劍桿織機(jī)機(jī)外大卷裝卷布裝置的設(shè)計(jì)

游 敏

（廣東豐凱機(jī)械股份有限公司，廣東 佛山 528300）

織機(jī)在卷取運(yùn)動(dòng)時(shí)將織物有規(guī)律地引離織口，卷取到卷布輥上。隨著新型織機(jī)的使用，對(duì)卷取機(jī)構(gòu)的要求越來愈高。傳統(tǒng)的卷取機(jī)構(gòu)已不適應(yīng)新型織機(jī)高速化和生產(chǎn)品種多樣化的要求，所以新型的卷布裝置應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)外卷布裝置是一種獨(dú)立于織機(jī)的卷布裝置。該裝置首先通過導(dǎo)布輥把織物引出織機(jī)，再在織機(jī)外將織物收卷成型，其所能卷繞的最大卷布織物不受織機(jī)內(nèi)部空間的制約，所卷繞織物的連續(xù)長度理論上僅取決于經(jīng)軸所卷繞的經(jīng)紗長度。所以，織造高檔面料或毛巾類、工業(yè)用布、帆布和牛仔布等厚重織物時(shí)常采用機(jī)外卷布裝置。近幾年來，我國在制造劍桿織機(jī)裝置方面加大了研發(fā)力度，整體技術(shù)水平迅速發(fā)展。但在機(jī)外卷布方面，目前國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)的廠家寥寥無幾。而傳統(tǒng)的卷布裝置已不能適應(yīng)織造厚重的織物品質(zhì)，存在更換卷布輥時(shí)間短、影響織造效率和布匹卷取不緊密等問題。

本設(shè)計(jì)介紹了自主研發(fā)的機(jī)外大卷裝卷布裝置的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)組成，同時(shí)對(duì)減少更換卷取輥次數(shù)，提高織布廠織造效率，提高布卷成型質(zhì)量等因素進(jìn)行了分析。

1 傳動(dòng)方式的確定

機(jī)下大卷布裝置結(jié)構(gòu)尺寸較大，轉(zhuǎn)速緩慢，因此我們選用摩擦輪傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式。如圖1所示，大卷布裝置采用雙卷取輥結(jié)構(gòu)，卷布輥放在兩個(gè)卷取輥之間，卷取輥1和卷取輥2依靠摩擦力帶動(dòng)卷布輥旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)卷布功能[1]。

圖1 大卷裝卷取原理示意圖

設(shè)定卷取輥1上的鏈輪齒數(shù)比卷取輥2上的鏈輪齒數(shù)少2齒，會(huì)造成兩個(gè)卷取輥之間存在速度差，即卷取輥1的轉(zhuǎn)速比卷取輥2的卷速快一點(diǎn)，從而使得布面從握持點(diǎn)T1至T2有一個(gè)恒定而較小的張力，不但可以防止布面起皺，而且還可以使卷布更為緊密。

2 傳動(dòng)比的計(jì)算

本裝置采用型號(hào)為92BL（3）D120-30H（ST）的伺服電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，伺服電機(jī)前聯(lián)接一齒輪減速器，通過電控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)卷布速度。伺服電機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)速范圍為60～3 000 r／min。

伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、織物緯密、織機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系如式 （1）[2]：

其中：

n：伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，取n=60；

i1：擺線針輪減速器傳動(dòng)比；

i2：卷布裝置的傳動(dòng)比；

D：卷布輥直徑，cm，取卷布輥直徑D=27；

π：圓周率；

N：織機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min，范圍為 200～350，為保證變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速n能滿足要求，取最小值N=200 r／min。

ρ：織物緯密，根／cm，玻璃纖維布的緯密較稀，一般為1～18根／cm。由式 （1）可知，緯密越大，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，為保證伺服電機(jī)最低轉(zhuǎn)速能滿足要求，取ρ=18。

代入式 （1）， 有

化簡(jiǎn)后有

減速器的傳動(dòng)比有29、35、43、59、121、187、289等幾種。為了避免大卷布裝置的傳動(dòng)比過大，級(jí)數(shù)過多，這里選用傳動(dòng)比為121的擺線針輪減速器，則：

如圖2所示，兩個(gè)卷取輥分別通過伺服電機(jī)上雙鏈輪傳動(dòng)，選取卷取輥1上的卷布齒輪齒數(shù)Z4=40 T，節(jié)距P=12.7，卷取輥2上的卷布齒輪齒數(shù)Z5=42，節(jié)距P=12.7，通過i2=42／3.785，算出電機(jī)上的雙鏈輪齒數(shù)為11T，

于是有：

當(dāng)N=350，ρ=1時(shí)，伺服電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速，這時(shí)n=5.4×350／1=1 890

故伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n始終在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，滿足要求。

圖2 傳動(dòng)示意圖

3 張力輥感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)

