液晶聚合物片綜與綜框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃新武，王益軒，李明倫，劉 瑋，張永軍

（西安工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710048）

0 引言

綜、綜框是織機(jī)開(kāi)口機(jī)構(gòu)的重要器材，其使用狀態(tài)直接影響開(kāi)口機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，因此，高性能綜、綜框是其制造企業(yè)重要的研發(fā)項(xiàng)目之一。綜主要性能指標(biāo)有3個(gè)：綜眼耐磨性、綜厚度和綜硬度。與鋼片綜相比，普通塑料片綜在很多方面都占有優(yōu)勢(shì)，但是，其綜眼的耐磨性及硬度卻無(wú)法與鋼片綜相比，使其發(fā)展受到了限制。我們研制的液晶聚合物片綜同時(shí)擁有塑料片綜和鋼片綜優(yōu)勢(shì)，有很好的應(yīng)用前景；因?yàn)槭菍?duì)傳統(tǒng)綜框加以改進(jìn)，如增加中間支撐，使織機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，綜框不至于受力產(chǎn)生彎曲變形，使用壽命也相對(duì)延長(zhǎng)。

1 液晶聚合物片綜特性與制造

1.1 液晶聚合物性能

液晶聚合物（LCP）是在固態(tài)與液態(tài)之間的呈中間狀態(tài)的一種聚合物。其分子的排列并不像固態(tài)晶體那樣有序，也不像液態(tài)那樣無(wú)序。它是一種新型的高分子材料，在熔融狀態(tài)時(shí)一般呈現(xiàn)液態(tài)晶體性［1］。LCP材料具有高模量、高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、耐化學(xué)腐蝕、絕緣性、阻燃性、線性膨脹率低、尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，具有廣闊的應(yīng)用前景［2］。本文所述片綜由液晶聚合物制成，是由一種熱塑性樹(shù)脂材料通過(guò)凝固成形為所需要形狀的片綜。

1.2 液晶聚合物片綜的特性與制造

液態(tài)晶體聚合物樹(shù)脂化學(xué)性質(zhì)不活潑，很容易加工和制造成預(yù)期形狀的片綜，甚至在高溫環(huán)境狀態(tài)下都能抵抗大部分應(yīng)力開(kāi)裂。由于液態(tài)晶體聚合物樹(shù)脂加工性能好，其高熔體流動(dòng)而易制造成型零件，不需要輔助硬化，而且相比其它塑料材料具有強(qiáng)度大、耐磨、硬度高等優(yōu)勢(shì)；因此，用其制造的片綜與鋼片綜具有相似的強(qiáng)度和硬度，綜耳和綜眼不會(huì)像塑料綜絲那樣易磨損。

1.3 液晶聚合物可制成特殊功能的片綜

一般的片綜是由無(wú)添加劑的液態(tài)晶體聚合物制成。然而，為了控制片綜靜電，可在液態(tài)晶體聚合物中加入抗靜電劑，以便片綜與綜框更易分離。當(dāng)然液晶聚合物為了某種功能的需要，也可加入其它添加劑，如為了抗菌、增強(qiáng)等功能；但是，同一批次的液晶聚合物使用的添加劑應(yīng)一致或同類(lèi)，否則在織造過(guò)程中容易損壞經(jīng)紗。

2 片綜總體設(shè)計(jì)

液晶聚合物制成的片綜，其寬度較窄，這是為了增加穿綜的數(shù)量；超薄的片綜具有與鋼片綜一樣的特性，這是塑料片綜無(wú)法比擬的。

2.1 綜耳結(jié)構(gòu)

片綜有不同類(lèi)型的綜耳，如：閉口的長(zhǎng)方形稱(chēng)為“O”型綜耳；半開(kāi)口的稱(chēng)為C型和J型綜耳。C型和J型綜耳的片綜用液晶聚合物很容易制造，其剛度和強(qiáng)度在使用期內(nèi)穩(wěn)定可靠。圖1a）為C型綜耳片綜，圖1b）為J型綜耳片綜，由液晶聚合物制成的C型、J型綜耳可以與綜眼呈偏轉(zhuǎn)一定角度的狀態(tài)，以便增加穿綜數(shù)量。

圖1 綜耳結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的綜耳介于C型與O型之間，綜耳的一邊有一條縫，以更易于安裝在穿綜桿上；為防止片綜在綜框高速運(yùn)動(dòng)時(shí)粘在一起，在綜耳上增加幾個(gè)凸臺(tái)的設(shè)計(jì)（形狀任意），如圖2所示。

圖2 特殊綜耳結(jié)構(gòu)

2.2 綜眼結(jié)構(gòu)

綜眼壁的一側(cè)設(shè)計(jì)了一條縫隙，且縫隙與片綜長(zhǎng)度方向呈β角傾斜，以防止紗線脫離綜眼。本設(shè)計(jì)的偏置角β為30°，如圖3所示。

