金亮， 周巧燕

（1.浙江理工大學(xué) 現(xiàn)代紡織設(shè)備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018；2.萬(wàn)利紡織機(jī)械研究院，杭州 311243）

0 引言

后梁結(jié)構(gòu)是織機(jī)送經(jīng)系統(tǒng)中重要組成部分，目前多采用雙后梁結(jié)構(gòu)，即一根固定后梁和一根活動(dòng)后梁。其中，固定后梁可用于支持經(jīng)紗并改變經(jīng)紗方向，活動(dòng)后梁可緩解由于織機(jī)開(kāi)口、打緯等運(yùn)動(dòng)造成的經(jīng)紗張力波動(dòng)，同時(shí)可感知經(jīng)紗張力的改變并對(duì)其作出響應(yīng)，該響應(yīng)特點(diǎn)會(huì)影響織造效率及織物品質(zhì)。但當(dāng)織機(jī)主軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，活動(dòng)后梁擺臂擺動(dòng)頻率加快，由于活動(dòng)后梁自身重量較大，將產(chǎn)生較大慣性力，不能對(duì)經(jīng)紗張力的變化做出及時(shí)響應(yīng)，經(jīng)紗張力瞬時(shí)波動(dòng)無(wú)法得到有效的緩解。目前，研究劍桿織機(jī)后梁的學(xué)者比較多，涉及到后梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與經(jīng)紗路徑關(guān)系的研究[1]，后梁機(jī)構(gòu)的調(diào)整與改進(jìn)[2-3]，積極式活動(dòng)后梁機(jī)構(gòu)的研究，后梁機(jī)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)載荷特性的分析[5-6]，松經(jīng)裝置的研究[7-9]，活動(dòng)后梁力學(xué)模型的建立以及經(jīng)紗張力分布特點(diǎn)的研究[10-14]，但很少涉及到低慣量后梁以及變剛度后梁結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面的研究。

針對(duì)傳統(tǒng)后梁所存在的問(wèn)題，提出一種新型后梁結(jié)構(gòu)，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)組成以及工作原理，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)并說(shuō)明設(shè)計(jì)意圖。分析其性能特點(diǎn)及該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，為低慣量后梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和后續(xù)深入研究提供依據(jù)。

1 傳統(tǒng)后梁

1.1 傳統(tǒng)后梁結(jié)構(gòu)

以浙江萬(wàn)利紡織機(jī)械有限公司生產(chǎn)的WL450型劍桿織織機(jī)為例，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，經(jīng)紗2從經(jīng)軸1上退繞出來(lái)，經(jīng)過(guò)固定后梁3、活動(dòng)后梁4、停經(jīng)架7、綜框8到達(dá)織口O，再進(jìn)入卷取系統(tǒng)。固定后梁3鉸接于機(jī)架O1點(diǎn)處，后梁擺臂5一端鉸接于機(jī)架O2點(diǎn)處，另一端與彈簧6鉸接于E點(diǎn)，中部與活動(dòng)后梁4鉸接于O3點(diǎn)，彈簧6借助滑塊鉸接于機(jī)架O4點(diǎn)。

圖1 傳統(tǒng)后梁結(jié)構(gòu)經(jīng)紗和織物走向圖

1.2 后梁系統(tǒng)功能特點(diǎn)

織機(jī)中的后梁結(jié)構(gòu)具有檢測(cè)并緩解經(jīng)紗張力的作用。后梁結(jié)構(gòu)對(duì)于經(jīng)紗張力變化的響應(yīng)能力與自身結(jié)構(gòu)相關(guān)，且該響應(yīng)能力對(duì)經(jīng)紗張力的緩解有重要意義。

傳統(tǒng)后梁結(jié)構(gòu)主要由固定后梁、活動(dòng)后梁、活動(dòng)后梁擺臂、彈簧所組成。固定后梁3可穩(wěn)定經(jīng)紗在活動(dòng)后梁上的包角，以減少經(jīng)軸直徑的變化對(duì)活動(dòng)后梁的影響。活動(dòng)后梁擺臂可以O(shè)1為圓心擺動(dòng)，當(dāng)經(jīng)紗張力因開(kāi)口等運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變時(shí)，活動(dòng)后梁擺臂可帶動(dòng)活動(dòng)后梁相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)彈簧6壓縮或者回彈。經(jīng)紗路徑隨之改變，從而達(dá)到緩解經(jīng)紗張力的作用。彈簧6用來(lái)平衡經(jīng)紗張力、活動(dòng)后梁自身重力以及活動(dòng)后梁的慣性力。這種后梁可利用活動(dòng)后梁擺臂的旋轉(zhuǎn)改變經(jīng)紗路徑，進(jìn)而緩解經(jīng)紗張力變化，使經(jīng)紗張力變化趨于平緩[1]。

