新型纬向多梭口圆织机的结构设计

陈 雨，王益轩，周 能，王永强，刘 静，李鹏飞

(西安工程大学 机电工程学院，西安 710048)

0 引言

单梭口织造和多梭口织造是现有的两种基本织造技术。在单梭口织机上，整幅经纱同时开口，新的纬纱一次织入整个梭口；而在多梭口织机上，梭口成波浪式地向前逐步开启，纬纱则同时在好几个梭口(一般为2～12个)相继织入。传统的单梭口织机依靠提高织机转速和加大幅宽来提高入纬率和产量，由于受机械加工精度、允许的引纬时间等因素的限制，单梭口织机的入纬率已趋于极限。针对单梭口织机的这些缺点或不足，为了进一步提高织机产量，织造技术正从单梭口织造向多梭口织造转移[1]，研发纬向多梭口织机势在必行。现有纬向多梭口圆织机存在的问题有：圆形筘筘齿与纱线间因相对速度过高导致摩擦严重，引纬梭子与圆形筘之间由于离心力作用导致摩擦磨损严重，导致织机的振动噪声较大。作者通过改进梭子和筘的结构，不仅减小了梭子对筘的离心力和摩擦磨损，而且还增加了梭子数量，大大提高了织造效率[2-3]。

1 现有圆织机存在问题和改进措施

1.1 现有圆织机存在问题

圆织机是亟须提高循环性能的纺织设备，它的整体性能影响入纬率提高。圆织机性能受多种因素限制，特别是弹性结构元件的梭子在循环转动情况下的离心力作用：梭子沿圆形筘循环转动产生的离心力对筘产生正压力和滑动磨损。离心力大小主要取决于引纬梭子的质量、转速和圆形筘的半径，随着筘直径的增大，离心力也增大，从而加大了结构元件的应变和磨损。

传统圆织机由于梭子中纬纱筒子轴是水平的，梭子体积和质量较大，造成梭子对筘的离心压力增大；要求开口装置具有较大的开口动程以形成较大的梭口，导致经纱和筘间摩擦磨损严重；梭子的数量少，运行速度慢。

1.2 改进措施

新型圆织机主要改进了梭子结构和梭子中纬纱筒子轴的布置方式，将纬纱筒子轴改为垂直或微倾，从而在相同容纱量的情况下减小纬纱筒子轴高度、增大绕纱直径，使筘高度也相应降低，纬纱筒子绕纱直径增大并不影响梭口高度，对梭子结构的改进则解决了传统圆织机存在的问题。

为了增加梭子转速，设计圆形筘支持多个梭子在栅门轨道上循环转动，设计的轨道使梭子可以更平滑地运行，减小了对筘的磨损，使梭子转速提高。另外，还配套设计了适应高速的新型开口机构。

2 新型圆织机织造原理和结构

2.1 织造原理

新型圆织机织造原理如图1所示，电机(未标出)通过减速器(未标出)带动主轴、凸轮轨道一起转动，两条上下反向矩形沟槽(凸轮轨道)分别驱动两组综在综丝导槽筒中上下交变运动，构成空间凸轮摆杆从动件机构。

新型开口机构由环形布置的两组综、综的轨道和导槽筒组成，综的上端有综眼和脚，经纱穿过综眼，综轨道通过转动进行提综和回综以实现综的升降次序控制。综导槽筒中有多对综，综眼位置在综导槽筒上端、下端间反复移动。首先，纱线从经纱架(未标出)的送经辊送出，再经过经纱分绞棒将纱线分成两组，经纱通过第一组第一根综眼，经纱被综控制，纱线穿过综眼形成第一条经纱(见图1)；同时，经纱通过第二组第二根综眼，经纱被综控制，纱线穿过综眼形成第二条经纱(见图1)。

