和多梭口織造是現(xiàn)有的兩種基本織造技術(shù)。在單梭口織機上，整幅經(jīng)紗同時開口，新的緯紗一次織入整個梭口；而在多梭口織機上，梭口成波浪式地向前逐步開啟，緯紗則同時在好幾個梭口(一般為2～12個)相繼織入。傳統(tǒng)的單梭口織機依靠提高織機轉(zhuǎn)速和加大幅寬來提高入緯率和產(chǎn)量，由于受機械加工精度、允許的引緯時間等因素的限制，單梭口織機的入緯率已趨于極限。針對單梭口織機的這些缺點或不足，為了進一步提高織機產(chǎn)量，織造技術(shù)正從單梭口織造向多梭口織造轉(zhuǎn)移[1]，研發(fā)緯向多梭口織機勢在必行?，F(xiàn)有緯向多梭口圓織機存在的問題有：圓形筘筘齒與紗線間因相對速度過高導致摩擦嚴重，引緯梭子與圓形筘之間由于離心力作用導致摩擦磨損嚴重，導致織機的振動噪聲較大。作者通過改進梭子和筘的結(jié)構(gòu)，不僅減小了梭子對筘的離心力和摩擦磨損，而且還增加了梭子數(shù)量，大大提高了織造效率[2-3]。

1 現(xiàn)有圓織機存在問題和改進措施

1.1 現(xiàn)有圓織機存在問題

圓織機是亟須提高循環(huán)性能的紡織設備，它的整體性能影響入緯率提高。圓織機性能受多種因素限制，特別是彈性結(jié)構(gòu)元件的梭子在循環(huán)轉(zhuǎn)動情況下的離心力作用：梭子沿圓形筘循環(huán)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力對筘產(chǎn)生正壓力和滑動磨損。離心力大小主要取決于引緯梭子的質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和圓形筘的半徑，隨著筘直徑的增大，離心力也增大，從而加大了結(jié)構(gòu)元件的應變和磨損。

傳統(tǒng)圓織機由于梭子中緯紗筒子軸是水平的，梭子體積和質(zhì)量較大，造成梭子對筘的離心壓力增大；要求開口裝置具有較大的開口動程以形成較大的梭口，導致經(jīng)紗和筘間摩擦磨損嚴重；梭子的數(shù)量少，運行速度慢。

1.2 改進措施

新型圓織機主要改進了梭子結(jié)構(gòu)和梭子中緯紗筒子軸的布置方式，將緯紗筒子軸改為垂直或微傾，從而在相同容紗量的情況下減小緯紗筒子軸高度、增大繞紗直徑，使筘高度也相應降低，緯紗筒子繞紗直徑增大并不影響梭口高度，對梭子結(jié)構(gòu)的改進則解決了傳統(tǒng)圓織機存在的問題。

為了增加梭子轉(zhuǎn)速，設計圓形筘支持多個梭子在柵門軌道上循環(huán)轉(zhuǎn)動，設計的軌道使梭子可以更平滑地運行，減小了對筘的磨損，使梭子轉(zhuǎn)速提高。另外，還配套設計了適應高速的新型開口機構(gòu)。

2 新型圓織機織造原理和結(jié)構(gòu)

2.1 織造原理

新型圓織機織造原理如圖1所示，電機(未標出)通過減速器(未標出)帶動主軸、凸輪軌道一起轉(zhuǎn)動，兩條上下反向矩形溝槽(凸輪軌道)分別驅(qū)動兩組綜在綜絲導槽筒中上下交變運動，構(gòu)成空間凸輪擺桿從動件機構(gòu)。

新型開口機構(gòu)由環(huán)形布置的兩組綜、綜的軌道和導槽筒組成，綜的上端有綜眼和腳，經(jīng)紗穿過綜眼，綜軌道通過轉(zhuǎn)動進行提綜和回綜以實現(xiàn)綜的升降次序控制。綜導槽筒中有多對綜，綜眼位置在綜導槽筒上端、下端間反復移動。首先，紗線從經(jīng)紗架(未標出)的送經(jīng)輥送出，再經(jīng)過經(jīng)紗分絞棒將紗線分成兩組，經(jīng)紗通過第一組第一根綜眼，經(jīng)紗被綜控制，紗線穿過綜眼形成第一條經(jīng)紗(見圖1)；同時，經(jīng)紗通過第二組第二根綜眼，經(jīng)紗被綜控制，紗線穿過綜眼形成第二條經(jīng)紗(見圖1)。

1—緯向多梭口織機；2—圓形筘；3—上層經(jīng)紗；4—下層經(jīng)紗；5—機織梭口；6—開口機構(gòu)；7,8—綜；9—綜導槽筒；10—綜軌道；11—主軸；12—織軸架；13—織造環(huán)規(guī)；14—緯紗筒子；15—梭子滾輪；16—梭子；17—緯紗筒子軸；18—卷取滾筒；19—機架；a-a′—梭口面;20—筒狀織物。圖1 筒狀織物織造原理