但是這種后梁有一定缺點(diǎn)：當(dāng)織機(jī)門(mén)幅較寬時(shí)，活動(dòng)后梁為了滿足剛度要求，一般情況下重量都較重，當(dāng)織機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高時(shí)，活動(dòng)后梁往復(fù)擺動(dòng)頻率高，慣性力大，活動(dòng)后梁來(lái)不及對(duì)經(jīng)紗張力的改變做出及時(shí)響應(yīng)，不能很好地緩解經(jīng)紗張力波動(dòng)，影響織物的品質(zhì)和效率。為了寬幅或高速織機(jī)活動(dòng)后梁能快速及時(shí)響應(yīng)開(kāi)口或打緯等高頻動(dòng)作引起的經(jīng)紗張力瞬間波動(dòng)，設(shè)計(jì)一種低慣量后梁結(jié)構(gòu)，減少高速織造過(guò)程中經(jīng)紗張力的瞬時(shí)波動(dòng)。

2 低慣量后梁

2.1 低慣量后梁結(jié)構(gòu)組成

如圖2所示，由板簧活動(dòng)后梁1，彎形板簧2，直形板簧3，彈性介質(zhì)4，墊塊5，支撐架6，固定后梁7組成低慣量后梁系統(tǒng)。固定后梁7與支撐架6固連，且固定后梁7與6連接處設(shè)有長(zhǎng)槽；板簧活動(dòng)后梁1作為一個(gè)整體橫跨于整個(gè)織機(jī)門(mén)幅；若干個(gè)彎形板簧2和直形板簧3以一定間距固定在支撐架6上，支撐架6是一個(gè)整體；彎形板簧2、板簧活動(dòng)后梁1、直形板簧3，三者于a點(diǎn)固定連接；彈性介質(zhì)4與支撐架6上的墊塊5固連，彈性介質(zhì)4數(shù)量與彎形板簧2數(shù)量相等，其位置與彎形板簧2（直形板簧3）位置對(duì)應(yīng)。

圖2 低慣量后梁織機(jī)經(jīng)紗與織物走向圖

2.2 工作原理

經(jīng)紗從經(jīng)軸9退解后經(jīng)過(guò)固定后梁7、板簧活動(dòng)后梁1到達(dá)綜框，參與織造。當(dāng)經(jīng)紗張力由于開(kāi)口等原因發(fā)生變化時(shí)，板簧活動(dòng)后梁1受到經(jīng)紗張力的作用并迫使彎形板簧后梁2（3）發(fā)生彎曲形變。彎形板簧2的形變使板簧活動(dòng)后梁1位置改變，進(jìn)而改變經(jīng)紗路徑，從而緩解經(jīng)紗張力的變化。

經(jīng)紗張力變化的緩解主要靠彎形板簧2，直形板簧3的自身彈性變形進(jìn)而改變經(jīng)紗路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，固定后梁7可穩(wěn)定經(jīng)紗在活動(dòng)后梁上的包角。當(dāng)織造需要經(jīng)紗張力較大時(shí)，可調(diào)節(jié)彈性介質(zhì)4的位置，與彎形板簧（直形板簧）接觸，增大其剛度，減小板簧活動(dòng)后梁的位置變化量。

2.3 主要零部件設(shè)計(jì)

2.3.1 板簧活動(dòng)后梁

板簧活動(dòng)后梁主要作用是讓經(jīng)紗在其上表面經(jīng)過(guò)，支持經(jīng)紗并且承受經(jīng)紗張力。如圖3所示，板簧活動(dòng)后梁上部為類(lèi)圓弧狀，下部有螺釘孔可與彎形板簧，直形板簧連接。由于其上表面與經(jīng)紗接觸，表面光潔度要求較高，且需要耐磨。

2.3.2 彎形板簧

圖3 板簧活動(dòng)后梁結(jié)構(gòu)

在新型后梁結(jié)構(gòu)中，彎形板簧的彈性變形對(duì)于改變經(jīng)紗路徑，緩解經(jīng)紗張力意義重大。如圖4所示，彎形板簧為變截面梁，且分為上下兩部分。下部形為等腰梯形，上部為彎曲結(jié)構(gòu)。上部的彎曲結(jié)構(gòu)端部可頂靠在板簧活動(dòng)后梁內(nèi)側(cè)，因此可增大板簧活動(dòng)后梁剛度。使得后梁的變形主要依靠彎形板簧而不是板簧活動(dòng)后梁。變截面梁的設(shè)計(jì)可使梁的抗彎剛度從下至上逐漸遞減，使得在經(jīng)紗張力作用下，下部可牢固連接而且有利于增大上部的變形量。

