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织机开口机构结构设计

Abstract

Healdframeisoneoftheimportantcomponents,loomisabyfluctuationbeamandleft-rightsidegearsconnectedwithhealdingstemanddriveaframework.Thedomesticandforeignhadproducedaluminiumalloyhealdframe,newaluminumhealdframeetc,tomentionloomhighyield,highspeed,thebroadrequirements;Thispaperwidth（threedifferent230cm190cm,250cm）looms,thehealdframe,inPro/E,SolidWorkssoftwarebuildhealdframedigitalmodel,theninWorkbenchsoftwareAnsys,themodalanalysis,gethealdframeofeachordernaturalfrequencyandvibrationmode,andanalyzingtheirworkofhealdframe,thusimprovingperformanceinfluencethedynamiccharacteristicofhealdframe,makingitsuitableforvarioushigh-speedloomworkrequirements.Intheprocess,healdframemodelcompletelyaccordingtogb（94009FZ/T--1992）rulesestablished,guaranteetheaccuracyofgeometricstructurehealdframe,withproductionpracticalvalue.

Keywords:

Harnesses,loom,dynamicanalysis,AnsysWorkbench,vibration

1绪论

1.1织机

织机又称织布机、纺织机、棉纺织机等，按织物纤维分类可分为棉纺织机、毛纺织机、麻袋织机、丝绸织机等。

按织造的引纬方法分类可分为有梭织机和无梭织机两大类：

有梭织机是采用传统的梭子（木梭或塑料梭）引纬的织机，梭子的体积大、份量重，被往来反复投射，机器振动大、噪音高、车速慢、效率低；无梭织机的引纬方式是多种多样的，有剑杆、喷射（喷气、喷水）、片梭、多梭口（多相）和编织等方式。

1.2织机的组成以及分类

1）.织机的组成：

1、开口机构：

根据织物组织，把经纱上下分开，形成梭口，以供引纬。

2、引纬机构：

把纬纱引入梭口。

3、打纬机构：

把引入梭口的纬纱推向织口，形成织物。

4、卷取机构：

把已织好的织物引离织物形成区，卷成一定的卷装。

5、送经机构：

按交织的需要供应经纱，并使经纱具有一定的张力。

6、机架、启动、制动、传动机构。

7、保护装置：

预防织疵，安全运转。

8、自动补纬装置：

纬纱用完之后，自动补纬。

9、多色供纬装置：

交替供给不同的纬纱进行交织，无需停车。

2）.织机的分类

1、按构成织物的纤维材料：

棉织机、毛织机、丝织机、黄麻织机。

2、按所织织物的轻重：

轻型织机：

制织轻薄型织物，如丝织物。

中型织机：

制织中等厚度的织物，如棉、亚麻、精纺毛织物。

重型织机：

制织厚重织物，如帆布、粗纺毛织物。

3、按织物幅宽：

宽幅织机、窄幅织机。

4、按开口机构：

踏盘织机：

织制简单组织的织物。

多臂织机：

织制组织比较复杂的小花纹织物。

提花织机：

织制各种大花纹织物。

5、按引纬方式：

有梭织机。

无梭织机：

喷气、喷水、剑杆（刚性、挠性）、片梭。

6、按纬纱补给情况：

有梭分人工补纬和自动补纬（自动换梭、自动换管）。

无梭织机由大筒子供纬，不存在自动补纬问题。

7、按多色供纬能力：

单梭织机：

不能多色供纬。

多梭织机。

多色供纬的无梭织机。

8、按特种产品：

绒织机、毛巾织机、带织机、纱罗织机等。

9、其它：

三向织机、织编机等。

1.3织机的五大运动

1、开口运动：

是按织物组织将经纱分成两层，形成纬纱引入的通道即梭口。

2、引纬运动：

是将纬纱引入梭口。

3、打纬运动：

是把引入梭口的纬纱推到织口,形成织物。

4、卷取运动：

是将纬纱交织所形成的织物牵引离开织口,卷到布辊上。

5、送经运动：

是持续从织轴放送出适当长度的经纱,使经纱能在一定张力控制范围内进行交织。

1.4综框简介

综框是织机中的一个重要部件，是一个由上下横梁和左右侧档连接的带有穿综杆和驱动件的框架。

综框上配置片综后，将穿人片综的经纱集合成一体，随织机提综机构的运动，使综框按开口装置的程序上下运动，使经纱分层开口，供纬纱在经纱中穿梭，而交织成不同花纹的织物。

近年来各种织机的入纬率不断提高，高速织机已达3000m／min以上，织机门幅也已达380cm以上，对综框的设计要求进一步提高。

综框在织机中的运动状况有综框上下运动的冲击力，有织物张力所致的弯曲力，也有综框在环境温度变化下所产生的变形力，这些因素都会使综框在织机运转过程中发生不同程度的振动。

