一種三維織物新型提綜機(jī)構(gòu)綜述

斯黎明，湯維卓

（武漢定達(dá)慧科技有限公司，武漢 430000）

在紡織領(lǐng)域中，提綜機(jī)構(gòu)用于控制經(jīng)紗的上升和下降運(yùn)動(dòng)，形成梭口，緯紗通過(guò)梭口，根據(jù)特定的運(yùn)動(dòng)周期完成織物的編織，其直接關(guān)系到織物織造效率，織物質(zhì)量的好壞，通常有凸輪開口機(jī)構(gòu)、提花開口機(jī)構(gòu)和多臂開口機(jī)構(gòu)3 類，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的紡織設(shè)備仍然大量采用上述3 大類傳統(tǒng)開口機(jī)構(gòu)，可以滿足經(jīng)紗層數(shù)少，質(zhì)量一般的織物的自動(dòng)化編織，但由于采用單綜眼綜框織造，只能滿足單個(gè)運(yùn)動(dòng)行程形成單個(gè)開口，編織的效率要低許多，當(dāng)需要織造三維織物時(shí)，經(jīng)紗層數(shù)要更多，對(duì)開口質(zhì)量的需求更高，容易造成開口質(zhì)量差，對(duì)織物的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及效率造成影響，容易引起紗線毛羽的現(xiàn)象出現(xiàn)。

本文提出了一種新型三維織物織機(jī)提綜機(jī)構(gòu)用于三維織物紡織領(lǐng)域，采用多綜眼綜絲，同時(shí)配合多級(jí)行程運(yùn)動(dòng)，可以有效提高紡織生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對(duì)紡織領(lǐng)域有著重要的影響和意義。

1 傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)

1.1 凸輪和連桿開口機(jī)構(gòu)

凸輪開口機(jī)構(gòu)是織機(jī)中常見的傳統(tǒng)開口機(jī)構(gòu)之一，使用范圍廣，有梭織機(jī)、劍桿織機(jī)等。凸輪和連桿開口機(jī)構(gòu)可以將平行運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為垂直運(yùn)動(dòng)，具有運(yùn)動(dòng)精度高、體積小、價(jià)格便宜的特點(diǎn)[1]。其主要由1 個(gè)凸輪、1 個(gè)連桿和1 個(gè)滑塊構(gòu)成，連桿和滑塊的動(dòng)力由凸輪上的凹槽提供，并在水平方向和垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)?？梢杂糜诳椩炱郊y、斜紋這樣工序簡(jiǎn)單的織物，通常用于不超過(guò)8頁(yè)的綜框。

1.1.1 一般凸輪開口機(jī)構(gòu)

一般凸輪開口機(jī)構(gòu)通常用在織造平紋織物的織機(jī)上，這種機(jī)構(gòu)的原理是通過(guò)凸輪的運(yùn)動(dòng)來(lái)降下綜框，通過(guò)吊綜轆轤的運(yùn)動(dòng)將綜框拉升回來(lái)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是吊綜皮帶會(huì)伸長(zhǎng)，影響梭口位置，會(huì)導(dǎo)致綜框抖動(dòng)嚴(yán)重，經(jīng)紗摩擦數(shù)量增加，運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快，越容易出現(xiàn)問(wèn)題[2]。

1.1.2 彈簧回綜式凸輪開口機(jī)構(gòu)

彈簧回綜式凸輪開口機(jī)構(gòu)通過(guò)凸輪的運(yùn)動(dòng)來(lái)降下綜框，通過(guò)彈簧的彈力將綜框向上拉升，拉回初始位置。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于綜框運(yùn)動(dòng)時(shí)不穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)在于織機(jī)運(yùn)行效率更高，通常用于織造輕薄或者中等厚度的織物。另外一個(gè)缺點(diǎn)是在織機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，彈簧可能會(huì)因長(zhǎng)期使用而產(chǎn)生疲勞效益，彈力變小，進(jìn)而造成開口不清，最終影響織物的質(zhì)量。一種彈簧回綜式凸輪開口機(jī)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 彈簧回綜式凸輪開口機(jī)構(gòu)

1.1.3 共軛凸輪開口機(jī)構(gòu)

共軛凸輪開口機(jī)構(gòu)的主要工作原理是通過(guò)雙凸輪向綜框施力，以使綜框下降或者回到初始位置。這種機(jī)構(gòu)下的綜框運(yùn)行相較其他方式會(huì)更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定。

1.1.4 溝槽凸輪開口機(jī)構(gòu)

