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1、【1 8 】1 8 2 0 0 1 年2 月 丝织机剑杆引纬机构的设计与分析 蒋秀明马军 ( 天津工业大学,天津,3 0 0 1 6 0 ) 擅要舟绍一种适用于老机改造的挠性剑杆织机连扦齿带式引纬机构。结合K 8 5 型丝织机的织机参数结出了优化设计的 方法,得到了较为合理的引纬机构参数并对优化设计结果、剑杆运动规律进行了综台分析。 关诃:丝织机引纬机构莲杆齿带式优化设计 中田法分类号:偈1 0 33 3 73 有梭织机与无梭织机相比,无论是在产品的质 量、产量以及品种适应性等方面均存在着明显的差 距。因此,对织机的改造势在必行。在无梭织机中, 剑杆引纬的适应性广,改造方便,机构简单,引纬运
2、动的稳定性、可靠性强。在丝织物织造生产中,国内 现有的K 8 5 型及同类的K 2 5 1 、K 7 4 型机的数量很 多,将该类型织机改为挠性剑杆引纬是老机改造的 较为有效的方法之一,并会带来可观的经济效益。 本文对适应K 8 5 型机采用的挠性剑杆传动机构进 行了探讨,以期对老机改造在理论及实践中提供一 个新思路。 近些年来,国内国际织机制造厂及科研院所针 对挠性剑杆引纬设计提出了多种能适应高速且运动 准确的引纬机构,例如I - 1 2 1 3 型引纬机构、G A 7 4 5 型 挠性剑杆织机移植于1 5 1 5 型织机所确定方案都不 失为较好的改造方案。本文针对K 8 5 类型丝织机 介
3、绍一种结构简单,引纬准确性高的设计方案,并进 行优化设计。 1 连杆齿带式传剑机构型式 如图1 所示,A 表示主轴位置,D 表示摇轴位 置,O 为引纬部分三角架的支轴,轮1 、2 为同步齿形 带轮,轮3 为传剑轮,4 为导轨,A B C D 为织机四连 杆打纬机构,c D 为筘座脚,其上装有同步齿形带轮 1 、2 、剑轮3 及导轨4 ,D I 为同步齿形带中心至摇轴 的距离。曲柄A E 绕主轴A 回转。带动三角架 F O G 摆动,G 点饺接连杆G H ,H 铰接于齿形带上, 当O G 摆动时,G H 杆随之运动,H 的运动相对于筘 座为直线,由同步齿形带将运动传给轮1 、2 ,使与2 同轴的
4、剑轮3 往复转动完成进退剑。导轨左右两侧 各装有一个滚子随H 上下运动,起到增加稳定性和 刚性的作用。 剑杆运动工艺参数参照图2 选择如下: 确定剑杆运动最大动程为s 。,则有: S 堋= W 2 十b 2 + 口,( 1 ) O o O “ 圈2 剑杆运动与打纬、开口运动的配合 式中:w 为最大穿筘幅,K 8 5 织机要求幅宽 1 6 0 0 m m ;b 为重叠系数,交接冲程由剑头结构确定, 参考同类机械取b = 5 0 r a m ;a s 为送纬剑幅外空程, 取a s = 2 1 0 m m 。 因此,S 。= 1 6 0 0 2 + 5 0 2 + 2 1 0 = 1 0 3 5 n
5、 m l ,考虑其 他因素,初选定s 。= 1 0 5 0 m m 。 关于剑杆的运动与打纬、开口等机构的配合关 系( 见图2 ) ,O 。附近剑杆处于静止或近似静止,恰好 是打纬时间;0 2 、0 4 分别表示剑杆进出梭1 5 1 时间;e 3 为剑头进足时间。0 。一o l 表示筘座由前心摆到后心 位置;0 2 0 3 6 0 壤示筘座由后心摆到前心。0 1 “ 表示 梭口满开角度;0 2 ”表示梭口开始闭合角度;0 3 ”表示 平综位置。闭口太早,剑未完全出梭口,增大剑的挤 压度,易断经纱;闭口太晚,使综框的运动时间太短, 同样易断经纱。由上述设计原则,确定剑杆最大动 程为10 5 0
6、r a m 左右,送、接纬剑交换角度大概在 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十二卷第一期 1 8 0 。附近,幅外空程为2 1 0 r a m 左右,7 5 。时剑进入梭 口,2 8 5 。时剑完全退出梭口。根据确定的运动参数, 在保证机构压力角小于4 5 。的前提下,进行优化谢十。 2 优化设计 利用优化的方法设计引纬机构各构件尺寸,首 先要对该机构进行机构分析。机构分析方法参照文 献uJ ,这里不再叙述,仅对优化设计进行简述。 2
