几种典型的剑杆织机引纬机构及其机构创新

赵　雄　徐　宾　陈建能　赵匀

(浙江理工大学310018)

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。提出了椭圆齿轮———曲柄摇杆引纬新机构,并通过一个实例证明了该机构的可行性。

关键词　剑杆织机　引纬机构　椭圆齿轮　曲柄摇杆

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。

4　结论

管道纺纱开松棉过程通过分梳辊来实现,气流对于纤维运动的影响与气流纺相仿。

管道纺纱通过特定设计的带有吸风孔的凝棉槽

来实现剥棉、凝棉与输棉。用气流分析软件分析得到其内部气流流动速度为递增趋势,有利于成纱。

管道纺纱是用圆形空心加捻管来达到对须条的

加捻。高速转动的空心管内部有约束气圈、管外有自由气圈的作用,从而达到加捻成纱。参考文献1　上海市纺织科学研究院编译.气流纺纱理论与实践[M].上海:上海科学技术出版社,2　周柄荣.纺纱机械[M].北京:中国纺织出版社,1999.3　陈克彰.管道纺纱方法的研究[J].中国纺织大学学报,第16卷第4期.4　单超.管道纺纱器凝聚槽主要结构参数对成纱强力的影响分析[J].纺织学报,1991.85　张文赓陈铭右丁寿基庞韦廉编著.加捻过程基本理论[M].北京:纺织工业出版社,48·设计·制造· 纺织机械　2008年第2期直线运动。

图1　共轭凸轮引纬机构

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

于0.01mm),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。

图2　变螺距螺旋传动引纬机构

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ω1即为周

转轮系内齿轮1的角速度,CO的角速度ω2为周转

轮系转臂的角速度。在ω1和ω2作用下,中心轮2

以合成速度ω3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”接力”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。

图4　空间四杆引纬机构

2.4　空间四杆机构空间四杆机构引纬机构,如GTM(PICANOL公

司)、SGA726-190A、GA733-A(必佳乐)、GA737(苏

吴机械)型剑杆织机采用该类型引纬机构,如图4所49纺织机械　2008年第2期 ·设计·制造·示,2为织机主轴,由曲柄1、叉杆3和摇杆4组成的

球面曲柄摇杆机构,通过连杆5进而带动扇齿轮6,

驱动剑轮7。其引纬运动规律设计的灵活性不如差

动轮系六连杆送纬、四连杆接纬机构。2.5　电子引纬机构

1-伺服电动机　2-机架　3-减速机构4-剑轮　5-剑带　6-剑头(a)电子引纬装置机械部分

1-光电编码器　2-PCC控制系统　3-1045驱动器4-交流伺服电动机　5、6-齿轮　7-剑轮　8-剑带　9-剑头(b)引纬控制系统

图5　电子引纬装置原理

电子引纬机构是机械和电子技术结合的产物,是伴随着电子技术和控制技术的发展而提出的一种

新的引纬方法。目前,该技术还没有获得普遍的推广和使用,尚处于实验改进阶段。图5(a)所示为电

子引纬装置的机械部分。该装置核心技术在伺服电动机转速的控制。引纬控制系统原理如图5(b)所示。它由主控制系统、交流伺服驱动器和伺服电动

机等组成。B&R2003PCC控制系统2的指令根据所需剑头运动规律编写,工作过程中光电编码器1根

据织机转角编码,B&R2003PCC控制系统2根据编码发出相应指令,经由ACOPOS1045驱动器3和

8MSA4L交流伺服电动机4将运动传给传剑轮7,完成引纬。 该引纬方法优点在于机构结构简单,能最大程度消除机械部件转动惯量带来的不良影响。通过改

变引纬控制器中数据,能够实现剑杆织机引纬运动规律的可选择性,满足和提高织机对不同纬纱的适

织性能,进一步增强织造多品种织物的能力,提高织机的自动化水平。

3　剑杆织机引纬机构的创新从当前国内引纬机构发展现状来看,共轭凸轮引纬机构是一种综合性能优良的机构,将在相当长

一段时间内继续得到应用,针对共轭凸轮在制造中的困难,本文提出一种新型引纬机构(已申报专利):

