雒小龍，王曉瑞，宋　英，袁　偉

(陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞　721000)

0　引言

隨著噴氣織機(jī)織物折入邊裝置的應(yīng)用推廣，配有折入邊機(jī)構(gòu)的噴氣織機(jī)剪刀機(jī)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生了較大變化。目前，國(guó)內(nèi)外主流噴氣織機(jī)都配有電子剪刀，其多采用旋轉(zhuǎn)磁鋼或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且剪切時(shí)間可通過(guò)屏幕設(shè)定；但由于旋轉(zhuǎn)磁鋼價(jià)格昂貴，步進(jìn)電機(jī)又存在失步情況，而且要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制電路板，制造及維護(hù)成本較高，可靠性較低。通過(guò)采用機(jī)械結(jié)構(gòu)和通用剪刀片，利用凸輪機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)出新型機(jī)械式折入邊右剪刀機(jī)構(gòu)，降低了制造和維護(hù)成本，且調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)可靠性高。

1　織物折入邊電子右剪刀結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1　電子剪刀研發(fā)背景

在噴氣織機(jī)織造生產(chǎn)的過(guò)程中普遍要采用左、右剪刀將織物兩端的緯紗剪斷，這些被剪斷的緯紗暴露在織物外而無(wú)法折進(jìn)開(kāi)口的經(jīng)紗中以至成為毛邊而影響產(chǎn)品質(zhì)量、降低織物檔次。若噴氣織機(jī)附帶折邊器，緯紗剪斷后長(zhǎng)出的一段將折入下一緯經(jīng)紗開(kāi)口中則可不僅使布邊緊密牢固、布面平整光潔，而且可節(jié)約原料，降低制品的加工成本。

折邊裝置須在特定角度吹氣，才能將已織入織物的緯紗兩端折入下一緯中，這就要求緯紗到達(dá)后應(yīng)在特定角度干脆利落地剪斷，而電子剪刀由步進(jìn)電機(jī)或旋轉(zhuǎn)磁鋼直接驅(qū)動(dòng)，電路控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，角度控制靈活且易于調(diào)整緯紗剪切時(shí)間。

1.2　電子右剪刀結(jié)構(gòu)

電子右剪刀結(jié)構(gòu)如圖1所示，其電機(jī)座用于固定和調(diào)節(jié)剪刀相對(duì)于織口的前后、高低位置；步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)剪刀動(dòng)片運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切；剪刀連接器用于傳遞步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力到剪刀動(dòng)片，同時(shí)用于調(diào)整剪刀片間隙。

1—步進(jìn)電機(jī)；2—電機(jī)座；3—剪刀靜片；4—剪刀動(dòng)片；5—剪刀連接器。圖1　電子右剪刀結(jié)構(gòu)

1.3　電子右剪刀工作原理

電子右剪刀主要由控制電路控制，控制電路根據(jù)織機(jī)角度信號(hào)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)帶動(dòng)剪刀運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切緯紗。

2　新型織物折入邊機(jī)械式右剪刀結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1　機(jī)械式右剪刀結(jié)構(gòu)

機(jī)械式右剪刀結(jié)構(gòu)如圖2所示，其總體結(jié)構(gòu)與噴氣織機(jī)廢邊紗剪刀結(jié)構(gòu)相似，結(jié)構(gòu)改動(dòng)較少，零件通用性強(qiáng)。

2.2　機(jī)械式右剪刀工作原理

機(jī)械式右剪刀由兩套反向雙搖桿機(jī)構(gòu)和凸輪擺桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成[1-5]，剪刀凸輪固定于開(kāi)口軸上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)搖臂，搖臂另一端由復(fù)位彈簧壓持以保證滾子與凸輪時(shí)刻接觸；搖臂、長(zhǎng)連桿和擺臂組成反向雙搖桿機(jī)構(gòu)一，下擺桿、短連桿和上擺臂組成反向雙搖桿機(jī)構(gòu)二，凸輪跟隨開(kāi)口軸以1/2織機(jī)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)兩套搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)；凸輪旋轉(zhuǎn)一周中具有兩段推程角、回程角和休止角，恰好在織機(jī)一周運(yùn)動(dòng)中凸輪能夠轉(zhuǎn)過(guò)一段推程角、回程角和休止角，從而可以保證剪刀機(jī)構(gòu)在一次開(kāi)口運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)打開(kāi)、閉合和靜止。

1—剪刀軸座左；2—剪刀軸；3—下擺臂；4—剪刀軸座中；5—剪刀軸座右；6—擺臂；7—長(zhǎng)連桿；8—滾子；9—凸輪；10—搖臂；11—搖臂軸；12—復(fù)位彈簧；13—彈簧座；14—短連桿；15—上擺臂；16—剪刀靜片；17—剪刀動(dòng)片；18—剪刀座。圖2　機(jī)械式右剪刀結(jié)構(gòu)

