小型往復式索緒機設計與分析

孫再俊 江文斌 戚文興

摘 要：為滿足繭質檢驗機構的繭質檢定需求，解決現有繭質檢驗機存在的問題設計了小型往復式索緒機。根據索緒機工作原理分別介紹了小型往復式索緒機的傳動部分、往復擺動部分和緒絲交接部分。對影響索緒效率、緒絲量的主要因素分別作了具體分析，通過機構的參數計算和分析得到小型往復式索緒機索緒參數的調節方法和其與索緒效率、緒絲量的關系。結果表明，小型往復式索緒機做到了體積小、索緒參數可調、操作方便的特點，完全滿足繭質檢定的要求。

關鍵詞：索緒;繭質檢定;索緒效率;緒絲量

中圖分類號：TS142.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）05-0085-05

Abstract：In order to meet the needs of cocoon quality inspection institutions. Solve problems existing in existing machines. According to the requirements of cocoon quality inspection designed the small brushing machine. This paper introduces the working principle and parameter calculation of the transmission mechanism， reciprocating swing mechanism and thread connecting mechanism of a small reciprocating thread machin. Analyzed the main factors influencing thread efficiency and thread quantity are analyzed. According calculation to get ther elationship between the efficiency and the amount of thread of the small reciprocating reciprocating brushing machine.The results show that the small size， adjustable parameters and convenient operation of the small reciprocating machine can fully meet the requirements of cocoon quality inspection.

Key words：Brushing; Cocoon quality inspection; Brushing efficiency; Amount of thread

繅絲是生絲加工過程中的重要環節，是根據生絲規格要求，將若干根繭絲從繭層中順次離解、抱合成生絲的加工過程[1]。在繅絲過程中，從煮熟繭、落緒繭、無緒繭表面索出緒絲稱為索緒，是補給有緒繭保證繅絲生產的一個重要的工藝過程[2]。索緒機構和工藝對索緒效率、緒絲量有較大影響，索緒效率和緒絲量控制在合理范圍內才能保證有緒繭的補給以及出絲率。出絲率越大，制絲企業的經濟成本就越低。因此，合理的索緒機構和工藝能有效提高企業經濟效益，增加企業的利潤[3-4]。

制絲企業在購買原料繭時，出售方需提供由繭質檢驗機構出具的繭質檢定報告，為制定生產計劃、制定生產技術措施和設計生產工藝等提供依據。繭質檢驗機構現有繭質檢驗機是由主電機直接控制，索緒機工作時，索緒盤擺動速度、索緒體擺動角度、索緒周期內（開始索緒到下一次索緒開始）索緒盤往復擺動次數固定不變，對不同品質的蠶繭只能用預先固定好的索緒工藝進行檢驗，無法選取適合的索緒工藝以控制索緒效率和緒絲量[5-6]。本文設計了小型往復式索緒機，由減速電機獨立驅動。在索緒時可通過改變索緒盤擺動速度、索緒盤擺動角度、索緒周期內索緒盤往復擺動次數來調節索緒效率和緒絲量以求找到最適合被檢測蠶繭的索緒工藝。繭質檢驗機構在進行繭質檢驗時可通過調節小型往復式索緒機參數得到最佳索緒工藝進而得到更準確的繭質檢定報告，為制絲企業提供可靠的生產依據。

小型往復式索緒機主要由傳動部分、往復擺動部分、緒絲交接部分組成。各工作部分由減速電機通過傳動機構驅動[7]，首先進行索緒，索緒完成之后進行緒絲交接。下面根據索緒機工作順序作具體介紹。

1 傳動部分

1.1 小型往復式索緒機傳動結構

減速電機啟動，通過傳動部分將動力分別輸出到往復擺動部分和緒絲交接部分。傳動系統圖如圖1所示。

1.減速電機;2.偏心軸;3.齒輪軸;4.偏心軸齒輪Z4;

5、14.雙聯錐齒輪Z5、Z14;6、13.雙聯齒輪（Ⅰ）Z6、Z13;

7、10.雙聯齒輪（Ⅱ）Z7、Z10;8.凸輪軸齒輪Z8;9.凸輪軸;

11、12.雙聯齒輪（Ⅲ）Z11、Z12;15.電機錐齒輪Z15;

16.主傳動軸;17.主傳動齒輪Z17

小型往復式索緒機主傳動箱內共分兩個傳動路線，根據圖1所示，傳動路線一：減速電機→主傳動軸→齒輪傳動→齒輪軸→偏心軸。

減速電機1作為動力輸入帶動主傳動軸16轉動，通過主傳動齒輪Z17與偏心軸齒輪Z4的嚙合帶動齒輪軸3轉動，齒輪軸3帶動偏心軸2轉動，偏心軸2的轉動是該機構索緒盤進行往復擺動的關鍵。