椭圆齿轮———曲柄摇杆引纬机构,并初步判断该机构可达到共轭凸轮引纬机构同等优良的效果。

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

到很好的齿轮轮廓[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。

该引纬机构由椭圆齿轮机构、曲柄摇杆机构和

轮系等组成,如图6。其传动路线与基本工作原理

如下:通过1和2的椭圆齿轮传动(椭圆齿轮1和2的转动中心分别是两椭圆的同相焦点),将织机主轴(即主动椭圆齿轮1的转轴)的匀速转动转化为从动

椭圆齿轮2的非匀速转动,再通过曲柄摇杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮Zl作非

匀速往复摆动(曲柄AB与从动椭圆齿轮2固结,且

A点为椭圆齿轮2的转动中心);C点位于圆柱齿轮

Zl的一段圆弧上,(当处于中央交接极限位置时)该

圆弧的圆心为B点,半径为连杆BC的长度,调整C点在圆弧的位置,可以调整剑头的动程,但不改变交

接纬纱的位置)。最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3、Z4的

行程放大(Z3和Z4还起到改变方向的作用),使得剑

轮3作非匀速往复回转运动,从而使与剑轮啮合的

剑带4获得满足引纬工艺要求的特殊非匀速往复直线运动规律。

图6　椭圆齿轮———曲柄摇杆引纬机构50·设计·制造· 纺织机械　2008年第2期细长薄壁网管的冷冲压制造

张　伟

(郑州纺织机械股份有限公司　450053)

摘　要　采用不锈钢钢板冲孔、抛光毛刺、弯曲、合圆、焊接,这种加工奥氏体不锈钢网管的冷冲压

工艺,不仅很好地去除了毛刺,保证了工件的技术要求,而且提高了生产效率。

关键词　松边　碾平　退火　弯曲　合圆

1　落壁网管结构

我公司某产品中有一过滤网管,结构尺寸如图1所示,材料为0Cr18Ni9,直径42mm,长度3547

mm,壁厚1.5mm,表面满布 3mm的小孔。

网管要求外圆直径42-0.15mm,直线度允差<

椭圆齿轮的初始相位角α、椭圆齿轮偏心率的

大小和主动椭圆齿轮长轴与AO连线夹角δ等参数,根据所需要的剑头运动规律和该机构的动力学

特性优化得到。通过调整这些参数,使得左右两边

的送纬机构和接纬机构的运动规律稍有区别,实现“接力”引纬,从而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。缺点是对机构参数的

选取要求严格,设计难度高。

3.2　实例分析下面以一组参数说明该机构的可行性(详细的

模型建立与分析拟另文发表):α=60°、β=20°、γ=

10°、曲柄AB=60mm、连杆BC=130mm、摇杆CD=

340mm、支座AD=320mm、椭圆长轴100mm、短轴95mm、要求筘幅1.8m、织机转速300r min时,利用

Matlab仿真,获得的箭头位移、速度、加速度图如图7

所示。

图7　新型引纬机构一组较佳参数对应的剑头运动学曲线

从图7中可看出引纬曲线能很好的满足剑头进出梭口空动程和时间、总动程和剑头进足时间的要

求。剑头在0°到86°做加速运动,在121°达到速度达到正峰值,之后减速,在234°退剑有速度峰值。在

177°时剑头进足,位移达到最大值。交接纬时剑头

速度为零。剑头最大加速度353.166m s2,最小值为-772.764m s2。由于机构剑头加速度运动曲线

类似于等腰梯形,在剑头交接时加速度变化平缓,能

很好的实现平稳接纬。在进剑过程中先加速后减

速,不仅避免了送纬剑夹住的纬纱张力增加过大,还有利于减轻剑头对边纱的摩擦。下一步的目标是建

立优化模型,继续降低加速度的峰值,提高机构在高

速织造中的适应性。通过对机构参数的优化设计,

机构的性能会得到进一步的改善。参考文献1　陈元甫洪海沧.剑杆织机原理与使用[M].北京:中国纺织出版社,1994.2　朱苏康高卫东.机织学[M].北京:中国纺织出版社,2004.3　赵斯伟.一种新颖的剑杆织机引纬方法[J].上海纺织科技,2005,(5)5:26～284　浙江理工大学.椭圆齿轮剑杆织机挠性引纬方法及引纬机构[P].中国:200610050718.7,20060515　方毅.椭圆齿轮插齿机的工作原理及齿形方程[J].机床与液压,2002(5):49～516　方毅薛小雯.椭圆齿轮滚齿机的工作原理及齿形方程[J].新技术新工艺,2002(9):20～227　贾松胡青春.椭圆齿轮的CAD与线切割加工[J].CAD LAPP CAM CAE,2004(11):53～5551纺织机械　2008年第2期 ·设计·制造·