噴氣織機(jī)分段式打緯機(jī)構(gòu)與通軸打緯機(jī)構(gòu)對(duì)比分析

董少偉，張建民，袁 偉，劉曉剛

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

0 引言

打緯機(jī)構(gòu)作為織機(jī)5大機(jī)構(gòu)之一，是影響織機(jī)動(dòng)力學(xué)性能的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。在織機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，打緯部分各構(gòu)件的加速度大，打緯機(jī)構(gòu)對(duì)墻板的沖擊載荷是導(dǎo)致噴氣織機(jī)墻板振動(dòng)的主要因素[1]。目前，織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)主要有共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu)和連桿打緯機(jī)構(gòu)2種。相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果表明，在2種打緯方式下，打緯系統(tǒng)的主軸等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約占整個(gè)打緯系統(tǒng)主軸等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的75%[2]。筆者在此研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于對(duì)津田駒ZAX系列織機(jī)打緯軸特征的研究分析，設(shè)計(jì)新打緯機(jī)構(gòu)并進(jìn)行對(duì)比分析，為國產(chǎn)織機(jī)制造企業(yè)提供參考。

1 打緯機(jī)構(gòu)簡介

1.1 ZAX系列織機(jī)分段式打緯機(jī)構(gòu)

國內(nèi)不少學(xué)者對(duì)津田駒ZAX系列噴氣織機(jī)的連桿打緯方式進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)改變連桿打緯機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)如曲柄半徑、牽手長度、搖桿長度等均會(huì)改變打緯力、影響緯紗的飛行時(shí)間[3-4]。為詳細(xì)分析打緯系統(tǒng)的主軸及連接方式，筆者以津田駒ZAX系列噴氣織機(jī)為研究對(duì)象，通過平衡軸將多段打緯軸連接為整體，兩側(cè)通過聯(lián)軸節(jié)與墻板內(nèi)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副連接，完成打緯驅(qū)動(dòng)。圖1為該結(jié)構(gòu)的三維模型。

圖1 ZAX系列織機(jī)分段式打緯機(jī)構(gòu)模型

1.2 通軸打緯機(jī)構(gòu)

ZAX系列織機(jī)屬于分段式打緯，其打緯軸和平衡塊加工精度高、安裝難度大，安裝完成后很難保證筘座在同一水平線上，易導(dǎo)致后續(xù)織物出現(xiàn)瑕疵。鑒于此，筆者新設(shè)計(jì)一種通軸打緯機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)三維模型如圖2所示。

1—配重塊；2—平衡軸。

該打緯機(jī)構(gòu)保持原連桿驅(qū)動(dòng)方式，將分段式打緯軸改為通軸，省去了平衡塊，大幅降低加工難度和安裝難度，能更好地保證筘座在同一水平線上。同時(shí)，為了滿足織造要求的打緯力，新設(shè)計(jì)簡易型配重塊，該配重塊結(jié)構(gòu)簡單、易加工。

2 打緯效果對(duì)比分析

在打緯過程中，隨著緯紗相對(duì)移動(dòng)量的增大，經(jīng)、緯紗的曲撓程度和摩擦作用顯著增加，打緯阻力也隨之增大，當(dāng)筘到達(dá)最前方時(shí)達(dá)到最大值。因此，織機(jī)的打緯力必須大于織造品種的打緯阻力[5]。

圖3中，該連桿機(jī)構(gòu)處于前死心位置，P點(diǎn)為打緯時(shí)的接觸點(diǎn)(以下簡稱“打緯點(diǎn)”)，打緯力F的大小取決于打緯點(diǎn)P處的加速度a以及打緯系統(tǒng)在打緯點(diǎn)P處的簡化質(zhì)量mP，即F=mP·a。圖中h為質(zhì)心與搖軸中心的距離，l為打緯點(diǎn)P到搖軸中心的距離。

