CRT-83型地毯劍桿織機(jī)的引緯穩(wěn)定性研究

蔡永東

（南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南通 226007）

CRT-83型地毯劍桿織機(jī)的引緯穩(wěn)定性研究

蔡永東

（南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南通 226007）

CRT-83型地毯劍桿織機(jī)是一種高檔剛性劍桿織機(jī)，由于其引緯的紗線較粗，故對(duì)其引緯穩(wěn)定性要求較高?；趧U緯紗交接穩(wěn)定性和劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性的理論研究，得出影響剛性劍桿引緯穩(wěn)定性的因素分別為劍桿變形、滑脫力及緯紗夾持深度，并較為具體地分析了其主要影響因素如劍桿的握持長(zhǎng)度、外伸長(zhǎng)度與夾紗裝置的釋放時(shí)間、彈簧片的初始變形角等，從而可用于指導(dǎo)劍桿引緯工藝調(diào)節(jié)。

CRT-83型地毯劍桿織機(jī)；引緯穩(wěn)定性；劍桿變形；滑脫力；夾持深度

CRT-83型地毯劍桿織機(jī)是比利時(shí)Van de Wiele公司在CRT-82型雙層劍桿織機(jī)基礎(chǔ)上新開發(fā)出的一種三層劍桿織機(jī)。該機(jī)生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，品種翻改方便，自動(dòng)化程度高，是當(dāng)今世界上先進(jìn)的地毯織機(jī)中的一種，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛[1]。CRT-83型地毯劍桿織機(jī)采用的三層剛性劍桿引緯系統(tǒng)，夾持式引緯，在織造時(shí)可根據(jù)毯面結(jié)構(gòu)靈活調(diào)節(jié)使用劍桿的只數(shù)，而且可織地毯的幅寬可達(dá)5.4 m。由于織造地毯用的緯紗是較粗的麻紗，絨經(jīng)是較粗的毛線，剛性劍桿在引緯時(shí)要求劍頭不與梭口上下層經(jīng)紗接觸，并且其引緯的穩(wěn)定性要好；同時(shí)，劍頭夾取緯紗時(shí)，應(yīng)有足夠的夾持力，以防止引緯過程中緯紗滑脫，造成引緯失誤[2]。本文就剛性劍桿引緯過程中的兩劍交接緯紗穩(wěn)定性及劍頭夾持緯紗的穩(wěn)定性作些理論分析和研究。

1 兩劍緯紗交接穩(wěn)定性

1.1 剛性劍桿引緯時(shí)的力學(xué)模型

剛性劍桿引緯時(shí)，緯紗從儲(chǔ)緯器上退解下來(lái)，緯紗張力小而均勻，相對(duì)于其他集中及分布載荷而言,它對(duì)劍桿的力的作用可以忽略；而引緯運(yùn)動(dòng)的慣性力、劍桿和劍頭的重力，對(duì)緯紗交接穩(wěn)定性均有一定的影響。當(dāng)送緯劍、接緯劍兩劍桿進(jìn)足和交接緯時(shí)，它們處在“危險(xiǎn)”狀態(tài)，這里以送緯劍一側(cè)為例，對(duì)此時(shí)狀態(tài)假設(shè)模型見圖1。劍桿在織造過程中，圖1中A點(diǎn)為劍尾，它是劍桿與投劍機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)；B點(diǎn)為壓劍輪；C點(diǎn)為劍頭，它是自由端。A、B處運(yùn)動(dòng)副的間隙很小，以防劍桿的上下或前后竄動(dòng)，可把整個(gè)劍桿視為簡(jiǎn)支梁。

在上下方向（從織機(jī)前部看）劍桿受到它本身的重力q（分布力）和劍頭重力p（集中力）作用而發(fā)生變形δ。當(dāng)劍桿進(jìn)足時(shí)，其變形最大，由材料力學(xué)知識(shí)[3]可知：

式中δ上下max為劍桿在上下方向產(chǎn)生的最大變形，a為劍桿的外伸長(zhǎng)度，l為劍桿的握持長(zhǎng)度；L為劍桿的總長(zhǎng)，L=l+a，E為劍桿材料的彈性模量，I為劍桿的斷面慣性矩。

在水平方向（從織機(jī)頂部看）劍桿同樣受到一個(gè)分布力和集中力，即由于筘座在后心左右的負(fù)加速度附加給劍桿的慣性力和給劍頭的慣性力。同理，當(dāng)劍桿進(jìn)足時(shí)，其變形最大，由材料力學(xué)知識(shí)[3]可知：