傳動路線二：電機→主傳動軸→電機錐齒輪→齒輪傳動→凸輪軸。

此傳動路線通過一套減速齒輪完成減速傳動，電機錐齒輪Z15與雙聯錐齒輪Z14嚙合，雙聯錐齒輪Z14與雙聯齒輪（Ⅰ）Z13嚙合，雙聯齒輪（Ⅰ）Z6與雙聯齒輪（Ⅲ）Z12嚙合，雙聯齒輪（Ⅲ）Z11與雙聯齒輪（Ⅱ）Z7嚙合，雙聯齒輪（Ⅱ）Z10與凸輪軸齒輪Z8嚙合，其中Z5和Z14，Z6和Z13，Z11和Z12，Z7和Z10為雙聯齒輪，即轉速相同。通過上述齒輪的減速最終帶動凸輪軸9轉動，凸輪軸9的轉動周期則控制著索緒周期的大小。

1.2 小型往復式索緒機傳動關系

2 往復擺動部分

2.1 往復擺動工作原理

往復擺動部分位于箱體上側面，如圖2所示。

往復擺動運動由機構1-13來完成。減速電機啟動后通過位于箱體1內的傳動路線一帶動偏心軸2轉動。偏心軸2帶動聯結為一體的第一調節連桿3、調節螺母4、第二調節連桿5運動。并通過調節連桿樁頭6帶動扇形齒輪9繞固定在支架13上的扇形齒輪樁頭8往復擺動。與扇形齒輪9嚙合的索緒小齒輪10通過索緒軸12帶動下方的索緒盤11作往復擺動進行索緒。

其中調節螺母4兩端由左旋和右旋螺紋組成。轉動調節螺母4可以調節第一調節連桿3和第二調節連桿5之間的距離，調整連桿總長，控制扇形齒輪8的往復擺動區域，從而調節扇形齒輪8與索緒小齒輪10的嚙合區域，形成便于安裝和調節的扇形齒輪9的擺動和調整系統。通過調節第二調節連桿5與調節長孔7的連接位置可以改變扇形齒輪9的擺動角度的大小，從而通過索緒小齒輪10、索緒軸12來改變索緒盤11的往復擺動角度的大小。

2.2 索緒盤擺動角度

索緒盤擺動角度的大小與索緒效率和緒絲率緊密相關。在減速電機轉速一定的條件下，根據往復擺動機構特征分析計算得到在第二調節連桿5與調節長孔7不同連接位置時索緒盤的擺動角度。按圖2所示的第二調節連桿5與調節長孔7的連接位置進行機構簡化。將上述偏心軸2與第一調節連桿3的空心圓柱體中心連線作為構件1，中心距為l1;第一調節連桿3的空心圓柱體中心與第二調節連桿5的空心圓柱體中心連線作為構件2，中心距為l2，扇形齒輪樁頭8與第二調節連桿5的空心圓柱體中心連線作為構件3，中心距為l3;偏心軸2與扇形齒輪樁頭8的中心連線作為構件4，中心距為l4，將其簡化為鉸鏈四桿機構ABCD及運動之后的鉸鏈四桿機構A′B′C′D′。做出鉸鏈四桿機構的封閉矢量多邊形如圖3所示。圖3中原動件L1即為構件1，以恒定角速度ω1轉動，機構位置由輸入角θ1及δ1決定。

根據圖2可知，每當偏心軸轉動半圈，扇形齒輪擺動的角度為單方向能擺動的最大角度。根據圖3，當構件1、構件2在同一條直線上時，θ3取值最小。當構件1轉動180°時，θ3取最大值。已知構件1、構件2在同一條直線上時，θ1=20°，則有δ1=200°，構件的長度：l1=5 mm，l2=149 mm，l3=49 mm，l4=150 mm。代入式（9）、式（10）、式（11）、式（12）中可得到索緒盤最大擺動角度為θ4=221.79°。

上述方法適用于當第二調節連桿5與調節長孔7連接位置一定時，計算索緒盤擺動角度。每改變一個連接位置（構件3的長度）則對應一個索緒盤擺動角度。由于索緒盤擺動角度大時，索緒效率高、緒絲量多，影響出絲率;索緒盤擺動角度小時，索緒效率低、緒絲量少，影響繅絲時有緒繭的補給。因此可通過改變第二調節連桿5與調節長孔7的連接位置調節索緒盤11的往復擺動角度，進而改變索緒時的索緒效率和緒絲量大小。

2.3 索緒盤轉速

構件1以角速度ω1勻速轉動，這里將式（4）求導數，即可得到四桿機構的速度矢量關系：

l1ω1ieiθ1+l2ω2ieiθ2=l3ω3ieiθ3（13）

等式兩邊同時乘以e-iθ2得：

l1ω1iei（θ1-θ2）+l2ω2iei（θ2-θ2）=l3ω3iei（θ3-θ2）（14）

按照歐拉公式展開，取實部得：

ω3=ω1l1sin（θ1-θ2）l3sin（θ3-θ2）（15）

進而求得索緒盤轉速為：

n4=l1sin（θ1-θ2）i10，9l3sin（θ3-θ2）n1（16）

因構件1的轉速即為偏心軸的轉速，偏心軸通過傳動路線一由減速電機帶動旋轉，所以由圖1可知：

n1=i4，17n（17）

將式（17）代入式（16）中可得：

n4=l1sin（θ1-θ2）i10，9i4，17l3sin（θ3-θ2）n=0.85n（18）

式中：θ2為構件2的位置角度，根據式（6）消去θ1即可求得θ2=arctgB+l3sinθ3A+l3cosθ3;n、n1、n4分別為減速電機輸出轉速、構件1轉速、索緒盤轉速;i4，17=Z17Z4=1.25。