7、1 设计变量 先确定坐标系。在打纬机构中曲柄A B 由于在 实际织机上是曲轴,所以在改造时尽量要求不变,故 设计变量包括杆B C 、C D 、E F 、F O 、G O ,、G H 、D I 以及 角G O F 值共8 个参数。以A 点为坐标原点,A 和D 点的坐标值均可按K 8 5 织机实际主轴、摇轴位置。 同步齿形带轮传剑轮的传动比取l :4 2 5 。其他参 数包括:引纬安装初始角叱、筘座角刚体夹角艮及 F 点极限压力角等均可通过计算或优化而得到。设 计变量可用向量表为: X = 3 c ,E F ,m ,G O ,G H ,D I ,G O F I7 ( 2 ) 2 2 目标函数 目标
8、函数选择的好与坏直接关系到优化的效率 与准确性。选定目标函数表示如下: L F ( z ) = m l n l F ( 最) 一F ( B ; z ) 2 ( 3 ) i ;I 式中:F ( 0 ) 预先给定q 角度时剑所在的位置, 即前述工艺要求取值;F ( B ; X ) 实际机构分析 计算得到e ;角度时剑的位置。 取n = 5 ,事先确定剑在0 。,7 5 。,1 8 0 。,2 8 5 。,3 6 0 6 时的 位置值,取F ( 0 。) = 0 ,F ( 7 5 。) = 2 1 0 ,F ( 1 8 0 。) = 1 0 5 0 , F ( 2 8 5 。) = 2 1 0 ,F
9、 ( 3 6 0 。) = O ,则目标函数化为 F ( z ) = m i n 0 一F ( 0 ; 引) 2 + 2 1 0 一F ( 7 5 ; z ) 2 “1 0 5 0 一F ( 1 8 0 ; z ) 2 + 2 1 0 一F ( 2 8 5 ; z ) 2 “o F ( 3 6 0 ; z ) 2 ( 4 ) 显然,F ( x ) 值越小得到的设计参数 X 越好,越符合 工艺要求。 2 3 约束函数 为使机构实现周期运动,即满足连杆机构的几 何条件,保证机构的可安装性,同时保证机构具有良 好的动力学性能,须对机构的某些参数加以约束,建 立约束方程,以便于在优化计算中加以限制。本
10、文 优化设计中的约束函数主要是对机构的杆组构成条 件及F 点压力角小于4 5 。的许用压力角加以约束, 公式推导从略。 优化设计方法采用随机法优化程序( 见图3 ) , 对设计变量 x 进行优选。在优化过程中,选择不 同的初始参数值,就会有不同的方案产生,根据工艺 要求,现选定了三种最佳方案进行比较。见表1 。 3 优化设计方案的比较与 结果分析 将三个方案进行比较, 其共同的特点为:( 1 ) 剑杆最 大动程满足工艺要求,初动 程皆较小,有利于减小机器 的占地面积;( 2 ) 整个运动过 程,F 点压力角小于许用压力 角,有利于减小机构驱动力 和构件受力;( 3 ) 剑杆进至或 退至布边时的
11、速度皆较小, 有利于准确钳取纬纱或将纬 纱引出布边;( 4 ) 剑杆负向加 速较大,且发生在两剑交接 位置附近,增加剑杆的惯性 冲程;( 5 ) 剑杆进足时间皆在 1 8 0 。附近,机构参数确定后, 交接时间不可调节;( 6 ) 通过 改变连杆E F 的长度可使G 点初位置改变,但对机件杆 圈3 优化程序流程图 总动程没有显著的影响,只是对于剑杆的速度和加速 度有一定的影响,当连杆增大时,速度和加速度曲线 相对比较平缓,当连杆缩短时,速度、加速度曲线相对 变化大;( 7 ) 通过改变引纬曲柄A E 可使剑杆最大动 程发生改变,以适应不同幅宽的织造要求,平均A E 增大或减小l m m 时,剑
12、杆的最大动程就会增大或减 小2 0 m m ,可适应调整幅宽的要求。 表1 三种优化方案的部分参数结果 打纬部分引纬部分 极限压力角 方案 F 2 A BB C( A EE FY G HB 0 D I F l 6 55 2 56 5 6 78 21 2 8 7 18 05 6 8 7 5 04 0 5 0 74 05 9 0 6 55 2 56 5 6 78 21 2 8 7 11 0 05 6 875 04 05 0 7 4 0 5 9 0 6 55 0 96 5 88 21 2 87 21 0 068 0 8 65 03 95 0 6 4 1 9 5 8 注:传动比I - 45 ,未注明单