圖3 綜眼設(shè)計(jì)

3 綜框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 綜框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不同橫梁高度對(duì)應(yīng)不同的強(qiáng)度和理論車(chē)速［5］。傳統(tǒng)綜框橫梁的寬度一般不大于280cm、高度不大于120mm，本設(shè)計(jì)的綜框（如圖4所示，橫梁幅寬為190cm）有一些實(shí)質(zhì)性的突破：

a） 橫梁高度為120mm時(shí)，織機(jī)車(chē)速可以達(dá)到650r／min。

b） 橫梁高度為140mm時(shí)，織機(jī)車(chē)速可以達(dá)到750r／min。

c） 橫梁高度為160mm時(shí)，織機(jī)車(chē)速可以達(dá)到850r／min。

圖4 綜框橫梁側(cè)視圖

如圖5所示，綜框主要由上橫梁、下橫梁和側(cè)檔2、4組成。為了增強(qiáng)綜框，提高其剛度，增加了支撐架以連接上、下橫梁。本設(shè)計(jì)綜框幅寬為3 000mm、橫梁高度為150mm、橫梁厚度為8.6mm，安裝有中間支撐對(duì)綜框起到支撐作用。

3.2 綜框材料的選擇

目前，制造綜框的材料有全碳纖、碳鋁復(fù)合和鋁合金等。全碳纖綜框幅寬為400cm時(shí)僅需要兩點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，不需要中間支撐，其制造成本約為同規(guī)格鋁合金綜框制造成本的3倍，僅有史陶比爾公司制造這種材料的綜框。碳鋁復(fù)合型綜框采用復(fù)合材料制造、成本僅比同規(guī)格的鋁合金綜框高30%，其制造商有美國(guó)史迪爾、德國(guó)時(shí)明格、日本南海和瑞士格羅等公司。鋁合金綜框是普及型的綜框，也稱(chēng)為第三代綜框，我國(guó)1976年已研制成功。鋁合金綜框具有平穩(wěn)性好、抗彎性強(qiáng)、表面光滑、造型美觀和質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于降低斷頭率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高布面質(zhì)量等有實(shí)際意義，本設(shè)計(jì)選用的綜框材料即為鋁合金［6］。

圖5 綜框

3.3 綜框的中間支撐

本設(shè)計(jì)綜框幅寬為300cm，為了使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固、提高綜框的抗疲勞強(qiáng)度，采用了中間支撐，如圖6所示。在織機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，綜框帶動(dòng)綜上下移動(dòng)時(shí)受到?jīng)_擊力的作用而使上、下橫梁產(chǎn)生彎曲變形，對(duì)綜框的使用壽命有很大影響；為此，中間支撐恰好能夠緩解這一問(wèn)題。在圖6中，中間支撐桿7撐著上下橫梁起穩(wěn)定的作用，通過(guò)鎖緊夾塊6及其旁邊的止動(dòng)元件5固定于橫梁之間；止動(dòng)元件5通過(guò)鎖緊螺栓4固定在橫梁上，以防止支撐桿7滑出；兩根圓柱螺栓1橫穿橫梁的夾層固定鎖緊夾塊6，頂層墊有螺栓。

3.4 穿綜桿與橫梁的連接方式

穿綜桿與橫梁的連接方式有兩種：用拖座固定于綜框橫梁或直接固定于綜框橫梁。

3.5 側(cè)檔與橫梁的連接方式

側(cè)檔與橫梁的連接方式有三種：剛性連接、半撓性連接和撓性連接。綜框在高速上下移動(dòng)時(shí)，橫梁受力而彎曲變形，使用剛性連接方式的橫梁變形會(huì)傳遞到綜框的側(cè)檔上，二者的接觸面極易磨損而影響綜框壽命；如果采用撓性連接方式，側(cè)檔與綜框橫梁之間有塑料元件緩沖磨損，側(cè)檔不易受到綜框變形的影響。其塑料元件容易更換且價(jià)格低，通過(guò)轉(zhuǎn)移磨損元件從而保護(hù)了側(cè)檔與橫梁這兩個(gè)重要的元件。

圖6 綜框支撐架

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)綜和綜框從結(jié)構(gòu)、材料等方面詳細(xì)地分析，特別是對(duì)采用新型液晶聚合物材料片綜的綜眼和綜框關(guān)鍵連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和創(chuàng)新對(duì)綜框系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能有較大提高。有關(guān)實(shí)際綜框系統(tǒng)的靜力學(xué)、疲勞和動(dòng)態(tài)計(jì)算方面的驗(yàn)證，在此從略。

［1］王皓，趙雄燕，仲錫軍.液晶聚合物的研究進(jìn)展［J］.塑料科技，2014（3）：73－79.

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［6］王新生.第三代綜框：鋁合金綜框［J］.紡織器材，1984，11（3）：41－43.