1—纬向多梭口织机；2—圆形筘；3—上层经纱；4—下层经纱；5—机织梭口；6—开口机构；7,8—综；9—综导槽筒；10—综轨道；11—主轴；12—织轴架；13—织造环规；14—纬纱筒子；15—梭子滚轮；16—梭子；17—纬纱筒子轴；18—卷取滚筒；19—机架；a-a′—梭口面;20—筒状织物。图1 筒状织物织造原理

在开口机构中，由于综导槽筒下方综轨道的两条槽线方向相反，随着主轴旋转带动综轨道转动，其中综会以交替的方式上下移动，因此，产生彼此相对的向上和向下交替运动，分别带动上下两组经纱开启和关闭机织梭口(移动梭口)。在梭口打开状态下，机织梭口是由两组经纱形成一个梭口空间，这时一把梭子携带着纬纱筒子在圆形筘的栅门轨道上旋转，同时将纬纱从纬纱筒子引入到梭口中，并打紧到织口环规上；当第一根综和第二根综的综眼都处于同一水平位置时，则梭口关闭，其中经纱组也位于同一平面。在图1封闭的梭口中，平面(a-a′)是两组经纱间的角平分线面，第一组经纱即上层经纱组，第二组经纱即下层经纱组；因此，当梭口打满开时，上、下层经纱组与平面(a-a′)间的角度分别为α1和α2。梭口的大小是由两组经纱决定的，两组经纱不断变化，相对运动形成梭口。从开始梭口闭合，如果两组经纱位于它们相对的交替运动的反转点，则梭口达到最大值；在这些反转点，所谓的梭口改变是由于相对的经纱组反向运动产生的。在梭口的变化下，纬纱被梭子引入新打开的梭口中织到织物上，下一根纬纱被下一把梭子携带着引入下一个梭口(随第一个梭口相继开启的)。在织造过程中，如果梭口关闭，两组经纱所在平面和经纱分绞棒及织造环规将处于同一水平位置。此外，绞棒可以优先布置在经纱入口侧，圆形筘布置在开口机构和织造环规间，而梭子在圆形筘中等距离布置，并依次循环转动，生产的筒状织物是由布置的织造环规向内侧集中安排织造的，然后由卷取滚筒向上卷取。

梭子传动装置和传统圆织机基本相同。

2.2 改进的筘结构

筘用以确定经纱的分布密度和织物幅宽，筘齿为特制的钢片。由于圆形筘的直径大、高度小，因此经纱梭口空间尺寸小，筘中可同时携带多把梭子(引入多根纬纱)。如图2所示，圆形筘由上筘板和下筘板及筘齿组成，筘板间有多组筘齿，相邻筘齿的间隙相等、均匀分布、周向排列。纱线从经纱架(未标出)送出，从织机底部穿过织轴架，再由经纱分绞棒分成两组，然后通过开口机构在筘齿间送纱。梭子在圆形筘的栅门轨道上转动，从它携带的纬纱筒子上将纬纱引出并拉入到织造环规中交织成织物，筒状织物通过卷取滚筒从织造环规中卷出。

1—纬纱筒子；2—纬纱筒子筒芯；3—梭子滚轮；4—梭子；5—上筘板；6—下筘板；7—栅门轨道；8—筘齿。图2 圆形筘示意

2.3 传统梭子与新型梭子

传统圆织机是专门以塑料带作为经纱和纬纱而设计的织机，当塑料带被拉长时可使织物的强度达到更高。为了充分实现圆织机的优点，对梭子结构做了很大改进，传统纬纱筒子是水平放置的，如图3所示，由于纬纱筒子较长使梭子占用的梭口空间比较大，而且纬纱引出后容易被梭子滑行的栅门轨道挂断；新型纬纱筒子是竖直放置的，如图4所示，大大减小了纬纱筒子的长度，增加了纱筒储纱量，设计要求纱筒直径大于筒子长度，这使得竖直放置的纬纱筒子可以携带更多的纬纱。相对于水平放置的长筒子，新型纬纱筒子另一个优点是筒芯的长度，从而也减少筒子体积；梭子总体积减小将缩小梭口空间，使圆形筘内容纳梭子的数量增加，提高了入纬率[4-5]。

