新型铝合金综框结构改进设计

韩斌斌，任双宁，张水仙，赵艳华

(北京星航机电装备有限公司 装备制造技术研发中心，北京 100074)

•生产实践

新型铝合金综框结构改进设计

韩斌斌，任双宁，张水仙，赵艳华

(北京星航机电装备有限公司 装备制造技术研发中心，北京 100074)

为了提高综框性能，解决其高速运动过程中振动剧烈、噪声大、纱线磨损严重、梭口不清的问题，对铝合金综框结构和片综结构进行改进，分析在横梁上空腔填充碳纤维块、下空腔填充碳纤维棒、在横梁上安装阻尼减振材料、采用树脂材质片综及在片综上安装磁铁的作用。指出：改变综框横梁结构，在其空腔内填充碳纤维材料和减振材料，可以提高其强度并减小噪声；树脂材料片综结合安装阻尼减振材料，可降低片综对纱线的磨损并使开口清晰。

铝合金综框；碳纤维；片综；阻尼减振材料；树脂；磁铁；梭口

0 引言

随着织机车速不断提高，对综框性能提出更高的要求，综框材质也从起初的木质发展到铁质，再到现今比较常用的铝合金，以及性能更加优越的复合材料。

早在2011年之前，国际著名综框制造商美国史迪尔(STEEL HEDDLE)公司就已选用碳纤维、特种玻璃纤维及复合碳纤维作为综框组件的材质。当时，瑞士史陶比尔(Staubli)公司已研制出特殊碳纤维制成的超轻综框，可适应最高转速达1100 r/min的织机。

用碳纤维和玻璃纤维作为综框组件的材质，前者性能更加优越。但全碳纤维综框价格昂贵，约为同规格铝合金综框的3倍[1]，这限制了其在国内市场的推广使用。而碳纤维与铝合金复合材料也可以显著提高综框的性能[2]，价格又比较合理，是目前提升综框性能切实可行的方法。

笔者采用在横梁上填充碳纤维、安装阻尼减振材料、改进片综结构的方式，来提升铝合金综框对新型织机的适应性，下文将进行详细论述。

1 综框的组成

综框主要由横梁、侧档、穿综杆、导板和综丝组成，如图1。综框在织机上属于高速重载件，也是关键部件，其主要组成部分的性能对其动态特性起决定性作用。如横梁和侧档的刚度决定着综框的抗振性；织机高速运转时综丝的运动情况，影响开口的清晰度和纱线的磨损程度，决定着织物的表面质量。为提高综框的刚度，增强其抗振性，同时改善开口的清晰度，以铝合金综框为研究对象，对其结构进行改进。

1—侧档；2—上横梁；3—导板；4—穿综杆；5—综；6—下横梁。图1 综框的三维模型

2 综框结构改进

改进综框动态特性是关注度高且十分必要的议题[2]。目前采取的主要方式有：采用轻质高强度的材料制作综框；改变主要组成部件的结构形式和连接方式；在重要组成部件上添加辅助元件。根据铝合金综框的特点，综合上述方法，主要针对横梁和片综进行改进。

2.1 横梁

主要从3个方面对横梁进行改进，一是在横梁上端部填充矩形截面碳纤维块；二是在横梁下端部填充圆环形碳纤维棒；三是在横梁下端部和穿综杆之间安装阻尼减振材料。改进前后横梁的截面形状，如图2所示。

2.1.1 填充碳纤维增强体

在铝合金综框横梁的空腔内填充适宜的矩形截面碳纤维块，是增强铝合金综框动态特性的一种有效方法[3]。图3列举了几种不同碳纤维块的填充型式[4-5]，矩形截面的大小和横梁的结构并不是固定的，也不是任意的，合理的尺寸和型式需要进一步研究。在横梁最上端空腔中填充碳纤维块，同时在最下端空腔中填充圆环截面碳纤维棒，如图4c)、图4d)所示，效果更好。碳纤维块和碳纤维棒均采用胶粘的方式固结在综框的空腔中，其余空腔还可以填充泡沫等减振材料。

a) 改进前 b) 改进后1—碳纤维块；2—圆环形碳纤维棒；3—阻尼减振材料。图2 改进前、后横梁的截面形状

图3 横梁填充不同碳纤维块的型式

a) b) c) d) 1—碳纤维棒；2—阻尼减振材料。 注：a)、c)为综框静止时片综所处的位置；b)、d)为综框运动到极限位置时片综所处的位置。图4 安装阻尼减振材料前后钢片综运动简图