在開口機構(gòu)中，由于綜導槽筒下方綜軌道的兩條槽線方向相反，隨著主軸旋轉(zhuǎn)帶動綜軌道轉(zhuǎn)動，其中綜會以交替的方式上下移動，因此，產(chǎn)生彼此相對的向上和向下交替運動，分別帶動上下兩組經(jīng)紗開啟和關(guān)閉機織梭口(移動梭口)。在梭口打開狀態(tài)下，機織梭口是由兩組經(jīng)紗形成一個梭口空間，這時一把梭子攜帶著緯紗筒子在圓形筘的柵門軌道上旋轉(zhuǎn)，同時將緯紗從緯紗筒子引入到梭口中，并打緊到織口環(huán)規(guī)上；當?shù)谝桓C和第二根綜的綜眼都處于同一水平位置時，則梭口關(guān)閉，其中經(jīng)紗組也位于同一平面。在圖1封閉的梭口中，平面(a-a′)是兩組經(jīng)紗間的角平分線面，第一組經(jīng)紗即上層經(jīng)紗組，第二組經(jīng)紗即下層經(jīng)紗組；因此，當梭口打滿開時，上、下層經(jīng)紗組與平面(a-a′)間的角度分別為α1和α2。梭口的大小是由兩組經(jīng)紗決定的，兩組經(jīng)紗不斷變化，相對運動形成梭口。從開始梭口閉合，如果兩組經(jīng)紗位于它們相對的交替運動的反轉(zhuǎn)點，則梭口達到最大值；在這些反轉(zhuǎn)點，所謂的梭口改變是由于相對的經(jīng)紗組反向運動產(chǎn)生的。在梭口的變化下，緯紗被梭子引入新打開的梭口中織到織物上，下一根緯紗被下一把梭子攜帶著引入下一個梭口(隨第一個梭口相繼開啟的)。在織造過程中，如果梭口關(guān)閉，兩組經(jīng)紗所在平面和經(jīng)紗分絞棒及織造環(huán)規(guī)將處于同一水平位置。此外，絞棒可以優(yōu)先布置在經(jīng)紗入口側(cè)，圓形筘布置在開口機構(gòu)和織造環(huán)規(guī)間，而梭子在圓形筘中等距離布置，并依次循環(huán)轉(zhuǎn)動，生產(chǎn)的筒狀織物是由布置的織造環(huán)規(guī)向內(nèi)側(cè)集中安排織造的，然后由卷取滾筒向上卷取。

梭子傳動裝置和傳統(tǒng)圓織機基本相同。

2.2 改進的筘結(jié)構(gòu)

筘用以確定經(jīng)紗的分布密度和織物幅寬，筘齒為特制的鋼片。由于圓形筘的直徑大、高度小，因此經(jīng)紗梭口空間尺寸小，筘中可同時攜帶多把梭子(引入多根緯紗)。如圖2所示，圓形筘由上筘板和下筘板及筘齒組成，筘板間有多組筘齒，相鄰筘齒的間隙相等、均勻分布、周向排列。紗線從經(jīng)紗架(未標出)送出，從織機底部穿過織軸架，再由經(jīng)紗分絞棒分成兩組，然后通過開口機構(gòu)在筘齒間送紗。梭子在圓形筘的柵門軌道上轉(zhuǎn)動，從它攜帶的緯紗筒子上將緯紗引出并拉入到織造環(huán)規(guī)中交織成織物，筒狀織物通過卷取滾筒從織造環(huán)規(guī)中卷出。

1—緯紗筒子；2—緯紗筒子筒芯；3—梭子滾輪；4—梭子；5—上筘板；6—下筘板；7—柵門軌道；8—筘齒。圖2 圓形筘示意

2.3 傳統(tǒng)梭子與新型梭子

傳統(tǒng)圓織機是專門以塑料帶作為經(jīng)紗和緯紗而設計的織機，當塑料帶被拉長時可使織物的強度達到更高。為了充分實現(xiàn)圓織機的優(yōu)點，對梭子結(jié)構(gòu)做了很大改進，傳統(tǒng)緯紗筒子是水平放置的，如圖3所示，由于緯紗筒子較長使梭子占用的梭口空間比較大，而且緯紗引出后容易被梭子滑行的柵門軌道掛斷；新型緯紗筒子是豎直放置的，如圖4所示，大大減小了緯紗筒子的長度，增加了紗筒儲紗量，設計要求紗筒直徑大于筒子長度，這使得豎直放置的緯紗筒子可以攜帶更多的緯紗。相對于水平放置的長筒子，新型緯紗筒子另一個優(yōu)點是筒芯的長度，從而也減少筒子體積；梭子總體積減小將縮小梭口空間，使圓形筘內(nèi)容納梭子的數(shù)量增加，提高了入緯率[4-5]。