溝槽凸輪開口機(jī)構(gòu)的主要工作原理是通過(guò)溝槽凸輪向綜框施力，以使綜框下降或者回到初始位置。這種機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，溝槽將會(huì)控制綜框的下降和拉升回位，并且整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中溝槽都會(huì)約束綜框在垂直方向上的位置，該種機(jī)構(gòu)不需要使用吊綜裝置。

1.1.5 連桿開口機(jī)構(gòu)

連桿開口機(jī)構(gòu)的主要工作原理是通過(guò)連桿控制綜框的下降和上升。連桿的作用是改變力的方向，通過(guò)低副連接使綜框在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

1.2 多臂機(jī)開口機(jī)構(gòu)

多臂開口機(jī)構(gòu)主要由回綜裝置和提綜裝置組成，最高可以使用32 頁(yè)的綜框。其工作原理為拉刀由織機(jī)主軸上的連桿或凸輪傳動(dòng)，做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。拉鉤通過(guò)提綜桿、吊綜帶同綜框相連。由紋板、重尾桿控制的豎針按照紋板圖所規(guī)定的順序上下運(yùn)動(dòng)，以決定拉鉤是否為拉刀所拉動(dòng)，從而決定與該拉鉤連接的綜框是否被提起，對(duì)于多臂機(jī)開口機(jī)構(gòu)，綜框運(yùn)行到最高位置時(shí)無(wú)靜止時(shí)期，而運(yùn)行到最低位置時(shí)有靜止時(shí)期，原因是拉刀與拉鉤有間隙。平綜時(shí)綜框運(yùn)動(dòng)速度快，有利于開清梭梭口，滿開時(shí)速度慢有利開梭子飛行，綜框開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度變化大，會(huì)引起沖擊和振動(dòng)，原因是拉刀在鉤取拉鉤時(shí)，已經(jīng)具有一定速度[3]，一種多臂開口機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 多臂開口機(jī)構(gòu)

常見種類可以分為單動(dòng)式和復(fù)動(dòng)式2 種。

單動(dòng)式多臂開口機(jī)構(gòu)一般比較適合花紋較小和組織結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的織物，可以使用32 頁(yè)以內(nèi)的綜框，其工作原理是1 個(gè)拉鉤連接1 個(gè)綜框，拉刀與拉鉤配合，當(dāng)拉刀運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)拉鉤運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)綜框的提升和下降，傳動(dòng)比為1∶1，即可以實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)一圈，拉刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)1 次，綜框上下移動(dòng)，形成1 個(gè)開口。

復(fù)動(dòng)式多臂開口機(jī)構(gòu)一般適合花紋比較大，組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的織物，最高可以使用64 頁(yè)的綜框，其工作原理是2 個(gè)拉鉤上下連接1 個(gè)綜框，拉刀與拉鉤配合，當(dāng)拉刀運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)拉鉤運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)綜框的提升和下降，傳動(dòng)比為2∶1，主軸旋轉(zhuǎn)一圈，上下拉刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)1 次，綜框上下移動(dòng)，形成2 個(gè)開口[4]。

缺點(diǎn)：當(dāng)織機(jī)速度提高時(shí)，拉刀與拉鉤無(wú)法完美配合，做非強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致綜框的運(yùn)動(dòng)不按照規(guī)定的順序升降，會(huì)出現(xiàn)幅性的跳花織疵。同時(shí)，綜框由于移動(dòng)后靜止時(shí)間短，不適合較大面積的織物紡織。

1.3 提花開口機(jī)構(gòu)

提花開口機(jī)構(gòu)比較適合花紋大而且復(fù)雜的織物紡織，和其他開口機(jī)構(gòu)不同，其每一根綜絲都是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，經(jīng)紗同樣將作為獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，經(jīng)紗可以與緯紗形成更多組合，而且綜絲的靈活性更高，同樣不適合較大面積的織物紡織[5]。

工作原理：提花開口機(jī)構(gòu)并沒(méi)有采用綜框的設(shè)計(jì)，經(jīng)線都是由一根單獨(dú)的綜絲控制，這意味著每一根紗線都可以自由獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，與緯線組成的交織規(guī)律更多、更靈活，一般每根經(jīng)紗根據(jù)紋板上的孔位來(lái)決定，無(wú)孔下降，有孔提升，一種提花開口機(jī)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 多臂開口機(jī)構(gòu)

常見種類按提刀往復(fù)一次所形成的梭口數(shù)，提花開口機(jī)構(gòu)分為單動(dòng)式、復(fù)動(dòng)式和電子式3 種。

單動(dòng)式提花開口機(jī)構(gòu)是根據(jù)豎鉤的位置來(lái)控制經(jīng)紗的提升和下降，從而形成梭口。當(dāng)豎鉤的鉤端在提刀的水平位置時(shí)，其就會(huì)被提刀帶動(dòng)上升，同時(shí)帶動(dòng)經(jīng)紗上升，形成梭口的上層。當(dāng)豎鉤的鉤端不在提刀的水平位置時(shí)，其就不會(huì)被提刀帶動(dòng)，而是隨著底板的下降而下降，同時(shí)帶動(dòng)經(jīng)紗下降，形成梭口的下層。