圖1 剛性劍桿受力模型

式中：δ水平max為劍桿在水平方向產(chǎn)生的最大變形，g為重力加速度，其他參數(shù)同式（1）中所述。

1.2 影響因素分析

從式（1）、（2）可知，無(wú)論δ水平還是δ上下，當(dāng)變形大于某個(gè)允許范圍就會(huì)引起兩劍交接緯的失誤，因此在調(diào)節(jié)有關(guān)工藝時(shí)必須考慮以下因素的影響：

1)劍桿的握持長(zhǎng)度l。在織機(jī)上，受占地面積的限制，l不可能很大，并且其外伸長(zhǎng)度a遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于l，所以上述有關(guān)δ式中的第二項(xiàng)可忽略不計(jì)，即l與δ成直線變化關(guān)系。故在機(jī)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)盡可能減小劍桿的握持長(zhǎng)度l，以減少劍桿變形，從而可以避免兩劍交接緯的失誤。

2)劍桿的外伸長(zhǎng)度a。a受所織幅寬限制，而劍桿的變形δ與a2、a3成正比，而CRT-83型地毯劍桿織機(jī)的可織幅寬較大，其劍桿的外伸長(zhǎng)度a相對(duì)而言就較大，故劍桿的外伸長(zhǎng)度a是影響劍桿的主要因素。所以在條件允許的情況下，應(yīng)采用盡可能小的外伸長(zhǎng)度，這對(duì)保證劍桿的交接穩(wěn)定性是有意義的。

3)劍桿的材料。在上述二式中均可見，劍桿的變形與劍桿的重量成正比，與劍桿的彈性模量E成反比，為減小變形δ，應(yīng)減小劍桿材料比重，增加劍桿的彈性模量，即劍桿材料的比模量（彈性模量與比重的比值）應(yīng)該大，常見材料的比模量見表1。由此可見，現(xiàn)代劍桿織機(jī)應(yīng)選用碳纖復(fù)合材料作為劍桿材料，它不僅比模量大，還具有良好的減振和耐疲勞性能。

4)劍頭體質(zhì)量。劍頭體質(zhì)量對(duì)劍桿變形影響較大，故現(xiàn)代劍桿織機(jī)上大多采用質(zhì)量和體積小的碳纖復(fù)合材料劍頭，這利于穩(wěn)定緯紗交接。

表1 常用劍桿材料的比模量

2 劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性

2.1 滑脫力與劍頭夾持緯紗的過程

劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性對(duì)引緯成功與否影響較大，對(duì)于粗糙的麻紗尤為明顯。這里將送緯劍夾持的緯紗從劍頭鉗口中滑脫出來(lái)所需要的力稱為“滑脫力”。在引緯過程中當(dāng)緯紗動(dòng)態(tài)張力大于滑脫力時(shí)，緯紗有可能脫離鉗口，導(dǎo)致引緯的失敗，故滑脫力愈大，夾持緯紗愈穩(wěn)定。劍頭夾持緯紗的過程可表述為：劍頭連同劍桿由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)向筘幅中央運(yùn)動(dòng)，開始緯紗頭端A被夾紗裝置所夾持，當(dāng)劍頭向前運(yùn)動(dòng)一段，緯紗由于引紗張力和緯紗頭端A被夾持而產(chǎn)生的伸長(zhǎng)作用，被擠入送緯劍的鉗口，此時(shí)夾紗裝置放開，送緯劍夾持住緯紗向筘幅中央運(yùn)動(dòng)。這里以送緯劍的劍頭為研究對(duì)象，圖2為其劍頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2 劍頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 夾持深度x對(duì)劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性的影響

圖3 劍頭受力分析

1)夾持深度x的理論推導(dǎo)。圖3為劍頭受力分析圖，做以下假設(shè)：由于緯紗進(jìn)入鉗口時(shí)被鉗口夾住的時(shí)間很短，故設(shè)這時(shí)送緯劍的速度不變，為vS；不考慮織機(jī)主軸回轉(zhuǎn)不勻，設(shè)織機(jī)的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/分；緯紗和鉗口的摩擦系數(shù)為μ；當(dāng)鉗口和夾紗裝置平齊時(shí)織機(jī)主軸轉(zhuǎn)角為θ1；夾紗裝置放開時(shí)織機(jī)主軸轉(zhuǎn)角為θ2；劍頭和夾紗裝置之間垂直距離為l；鉗口夾持深度為x。緯紗在劍頭開放端尚未開放時(shí)，由于緯紗伸長(zhǎng)所產(chǎn)生的作用于緯紗上的力為FS，根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)[4]，推導(dǎo)可得FS=由于鉗口打開時(shí)壓板作用在緯紗上的摩擦力為FN，同理，根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)[4]，推導(dǎo)可得FS和FN的式子中：E為緯紗的彈性模量；r為緯紗的半徑；K為彈簧片的等效彈性模量；θ0為彈簧片的初始變形角。FS＞FN時(shí)，緯紗向鉗口運(yùn)動(dòng)。平衡時(shí)，F(xiàn)S=FN，由此可得出：