由于緯紗筒子的創(chuàng)新，減小了梭子通過所需的梭口空間，使圓形筘的筘齒變短，相對于較長的筘齒，較短的筘齒由振動產(chǎn)生的噪聲將更小。當然，織機也可以通過降低梭子轉(zhuǎn)速和減少梭子數(shù)量來進一步降低噪聲。同時，梭子和緯紗筒子質(zhì)量的減小，其作用在梭子滾輪上的離心力顯著降低，對鋼筘的磨損也隨之降低。

1—緯紗筒子；2—筒子芯；3—筒子支架；4—梭子后輪；5—梭子前輪；6—梭體；7—梭臂。圖3 傳統(tǒng)梭子結(jié)構(gòu)

如圖4所示，新型梭子底部增加4個底輪，將梭體與筘柵門軌道之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。因為在接觸面和壓力相同時，滾動摩擦力要比滑動摩擦力小得多，所以新型梭子對圓型筘的磨損大大減小。由于增加的4個梭子底輪較小，因此對梭子總質(zhì)量影響不大，并且梭輪的增多使梭子的轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)，有利于緯紗引入并減小斷緯率。

1—緯紗筒子；2—筒子芯；3—筒子支架；4—底輪；5—后輪；6—前輪；7—梭體；8—梭臂。圖4 新型梭子結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)梭子的緯紗筒子軸是水平放置的，這使梭子的離心力完全作用在圓型筘上；而圖5所示創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設計是將梭子的緯紗筒子軸豎直放置，并偏離一個角度β(見圖1，最大為+15°或-15°，最佳角度為+10°或-10°)，通過設置緯紗筒子軸偏斜的角度，可以減小緯紗筒子在垂直方向的有效高度及其質(zhì)量，也使梭子對筘的一個正向離心力分解為兩個分力，從而實現(xiàn)在相同的緯紗筒子直徑和質(zhì)量下，梭子對筘的離心壓力減小，結(jié)構(gòu)元件的應變和磨損也減小。在圓型筘直徑不變的情況下，降低梭子的轉(zhuǎn)速可以布置更多的梭子引緯，開多個梭口允許多把梭子同時通過。綜上所述，圓織機的緯紗數(shù)增加是基于作用在結(jié)構(gòu)件上的離心力而定的；另外，梭子轉(zhuǎn)速和圓形筘結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新也可以增加緯紗數(shù)。

圖5 新型梭子

2.4 新型圓織機的三維設計模型

新型緯向多梭口圓織機采用梭子引緯，這是根據(jù)傳統(tǒng)圓織機的工作原理進行創(chuàng)新設計。如圖6所示，在UG 中建立織機整機的參數(shù)虛擬樣機化模型；織機主要由傳動裝置(梭子傳動裝置基本與傳統(tǒng)圓織機相同，三維模型中未表示)、送經(jīng)機構(gòu)(未標出)、提綜裝置(開口機構(gòu))和卷取裝置(卷取滾筒)4部分組成；其優(yōu)點是在織造過程中可以形成多個梭口，并同時引入多根緯紗，筘中的柵門軌道構(gòu)成緯紗的運行通道，經(jīng)紗穿過筘齒與緯紗交織形成織物。目的是在不增加機構(gòu)元件壓力和磨損的情況下，增加織機的緯紗密度和織物幅寬(直徑)，降低梭子施加的離心壓力。

緯向多梭口織機必須具備連續(xù)開口機構(gòu)和循環(huán)引緯機構(gòu)，連續(xù)開口機構(gòu)把提綜裝置和回綜裝置集為一體，通過綜軌道的轉(zhuǎn)動進行提綜和回綜以實現(xiàn)對綜的升降進行開口，并利用圓柱凸輪綜軌道把整幅經(jīng)紗分成多個波浪形梭口(移動梭口)，以引緯器(梭子)的速度沿引緯方向推移；循環(huán)引緯機構(gòu)則由梭子和推梭桿(未標出)構(gòu)成，梭子在織機中隨著梭口循環(huán)轉(zhuǎn)動，由于梭子攜帶著緯紗筒子，所以隨著轉(zhuǎn)動將同步地引入一緯緯紗。多梭口織機無打緯機構(gòu)，由梭子上的張緊桿帶動前端的滾輪借助梭子的圓周運動把緯紗帶入并拉向織口以實現(xiàn)打緯，加上連續(xù)送經(jīng)和連續(xù)卷取，便完成織機連續(xù)織造動作。