復(fù)動(dòng)式提花開口機(jī)構(gòu)是一種在織機(jī)主軸轉(zhuǎn)2 圈的同時(shí)，完成1 次開口循環(huán)，所以叫復(fù)動(dòng)式。其工作原理都是根據(jù)紋板上的孔位來(lái)控制經(jīng)紗的提升和下降。但是復(fù)動(dòng)式提花開口機(jī)構(gòu)要求每次提升經(jīng)紗的最高點(diǎn)都要保持在同一水平線上，這樣才能和電磁閥協(xié)調(diào)工作。

電子式提花開口機(jī)構(gòu)是一種用電磁鐵來(lái)控制經(jīng)紗提升和下降的機(jī)構(gòu)。電子式提花開口機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)部件很少，可以適應(yīng)高速織造，而且每根經(jīng)紗都可以單獨(dú)控制。

1.4 總結(jié)

綜上所述，3 類提綜機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)如下。第一，凸輪和連桿開口機(jī)構(gòu)利用凸輪和連桿來(lái)控制綜框上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律和順序都由凸輪的形狀決定。只適合織造循環(huán)較小、組織簡(jiǎn)單的織物，一般只能有10 個(gè)綜框。第二，多臂開口機(jī)構(gòu)利用拉刀和拉鉤來(lái)控制綜框上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)順序由閱讀機(jī)構(gòu)來(lái)控制。適合織造循環(huán)較大、織物組織復(fù)雜的織物，一般可以有16 個(gè)或32 個(gè)綜框。第三，提花開口機(jī)構(gòu)是一種利用綜絲來(lái)控制經(jīng)紗上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)順序由花紋機(jī)構(gòu)來(lái)控制，可以實(shí)現(xiàn)每根經(jīng)紗單獨(dú)控制。適合織造循環(huán)大、組織復(fù)雜的大花紋織物。

2 新型三維織物提綜機(jī)構(gòu)

2.1 新型三維織物提綜機(jī)構(gòu)的研究意義

提綜機(jī)構(gòu)直接影響著織物的質(zhì)量和效率，在三維織物領(lǐng)域，傳統(tǒng)織物提綜機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)更加明顯，傳統(tǒng)的提綜機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)由于采用單綜眼綜框的形式只能實(shí)現(xiàn)單層或雙層的經(jīng)紗開口，三維織物的經(jīng)紗層數(shù)多于普通織物，需要更清晰的開口和更少的摩擦。傳統(tǒng)提綜機(jī)構(gòu)的運(yùn)行效率過(guò)低，且無(wú)法滿足不同工況和不同需求下的運(yùn)動(dòng)，損傷紗線，導(dǎo)致織物質(zhì)量的降低。因此為改善這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型提綜機(jī)構(gòu)，采用多綜眼綜框增加經(jīng)紗開口數(shù)量，同時(shí)采用雙級(jí)氣缸和電機(jī)輪盤滿足不同工況和不同需求下的運(yùn)動(dòng)，提高編織效率和織物的質(zhì)量。

2.2 新型三維織物提綜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

該新型三維織物織機(jī)提綜機(jī)構(gòu)主要由傳動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、多綜眼綜框和動(dòng)力裝置構(gòu)成，如圖4 所示。該機(jī)構(gòu)所使用的多綜眼綜框由多綜眼綜絲、綜框架和綜框吊環(huán)構(gòu)成。其中，綜框架又由綜框固定板、綜框橫梁和綜框側(cè)板構(gòu)成。綜框橫梁的作用是確定綜框在水平方向上的位置，而綜框側(cè)板的作用是確定綜框在鉛錘方向上的位置。該機(jī)構(gòu)所使用的多綜眼綜框的每一根綜絲上都有2個(gè)或者更多的綜眼，也就是多綜眼綜絲。該機(jī)構(gòu)所使用的每一個(gè)多綜眼綜框包含有若干根多綜眼綜絲，這些綜絲在空間上的關(guān)系是均位于同一個(gè)平面上且任意2 根綜絲都互相平行，并且每根綜絲上的綜眼都在同一水平高度上，該機(jī)構(gòu)所使用多綜眼綜框與傳統(tǒng)綜框相比的優(yōu)勢(shì)在于綜框體積更小，整個(gè)提綜機(jī)構(gòu)的重量更輕，同時(shí)為了配合多綜眼綜絲，采用雙級(jí)行程氣缸和多級(jí)行程電機(jī)輪盤動(dòng)力裝置，雙級(jí)行程氣缸由2 個(gè)氣缸反向連接固定在導(dǎo)軌上，多級(jí)行程電機(jī)輪盤由伺服電機(jī)控制，該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)行程切換，增加開口數(shù)量，并由此提高了織機(jī)的織造效率和織物質(zhì)量[6]。

