机织工程中的力学知识

芦 保 国

(太原理工大学力学学院，山西 太原 030024)

机织工程中的力学知识

芦 保 国

(太原理工大学力学学院，山西 太原 030024)

介绍了纺织工程专业包含的内容及教学的目标，对机织工程中涉及的力学知识进行了探索，并从织前准备与织造两方面作了详细阐述，以激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

纺织，力学，专业，课程

0 引言

纺织工程专业包括纺织贸易和纺织服装两个方向。其目标在于培养学生具备纺织工程基本理论和技术适应纺织服装贸易和生产市场的需要，掌握纺织服装科学的理论和实践知识，能从事纺织品贸易及纺织服装设计与产品开发的高级复合型人才。机织工程是纺织工程的重要环节。本专业课程结构中，工程力学是一门重要的专业基础课，在专业学习中起承上启下的作用，学好工程力学，将为学习机械设计、纺织材料学、纺纱原理、织造原理等后续课程奠定坚实的基础。笔者长期在纺织院校工作，连续八届为纺织工程专业的学生讲授工程力学课程，授课过程中深切感受到纺织工程中包含的力学知识非常丰富。为有针对性地授课，激发学生学习的兴趣，提高教学质量，对纺织工程中涉及的力学知识进行了探索。

1 织前准备

筒子的卷绕成形是络筒的主要任务，它由两个基本运动实现，一是筒子绕自身轴线的旋转运动，二是纱线沿筒子母线的往复运动——导纱运动(点的合成运动)。旋转运动可由滚筒摩擦传动。这时圆周速度稳定，加上导纱运动速度不随卷筒半径而变化，所以络纱速度稳定，有利于纱线张力的稳定；也可由锭子传动筒子，此时转速固定，圆周速度随半径增大而增大，络纱速度随之增大，纱线张力越来越大，不利于筒子卷绕成形和高速络纱；还可由锭子传动筒子，但圆周速度稳定，转速通过变速装置随卷绕直径增大而减小(摩擦和刚体绕定轴的转动)。

整经机整经时，要求纱线的卷绕线速度稳定，以保证经轴成型良好。与上述类似，经轴传动也有两类方法。一是滚筒摩擦传动经轴，此方法简单，但滚筒对纱线有摩损，高速下制动更为严重。而且经轴轴线随随绕直径增加而移动，从而造成经轴运转时轴线易跳动，影响经轴的成型和张力的均匀性；二是变转速直接传动经轴，当经轴卷绕直径增大时，转速主动下降，以保持线速度稳定(摩擦和刚体绕定轴的转动)。

浆纱机是经纱上浆的机器，主要部件为一对或几对轧辊，由下方的上浆辊和上方的压浆辊组成。上浆辊为金属构成的硬面圆辊，压浆辊的内部为铸铁，外面包覆弹性材料而使压浆辊的外面具有适当的弹性和硬度。经纱浸浆后带有大量浆液，但这些浆液主要在经纱表面，不仅浆液太多，而且浸透被覆比非常不恰当。需经轧辊轧压以除去多余浆液并使浆液在纱线内外的分布符合要求。带浆经纱先进入轧辊的压力区，在压力区的前阶段，压强逐渐增大，使带浆经纱被压缩，同时也压入了一些浆，另一方面压浆辊包覆物也压缩变形。在压力区后阶段，压强逐渐减小。经纱因弹性恢复而膨胀并吸浆进入其内部，此时压浆辊包覆物也作弹性恢复并吸去经纱表面及周围的浆液，从而得到适当的上浆比和浸透被覆比(材料的力学性能)。浆纱机的张力装置，张力辊两端轴承座安装在升降齿条上，同时又与弹簧相连接，经纱从张力辊下方绕过，当经纱张力变化时，在与弹簧力共同作用下使张力辊升降，经齿条带动齿轮，再通过链轮传动指针摆动，指示读数(平面任意力系平衡)。

纡子的卷绕成型，属短程式卷绕，由三个运动组成：纬管旋转运动；导纱往复运动，其动程较小；导纱前进运动，每次往复逐渐向管顶前进。这三个运动的互相配合，使各层纱线基本分布于圆锥面上，有利于轴向退绕(点的合成运动)。

卷纬机的任务是把纬纱卷绕于纬管上，形成织造所需的纡子，铁碗卷纬机是其中之一。这种卷纬机将纡子倒插于锭杆上，由圆台形铁碗摩擦传动而旋转，导纱钩由成型凸轮传动而作上下导纱运动。由于纱层的增加，纡子的锥面受到两侧铁碗锥面的挤压，有向上的分力，而使纡子和顶杆上升，实现了前进运动(摩擦和刚体的基本运动)。

2 织造

织物在织机上的形成由开口、引纬和打纬三个主运动和送经、卷取两个副运动组成。

机织时，经纱在织机中要经过很多机件，尤其是综、筘和梭子，受多次摩擦。同时，经纱与经纱之间、经纱与纬纱之间也有摩擦作用(摩擦)。经纱还因开口、打纬和卷取送经几个运动中受拉伸作用，尤其在开口运动中因梭口形成使纱线伸长(轴向拉伸)。此外，经纱还因开口、打纬、与纬纱交错而受弯曲作用(弯曲)。虽然拉伸、摩擦等作用不致直接使经纱断裂，但这些破坏作用对经纱的任何部分都反复作用、次数达成千上百，经纱很容易因疲劳而破坏(疲劳)。

纬纱从纡子上引出，虽然受破坏作用小、对每一根纬纱不是反复作用，但是引出速度比经纱快，若受意外阻碍，容易断裂。再者由于梭子运动冲击剧烈，纡子卷装容易崩脱(动载荷)。