由式（18）可知，索緒盤轉速在第二調節連桿與調節長孔連接位置固定時，只與減速電機輸出轉速有關。同樣的索緒盤轉速快則索緒效率高、緒絲量多;索緒盤轉速慢則索緒效率低、緒絲量少。因此可改變減速電機的輸出轉速調節索緒盤轉速進而調節索緒時索緒效率和緒絲量大小。

3 緒絲交接部分

3.1 緒絲交接工作原理

如圖4所示，動力由減速電機通過位于箱體內傳動路線二傳輸到凸輪軸和凸輪4上，凸輪4逆時針轉動通過滾子3將交緒搖桿5輕微抬起并繞芯軸9順時針轉動一個小角度，與此同時搖臂1也被輕微抬起并繞搖臂樁頭2順時針轉動一個小角度。交緒搖桿5上的交緒樁頭6將位于槽型座7上的索緒軸座8抬起，扇形齒輪和索緒小齒輪脫離嚙合，此時停止索緒，由索緒帚10通過緒絲11牽引煮熟繭12進行緒絲交接。

1.搖臂;2.搖臂樁頭;3.滾子;4.凸輪;5.交緒搖桿;6.交緒樁頭;

7.槽型座8.索緒軸座9.芯軸;10.索緒帚;11.緒絲;12.煮熟繭

3.2 索緒周期內索緒盤的往復擺動

如圖4所示，凸輪4每轉一周記為一個索緒周期，當凸輪4上的滾子3位于凸輪4中心孔的上方并與中心孔的連線為豎直直線時，滾子3開始將交緒搖桿5抬起，停止索緒，進行緒絲交接。滾子3逆時針旋轉到位于凸輪4中心孔的下方并與中心孔的連線為豎直直線時，滾子3與交緒搖桿脫離接觸，扇形齒輪與索緒小齒輪嚙合，開始索緒。凸輪4為勻速轉動，因此索緒周期內索緒時間為周期的一半。由式（1）可知凸輪軸轉速，則凸輪轉動周期為：

由式（21）可知，索緒周期內索緒盤往復擺動次數與電機輸出轉速無關，與齒輪的傳動比有關。該機構設計可替換齒輪為圖1中凸輪軸齒輪Z8，只需選取與雙聯齒輪（Ⅱ）Z10模數和壓力角相同的齒輪代替凸輪軸齒輪Z8，就可達到改變索緒周期內索緒盤往復擺動次數的目的。往復擺動次數多則索緒效率高、緒絲量多，反之往復擺動次數少則索緒效率低、緒絲量少。因此可更換凸輪軸齒輪控制索緒效率和緒絲量大小。

4 結 語

小型往復式索緒機針對原繭質檢驗機的問題，設計由獨立的減速電機直接傳動，與原繭質檢驗機配套使用替換原索緒機。可在機器啟動的情況下隨時關閉、啟動索緒機。本機器最大的優點是可根據繭質情況、工藝需要，綜合調節索緒盤轉速、索緒盤往復擺動角度和索緒周期內的索緒盤往復擺動次數。在檢測結果不理想時亦可隨時調節索緒機工作參數，提高索緒效率、減少緒絲量、提高出絲率，得到更準確的繭質檢定報告。由于機器的體積較小，結構相對簡單，因此安裝和操作比較方便，很好地滿足了繭質檢定小型化、個性化的需求。

參考文獻：

[1] 張孟麗，邢秋明，韓紅波，等.假捻機構的技術參數對生絲性能的影響[J].絲綢，2017，54（2）：6-10.

[2] 陳文興，傅雅琴，江文斌.蠶絲加工工程[M].北京：中國紡織出版社，2013：99-113.

[3] 王小英.索緒工藝與繅折關系的探討[J].絲綢，2006（10）：24-26.

[4] 杭州紡織機械廠，杭州新華絲廠.自動繅絲機理論與管理[M].北京：紡織工業出版社，1985：164-205.

[5] 胥強.加強蠶繭質量檢驗提高江蘇蠶繭質量[J].絲綢，2003（9）：6-7，19.

[6] 王小英.立繅索緒“四定”與繅折有緒率的關系[J].高職論叢，2006（1）：12-15.

[7] 徐作耀.中國絲綢機械[M].北京：中國紡織出版社，1998：70-85.

[8] 戚文興.飛宇501型自動繭質檢定機小絡交機構的分析[J].四川絲綢，2008（2）：27-28.

[9] 鄭文緯，吳殼堅.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2012：35-64.

[10] 張洪，盧雙，方娟.全向床椅靠背機構的仿真與有限元分析[J].機械設計，2018，35（4）：15-20.