圖4 新型三維織物織機(jī)提綜機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力裝置無(wú)法直接向多綜眼綜框提供向上或者向下的動(dòng)力，只能通過(guò)傳動(dòng)調(diào)節(jié)裝置將動(dòng)力傳遞至多綜眼綜框。該種設(shè)計(jì)可以讓該機(jī)構(gòu)各個(gè)元件聯(lián)動(dòng)性更佳，并極大增強(qiáng)各個(gè)元件的配合性，使得織機(jī)運(yùn)行更加迅速流暢。傳動(dòng)調(diào)節(jié)裝置還可以讓多綜眼綜框在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力大小更加穩(wěn)定。

添加綜框?qū)蜓b置確保若干個(gè)多綜眼綜框組合使用時(shí)相互間隔一定距離，互不干擾，該機(jī)構(gòu)所使用的綜框?qū)蜓b置由固定座、導(dǎo)向隔環(huán)和導(dǎo)向軸與軸承套件組成。而固定座則由用于導(dǎo)向的連接座、固定塊和連接桿組成，導(dǎo)向連接桿的作用是增強(qiáng)整體構(gòu)件的穩(wěn)定性。若干個(gè)軸承和隔環(huán)間隔開來(lái)套在導(dǎo)向軸上，分別放置2 塊固定塊于導(dǎo)向軸兩端以固定導(dǎo)向軸的位置。導(dǎo)向連接座上的導(dǎo)向軸可以根據(jù)實(shí)際工作情況改變具體放置的位置，導(dǎo)向隔環(huán)的作用是調(diào)整相鄰每2 個(gè)多綜眼綜框之間的距離，使其既不會(huì)相互碰撞也不會(huì)相距太遠(yuǎn)，導(dǎo)向軸承的作用是在機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)改變綜框的導(dǎo)向，以此減少運(yùn)行過(guò)程中綜框間的摩擦。

每一個(gè)綜框在提綜結(jié)束后都需要回退到運(yùn)行之前的位置以準(zhǔn)備下一個(gè)提綜周期，可以通過(guò)彈簧裝置給綜框的在提綜時(shí)的上下運(yùn)動(dòng)提供初始位置的力，使得綜框在一個(gè)提綜周期結(jié)束后更加容易回到初始位置，以此增強(qiáng)機(jī)構(gòu)整體的自動(dòng)化程度[7]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 提綜機(jī)構(gòu)實(shí)物

如圖5 所示，該新型三維織物織機(jī)提綜機(jī)構(gòu)主要的特點(diǎn)就是將傳統(tǒng)單綜眼綜框改進(jìn)為多綜眼綜框，提升了織造過(guò)程中提綜流程的效率并以此提升整個(gè)織造過(guò)程的效率。并且可以通過(guò)選擇不同的動(dòng)力裝置進(jìn)行多級(jí)行程運(yùn)動(dòng)，比較適合三維織物的織造，提高了織造效率的同時(shí)，減少了紗線在織造三維織物過(guò)程中的相互摩擦。

圖5 提綜機(jī)構(gòu)實(shí)物

3.2 織物小樣品

如圖6 所示，該新型三維織物織機(jī)提綜機(jī)構(gòu)編織出來(lái)的織物樣品采用碳纖維長(zhǎng)絲進(jìn)行織造。表面分布均勻且光滑，未出現(xiàn)經(jīng)紗堆積及經(jīng)紗毛羽過(guò)多的現(xiàn)象。

圖6 織物小樣品

4 結(jié)束語(yǔ)

該三維織物提綜機(jī)構(gòu)，特點(diǎn)在于采用多綜眼綜框織造，增加了紗線的開口數(shù)量，動(dòng)力裝置選擇雙級(jí)行程運(yùn)動(dòng)的氣缸加多級(jí)行程運(yùn)動(dòng)的電機(jī)輪盤動(dòng)力裝置，一次形成的開口數(shù)量比以往更多，織造效率得到極大提升，減少了紗線在運(yùn)動(dòng)周期當(dāng)中的摩擦次數(shù)，能夠更好地控制紡織產(chǎn)品質(zhì)量，該三維織物提綜機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)化，與傳統(tǒng)紡織裝備相比節(jié)省更多人力，提高紡織的效率，精確度更高，紡織成品的質(zhì)量更好。