送經(jīng)裝置(未標出)中的送經(jīng)輥為主動送經(jīng)，它由力矩電機、減速機以及傳動鏈驅(qū)動裝置組成，在織造過程中可送出定量且具有一定張力的經(jīng)紗，以維持織造連續(xù)進行。如圖6、圖7所示，在織機中，圓形筘的外側(cè)環(huán)形分布在開口機構(gòu)內(nèi)側(cè)，而經(jīng)紗分絞棒環(huán)形分布在開口機構(gòu)外側(cè)，是用于調(diào)節(jié)經(jīng)紗張力的裝置，將經(jīng)紗架(未標出)所供應的紗線均分為兩組，并且保證織造過程中織軸架能從大到小保持均勻一致的經(jīng)紗張力[2]。

1—緯向多梭口織機；2—圓形筘；3—絞棒；4—經(jīng)紗；5—梭口；6—開口機構(gòu)；7—綜；8—綜導槽筒；9—綜軌道；10—主軸；11—織軸架；12—織造環(huán)規(guī)；13—緯紗筒子；14—梭子滾輪；15—梭子；16—卷取滾筒；17—織物；18—機架。圖6 圓織機整機三維模型

1—緯向多梭口織機；2—圓形筘；3—梭口；4—經(jīng)紗；5—開口機構(gòu)；6—絞棒；7—綜導槽筒；8—綜軌道；9—綜；10—織軸架；11—主軸；12—織造環(huán)規(guī)；13—梭子滾輪；14—緯紗筒子；15—梭子；16—機架；17—織物;18—卷取滾筒。圖7 織機整機結(jié)構(gòu)示意

3 緯向多梭口織機織造的織物

3.1 筒狀織物的應用

大直徑筒狀織物具有抗拉強度高、抗沖擊性能強和耐疲勞性能優(yōu)異等特點，特別適合編織建筑用安全網(wǎng)、運輸用遮蓋網(wǎng)、車船行李網(wǎng)、漁網(wǎng)以及體育用網(wǎng)等。此類產(chǎn)品的編織和原料選用與中筒徑織物一樣，其產(chǎn)品經(jīng)過封口，可用作運送水果、蔬菜類的包裝網(wǎng)袋、捕魚的漁網(wǎng)、植樹包裹樹根用網(wǎng)袋，以及肥料等其它化學制品包裝網(wǎng)袋(內(nèi)部放入薄膜袋)。它也可以用作護堤袋，采用網(wǎng)眼組織結(jié)構(gòu)一方面能阻止碎石、泥土的流失，另一方面又便于草、樹木根部的自由生長，起到護堤綠化的功能[3]。如今，隨著輕質(zhì)高強復合材料需求的不斷發(fā)展，大直徑筒狀織物的織造技術(shù)已成為重要的研究方向。

3.2 設計的筒狀織物

1—經(jīng)紗組4a；2—經(jīng)紗組4b；3—緯紗。圖8 織物

圖9 筒狀織物

筆者設計的織機可以織造大直徑筒狀織物，效率比傳統(tǒng)圓織機效率高很多，織造的織物如圖8、圖9所示，由兩組經(jīng)紗線和多組緯紗線交織而成。與傳統(tǒng)的筒狀織物相比，增加了緯紗的數(shù)量，使織物的直徑增大，并且沿厚度方向紗線相互交織在一起，提高了層間的抗剪切能力和抗沖擊能力。

4 結(jié)論及建議

4.1 緯向多梭口織機的優(yōu)勢

傳統(tǒng)圓織機對紗線的磨損嚴重、噪聲大，但比一般二維織機的織造效率高。作者設計的緯向多梭口織機與圓織機相比，可織造大直徑的筒狀織物，且織機的主軸轉(zhuǎn)速較慢、機構(gòu)振動較小，其機械零件的加工精度也較二維織機低，由于圓形筘和梭子結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，提高了織機的入緯率和織造效率。

4.2 緯向多梭口織機今后研究重點

多梭口織機是新一代的低速高產(chǎn)織機，但補緯動作較頻繁，要求機械動作精確可靠，對紗線質(zhì)量的要求高，其中引緯梭子和圓形筘的結(jié)構(gòu)對緯向多梭口織機的影響最大。例如，經(jīng)紗和筘齒之間的摩擦比較大，導致噪聲比較大，造成工人生產(chǎn)環(huán)境惡劣；另一方面，由于經(jīng)紗之間的摩擦導致斷紗率很高,因此，改進圓形筘和引緯梭子的結(jié)構(gòu)，減小引緯所需梭口空間，或通過新的開口機構(gòu)提高經(jīng)紗的密度、減小對經(jīng)紗的摩擦，這些仍是緯向多梭口織機今后需解決的主要問題。

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