2.1.2 安装阻尼减振材料

片综悬挂在穿综杆上，可左右移动，也可上下移动。织机运转时，随着综框的上下运动，综耳的下端不断与穿综杆撞击，如图4b)所示。由于二者材质均为不锈钢，在撞击过程中会产生比较大的振动和冲击。为了解决上述问题，可选用树脂材料制成的片综[6]，或者在穿综杆与横梁下端间安装阻尼减振材料[7]。这两种方法结合效果更好，然而树脂材质片综的结构要单独设计，会增加研发成本，但从长远来看，树脂片综还是比较有前景的。

2.2 片综

理想状态下，综框对纱线的磨损主要集中在与综眼接触的部位，但由于片综在穿综杆上的移动是自由的，随着织机车速的提高，片综左右移动加剧，未穿过综眼的纱线与片综之间不停的接触，增加了纱线的磨损。随着综框页数和片综数量的增多，磨损是叠加的，同时也影响梭口的清晰度。

为解决上述问题，在综耳的正反面各安装一块磁铁[8]，两相邻片综间磁铁的磁极相同。同极相斥，片综在磁力的作用下，均匀的排列在穿综杆上，如图5所示。根据开口机构上安装综框的数量，调整每页综框最左端和最右端两个片综的位置并固定，其余片综在两者之间均匀的排列分布，如图6所示。

1正 1反 2正 2反 图5 相邻片综加装磁铁

1—磁铁；2—钢片综。图6 整页综框加装磁铁

采用安装磁铁的方法，可使片综在穿综杆上始终保持静止并均匀分布，有利于降低纱线的磨损和开清梭口。为了避免磁铁对片综和穿综杆也产生吸引力，影响片综之间力的传递，穿综杆和片综采用不含铁素体的不锈钢材质，或者片综采用树脂材质。

3 结语

3.1 横梁上空腔填充碳纤维块，下空腔填充碳纤维棒，中间空腔填充泡沫可有效地降低综框的振动和噪声，适用于新型高速织机。

3.2 树脂材质的片综，可减轻片综对纱线的磨损，降低片综与穿综杆之间的冲击和振动。

3.3 横梁下端和穿综杆之间安装阻尼减振材料，对降低片综与穿综杆之间的冲击非常有效。

3.4 片综上安装磁铁，可使片综均匀的排列在穿综杆上，有利于降低片综对纱线的磨损和开清梭口。

[1] 刘胜荣，梁海顺，高超.浅谈喷气织机用综和综框的配置[J].纺织器材，2008，35(5)：44-48.

[2] 邱海飞，王益轩，刘欣.综框模态频率优化设计[J].机械设计，2012，29(5)：35-38．

[3] 韩斌斌，王益轩.剑杆织机综框的动态设计与分析[J].纺织器材，2014，41(4)：1-6.

[4] Deseyne，Joost.Heald Frame with a Reinforcement Profile：US，WO2013064355 A2[P].2013-05-10.

[5] Thomas Schmid，Bernd Binder，Johannes Bruske.Heald Shaft of Composite Construction：US，7114528 B2[P].2006-12-03.

[6] Karl-Heinz Gesing.Heald Frame Rod Comprising a Displaceable Heald Damping Element：US，20060137759 A1[P].2006-06-29.

[7] Thomas A，Korbutt，Gene E Faasse.Plastic Heddle：US，20070079887 A1[P].2007-04-12.

[8] HiromasaSUGIYAMA,MasanobuSAKAI.Heald Frame:US,20100139803 A1[P].2010-06-10.

Improved Design of New Alu-alloy Heald Frame

HAN Binbin,REN Shuangning,ZHANG Shuixian,ZHAO Yanhua

(The R&D Center Beijing Xinghang Mechtronical Equipment Co.,Ltd.,Beijing 100074,China)

To improve the performance of the heald frame,and to solve the problems with the heald frame in high speed operation such as big vibration and noise,heavy yarn wear,unsharp shed.Some modifications are made to the alu-alloy heald frame and flat heald.Filling the beam top cavity with carbon fiber,and bottom cavity with carbon fiber rods,installation of damping material,use of flat heald of resin material with the magnet are good attempt.It proves that changing structure of the heald frame beam,filling with carbon fiber material and damping material in the cavity,can improve the strength and reduce noise.Flat heald of resin material with installation of damping materials can reduce the wear of yarn from the flat heald and make sharp shed.

alu-alloy heald frame;carbon fiber;flat heald;damping material;resin;magnet;shed

2016-07-05

韩斌斌(1985—)，男，河北泊头人，助理工程师，主要从事非标装备设计、有限元分析及机械系统仿真方面的研究。

TS103.82+4

B

1001-9634(2017)01-0015-03