機(jī)外卷布裝置在把織物卷繞成型過程中必須對(duì)被卷取織物的張力進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其原因有：一方面，不同的織物工藝上需要不同的拉伸比，而不同的拉伸比需通過不同的織物張力來實(shí)現(xiàn)；另一方面，為了保證織物的卷繞質(zhì)量，織物張力在整個(gè)卷繞過程中必須保持恒定或按某種規(guī)律 （如織物張力隨卷布直徑的增大而逐漸減小）變化，若織物張力過大，會(huì)造成織物內(nèi)部網(wǎng)格增大或因經(jīng)紗應(yīng)力導(dǎo)致織物損傷[3]；若織物張力過小，可能會(huì)因?yàn)榭椢镞^于松弛引起布皺褶或跑偏，影響織物卷繞質(zhì)量， 所以應(yīng)增加張力感應(yīng)裝置，隨時(shí)檢測(cè)張力，原理如圖3所示。

圖3 張力輥感應(yīng)原理圖

張力輥4固定于擺動(dòng)支座1上，擺動(dòng)支座1與擺動(dòng)臂2通過螺釘緊固形成一個(gè)完整的張力感應(yīng)臂，擺動(dòng)臂2上用2根拉簧連接，通過調(diào)節(jié)彈簧固定座5的位置而改變拉簧力度而調(diào)節(jié)感應(yīng)后梁的擺動(dòng)幅度，從而調(diào)節(jié)布匹張力，而位移傳感器6通過檢測(cè)與擺動(dòng)臂2的距離，將信號(hào)傳給電控系統(tǒng)來控制張力。

4 加壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

卷布筒在卷布起始的時(shí)候只是一根光的空心軸，為了避免摩擦力不夠?qū)е戮聿驾伌蚧矠榱耸共季淼酶泳o密，可以在卷布輥上增加一加壓輥5，如圖4所示。

圖4 加壓輥傳動(dòng)示意圖

通過三相異步電機(jī)傳動(dòng)鏈輪，再通過聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸6相連接，傳動(dòng)另一側(cè)的鏈輪，左右兩側(cè)都有鏈輪1與鏈條2，通過固定環(huán)使加壓輥5放在托座4上，在立柱3的槽內(nèi)通過鏈條上下移動(dòng) （左右側(cè)相同原理），在傳動(dòng)軸6上有一掛鉤，當(dāng)下布時(shí)可將加壓輥掛入在鉤上，這樣方便操作。

圖5 大卷裝裝配示意圖

另外，立柱3除了是該加壓機(jī)構(gòu)支撐外，還是卷布筒在橫向方向上的約束及導(dǎo)向作用，布匹在兩個(gè)立柱之間卷動(dòng)，保證卷取的布匹整齊美觀。此外獨(dú)立大卷布裝置上一般都配置腳踏板 （如圖5），織物在腳踏板下機(jī)通過，所以并不影響擋車工操作織機(jī)。

5 結(jié)果分析

機(jī)外卷布裝置性能的優(yōu)劣主要取決于織物卷繞過程中織物張力的控制精度。目前國內(nèi)大卷布裝置大部分采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式或采用減速電機(jī)與變頻器相結(jié)合的控制方式，織物張力的控制精度較低，布卷的成型質(zhì)量較差，而本文介紹的大卷布裝置采用電氣控制，且張力檢測(cè)采用位移式張力傳感器，檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，從而檢測(cè)出實(shí)際張力值，織物張力控制精度高。另外，機(jī)外卷布裝置主要靠調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到張力控制的目的，因此電機(jī)調(diào)速性能的好壞是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，以前的織機(jī)外卷布裝置多采用磁粉離合器與制動(dòng)器的組合直接對(duì)張力大小進(jìn)行控制，但由于磁粉離合器本身磨損嚴(yán)重，精確度低，影響收卷效果；而采用直流電機(jī)，又因?yàn)槠潆姍C(jī)刷換器易磨損，易老化、易產(chǎn)生電火花，控制精度不高等因素，影響著織物的收卷質(zhì)量，而該裝置采用伺服控制技術(shù)，這樣不但可以使機(jī)外卷布裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)化，而且收卷更容易，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，同時(shí)可使機(jī)外卷取裝置的張力控制具有良好的跟隨特性，更精確地對(duì)織物張力進(jìn)行控制，使布卷成型質(zhì)量好。目前該卷布裝置已進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，正式投入生產(chǎn)使用，并得到用戶的肯定。

6 結(jié)論

織造工業(yè)用布等厚重織物大卷裝裝置的開發(fā)和應(yīng)用，為我國紡織機(jī)械增加了一種新的品種，填補(bǔ)了國內(nèi)同類產(chǎn)品的空白。上述自主研發(fā)的劍桿織機(jī)機(jī)外大卷裝卷布裝置的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)使用要求，可滿足織造高檔面料或毛巾類、工業(yè)用布、帆布和牛仔布等厚重織物工藝特點(diǎn)和使用特性的需要。該機(jī)構(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

[1] 張志凱.大卷裝機(jī)構(gòu)的類型及設(shè)計(jì)要點(diǎn) [J].紡織機(jī)械，2009(1)：29-31.

[2] 張洪.織機(jī)大卷裝機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)探討 [J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（4）：31-33.

[3] 朱庭強(qiáng).織機(jī)布卷大卷裝的研制及探討 [J].棉紡織技術(shù)，1993(4)：44-45.