综框的振动不但会造成断经，影响生产效率；而且当其与织机转速发生共振时，还会造成横梁断裂甚至框架脱开。

此外织机的经纱断头主要发生在综框邻近区域内，这是因为经纱在综眼中的摩擦和剧烈的综框振动传递给了经纱。

在无梭织机运行中，综框振动不仅造成断经，在与织机转速共振时还会使综框断裂。

所以在综框设计中，应尽量增加它的刚度和减轻其重量，提高综框的固有频率和改善吸振能力，进一步提高和改进综框的动态性能。

1.5国内外研究情况

由于近年来，我国纺织业飞速发展，各种纺织机械以及零件的生产厂大规模建造营业，技术力量也日以雄厚，但是由于种种原因产品的各项技术指标不能达到发达国家水平，尤其是织机的高速、高产、宽幅化，给国内织造器材生产带来了巨大的挑战。

因为综框是织机中一个重要部件，所以为了提高织机的高速、高产、宽幅化要求，国内外先后生产了铝合金综框、新型铝合金综框等，来提织机的高速、高产、宽幅化要求。

如下图1.1：

（a）上海中纺机（GA736）

（b）南京高淳纺机（SGA726）

（c）山东聊城第一纺织机械厂

（Z12342950）

（d）上海新龙剑杆织机

（PNO22036）

图1.1国内生产的综框

在国内外已经好多项综框专利研发成功，例如：

瑞士格罗公司开发的新型铝综框，这款铝综框专为高性能需求而设计，具有理想的性价比；国内太平洋机电上海纺织综架厂新型开发的SZ10系列铝合金综框，不仅在综框的主要性能指标上大大提高，而且在综框的关键部件和综框连接件大大加强了其的强度和厚度，向织机高速、阔幅、高效的发展要求靠近。

如下图1.2：

（a）舒美特喷气C型

（b）舒美特喷气T型

（c）必佳乐喷气

（d）丰田喷气

（e）丰田喷水

（f）津田驹喷气

（g）津田驹喷水

（h）尼桑喷水

图1.2国外生产的部分综框

1.6本文主要研究内容

目前，综框的设计基本上还处于静态设计阶段，也有通过实验手段对综框进行动态性能测试与改进，但是实验的结果通常存在较大误差，其准确性和可靠性有待提高n]。

本文针对3种不同幅宽（190cm，230cm，280cm）织机的综框，在Pro/E或SolidWorks软件中建立综框的数字化模型，然后在AnsysWorkbench软件中对其进行模态分析，求得综框的各阶固有频率和振型，并分析它们对综框工作性能的影响，从而改善综框的动态特性，使其适合各种高速织机的工作要求。