由于纬纱筒子的创新，减小了梭子通过所需的梭口空间，使圆形筘的筘齿变短，相对于较长的筘齿，较短的筘齿由振动产生的噪声将更小。当然，织机也可以通过降低梭子转速和减少梭子数量来进一步降低噪声。同时，梭子和纬纱筒子质量的减小，其作用在梭子滚轮上的离心力显著降低，对钢筘的磨损也随之降低。

1—纬纱筒子；2—筒子芯；3—筒子支架；4—梭子后轮；5—梭子前轮；6—梭体；7—梭臂。图3 传统梭子结构

如图4所示，新型梭子底部增加4个底轮，将梭体与筘栅门轨道之间的滑动摩擦变为滚动摩擦。因为在接触面和压力相同时，滚动摩擦力要比滑动摩擦力小得多，所以新型梭子对圆型筘的磨损大大减小。由于增加的4个梭子底轮较小，因此对梭子总质量影响不大，并且梭轮的增多使梭子的转动更加平稳，有利于纬纱引入并减小断纬率。

1—纬纱筒子；2—筒子芯；3—筒子支架；4—底轮；5—后轮；6—前轮；7—梭体；8—梭臂。图4 新型梭子结构

传统梭子的纬纱筒子轴是水平放置的，这使梭子的离心力完全作用在圆型筘上；而图5所示创新结构设计是将梭子的纬纱筒子轴竖直放置，并偏离一个角度β(见图1，最大为+15°或-15°，最佳角度为+10°或-10°)，通过设置纬纱筒子轴偏斜的角度，可以减小纬纱筒子在垂直方向的有效高度及其质量，也使梭子对筘的一个正向离心力分解为两个分力，从而实现在相同的纬纱筒子直径和质量下，梭子对筘的离心压力减小，结构元件的应变和磨损也减小。在圆型筘直径不变的情况下，降低梭子的转速可以布置更多的梭子引纬，开多个梭口允许多把梭子同时通过。综上所述，圆织机的纬纱数增加是基于作用在结构件上的离心力而定的；另外，梭子转速和圆形筘结构上的创新也可以增加纬纱数。

图5 新型梭子

2.4 新型圆织机的三维设计模型

新型纬向多梭口圆织机采用梭子引纬，这是根据传统圆织机的工作原理进行创新设计。如图6所示，在UG 中建立织机整机的参数虚拟样机化模型；织机主要由传动装置(梭子传动装置基本与传统圆织机相同，三维模型中未表示)、送经机构(未标出)、提综装置(开口机构)和卷取装置(卷取滚筒)4部分组成；其优点是在织造过程中可以形成多个梭口，并同时引入多根纬纱，筘中的栅门轨道构成纬纱的运行通道，经纱穿过筘齿与纬纱交织形成织物。目的是在不增加机构元件压力和磨损的情况下，增加织机的纬纱密度和织物幅宽(直径)，降低梭子施加的离心压力。

纬向多梭口织机必须具备连续开口机构和循环引纬机构，连续开口机构把提综装置和回综装置集为一体，通过综轨道的转动进行提综和回综以实现对综的升降进行开口，并利用圆柱凸轮综轨道把整幅经纱分成多个波浪形梭口(移动梭口)，以引纬器(梭子)的速度沿引纬方向推移；循环引纬机构则由梭子和推梭杆(未标出)构成，梭子在织机中随着梭口循环转动，由于梭子携带着纬纱筒子，所以随着转动将同步地引入一纬纬纱。多梭口织机无打纬机构，由梭子上的张紧杆带动前端的滚轮借助梭子的圆周运动把纬纱带入并拉向织口以实现打纬，加上连续送经和连续卷取，便完成织机连续织造动作。