13、位( r m - ) 。 其中,方案1 的剑杆运动规律见表2 所示。 ( 下转第1 7 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十二卷第一期 1 7 【1 7 J 出来。 H 吓( 把实数序列当作复数序列) 略多一些,因此几 田3 测试系筑程序谎程图 值得一提的是,通常F F T 程序都能对复数序列 进行变化,而本项目中得到的是实数序列x ( n ) 、Y ( n ) ,当然也可以认为实数序列是复数字列。不过它 的虚部为零,因而可以分别对
14、x ( 1 1 ) 、Y ( n ) 做F F T 。 但是有一种更为高效的方法。那就是把实数序列x ( n ) 、y ( n ) 一起进行变换【2J ,计算时把一个序列当作 实部另一个作虚部组成一个新的复数序列,做完 F F T 后再进行一些处理,就能同时得到X ( k ) 、Y ( k ) ,这种方法所用的时间只比单独做一个序列的 乎提高功效一倍,本程序就采用这种方法, 节省了运算时问,取得了比较明显的效果。 4 结束语 使用本测试系统对纱线速度作了测 试,并与接触式线速仪进行对比实验,结果 表明非接触式方法具有更高的精度和数据 均匀性,并且测试效率也比较高,达到了预 期的设计目标。另外,
15、因为非接触测试的 优点,还有望用于特殊场合:如对有粘性或 易伸长的材料进行速度测试,在湿热条件 下测定浆纱工艺的纱线速度等,在这些情 况下若用接触式测量方法,可能导致仪器的毁坏或 误差太大,这也就是说,非接触式测量方法拓宽了它 的应用范围。 参考文献 1 B e r n h a r dL o n g e f i c h 。P e t 口姗M u b dh h - 唧1 诅dl 口舢删a n d d 试n k a g en 址a to ff a b r i c sd u r i n gp r o c e m m g J M d 血u dE m a s h 1 9 9 1 ;( 1 I ) 2 宗
16、孔蕾胡广书:( 数字信号处理) , M 北京:蒲华大学出版杜,1 9 8 8 七电电七七七七七电七七七七七七七七七七七七七七七七七电- 1 ,七电七七电- r e 七七七七- t r “ 七七电七七七七七 ( 上接第1 9 页) 寰2 方案一剑杆运动规律爱压力角 主轴转角( ) 05 09 01 4 01 8 02 3 02 7 03 2 03 5 0 位移n n n 08 2 2 73 2 598 7 091 0 5 47 4 483 3 074 2 5 51 0 2 4 速度( m s )0 1 8 13 8 7 49 8 8 51 01 807 9 91 09 099 6 82 7 9
17、70 4 1 1 加速度( m 序) 6 20 51 1 6 21 8 702 2 393 0 699 73 21 3 8 31 1 3 3 96 6 7 2 H 点压力角( ) 18 8 904 1 6一I9 70 3 1 71 1 3 41 8 5 4一l ,8 l07 9 2l7 8 7 注:进剑7 5 。,出剑2 8 5 ,幅外空程2 0 7 m m ,交接位置1 7 8 。最大动程1 0 5 5 m m 。 4 结构设计 在该机构的结构设计过程中,有一些关键零件 直接影响着整个机构的连续运转性能及引纬的准确 性。因此,零件的设计既要严格满足工艺要求,又必 须使其加工安装方便。特别地,对于某些零件要设 计成可调尺寸零件,以使机构的适应性更加广泛。 本文仅对同步齿形带的计算及选取加以叙述。 报学 织一 纺一阅 一订一 迎欢 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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