在此过程中，综框模型完全按照国标（FZ／T94009—1992）规定所建立，保证了综框几何结构的准确性，具有生产实用价值。

重点研究内容主要有以下几点：

1.织机综框的工作原理及其特点；

2.运用Pro/E或SolidWorks软件建立综框的CAD模型；

3.运用AnsysWorkbench软件对综框进行模态分析；

4.通过有限元分析等手段来提高和改进织机综框的动态特性。

2织机开口机构

2.1、织机的功能

按照直角交织两组或多组纱线形成织物用的机器就叫织机，织机分类有织布机和织锦机。

而织锦机分有壮族竹笼机、瑶族织锦机、苗族织锦机、毛南族竹笼机、侗族织锦机等等。

针织机规格的拓展主要表现为精细化、大筒径、大幅宽和提花功能完善等，带动针织品品种规格的拓展。

电脑控制主要体现在扩大针织提花面积，使编织过程工艺参数更合理、稳定以及方便生产管理等方面。

电子技术和制造技术提高了针织物结构与花型变换能力，以及坯布质量、生产效率与自动化水平。

纬编机和经编机送纱装置越来越多采用积极式送纱装置，电子控制送纱速度（送纱量）能维护成圈过程纱线张力的衡定和纱线用量。

此外，纱线张力检测、断纱自停等辅助装置有些也由电子控制。

张力片材料是保证张力均衡效果的重要因素，有些机型采用玻璃纤维材料的转力片，具有更好的张力补偿和张力均衡效果。

2.2织机的四大机型

剑杆织机——剑杆织机用刚性或挠性的剑杆头、带来夹持、导引纬纱。

剑杆织机除了适宜织造平纹和纹路织物外，其特点是换色方便，适宜多色纬织物，适用于色织、双层绒类织物、毛圈织物和装饰织物的生产。

喷气织机——喷气织机用喷射出的压缩气流对纬纱进行牵引，将纬纱带过梭口。

喷气织机最大特点是车速快、劳动生产率高，适用于平纹和纹路织物、细特高密织物和批量大的织物的生产。

喷水织机——喷水织机利用水作为引纬介质，以喷射水流对纬纱产生摩擦牵引力，使固定筒子上的纬纱引入梭口。

喷水织机是具有速度高、单位产量高的特点，主要适用于表面光滑的疏水性长丝化纤织物的生产。

片梭织机——片梭织机以带夹子的小型片状梭子夹持纬纱，投射引纬。

片梭织机具有引纬稳定、织物质量优，纬回丝少等优点，适用于多色纬织物、细密、厚密织物以及宽幅织物的生产。

2.3开口机构

开口机构是织机五大机构之一，是形成织物所必需的重要机构。

它的任务是根据织物组织的要求，依次将穿入各页综框上的经纱分成上下俩层以形成梭口，待纬纱引入后将梭口闭合，使经、纬纱形成交织物。

开口机构工作性能直接影响织机的车速、生产效率、产品适应性和织物质量。

开口机构还要适应多品种和高速化生产，应具有结构简单、性能可靠、调节方便和管理容易等特点，并且使梭口开清，综框运动平稳，开口时间与梭口高度准确，经纱的摩擦与张力小。

2.4开口机构的分类：

1、凸轮开口机构：

其开口能力较小；采用“形”锁合一保证凸轮表面与转子的紧密啮合，使综框运动较为平稳准确，保证引纬顺利进行，避免引纬织疵，减少经纱的损伤；安装维修也比较方便，织物品种适应性强，使用寿命长，但价格较昂贵。

如图2.1所示：

图2.1弹簧回综式凸轮开口机构

1—凸轮2—转子3—提综杆4—提综杆铁鞋5、5′、7、7′—钢丝绳

6—综框8、8′—吊综杆9、9′—回综弹簧

2、多臂开口机构：

其开口能力较大，可制织小花纹织物；由于机械式多臂机运转速度慢，品种适应性差，纹纸设计复杂，机构复杂，对机械维修有较高的要求，且不能适应小批量、多品种、交货快的需要。

如图2.2：

图2.2多臂开口机构示意图

1—拉刀2—拉钩3—竖针4—提综杆5—吊综带6—综框

7—回综弹簧8—纹板9—重尾杆

3、提花开口机构：

其开口能力较大，可制织大花纹织物；新型电子提花机其性能优越，操作简单，更换织物组织快，保养和维修简单容易。

如图2.3：

图2.3单动式提花开口机构示意图

1—综线2—重锤3—通丝4—目板5—首线6—底板7—竖钩8—刀箱

9—提刀10—横针11—弹簧12—横针板13—花筒14—纹板

4、曲柄连杆开口机构：

只能用于织制平纹织物。

如图2.4：

图2.4曲柄六连杆开口机构

1—辅助器2—开口曲柄3、3′—连杆4、4′—摇杆5、5′—摇杆轴

6、6′—提综杆7、7′—传递杆8、8′—综框

3综框概述

3.1综框的简介

综框是织机中的一个重要部件，织机经纱断头主要发生在综框邻近区域。

近年来各种织机的入纬率不断提高。

高速织机转速已达3000m/min以上，织机门幅也达380cm以上。

纵观综框在织机运动中的状况，有综框上下运动的冲击力，有织物张力所致的弯曲力，也有综框在环境温度变化所引起的变形力。

可见随着织机的开发提高对综框的要求也随之提高。

面对我国织机市场品种繁多的国内外高速织机，针对综框的结构、形式和其在织机运动中的作用，在综框的开发和生产中，太平洋机电上海综架厂坚持运用先进技术，注重综框结构和原理以及综框与织机的连接关系，高标准开发生产各类新型铝合金综框，并拥有多项知识产权。

