第八纺织机械的发展趋势.ppt
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1、第八章 纺织机械的发展趋势,(一)基于纺织新工艺的纺机设计 纺织机械与纺织工艺结合非常紧密。纺织新工艺、新原理、新机构的出现,为现代纺机产品的设计带来全新的变革。 超临界CO2流体染色技术及设备,采用高温、高压、大流量条件下超临界CO2流体(含有染料)循环系统装置对织物进行染色,残余染料可再用,不用助剂及染后不需清洗,能耗低,周期短,无污水及环境友好。 Lyocell纤维(即溶解性纤维)被誉为21世纪绿色纤维,其废弃物可自然降解,生产中的氧化胺溶剂可99.5回收再用,毒性极低。其自备工艺将催生相应装备的产业化。 棉麻纤维、纱线液氨改性工艺是对棉麻类、粘胶类纱线进行改性优化,使制成的纺织品具有超
2、级柔软、耐久膨松、防缩抗皱、哑光光泽、染织性能好等优点,高效率、低成本、零排放。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,超临界二氧化碳对物体具有很强的渗透作用,密度是气体的数百倍,接近于液体,但其粘度又同气体相等。 超临界流体的密度越高,溶解度越大。当改变其压力和温度时,密度即发生变化,从而导致溶解度发生变化。 染料行业利用超临界CO2的强力溶解力将染料溶解,并利用超临界CO2的高度扩散性将染料渗透到纤维内部进行染色。,当某种物质被压缩到其临界压力和加热到临界温度之上时,其性质位于典型气体和液体之间,并兼具两者的优点。 能形成超临界流体的化合物有多种。二氧化碳是一种无色无臭、不燃、不爆、无毒、无腐蚀
3、性又容易获得的非极性气体,临界温度31.1,临界压力7.39MPa。,超临界二氧化碳流体染色,将卷绕被染物的经轴放在高压染色釜中,把染料放入染料釜中 二氧化碳被泵压缩到超临界状态,并经过加热器加热到规定温度,溶解染料釜中的染料,并被送到染色釜中。 染色流体通过循环泵循环,从而染料被纤维吸附(染色)。 染色结束后,染液通过分离器被减压。二氧化碳变成气体,其中的染料溶解性降低而沉淀,从而分离二氧化碳和染料。不含染料的二氧化碳被回收储藏。 停止染色槽中的二氧化碳循环,开启高压染色釜,取出染色物。,织物,染 料,返回,(二)支撑纺机设计的基础理论研究 机械动力学:传动机构的修正,织针漏针问题,剑头交接
4、问题,精梳机钳板设计。 纤维金属、纤维陶瓷的磨损机理。 纺织物理的基础理论问题。柔性体与刚体、气流之间的作用机理等。 热力学问题。烘干装备的热效率设计。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(三)基于新材料的设计 金属材料 有机材料: 无机材料:陶瓷材料在纺织机械中的应用 复合材料:轻质高强复合材料在高速化装备上的应用,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(六)可靠性设计1,机械产品可靠性的特点 : (1)机械产品的故障模式具有多样性和复杂性。机械产品的故障模式与其材料、具体结构、载荷性质和大小等有密切关系。失去规定的功能可以是损坏、失调、渗漏、堵塞、老化、松脱等多种表现形式。 (2)机械零部件通用化
5、、标准化程度低。机械可靠性设计的难点之一是缺乏材料强度和载荷分布的数据,难以给出像电子元器件那样工程上实用的机械零部件故障率手册。 (3)机械零部件的故障既有偶然性故障,又有耗损性故障。后者的故障机理大多与磨损、疲劳、腐蚀、老化等耗损过程密切相关。机械产品的寿命问题是主要的,有必要引入耐久性。 (4)机械加工制造质量对产品可靠性影响大。机械产品通过设计获得了固有可靠性,但在加工制造过程中,工艺设备、工艺方法、工艺流程、各种工艺因素控制、装配工艺等对产品质量将产生重大影响。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(六)可靠性设计2,2 机械产品可靠性设计的原则 (1)传统设计与可靠性设计相结合 不应完
6、全摒弃安全系数法,对一些条件成熟或精度要求非常高的关键件可逐步开展可靠性概率设计。按照传统设计方法确定零部件的材料及结构尺寸等,而后根据相应的模型进行可靠性定量计算,若不满足规定的可靠性要求,则修改结构、尺寸或更换材料,再进行可靠性校核,直至满足规定要求。 (2)定性设计与定量设计相结合 定量设计并不能解决所有的可靠性问题。对于难以进行定量计算的零部件进行可靠性定性设计往往更加合理和有效。 (3)既要进行系统可靠性设计,又要进行零部件可靠性设计。 (4)既要进行可靠性设计,又要进行耐久性设计。 可靠性设计针对的是偶然性故障,耐久性设计针对的是渐变性故障,它们的故障机理是不同的。,第二节 纺织机