2)夾持深度x的影響因素。從x的求解式可知：①夾持深度x與緯紗的彈性模量E成反比，即E越大，x值越小，夾持得越深。夾持深度x與緯紗的直徑r成正比，隨緯紗直徑的增加，x值越大，夾持得越淺。② 夾持深度x與θ2有關(guān)，隨θ2的增加，x值下降，夾持得越深。

2.3 滑脫力對(duì)劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性的影響

1)滑脫力的理論推導(dǎo)。由圖2、3可知：緯紗的動(dòng)態(tài)張力T大小由緯紗受到劍頭上彈簧片壓擠變形角θ決定，此時(shí)滑脫力T實(shí)際上是一個(gè)臨界值，它與緯紗的

α動(dòng)態(tài)張力T呈歐拉關(guān)系[4]，故：，式中α為劍頭上夾紗裝置對(duì)緯紗的摩擦包圍角（見圖2），其他參數(shù)同前。

2)滑脫力的影響因素。從Tα的求解式可知：①Tα的大小與夾持深度x有關(guān)，隨x值減少Tα增加，從而保證了引緯穩(wěn)定。x值過大Tα減小，緯紗易從鉗口脫出。x值大小與前述影響因素有關(guān)，為此在生產(chǎn)中，為保證x值，常用θ2來(lái)調(diào)節(jié)。②Tα的大小和緯紗的直徑r有關(guān)，在同一x條件下，隨r的增加而增加。Tα的大小還和緯紗與鉗口的摩擦系數(shù)μ有關(guān)，當(dāng)采用不同類型的緯紗時(shí)，應(yīng)作合理調(diào)節(jié)。③ Tα的大小還和彈簧片的初始變形θ0有關(guān)，θ0越大，Tα越大。生產(chǎn)中若須小范圍調(diào)節(jié)Tα?xí)r，只需適當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧片的初始變形θ0即可；若須大范圍調(diào)節(jié)Tα?xí)r，必須更換彈簧片來(lái)調(diào)節(jié)。有關(guān)接緯劍的夾持情況可用同法分析，這里從略。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)CRT-83型地毯劍桿織機(jī)的引緯穩(wěn)定性的研究與分析，可以得出以下結(jié)論：①影響劍桿緯紗交接穩(wěn)定性的主要因素有劍桿的握持長(zhǎng)度、外伸長(zhǎng)度、材料及劍頭重量等。在工藝調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)盡可能減小劍桿的握持長(zhǎng)度和外伸長(zhǎng)度，以減小劍桿的變形，從而保證劍桿緯紗交接可靠。②影響劍頭夾持緯紗穩(wěn)定性的主要因素有夾持深度和滑脫力等，在工藝調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)推遲夾紗裝置的釋放時(shí)間，以加大夾持深度；同時(shí)保持彈簧片的初始變形角合理，以增大滑脫力，從而保證劍頭夾持緯紗穩(wěn)定。

[1]Van de Wiele公司.CRT-83型地毯劍桿織機(jī)說明書[Z].2000：6.

[2]蔡永東，張曙光，繆建海，汪祖華.CRT-83型地毯織機(jī)的性能與產(chǎn)品開發(fā)研究[J].南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，2 （4）：5-8.

[3]梁瑗娥.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1982.

[4]郝桐生.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1982.

（責(zé)任編輯：王曉燕）

The Stability of Weft Insertion of CRT-83 Carpet Rapier Loom

CAI Yong-dong

（Nantong Textile Vocational Technology College，Nantong 226007，China）

CRT-83 carpet rapier loom is an advanced rigid rapier loom which requires high level of weft insertion due to the thick weft.Theoretical analysis based on the theory research of the stability of weft clamping and weft handover shows that the rapier deformation，slipping force and the depth of clamping are the main factors influencing the stability of weft insertion.In order to obtain reasonable process of weft insertion，the paper discussed the following factors：the grip length and outrigger length of rapier，release times of clip yarn device，initial deformation angle of spring piece.

CRT-83 carpet rapier loom；the stability of weft insertion；rapier deformation；slipping force；the depth of clamping

TS103.336

A

1671-6191(2014)01-0001-03

2013-07-23

蔡永東（1967-），男，江蘇通州人，南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡染工程學(xué)院教授，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代織造技術(shù)。