3.2综框的结构

综框的上下横梁多用铝合金扁管制成，表面精细抛光和硬化处理，在其内腔填有泡沫材料或薄片形阻尼材料，以减少运动时的噪声和振动。

在上下横梁两端用两根横梁联接，横档用不锈钢板或铝材制成。

综框厚10毫米，相邻两页综框用木板隔开以减少综框之间的摩擦。

综框在上下往复运动时带动经纱实现开口动作，故承受经纱张力载荷，在高速织机上，每根经纱的张力峰值答48.4—57.2厘牛，经密达510—600根/10厘米，且筘幅宽达380厘米，故综框必须具有高强度和刚性，以满足在承受经纱作用力时，综框下挠度允差仅为1毫米以下，且不能扭曲的要求，故多采用重量轻、强度高的铝合金和碳素纤维做原材料。

以往评定综框的标准只有平直度、强度等静态指标，随着高速织机的出现，它还应具有运动稳定、变形和振动小等良好的动态性能。

3.3综框的特点

1、为确保综框的坚固性，应选择合理的材料及工艺，使综框横梁、侧档和穿综杆三大主要部件在织机运动中能承受不同的作用力；采用一定的加工状态使横梁主要承受弯曲力和侧档主要承受拉伸力分别达到T5、T6状态；并通过人工时效、表面阳极氧化、电泳涂柒、硬质氧化等新工艺，使其抗拉强度、延伸率、表面硬度和抗拉强度得到最大的提高

2、为确保综框在高速运动中承受众多片综的上下拉力和撞击，应采用不锈钢材料，由不锈钢线材通过压延成型、热处理、校直、抛光，生产出平直、光滑、坚韧的高强度的穿综杆。

3、为确保综框自身的框架连接和综框与织机的连接，以及横梁与穿综杆的连接，应采用了多项新技术、新工艺。

一是横梁与侧档的连接结构，采用软性连接，即两种金属材料连接间垫有异型橡塑件和特殊的连接形式，使综框在高速运动时，侧档与横梁间有一轻微的转动，以减轻震动和受力不匀对综框的影响，使侧档在其导轨中上下垂直运动，而不受弯曲力的影响。

二是横梁与穿综杆的连接，在与纺织厂工作环境温度相同的20°C～25°C的室温下，进行同步、同位、自动钻孔、铆接，解决了铆接后变形和牢度问题，使连接牢固，尺寸精确，确保了综框的综丝距各点尺寸均在控制范围内。

三是综框和织机的连接，采用综框驱动钩的精确定位，以提高各种驱动钩本身的精度和强度。

4、为确保综框的精度，应引进综框生产专用机械，在综框制造过程中对每一标准件的选用、采购进行严格检验，对每一零件的加工要求、工艺流程、工作环境进行严密控制，消除了众多综框零件加工装配的积累误差，确保了综框的精度，使综框生产同步于织机的发展。

