喷气织机分段式打纬机构与通轴打纬机构对比分析

董少伟，张建民，袁 伟，刘晓刚

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡 721013)

0 引言

打纬机构作为织机5大机构之一，是影响织机动力学性能的关键机构。在织机高速运转过程中，打纬部分各构件的加速度大，打纬机构对墙板的冲击载荷是导致喷气织机墙板振动的主要因素[1]。目前，织机打纬机构主要有共轭凸轮打纬机构和连杆打纬机构2种。相关学者的研究结果表明，在2种打纬方式下，打纬系统的主轴等效转动惯量约占整个打纬系统主轴等效转动惯量的75%[2]。笔者在此研究结果的基础上，基于对津田驹ZAX系列织机打纬轴特征的研究分析，设计新打纬机构并进行对比分析，为国产织机制造企业提供参考。

1 打纬机构简介

1.1 ZAX系列织机分段式打纬机构

国内不少学者对津田驹ZAX系列喷气织机的连杆打纬方式进行研究，发现改变连杆打纬机构的主要参数如曲柄半径、牵手长度、摇杆长度等均会改变打纬力、影响纬纱的飞行时间[3-4]。为详细分析打纬系统的主轴及连接方式，笔者以津田驹ZAX系列喷气织机为研究对象，通过平衡轴将多段打纬轴连接为整体，两侧通过联轴节与墙板内连杆机构运动副连接，完成打纬驱动。图1为该结构的三维模型。

图1 ZAX系列织机分段式打纬机构模型

1.2 通轴打纬机构

ZAX系列织机属于分段式打纬，其打纬轴和平衡块加工精度高、安装难度大，安装完成后很难保证筘座在同一水平线上，易导致后续织物出现瑕疵。鉴于此，笔者新设计一种通轴打纬机构，其结构三维模型如图2所示。

1—配重块；2—平衡轴。

该打纬机构保持原连杆驱动方式，将分段式打纬轴改为通轴，省去了平衡块，大幅降低加工难度和安装难度，能更好地保证筘座在同一水平线上。同时，为了满足织造要求的打纬力，新设计简易型配重块，该配重块结构简单、易加工。

2 打纬效果对比分析

在打纬过程中，随着纬纱相对移动量的增大，经、纬纱的曲挠程度和摩擦作用显著增加，打纬阻力也随之增大，当筘到达最前方时达到最大值。因此，织机的打纬力必须大于织造品种的打纬阻力[5]。

图3中，该连杆机构处于前死心位置，P点为打纬时的接触点(以下简称“打纬点”)，打纬力F的大小取决于打纬点P处的加速度a以及打纬系统在打纬点P处的简化质量mP，即F=mP·a。图中h为质心与摇轴中心的距离，l为打纬点P到摇轴中心的距离。

1—摇轴中心；2—质心。

分段式和通轴2种打纬机构的三维模型都建立在津田驹ZAX系列机架之上，其驱动部分的曲柄、牵手、连杆以及曲轴的参数均一致。在织机主轴转速为850 r/min、分段式打纬机构mP为130.50 kg、通轴打纬机构mP为118.23 kg、l为198.6 mm时，利用Pro/E软件进行动态求解得到：二者在打纬点P的加速度aP均为534.56 m/s2，转动惯量J均为0.582 kg·m2；但质心偏移h有差异，分段式打纬机构为2.260 mm，通轴打纬机构为0.682 mm。

由平行轴定理[6]可知，以摇轴中心为旋转轴时，打纬系统的总转动惯量为：

J总=J+m·h2

(1)

P点处的简化质量为：

m等效=J总/l2

(2)

打纬力为:

F=m等效·aP

(3)

综合可得：

a) 分段式打纬结构总打纬力为7 896.926 N，按190 cm筘幅计，单位长度打纬力为41.563 N/cm；

b) 通轴打纬结构总打纬力为7 888.637 N，按190cm筘幅计，单位长度打纬力为41.519 N/cm。

3 振动效果分析对比

采用上述织机参数，通过Pro/E软件建模，建立如图4所示坐标系，测试850 r/min时2种打纬机构机架对地面的压力、扭矩，摇轴轴承的受力、曲轴轴承的受力、牵手销的受力，具体见表1。可以发现，织机在z向的受力较其他方向大，扭矩在x向较大，详细数据见图5和图6。

图4 织机建模分析(织机前侧)

表1 2种打纬机构受力测试

a) 机架地面z向受力曲线

可以看出，在分段式机构打纬过程中，最大受力与最小受力的差值为4063 N，通轴打纬机构最大受力与最小受力的差值为4030N，两者差值比为99.2%；在扭矩方面，两者差值比为100.10%。所以，织机转速为850 r/min时，通轴打纬抑振效果优于分段式打纬。

对比2种打纬方式下摇轴轴承的受力、曲轴轴承的受力和牵手销的受力，如图6所示，发现在连续多个周期内各力大小包括其变化趋势基本一致，足以认定通轴打纬方式对机架的冲击力等同于分段式打纬对机架的冲击力。

a) 曲轴轴承受力曲线

笔者也模拟了织机在1200r/min时的运动受力情况，如图7所示。经测试发现，通轴打纬方式的z向受力约有8%的增幅。考虑到实际运转车速通常仅为850 r/min～950 r/min，可认为在正常织造条件下2种打纬机构效果等同。

a) 机架地面z向受力曲线

4 结语

通轴打纬机构在ZAX系列织机分段式打纬机构基础上设计，结构简单、安装便捷；车速为850r/min时，分段式打纬机构可通过钢筘提供41.563N/cm的打纬力，通轴打纬机构可通过钢筘提供41.519 N/cm的打纬力，足以覆盖常规品种织物的织造。车速为850 r/min时，通轴打纬抑振效果优于分段式打纬，但极限车速1200 r/min时，通轴打纬的z向受力振动会有约8%的增幅。考虑到实际运转的车速通常仅为850 r/min～950 r/min，可认为2种打纬机构效果等同。