ＰＧ６００型劍桿織機的設計及性能

周駿彥

近20年來,我國企業陸續引進了一些國外先進的紡織機械產品,在一定程度上提高了我國紡機產品的技術水平。但是隨著高端紡織市場的迅速發展,世界上先進的高端紡機產品不斷出現,相比之下我國紡機制造業產品的技術進步水平、企業促進研發高端自主創新產品的效果總是差強人意,以至目前國內高端紡機市場,絕大多數被國外進口產品占據。其中一個很重要的原因是企業生產和研發停留在零件照抄仿制的低水平上,缺乏對高端紡機產品核心技術的系統研究,不能很好地消化吸收國外引進產品的先進設計理念,掌握設計開發核心技術,對所生產的引進產品只知其然而不知所以然,成為我國企業發展的一大瓶頸。

劍桿織機是一種應用非常廣泛的無梭織機,同時又是一個復雜的機械系統,其中包括多級齒輪傳動、共軛凸輪傳動、連桿機構和齒輪齒條傳動等多種傳動機構的組合。隨著紡織業的發展,對劍桿織機轉速及其動態性能提出越來越高的要求,然而傳統的劍桿織機設計制造方法難以滿足這些要求。

虛擬樣機技術是一種迅速發展的基于產品系統的計算機數字化仿真試驗和設計新方法,利用在計算機上建立的虛擬樣機替物理樣機,對產品進行核心技術研究、創新設計、試驗和性能評估,可以大大縮短開發周期,降低研發成本,提高產品性能和質量,獲得優化和創新的產品。

太平洋機電(集團)有限公司在近幾年的產品開發過程中,堅持走產學研之路,充分利用社會資源和人才資源,與科研機構、高等院校建立戰略聯盟,成立了產學研聯合研究中心,運用計算機數字化仿真技術進行產品的產學研聯合攻關。PG600型劍桿織機就是太平洋機電(集團)有限公司在行業中率先嘗試運用虛擬樣機技術進行產品開發的成功案例。

PG600型劍桿織機已于2009年9月19日通過了由中國紡織機械器材工業協會受中國紡織工業協會委托組織的生產鑒定。

一、先進的設計手段

運用SolidWorks三維CAD軟件、ADAMS動力學分析軟件、ANSYS有限元分析軟件等 3 種軟件平臺,首先對引進的萬事達/新龍型劍桿織機進行仿真試驗和分析,運用計算機動態模擬技術和實物試驗相結合的辦法,通過對萬事達/新龍型劍桿織機的核心機構引緯、打緯部分作動力學仿真分析、零部件的強度和結構分析。

在全面掌握了萬事達/新龍劍桿織機在各種工況下的性能、設計和運行關鍵技術后,再根據劍桿織機的引緯、打緯原理,進行PG600型劍桿織機的原理設計和空間結構設計,建立虛擬樣機模型。通過運動學和動力學的仿真分析,獲得有關零部件的位移、速度和加速度等運動規律,與萬事達/新龍劍桿織機作比較。在得到較滿意的運動規律后,對高速運動的主關鍵零件內部的應力變化情況和強度進行分析。根據不同筘幅的機型,對織機筘幅零件的優化設計,通過仿真分析,確定筘幅零件的結構尺寸和調整范圍。

在主關鍵零件的加工制造過程中,通過虛擬樣機試驗,確定關鍵零部件和設備裝配的需用制造加工形位公差,在確保質量的前提下,適當分配形位公差,降低制造要求。提高了該產品技術性能的準確性,大幅度縮短新產品開發周期,大量減少產品開發費用和成本,提高產品的系統級性能,使該機的可靠性大大增強。

二、PG600型劍桿織機技術特點

PG600型劍桿織機采用四相絞軸引緯傳劍技術,劍頭交接平穩、可靠,大大減少緯紗斷頭率;兩側共軛凸輪打緯,打緯力大,能夠織造高緯密、高張力的織物;控制系統采用世界最先進的數字控制技術,大屏幕顯示雙向通訊,能夠設定、調整各種工藝參數,能夠快速采集、監測織機運行狀況,及時做出故障診斷;主傳動采用可變磁阻電機直接驅動,可實現變速織造;運用具有良好的抗摩擦和耐疲勞性的碳素纖維材料劍帶,織口內無需導鉤,減少了劍帶與經紗的接觸和摩擦,避免了經紗起毛和斷經,有利于提高織物質量和織造效率,尤其對織制高支高密織物;伺服電機驅動的送經和卷取裝置,能夠精確控制送經量和卷取緯密;積極潤滑系統使主要傳動部分的軸承得到充分潤滑,同時降低了軸承的溫升,提高了軸承的使用壽命,有利于提高機器的運轉速度。

該機配置了適合高速劍桿織機的St?ubli 2670電子多臂開口、電子選緯器、LGL電子儲緯器、GROB消音綜框,具有程序變速、變緯密織造,自動尋緯、張力傳感器在線檢測經紗張力等功能。PG600型劍桿織機是一款可與國際先進水平相競爭的高速機電一體化劍桿織機,體現出目前國內最高水平。

三、試織情況

PG600型劍桿織機樣機試織了100S/2 × 100S/2133 × 76 根/英寸的純棉織物,試織速度達 650 r/min, 并在第十屆中國國際紡織機械展覽會(CITME 2006)上成功展示。在公司內部累計試織近 7 300 m的純棉色織、化纖、精毛紡等各類織物,試織速度為 450 ～ 650 r/min。

另一款采用三相異步電動機傳動方式的樣機也成功參加了兩屆上海紡機展和一屆亞洲紡機展,展示速度達 600 r/min。2008年10月初開始在用戶廠進行了為期半年的生產性運轉,織造了約 38 000 m的純棉青年布、純棉竹節格布、棉麻色織布、純棉府綢、色織純棉牛津紡等品種,平均效率達 92% 以上,下機一等品率達 95% 以上,入庫一等品率達 97% 以上各類織物,平均織造速度 520 r/min,平均效率在 85% 以上,下機一等品率 99%,入庫一等品率 100%。該機運轉平穩、機構合理、維修方便,產品質量、機器性能都得到用戶廠好評。

四、知識產權保護和技術查新

PG600型劍桿織機的核心技術已申請了多項專利,5 項實用新型專利和 1 項外觀設計專利已獲得證書,3 項發明專利已進入實質審查階段。

經上海科學技術情報研究所科技查新和水平查新結果:該機采用四相絞軸小慣量引緯機構,大扭矩可變磁阻電機直接驅動技術,基于CAN-BUS總線結構的織機通訊方式,實現高精度織口補償,具有新穎性。該項目為國內領先,達到國際先進水平。

五、小結

PG600型劍桿織機的研制成功,可以縮小與國外先進技術的差距,緊跟世界先進水平,對發展我國紡織機械制造裝備業,提高我國紡織業的市場競爭力,加強我國紡織機械在國內外市場的競爭力具有重大意義,同時可以獲得可觀的經濟和社會效益,使國產高檔劍桿織機替代進口劍桿織機。