3.4综框的作用及其应具备的条件

1．综框在织造过程中的作用

综框是织机中的一个重要部件，是一个由上下横梁和左右侧档连接的带有穿综杆和驱动件的框架。

综框上配置片综后，将穿人片综的经纱集合成一体，随织机提综机构的运动，使综框按开口装置的程序上下运动，使经纱分层开口，供纬纱在经纱中穿梭，而交织成不同花纹的织物。

2．综框在织造工艺中应具备的条件

（1）综框的结构要牢固，要有与织机相配的驱动件。

（2）综框要有良好的机械性能，具有一定的强度和刚度。

（3）综框表面平整光滑，主要尺寸与织机相配，使综框正常运行。

（4）综框必须和片综合套。

3.5综框的种类和技术要求

1．综框的种类

综框的种类很多，一般是按照织机种类、开口方式、回综方式以及综丝的类型加以区分，主要可分为喷水综框、喷气综框；多臂开口、凸轮开口、平开口；以及J型综框和O型综框。

2．综框的技术要求

（1）综框的平面度≤1mm。

（2）综框的垂直度（侧档与标准角尺的间隙）≤1mm。

（3）综框的驱动钩应牢固地固定在横梁或侧档上，确保驱动钩不松动或脱落。

（4）综框的连接需牢固，确保综框在高速运动中，受载各种张力后不散架，能正常运行。

（5）综框的横梁需平直和坚固，抗拉强度σb≥240MPa。

横梁的截面尺寸根据织机、织物等参数选用，确保其有足够的强度。

3.6综框的维护保养和管理

1.综框的维护保养

（1）综框应轻拿轻放，避免冲撞。

（2）综框应经常清扫，去除综框上的花衣杂物。

（3）拆卸综框侧档装片综后，应装好侧档，必须拧紧螺钉，确保侧档装配牢固。

（4）综框贮存应干燥、整洁、严禁与油污接触。

（5）经常检查综框及配套附件是否松动、变形、短缺和超过磨损限度，并进行添补和修整。

（6）穿综杆经常涂汽车腊或地板腊，以增加润滑和防锈。

2.综框的管理

a、进厂检验

进厂的综框，要采用抽检或逐片检查的方法，按以下项目进行检查:

（检测的环境温度为20—25℃）

（1）综框组合是否牢固。

（2）综框和主要零件尺寸是否正确。

（3）用对角线法检测综框四角是否呈直角。

（4）将综框放置水平检验板上，检测综框平面度。

（5）检验综框外表是否平整、光洁、有无毛刺、裂痕等缺陷。

b、周转管理

（1）综框入库，清点数量，分清规格、堆放。

（2）综框贮存应防变形、防潮、防生锈。

（3）定期检查、发现问题，及时处理。

（4）对使用年限和磨损年限作出明确规定，根据规定进行维修和报废，并制定和执行周转配套循环使用制度。

（5）根据库存和使用情况，制定采购计划。

3.7综框的基本型号

表3.1综框型号表

织机类型

综框规格（cm）

喷气织机

190，210，230，280，340，360

剑杆织机

190，210，220，230，340，360

喷水织机

190，210，230

片梭织机

190，220，280，330，360，390，430

4综框的结构设计

4.1综框几何模型

综框的主要部件包括上横梁、下横梁、左右侧档、导板、穿综杆和综丝夹。

本项研究先在SolidWorks软件中建立190cm幅宽织机上的数字化综框模型，然后在此模型基础上通过参数化技术方法，分别建立230cm与280cm幅宽织机的综框模型，其中综框的各部件及整体结构尺寸都是按照国标FZ／T94009-1992所确立。

建好的190cm幅宽综框模型如图4.1所示：

（a）综框侧档

（b）综框穿综杆

（c）综框导板

（d）综框下横梁

（e）综框上横梁

1－上横梁2－导板3－侧档4－穿综杆5－综丝夹6－下横梁

图4.1190cm综框几何模型

230cm幅宽综框几何图如图4.2：

如图4.2幅宽综框230cm

280cm幅宽综框几何图如图4.3：

图4.3幅宽综框280cm

5综框动态特性分析

5.1SolidWorks的简介

SolidWorksCorporation是一家DassaultSystemS.A.公司，开发和销售设计、分析和产品数据管理软件。

它是领先的CAD软件供应商，帮助世界各地千千万万的用户加速其新一代产品的上市。

利用SolidWorkssoftware，设计师可以加快他们的工作，将其设计应用到实际生活中，帮助其公司获得成功。

SolidWorksOfficePremium是完整的3D产品设计解决方案，只用一个软件包即可为您的产品设计团队提供所需的全部设计工程、数据管理和交流工具。

SolidWorksOfficePremium不但包括SolidWorksOfficeProfessional中的所有功能，还包括由ANSYSWorkbenchDesigner设计验证和SolidWorksRouting插件模块提供的强大工具。

Solidworks软件功能强大，组件繁多。

Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks来搞设计了。

SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。

SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。

使用SolidWorks，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。

美国著名咨询公司Daratech所评论：

“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。

”

在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

5.2有限元以及有限元分析

有限元法（FEA，FiniteElementAnalysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。

有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。

有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。

经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所