1—搖軸中心；2—質(zhì)心。

分段式和通軸2種打緯機(jī)構(gòu)的三維模型都建立在津田駒ZAX系列機(jī)架之上，其驅(qū)動(dòng)部分的曲柄、牽手、連桿以及曲軸的參數(shù)均一致。在織機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為850 r/min、分段式打緯機(jī)構(gòu)mP為130.50 kg、通軸打緯機(jī)構(gòu)mP為118.23 kg、l為198.6 mm時(shí)，利用Pro/E軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)求解得到：二者在打緯點(diǎn)P的加速度aP均為534.56 m/s2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J均為0.582 kg·m2；但質(zhì)心偏移h有差異，分段式打緯機(jī)構(gòu)為2.260 mm，通軸打緯機(jī)構(gòu)為0.682 mm。

由平行軸定理[6]可知，以搖軸中心為旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，打緯系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

J總=J+m·h2

(1)

P點(diǎn)處的簡化質(zhì)量為：

m等效=J總/l2

(2)

打緯力為:

F=m等效·aP

(3)

綜合可得：

a) 分段式打緯結(jié)構(gòu)總打緯力為7 896.926 N，按190 cm筘幅計(jì)，單位長度打緯力為41.563 N/cm；

b) 通軸打緯結(jié)構(gòu)總打緯力為7 888.637 N，按190cm筘幅計(jì)，單位長度打緯力為41.519 N/cm。

3 振動(dòng)效果分析對(duì)比

采用上述織機(jī)參數(shù)，通過Pro/E軟件建模，建立如圖4所示坐標(biāo)系，測(cè)試850 r/min時(shí)2種打緯機(jī)構(gòu)機(jī)架對(duì)地面的壓力、扭矩，搖軸軸承的受力、曲軸軸承的受力、牽手銷的受力，具體見表1?？梢园l(fā)現(xiàn)，織機(jī)在z向的受力較其他方向大，扭矩在x向較大，詳細(xì)數(shù)據(jù)見圖5和圖6。

圖4 織機(jī)建模分析(織機(jī)前側(cè))

表1 2種打緯機(jī)構(gòu)受力測(cè)試

a) 機(jī)架地面z向受力曲線

可以看出，在分段式機(jī)構(gòu)打緯過程中，最大受力與最小受力的差值為4063 N，通軸打緯機(jī)構(gòu)最大受力與最小受力的差值為4030N，兩者差值比為99.2%；在扭矩方面，兩者差值比為100.10%。所以，織機(jī)轉(zhuǎn)速為850 r/min時(shí)，通軸打緯抑振效果優(yōu)于分段式打緯。

對(duì)比2種打緯方式下?lián)u軸軸承的受力、曲軸軸承的受力和牽手銷的受力，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)在連續(xù)多個(gè)周期內(nèi)各力大小包括其變化趨勢(shì)基本一致，足以認(rèn)定通軸打緯方式對(duì)機(jī)架的沖擊力等同于分段式打緯對(duì)機(jī)架的沖擊力。

a) 曲軸軸承受力曲線

筆者也模擬了織機(jī)在1200r/min時(shí)的運(yùn)動(dòng)受力情況，如圖7所示。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通軸打緯方式的z向受力約有8%的增幅?？紤]到實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)車速通常僅為850 r/min～950 r/min，可認(rèn)為在正?？椩鞐l件下2種打緯機(jī)構(gòu)效果等同。

a) 機(jī)架地面z向受力曲線

4 結(jié)語

通軸打緯機(jī)構(gòu)在ZAX系列織機(jī)分段式打緯機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷；車速為850r/min時(shí)，分段式打緯機(jī)構(gòu)可通過鋼筘提供41.563N/cm的打緯力，通軸打緯機(jī)構(gòu)可通過鋼筘提供41.519 N/cm的打緯力，足以覆蓋常規(guī)品種織物的織造。車速為850 r/min時(shí)，通軸打緯抑振效果優(yōu)于分段式打緯，但極限車速1200 r/min時(shí)，通軸打緯的z向受力振動(dòng)會(huì)有約8%的增幅。考慮到實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的車速通常僅為850 r/min～950 r/min，可認(rèn)為2種打緯機(jī)構(gòu)效果等同。