送经装置(未标出)中的送经辊为主动送经，它由力矩电机、减速机以及传动链驱动装置组成，在织造过程中可送出定量且具有一定张力的经纱，以维持织造连续进行。如图6、图7所示，在织机中，圆形筘的外侧环形分布在开口机构内侧，而经纱分绞棒环形分布在开口机构外侧，是用于调节经纱张力的装置，将经纱架(未标出)所供应的纱线均分为两组，并且保证织造过程中织轴架能从大到小保持均匀一致的经纱张力[2]。

1—纬向多梭口织机；2—圆形筘；3—绞棒；4—经纱；5—梭口；6—开口机构；7—综；8—综导槽筒；9—综轨道；10—主轴；11—织轴架；12—织造环规；13—纬纱筒子；14—梭子滚轮；15—梭子；16—卷取滚筒；17—织物；18—机架。图6 圆织机整机三维模型

1—纬向多梭口织机；2—圆形筘；3—梭口；4—经纱；5—开口机构；6—绞棒；7—综导槽筒；8—综轨道；9—综；10—织轴架；11—主轴；12—织造环规；13—梭子滚轮；14—纬纱筒子；15—梭子；16—机架；17—织物;18—卷取滚筒。图7 织机整机结构示意

3 纬向多梭口织机织造的织物

3.1 筒状织物的应用

大直径筒状织物具有抗拉强度高、抗冲击性能强和耐疲劳性能优异等特点，特别适合编织建筑用安全网、运输用遮盖网、车船行李网、渔网以及体育用网等。此类产品的编织和原料选用与中筒径织物一样，其产品经过封口，可用作运送水果、蔬菜类的包装网袋、捕鱼的渔网、植树包裹树根用网袋，以及肥料等其它化学制品包装网袋(内部放入薄膜袋)。它也可以用作护堤袋，采用网眼组织结构一方面能阻止碎石、泥土的流失，另一方面又便于草、树木根部的自由生长，起到护堤绿化的功能[3]。如今，随着轻质高强复合材料需求的不断发展，大直径筒状织物的织造技术已成为重要的研究方向。

3.2 设计的筒状织物

1—经纱组4a；2—经纱组4b；3—纬纱。图8 织物

图9 筒状织物

笔者设计的织机可以织造大直径筒状织物，效率比传统圆织机效率高很多，织造的织物如图8、图9所示，由两组经纱线和多组纬纱线交织而成。与传统的筒状织物相比，增加了纬纱的数量，使织物的直径增大，并且沿厚度方向纱线相互交织在一起，提高了层间的抗剪切能力和抗冲击能力。

4 结论及建议

4.1 纬向多梭口织机的优势

传统圆织机对纱线的磨损严重、噪声大，但比一般二维织机的织造效率高。作者设计的纬向多梭口织机与圆织机相比，可织造大直径的筒状织物，且织机的主轴转速较慢、机构振动较小，其机械零件的加工精度也较二维织机低，由于圆形筘和梭子结构的创新，提高了织机的入纬率和织造效率。

4.2 纬向多梭口织机今后研究重点

多梭口织机是新一代的低速高产织机，但补纬动作较频繁，要求机械动作精确可靠，对纱线质量的要求高，其中引纬梭子和圆形筘的结构对纬向多梭口织机的影响最大。例如，经纱和筘齿之间的摩擦比较大，导致噪声比较大，造成工人生产环境恶劣；另一方面，由于经纱之间的摩擦导致断纱率很高,因此，改进圆形筘和引纬梭子的结构，减小引纬所需梭口空间，或通过新的开口机构提高经纱的密度、减小对经纱的摩擦，这些仍是纬向多梭口织机今后需解决的主要问题。

参考文献：

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[5] Reinhold HEHENBERGER，Perchtoldsdorf (AT).Circular Weaving Machine：US，2016/0160409 A1[P].2016-07-09.