新型鋁合金綜框結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

韓斌斌，任雙寧，張水仙，趙艷華

(北京星航機(jī)電裝備有限公司 裝備制造技術(shù)研發(fā)中心，北京 100074)

?生產(chǎn)實(shí)踐

新型鋁合金綜框結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

韓斌斌，任雙寧，張水仙，趙艷華

(北京星航機(jī)電裝備有限公司 裝備制造技術(shù)研發(fā)中心，北京 100074)

為了提高綜框性能，解決其高速運(yùn)動過程中振動劇烈、噪聲大、紗線磨損嚴(yán)重、梭口不清的問題，對鋁合金綜框結(jié)構(gòu)和片綜結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，分析在橫梁上空腔填充碳纖維塊、下空腔填充碳纖維棒、在橫梁上安裝阻尼減振材料、采用樹脂材質(zhì)片綜及在片綜上安裝磁鐵的作用。指出：改變綜框橫梁結(jié)構(gòu)，在其空腔內(nèi)填充碳纖維材料和減振材料，可以提高其強(qiáng)度并減小噪聲；樹脂材料片綜結(jié)合安裝阻尼減振材料，可降低片綜對紗線的磨損并使開口清晰。

鋁合金綜框；碳纖維；片綜；阻尼減振材料；樹脂；磁鐵；梭口

0 引言

隨著織機(jī)車速不斷提高，對綜框性能提出更高的要求，綜框材質(zhì)也從起初的木質(zhì)發(fā)展到鐵質(zhì)，再到現(xiàn)今比較常用的鋁合金，以及性能更加優(yōu)越的復(fù)合材料。

早在2011年之前，國際著名綜框制造商美國史迪爾(STEEL HEDDLE)公司就已選用碳纖維、特種玻璃纖維及復(fù)合碳纖維作為綜框組件的材質(zhì)。當(dāng)時(shí)，瑞士史陶比爾(Staubli)公司已研制出特殊碳纖維制成的超輕綜框，可適應(yīng)最高轉(zhuǎn)速達(dá)1100 r/min的織機(jī)。

用碳纖維和玻璃纖維作為綜框組件的材質(zhì)，前者性能更加優(yōu)越。但全碳纖維綜框價(jià)格昂貴，約為同規(guī)格鋁合金綜框的3倍[1]，這限制了其在國內(nèi)市場的推廣使用。而碳纖維與鋁合金復(fù)合材料也可以顯著提高綜框的性能[2]，價(jià)格又比較合理，是目前提升綜框性能切實(shí)可行的方法。

筆者采用在橫梁上填充碳纖維、安裝阻尼減振材料、改進(jìn)片綜結(jié)構(gòu)的方式，來提升鋁合金綜框?qū)π滦涂棛C(jī)的適應(yīng)性，下文將進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 綜框的組成

綜框主要由橫梁、側(cè)檔、穿綜桿、導(dǎo)板和綜絲組成，如圖1。綜框在織機(jī)上屬于高速重載件，也是關(guān)鍵部件，其主要組成部分的性能對其動態(tài)特性起決定性作用。如橫梁和側(cè)檔的剛度決定著綜框的抗振性；織機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)綜絲的運(yùn)動情況，影響開口的清晰度和紗線的磨損程度，決定著織物的表面質(zhì)量。為提高綜框的剛度，增強(qiáng)其抗振性，同時(shí)改善開口的清晰度，以鋁合金綜框?yàn)檠芯繉ο?，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

1—側(cè)檔；2—上橫梁；3—導(dǎo)板；4—穿綜桿；5—綜；6—下橫梁。圖1 綜框的三維模型

2 綜框結(jié)構(gòu)改進(jìn)

改進(jìn)綜框動態(tài)特性是關(guān)注度高且十分必要的議題[2]。目前采取的主要方式有：采用輕質(zhì)高強(qiáng)度的材料制作綜框；改變主要組成部件的結(jié)構(gòu)形式和連接方式；在重要組成部件上添加輔助元件。根據(jù)鋁合金綜框的特點(diǎn)，綜合上述方法，主要針對橫梁和片綜進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 橫梁

主要從3個(gè)方面對橫梁進(jìn)行改進(jìn)，一是在橫梁上端部填充矩形截面碳纖維塊；二是在橫梁下端部填充圓環(huán)形碳纖維棒；三是在橫梁下端部和穿綜桿之間安裝阻尼減振材料。改進(jìn)前后橫梁的截面形狀，如圖2所示。

2.1.1 填充碳纖維增強(qiáng)體

在鋁合金綜框橫梁的空腔內(nèi)填充適宜的矩形截面碳纖維塊，是增強(qiáng)鋁合金綜框動態(tài)特性的一種有效方法[3]。圖3列舉了幾種不同碳纖維塊的填充型式[4-5]，矩形截面的大小和橫梁的結(jié)構(gòu)并不是固定的，也不是任意的，合理的尺寸和型式需要進(jìn)一步研究。在橫梁最上端空腔中填充碳纖維塊，同時(shí)在最下端空腔中填充圓環(huán)截面碳纖維棒，如圖4c)、圖4d)所示，效果更好。碳纖維塊和碳纖維棒均采用膠粘的方式固結(jié)在綜框的空腔中，其余空腔還可以填充泡沫等減振材料。

a) 改進(jìn)前 b) 改進(jìn)后1—碳纖維塊；2—圓環(huán)形碳纖維棒；3—阻尼減振材料。圖2 改進(jìn)前、后橫梁的截面形狀

圖3 橫梁填充不同碳纖維塊的型式

a) b) c) d) 1—碳纖維棒；2—阻尼減振材料。 注：a)、c)為綜框靜止時(shí)片綜所處的位置；b)、d)為綜框運(yùn)動到極限位置時(shí)片綜所處的位置。圖4 安裝阻尼減振材料前后鋼片綜運(yùn)動簡圖