梭子在自由飞行途中受空气、经纱、钢筘和制梭板的摩擦阻力，这些阻力较为稳定。所以梭子的运动可看作匀减速运动，只是这些阻力很小，降速也很小(点的运动)。

由于允许梭子飞行的时间很短，梭子的速度必须很高。这样对于梭子这样质量较大而作往复运动的物体具有的动能也非常高。梭子在自由飞行开始时，动能还要稍高。即在击梭阶段很短时间内，投梭机构必须给予梭子如此大的动能，因而投梭机构和织机的负荷很大。另一方面，当梭子自由飞行结束，由于自由飞行减速很少，梭子剩余动能仍很大。如此巨大的能量不仅无用反而有害，因此必须在很短时间内消耗掉，转化为噪声、热量、零部件的磨损、变位以及弹塑性变形等，其中一些转换是有害的，这就是噪声、发热、零部件的损坏。而弹性变形是最无害的能量转换形式，因此制梭机构用了大量的弹性部件(动能定理、动载荷和材料的力学性能)。

制梭是对引纬后的梭子进行制动并使梭子停止于正确的位置，为下次投梭作准备。制梭按其性质可分两个阶段：第一阶段是制梭板制梭，这时梭子带着大量剩余动能进入梭箱，梭箱后板上有制梭板，弹簧使制梭板压向梭子，梭子处于梭箱前板与制梭板之间作摩擦移动而消耗部分动能，同时因梭子碰撞制梭板使弹簧变形和制梭板运动而变位也消耗部分动能。第二阶段是缓冲制梭，梭子经制梭板制梭后，冲击皮结和投梭棒，使其继续向梭箱外侧运动，受到缓冲阻力，消耗了梭子的剩余动能，使梭子减速并在一定位置停止运动。

缓冲装置有以下三种：一是皮圈。装于筘座下部，投梭棒穿于其中。当投梭棒被梭子冲向梭箱外侧运动时，受皮圈阻碍，一方面使皮圈作弹性伸长，另一方面皮圈在两侧弹簧压紧的状态下，沿皮圈架作摩擦移动，从而消耗了梭子的剩余动能并使梭子停止定位；二是三轮缓冲器。在侧板的头端有缓冲带和弹簧盘相连，其间绕过两个固定圆盘，当投梭棒被梭子冲向织机外侧运动时，投梭棒脚帽将侧板抬高，使缓冲带张紧在两圆盘表面作摩擦移动，并使弹簧盘中的弹簧扭转，从而对梭子缓冲，吸收梭子剩余能量并使梭子停止定位；三是油压缓冲器。在筘座两端下方设置，当投梭棒被梭子冲向外侧时，作用于缓冲器的缓冲头推动油室中的活塞，因油室中的油液不易压缩，油液通过薄膜使气室中的压缩空气压缩变形。由于活塞的运动受到油液和压缩空气的阻力而起缓冲作用，梭子停止运动后，空气体积恢复而使缓冲头和活塞复位(动能定理)。

打纬的目的是把引入梭口的纬纱推到织口，形成织物。

织机的主轴转动，其上的曲柄带动连杆(牵手)，通过牵手栓使筘脚座和其上的筘座、钢筘以摇轴为支点作前后摆动而进行打纬。

曲柄、牵手、筘座脚和机架构成四连杆。根据四连杆的运动性质，筘座的运动性质类似简谐运动，而且筘座在曲柄轴一转中没有静止时期。当筘座运动在最后方附近时，其速度较慢，而且筘离织口最远，筘上的梭口高度较高，此时期筘座上的梭子受筘座运动惯性力的作用紧贴于钢筘，适于梭子飞行引纬。当筘座运动到最前方时，又具有极大的惯性力将纬打紧(动静法)。

送经的目的是按交织的需要，送出相应长度的经纱，并使经纱具有一定的张力。送经机构有消极式、积极式和调节式三种类型。采用较多的是张力反馈调节式。

这种机构在织机后方有后杆，作为力矩中心构成力矩平衡系统。经纱张力通过后梁对后杆施以力矩，张力重锤和扇形杆、吊杆等对后杆施以反向力矩与经纱张力的力矩互相平衡。若经纱张力增加，则后杆系统失去平衡而运动，后梁下降减小了经纱张力，使该系统又趋平衡；同时，扇形杆上抬，提起吊杆和调节杆使棘轮被推动齿数增加，从而增加了送经量以保持张力稳定；若经纱张力减小则后杆系统反向运动，减小送经量(平衡和任意力系)。

3 今后的打算

以上是机织工程中所涉及的一些力学知识，授课过程中，如果能适时加入这些实例，将会极大地激发学生的学习兴趣，提高教学质量。因此今后将继续搜集纺纱、印染、化纤等方面涉及的力学知识，为改善教学效果而努力。

[1] 武继松，张如全.纺织科学入门[M].北京：中国纺织工业出版社，2011.

[2] 孟长明.纺织机械基础[M].北京：中国纺织工业出版社，2014.

[3] 吕百熙.纺织染概论(机织篇)[Z].纺织中专机织专业委员会，陕西省职工教育服务中心，1990.

Mechanical knowledge in woven engineering

Lu Baoguo

(CollegeofMechanicsofTUT,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the content and the teaching goal of textile engineering major, mainly explored the mechanics knowledge of woven engineering, and elaborated in detail the weaving preparation and weaving two aspects, to stimulate students’ learning interest, improved the teaching quality.

textile, mechanic, major, curriculum

1009-6825(2015)28-0237-03

2015-07-22

芦保国(1965- )，男，硕士，讲师

G642.0

A