2.3.3 直形板簧

對(duì)于改變經(jīng)紗路徑，緩解經(jīng)紗張力，直形板簧的彈性變形也同樣重要。如圖5所示，直形板簧結(jié)構(gòu)與彎形板簧結(jié)構(gòu)類(lèi)似。直形板簧可疊放于彎形板簧一側(cè)從而增加彎形板簧的剛度，可以增加或者減少直形板簧的數(shù)量以調(diào)節(jié)彎形板簧的剛度。

圖4 彎形板簧結(jié)構(gòu)

2.4 性能討論

以WL450型門(mén)幅為540 cm劍桿織機(jī)為例，表1所示為傳統(tǒng)活動(dòng)后梁和板簧活動(dòng)后梁結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖5 直形板簧結(jié)構(gòu)

織機(jī)工作過(guò)程中，活動(dòng)后梁受到自身重力以及經(jīng)紗張力作用會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，后梁各處變形的均勻程度會(huì)影響各處經(jīng)紗路徑，進(jìn)而影響織物品質(zhì)。由于傳統(tǒng)活動(dòng)后梁只有兩端鉸支，而板簧活動(dòng)后梁以一定間距分段鉸支，固將兩種活動(dòng)后梁可簡(jiǎn)化如圖6所示。

表1 原始參數(shù)表

其中：q1為傳統(tǒng)活動(dòng)后梁重力集度；q2為經(jīng)紗合力集度；q3為板簧活動(dòng)后梁重力集度。

圖6 兩種活動(dòng)后梁載荷簡(jiǎn)圖

圖7 紗線包繞活動(dòng)后梁圖

重力集度為

經(jīng)紗合力集度為

利用撓曲線方程[15]可求得傳統(tǒng)活動(dòng)后梁在重力作用下的最大撓度（梁中點(diǎn)處撓度）為

同理，傳統(tǒng)活動(dòng)后梁在經(jīng)紗張力作用下的最大撓度（梁中點(diǎn)處撓度）為

將傳統(tǒng)活動(dòng)后梁的參數(shù)帶入式（1）、式（2）中，得到f1=2.308 mm，f2=4.215 mm。

由于板簧活動(dòng)后梁各段載荷相同，故只分析其中一段即可。板簧活動(dòng)后梁在重力作用下的最大撓度（梁中點(diǎn)處撓度）為

板簧活動(dòng)后梁在經(jīng)紗張力作用下的最大撓度（梁中點(diǎn)處撓度）為

將板簧活動(dòng)后梁的參數(shù)帶入式（3）、式（4）中，得到f3=2.14×10-5mm，f4=0.0696 mm。

由于f3、f4遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于f1、f2，可知同樣載荷條件下，與傳統(tǒng)活動(dòng)后梁相比，板簧活動(dòng)后梁變形量更小且更均勻。而且板簧活動(dòng)后梁體積小，更加節(jié)省空間。

3 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)后梁結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種新型的后梁結(jié)構(gòu)。板簧活動(dòng)后梁、彎形板簧、直形板簧三種構(gòu)件相互拼合而成以及彈性介質(zhì)的使用，可方便調(diào)整后梁系統(tǒng)剛度，從而適應(yīng)更多織物種類(lèi)。而傳統(tǒng)后梁的彈性元件只有彈簧，故其適應(yīng)的織物種類(lèi)范圍與新型后梁相比必定較小。

當(dāng)織機(jī)門(mén)幅較寬時(shí)，同樣載荷情況下，板簧活動(dòng)后梁直線度遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)活動(dòng)后梁，經(jīng)紗路徑變化同步性更好，該特性對(duì)織物品質(zhì)有重要意義。

板簧重量遠(yuǎn)比傳統(tǒng)活動(dòng)后梁重量輕，即使織速較高，彎形板簧后梁（直形板簧后梁）彈性變形頻率較快時(shí)，其慣性力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)活動(dòng)后梁的慣性力。所以相對(duì)傳統(tǒng)后梁而言，沒(méi)有了過(guò)大慣性力的影響，該后梁能夠?qū)?jīng)紗張力的改變做出更及時(shí)的響應(yīng)，能更好地緩解經(jīng)紗張力的瞬時(shí)波動(dòng)，提高織造效率以及改善織物品質(zhì)。

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