2.1.2 安裝阻尼減振材料

片綜懸掛在穿綜桿上，可左右移動，也可上下移動?？棛C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著綜框的上下運(yùn)動，綜耳的下端不斷與穿綜桿撞擊，如圖4b)所示。由于二者材質(zhì)均為不銹鋼，在撞擊過程中會產(chǎn)生比較大的振動和沖擊。為了解決上述問題，可選用樹脂材料制成的片綜[6]，或者在穿綜桿與橫梁下端間安裝阻尼減振材料[7]。這兩種方法結(jié)合效果更好，然而樹脂材質(zhì)片綜的結(jié)構(gòu)要單獨(dú)設(shè)計(jì)，會增加研發(fā)成本，但從長遠(yuǎn)來看，樹脂片綜還是比較有前景的。

2.2 片綜

理想狀態(tài)下，綜框?qū)喚€的磨損主要集中在與綜眼接觸的部位，但由于片綜在穿綜桿上的移動是自由的，隨著織機(jī)車速的提高，片綜左右移動加劇，未穿過綜眼的紗線與片綜之間不停的接觸，增加了紗線的磨損。隨著綜框頁數(shù)和片綜數(shù)量的增多，磨損是疊加的，同時(shí)也影響梭口的清晰度。

為解決上述問題，在綜耳的正反面各安裝一塊磁鐵[8]，兩相鄰片綜間磁鐵的磁極相同。同極相斥，片綜在磁力的作用下，均勻的排列在穿綜桿上，如圖5所示。根據(jù)開口機(jī)構(gòu)上安裝綜框的數(shù)量，調(diào)整每頁綜框最左端和最右端兩個(gè)片綜的位置并固定，其余片綜在兩者之間均勻的排列分布，如圖6所示。

1正 1反 2正 2反 圖5 相鄰片綜加裝磁鐵

1—磁鐵；2—鋼片綜。圖6 整頁綜框加裝磁鐵

采用安裝磁鐵的方法，可使片綜在穿綜桿上始終保持靜止并均勻分布，有利于降低紗線的磨損和開清梭口。為了避免磁鐵對片綜和穿綜桿也產(chǎn)生吸引力，影響片綜之間力的傳遞，穿綜桿和片綜采用不含鐵素體的不銹鋼材質(zhì)，或者片綜采用樹脂材質(zhì)。

3 結(jié)語

3.1 橫梁上空腔填充碳纖維塊，下空腔填充碳纖維棒，中間空腔填充泡沫可有效地降低綜框的振動和噪聲，適用于新型高速織機(jī)。

3.2 樹脂材質(zhì)的片綜，可減輕片綜對紗線的磨損，降低片綜與穿綜桿之間的沖擊和振動。

3.3 橫梁下端和穿綜桿之間安裝阻尼減振材料，對降低片綜與穿綜桿之間的沖擊非常有效。

3.4 片綜上安裝磁鐵，可使片綜均勻的排列在穿綜桿上，有利于降低片綜對紗線的磨損和開清梭口。

[1] 劉勝榮，梁海順，高超.淺談噴氣織機(jī)用綜和綜框的配置[J].紡織器材，2008，35(5)：44-48.

[2] 邱海飛，王益軒，劉欣.綜框模態(tài)頻率優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2012，29(5)：35-38．

[3] 韓斌斌，王益軒.劍桿織機(jī)綜框的動態(tài)設(shè)計(jì)與分析[J].紡織器材，2014，41(4)：1-6.

[4] Deseyne，Joost.Heald Frame with a Reinforcement Profile：US，WO2013064355 A2[P].2013-05-10.

[5] Thomas Schmid，Bernd Binder，Johannes Bruske.Heald Shaft of Composite Construction：US，7114528 B2[P].2006-12-03.

[6] Karl-Heinz Gesing.Heald Frame Rod Comprising a Displaceable Heald Damping Element：US，20060137759 A1[P].2006-06-29.

[7] Thomas A，Korbutt，Gene E Faasse.Plastic Heddle：US，20070079887 A1[P].2007-04-12.

[8] HiromasaSUGIYAMA,MasanobuSAKAI.Heald Frame:US,20100139803 A1[P].2010-06-10.

Improved Design of New Alu-alloy Heald Frame

HAN Binbin,REN Shuangning,ZHANG Shuixian,ZHAO Yanhua

(The R&D Center Beijing Xinghang Mechtronical Equipment Co.,Ltd.,Beijing 100074,China)

To improve the performance of the heald frame,and to solve the problems with the heald frame in high speed operation such as big vibration and noise,heavy yarn wear,unsharp shed.Some modifications are made to the alu-alloy heald frame and flat heald.Filling the beam top cavity with carbon fiber,and bottom cavity with carbon fiber rods,installation of damping material,use of flat heald of resin material with the magnet are good attempt.It proves that changing structure of the heald frame beam,filling with carbon fiber material and damping material in the cavity,can improve the strength and reduce noise.Flat heald of resin material with installation of damping materials can reduce the wear of yarn from the flat heald and make sharp shed.

alu-alloy heald frame;carbon fiber;flat heald;damping material;resin;magnet;shed

2016-07-05

韓斌斌(1985—)，男，河北泊頭人，助理工程師，主要從事非標(biāo)裝備設(shè)計(jì)、有限元分析及機(jī)械系統(tǒng)仿真方面的研究。

TS103.82+4

B

1001-9634(2017)01-0015-03