7、械设计的发展趋势,可靠性设计法(概率法设计)就是对全部或部分设计变量进行统计,在建立统计数学模型的基础上,运用概率统计理论解决工程设计问题的方法。而传统的机械设计方法是将设计参数(如强度、应力等)均视为单值的,保证强度大于应力s,即:n/s n n为安全系数,通常是根据经验选取。但实际上强度和应力是受多种因素影响的具有较多随机性,仅靠n这一定值,不能给出一个精确的度量来说明设计的产品在多大程度上是安全的。,(六)可靠性设计3,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(六)可靠性设计4,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(六)可靠性设计5,第二节 纺织机械设计的发展趋势,从计算结果看,可靠性设计的直径虽小
8、,但破坏概率仅有0.01%。 A. 传统设计没有考虑参数、数据的分散性,认为动载荷、静载荷、强度极限、弹性模量、极限应力、尺寸、材料性能等参数是不变的,设计中使用的是平均值;而可靠性设计认为所有与设计有关的变量均随时间的变化而变化,并将它们视为属于某种概率分布的统计量,这样就保证了载荷测定的准确性和材料性能的稳定性,从而保证了结构的可靠性。 B. 传统设计是在这种加入了主观的、人为因素的模式下进行设计,为了保证机械的可靠性,往往根据经验对影响计算结果的各个参数乘以相应的系数和安全系数。 可靠性设计对结构的安全系数做了统计分析,这样求得的安全系数就更加贴近实际。,(六)可靠性设计6,第二节 纺织
9、机械设计的发展趋势,分布状态直接影响设计结果 设人高的统计规律为正态分布,均值为1710mm,方差为60mm和100mm,试问车门应设计多高,才使碰头的概率小于百分之一。 解:根据题要求不碰头的概率为0.99,则Z=2.33,车高分别为: H=2.33 x60+1710=1850mm 或 H=2.33 x100+1710=1943mm 由此可见,虽然均值相同,方差不同,其设计结果相差甚大,这是传统的设计方法解决不了的。,(六)可靠性设计7,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(七)模块化设计1 对于特定种类的机械产品,由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定,结构模块的划分比较容易,因此,采用结构模
10、块化方法进行方案设计较为合适。 一个实体通常可以实现若干功能,一个功能往往可通过若干种实体予以实现。因此,结构模块的划分和选用都比较困难,而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(七)模块化设计2 界面接口标准,便于协作设计和生产; 便于“一机多用”的实现。如织机中的毛、麻、丝、棉、毛织机,主要区别在打纬机构上。 模块化设计在印染设备上的应用:减少产品类型。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(八)绿色设计与制造,1.优先选择与环境友好的材料。 2.零件的设计应“小而精”。零件越小,所用材料越少。传统设计一般采用较大的安全系数来确定零件的形
11、状和尺寸,导致零件的结构尺寸偏大,增加了材料的消耗。 3.有利于绿色制造。用最少的时间、劳动量、工具、设备以及最简单的工艺方法,还须注意: (1) 由于铸造和锻造过程中环境污染严重,能耗高。 (2) 优先采用易于拆卸的连接方式,减少紧固件用量,尽量避免破坏性拆卸方式,可采用拉锁式、按扭式安装技术取代传统的焊接、铆接技术。 (3) 在技术要求设计时,应以能量损耗最少为原则。优先采用振动时效替代热时效和自然时效。 (4) 在零件的设计过程中要考虑零件废弃后的回收。 (5) 在零件的设计过程中要重视标准化工作,减少零件的多样性。,第二节 纺织机械设计的发展趋势,(十)集成化设计1 设计所涉及的领域由
12、单一领域向多领域发展,如系统工程、人机工程、价值工程等许多学科正不断地应用到设计领域中来。 承担设计的工程技术人员由单人走向小组,甚至大到群体,许多原不属于设计领域的技术人员参与到重大课题的设计中来。 产品更新换代的速度加快,产品设计由自由发展到有计划有组织分阶段的展开。,(十)集成化设计2 纺织机械与相关学科(工艺)紧密结合,相互促进。 纺织工艺、机械、材料、电气电子、计算机、工业设计等学科的综合。 国外公司的集成化开发模式比较成熟。,环境科学 与工程,控制科学 与工程,服装科学 与工程,染整科学 与工程,材料科学 与工程,纺织科学 与工程,纺织 器材,非织造机械,服装机械,染整机械,针织机
13、械,织造机械,纺纱机械,化纤机械,纺 织 加 工 装 备,相关学科,纺织装备与相关学科的关联度,(十一)专利战略 将专利作为无形资产运作,已成为现代企业运营的一种手段。IBM通用机器公司近年均总利润的80亿美元中,专利转让费就占了17亿美元。国内彩电、DVD等专利使用费问题已众所周知。近年来,WTO中知识产权的贸易额已近总额的1/5。 专利情报信息量大,更新速度快,是企业研究最新技术发展方向和跟踪对手动向的有力武器,也是开展二次创新和自主创新的有效途径 。 各个国家专利立法都以保护工业产权巴黎公约为准则,但保护时间、范围及程序都具有自己的独立性和特点。,(十一)专利战略,实施企业专利战略的技术