3　新型織物折入邊機(jī)械式右剪刀凸輪設(shè)計(jì)

由于剪刀機(jī)構(gòu)第一套四連桿機(jī)構(gòu)為反向平行四邊形機(jī)構(gòu)，根據(jù)平行四邊形機(jī)構(gòu)只傳遞運(yùn)動(dòng)不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性[6]，對(duì)右剪刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化的結(jié)果如圖3所示。

圖3　右剪刀機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在直角坐標(biāo)系xoy中，o1、o2和o3分別為四連桿機(jī)構(gòu)支座和凸輪回轉(zhuǎn)中心。根據(jù)空間位置和剪刀工作需要，擺臂的初始角度為α1，終止角度為α2；連桿的初始角度為θ1，終止角度為θ2；搖臂的初始角度為β1，終止角度為β2，搖臂凸輪端的初始角度為φ1，終止角度為φ2；擺臂長(zhǎng)度為a，支座和支座中心距離為b；連桿的長(zhǎng)度為c，搖臂的長(zhǎng)度為d，搖臂的凸輪端長(zhǎng)度為e，支座和支座的中心距離為f，擺臂滾子中心與凸輪理論輪廓曲線接觸點(diǎn)與支座的距離為g。

3.1　位置分析

(1)

應(yīng)用歐拉公式eiθ=cosθ+isinθ，將式(1)實(shí)部和虛部分離，得：

asinα1+csinθ1=dsinβ1

經(jīng)整理化簡(jiǎn)為：

Asinβ1+Bcosβ1+C=0

其中，A=2adsinα1；B=2d(acosα1-b)；C=c2-a2-d2-b2+2abcosα1，所以：

(2)

已知a=60 mm,b=384 mm,c=364 mm,d=65 mm,α1=278.5°,α2=289°,代入式(2)計(jì)算得：β1=112.8°,β2=103.3°。

3.2　擺桿行程計(jì)算

在直角坐標(biāo)系x2o2y2中，φ1=135°-β1+γ1-γ2，當(dāng)β1=112.8°，β2=103.3°,γ1=13.9°,γ2=12.6°時(shí)，可得φ1=33°,φ2=23.5°。

當(dāng)搖臂凸輪端的極限角度為φ1時(shí)，擺臂滾子中心與凸輪理論輪廓曲線接觸點(diǎn)到支座o3的距離為g1；當(dāng)搖臂凸輪端的極限角度為φ2時(shí)，擺臂滾子中心與凸輪理論輪廓曲線接觸點(diǎn)到支座o3的距離為g2。由余弦定理：g2=e2+f2-2efcosφ，可知當(dāng)e=55 mm,f=68.7 mm,φ1=33°，φ2=23.5°時(shí)，g1=37.42 mm，g2=28.46 mm。則凸輪升程H為：H=g1-g2=8.96 mm。

當(dāng)凸輪滾子直徑D=32 mm時(shí)，暫選凸輪基圓rd=g1-D/2=21.42 mm，經(jīng)校核凸輪最大壓力角為18°，小于許用壓力角45°。

3.3　凸輪曲線確定

根據(jù)凸輪軸o3和主軸轉(zhuǎn)速關(guān)系，剪刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律和擺桿工作屬于中低速輕載，選取余弦加速度曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全可以滿足運(yùn)動(dòng)需要，擺桿行程曲線如圖4所示。

4　仿真運(yùn)動(dòng)檢查剪刀動(dòng)片運(yùn)動(dòng)規(guī)律

根據(jù)擺桿行程曲線，通過(guò)proe可變截面掃描建模[7]，生成凸輪三維模型如圖5，并按照機(jī)構(gòu)裝配關(guān)系對(duì)剪刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、測(cè)量剪刀動(dòng)片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線如圖6所示，運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合預(yù)期設(shè)計(jì)。

圖4　擺桿行程曲線

圖5　凸輪三維模型

圖6　剪刀動(dòng)片角位移曲線

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究織物折入邊右剪刀工作要求和原理，結(jié)合織機(jī)廢邊紗剪刀結(jié)構(gòu)，改進(jìn)剪刀凸輪曲線、剪刀座和剪刀片形式，設(shè)計(jì)出滿足使用要求的機(jī)械式織物折入邊右剪刀結(jié)構(gòu)，并用proe仿真運(yùn)動(dòng)檢驗(yàn)剪刀動(dòng)片運(yùn)動(dòng)規(guī)律達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，經(jīng)試制后應(yīng)用效果良好。新型織物折入邊右剪刀既解決了電子剪刀制造和維修成本高的問(wèn)題，又大幅提高了剪刀可靠性，且方便噴氣織機(jī)老機(jī)改造。

參考文獻(xiàn):