织机打纬机构的计算机辅助分析

王友江    孙辉

纺织学院化纤工程，佐治亚理工学院，亚特兰大，佐治亚州30332，美国

摘要：分析和设计打纬机构对提高织机性能是极为重要的。计算机辅助设计和分析工具用于研究不同种类的打纬机构， 包括四连杆和六连杆机构，并且和共轭凸轮机构进行比较。从不同的几何参数模型可以得到结果，揭示了合理的操作计算机工具是有效的分析和设计打纬机构的方法。可以实现低的噪音和振动，还有更高的速度。

过去十年，纺织产业已经从劳动密集型转变成生产率高的资本密集型产业。在制造织物时，对高性能织机有一个恒定的要求，它是快速，高效节能，可靠的，高度自动化的，安静的，耐用，低维修。在过去几十年中，织机的生产效率大幅度增加，最大引纬效率从200到超过2000米/分钟。这样一个在性能上的显著改善是由于技术的创新（例如，无梭织），使用新技术（例如，计算机和材料），及其更好的机械设计。

无论是哪种织机，它的技术状态或者是模式要被编织，基本内容包括四个步骤：脱落，采取，打纬，和行动/燃放[2]。脱落操作通过形成一个流束来提高或者降低具体的经纱。在采摘步骤，新的纬纱通过棚被插入。开始打纬时，通过筘座的安装弹簧片把新插入的填充纱被推到位。最后，整理后的织物被卷成布束。但是更多的经纱纱线被弯曲。这四个步骤会不断的重复排列。

打纬对织造过程和产品质量非常重要。一个正常的打纬运行会给坚固，统一的织物结构。此外，簧片的运动由筘座带动，通过打纬的完成，对脱落和采摘操作的光滑度有很打的影响。在高速织造中，采取操作的每个周期相对时间比上采摘应该尽量减少。簧片应该停留尽可能长时间在后面，就可以留下更多的时间引纬，然后可以尽快的打新的纬纱。这对现代宽幅织机是非常重要的。然而，较高的力量和振动是和运动呢相关的，设计协调是实现织机平衡和平稳运行所必须的。筘座运动的动态分析对织布机的设计和制造是十分重要的。

一般有三种基本的打纬机构：四连杆，六连杆和共轭凸轮，如图1所示。四连杆机构是用的最广的，比如梭机，喷气和剑杆织机。因为他结构简单，制造简单。六连杆机构可以提供更长的停留时间，主要用在喷气织机。在无梭织机中共轭凸轮机构是应用最广的，是因为它精密和筘座的可调停留时间。

图1  打纬机构类型：四连杆（a） 六连杆（b）  共轭凸轮（c）

打纬机构的设计，尤其它们的质量分布和几何，对织机的性能有显著的影响。传统分析这些机构的方法是依据运动学和动力学原理，但是往往涉及长时间的数学推导。计算机辅助设计和分析工具为分析复杂的结构的动态相应提供了一种简单的方式。

一个关于知识革命的软件产品[1]-工作模式，结合了先进的运动仿真技术与先进的编辑能力来提供一个有用的工具和动画模拟。一个机构可以转换成一套刚体，在计算机上约束建立模型。这个软件模拟机构议案，基于集合约束和牛顿力学原理。工程量定义在模拟量出来之前，在模拟过程的进一步分析之中。对象的性能可以调整通过图形用户界面以至形成新的模式和理想的结果。

在这项研究中，我们首先分析了四连杆机构使用工作模型软件。一个参数的研究探索了筘座运动的几何影响。我们还建立一个六连杆模型来确定能延长在一个织造循环中插入时期的集合配置。最后，我们用不同的打纬机构来比较筘座的运动。

打纬机构

四连杆机构

图2显示了计算机获得的图形，在执行了所以四连杆机构用这个工作模式，根据实际尺寸和质量和连接类型。通过仿真筘座位移，速度，加速度和力的作用进行数量测量和记录。为了验证模型，我们从模型仿真和运动学分析中比较结果，发向没有明显差异。

图2  四连杆打纬机构电脑模型

六连杆打纬机构

我们根据采用六连杆驱动筘座织机的实际机构制定了一个模型，如图3所示。我们试图通过调整一些几何参来增加填充插入时间。在一组实验后，我们改进了模型，在图3中显示。两个模型之间角位移的比较在图4中显示。当筘座的位移到达最大值的一半的时候标记，当位移达到至少最大值的一半的时候，两个模型被显示出来。很显然，在改进模型中，筘座在背面停留的时间比原来的长一些。修改后，插入时期从199°，55%的时间增加到240°，67%的时间在一个织造循环中。这对高速操作很有帮助。

图3  六连杆机构的电脑模型：原来的配置（左），修改后的配置（右）

图4 六连杆角位移的比较

在不用的机构中比较筘座的运动特性

为了比较筘座在不同机构中的运动，我们制定了一个共轭凸轮打纬机构的模型[3]。这里，我们比较共轭凸轮引，四连杆和六连杆机构筘座的运动特性。图5显示了筘座在三个不同驱动机构下的角位移和加速度。

图5  不同机构下的筘座运动比较：（a）角位移 （b）角加速度

在图5中，我们看到凸轮筘座完成它的运动在130°的回升周期。驻留（保持静止）在后面的位置230°（确切时间取决具体的设计）。相对四连杆和六连杆，驱动筘座经常移动在整个挑选周期(0°-360°)。连杆机构驱动筘座与共轭凸轮机构比，一个类似棚大小纬线，线束要取消/降低到更大距离。因为共轭凸轮允许填充的纱线插入附近的线束。在较高的织机速度或者较宽的引纬比率时，纬线必须穿越棚在更短的时间内。共轭凸轮筘座预留更长的时间，大于200°在一个插入循环中，使引纬更容易，也能允许提高织机速度，缩短线束升降距离，降低经纱张力。

另一方面，我们很清晰从图5中看到，凸轮驱动的筘座加速度远远高于那些连杆驱动的。因为凸轮驱动的筘座已经完成向前和向后运动，在驱动筘座不到一半的时间内（130°对凸轮驱动系统而360°对连杆驱动系统）。高加速度可以适用于凸轮驱动筘座，这可以更小更轻比那些连杆驱动的。用超高的刚度和超轻复合材料，筘座机构的惯性质量可以进一步减少，一提高织机的速度。

总结

高速织机有一个快速纬线插入和快速脱落和打纬动作。一个关于织机系统的复杂工程设计是需要快速.平滑和有效的织机操作。计算机辅助设计工具提供了一个快速和可靠的方法研究机床动态特性的机制。在本文中，我们使用这模型软件来分析四连杆和六连杆打纬机构。通过分析筘座运动特性的几何参数的影响，我们论证在计算机模型上调整某些几何参数。在一个织造循环中，该系统可以很容易的做到调整来允许一个相对较长时间的填充插入。我们还可以比较连杆机构和共轭凸轮驱动机构的运动特性。

引用文献

[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.