14、支持: 1)丰富可靠的专利信息源支持,并且配以科学的检索工具和信息分析工具; 2)专门人才的支持(行业专家、经济管理、科技管理、企业管理、专利管理、专利信息研究利用、专利战略研究等专家)。,(十一)专利战略,(十二)创新软件的应用 Triz理论 亿维网http:/ Altshuller领导数十家研究机构、大学、企业分析了世界近250万份高水平的发明专利,总结出各种技术发展进化遵循的规律模式,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则,建立一个由解决技术问题,实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系,并综合多学科领域的原理和法则,建立起TRIZZ理论体系。,TRIZZ理论,(十二)创新
15、软件的应用,相对于传统的创新方法,比如试错法,头脑风暴法等,TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,着力于澄清和强调系统中存在的矛盾,而不是逃避矛盾或采取折衷或者妥协的做法,它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程,而不再是随机的行为。 实践证明,运用TRIZ理论,可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们快速发现问题本质或者矛盾,准确确定问题探索方向,不会错过各种可能,以新的视觉分析问题,进行逻辑性和非逻辑性的系统思维,开发富有竞争力的新产品。,TRIZZ理论,(十二)创新软件的应用,Pro/Innovator创新软件的两大理论基础:TRIZ理论
16、和本体论。 本体论是哲学中的一个重要流派,它着眼于探讨世间万物之间普遍存在的联系。在实践中,应用本体论可以揭示出事物之间相互转换变迁的规律性,并构建出反映这种规律性的本体论知识库。创新或创造就是设法找出前人或他人所未曾找到的事物之间联系的过程。 Pro/Innovator对使用者有何要求? 用户需要对待分析的产品有足够的了解,能够清楚地明确产品各个组件的功能关系和功能特点。使用者应具备基本的、对于Pro/Innovator所提供的、针对用户所需解决问题的一系列“概念”科学原理、创新原理、应用实例、专利技术等能很好地理解,并能由此及彼地想到可行的实施方法。,(十二)创新软件的应用,取果仁的功能描
17、述,(十二)创新软件的应用,(十三)光、机、电、气技术广泛应用 技术实现的可选方案增多,纺机产品的设计越来越多地考虑节能、环保、宜人性等因素。 图像检测、光电检测:织机的稀密路检测、光电整纬装置 多电机协同控制:静态同步、动态同步。多电机群变频调速 气动技术的应用:织机的气动开口机构;牵伸装置的气动加压,(十四)单机设计到(流程)系统设计 设计对象由单机趋向系统,如机械行业中的普通机床发展成机械加工中心。 纺机设备的短流程趋势: 清梳联 细络联 转杯纺 非织造布工艺与设备 针织工艺与装备,十一、装配定位设计 考虑装配定位,减少装配的难度和随机性,降低人为因素对装配精度的影响(傻瓜相机)。 使装
18、配水平保证产品的同一性和可靠性(尽量少用专用安装工具)。 机械产品设计中零件装配工艺的理念,十二、绿色工艺与装备设计(节能环保) LYOCELL纤维生产装备 瓶片纺丝 喷气织机的降耗 纺织机械的噪音控制 毛麻纤维改性设备 地毯回收复合材料设备 超临界CO2流体染色技术及设备:高温、高压、大流量条件下超临界CO2流体(含有染料)循环系统装置;工业化超临界CO2染色工艺。,十三、增强品种适应性的设计,减少染整机械的系列 减少浆纱机种类 喷气织机的品种适应性,十四、国际无梭织机制造商的技术开发模式 (1)欧洲模式:走通用化、标准化、专业化的配套开发路线,其优点是: 整机研发压力分解。重点研究织机高速
19、化、智能化、织造工艺性、产品适应范围和可靠性,除研发具有优势的机架、全机自控软件、传动、引纬等核心技术外,尽可能购买专业厂家已开发成熟的部件。 充分利用专业配套。电子送经、电子卷取、电子储纬、电子选色、电子寻纬、电子绞边、电子剪刀、电子开口等部件均由专业生产厂商设计制造,造就了一批世界著名的零部件供应商,如瑞士史陶比尔的织机开口装置、瑞典IRO公司的储纬器等。 缩短新产品开发周期。研发项目少而精,加快产品研发速度。 减少了开发投入。不用进行专业化配套零部件的研发投入。,十四、国际无梭织机制造商的技术开发模式 (2)日本模式:走自成体系的自主开发、配套路线。除部分器材外,几乎全是自己设计、自己生
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