喷水织机织造双层织物组织的开口凸轮设计

无锡宏星机电科技有限公司 苏志勇/文

1 前言

众所周知，凸轮开口装置在喷水织机上得到了非常广泛的应用。一般织物组织的花型循环数在十循环以内，运用凸轮开口装置在喷水织机上都能够得到非常满意的解决方案。

双层织物的织造比较特殊，一般需要特殊织机来做。常用的有两种类型织机：一种是采用双剑杆织机，此类织机大都需要进口，且价格昂贵，一般用户难以承受；另一种是采用有梭织机，此类织机虽然价格便宜，但车速极慢，挡车工每人每班只能看守两台织机，工人劳动强度大，劳动效率低。

鉴于此，有企业提出采用喷水织机来织造双层织物。喷水织机车速可达450转/分钟，挡车工每人每班可以看守四台机。如果此法可行，即可解决采用进口双剑杆织机价格昂贵的问题，又能解决采用有梭织机车速低、用工成本高的难题。

2 喷水织机的改造

采用喷水织机织造双层织物，需要对喷水织机进行以下重大改造：

1）电气控制系统的改造；

2）送纬系统(喷射系统)的改造，需采用双喷系统；

3）送经系统的改造，需采用二轴以上经轴送经；

4）棕框开口系统的改造，需设计符合双层织物组织的开口凸轮；

5）对各个系统进行有机的联接。

在上述各个系统项目的改造中，第四项是最主要和最核心的问题。

3 开口凸轮的设计

下面主要介绍双层织物组织开口凸轮的设计步骤和方法。

3.1 分析双层织物组织棕框开口运动规律

根据图1组织图可以知道以下信息：

1）该组织由六片棕框来实现织物织造（从左向右看）；

2）该组织花型循环数为6，也就是织机旋转6周方能完成一个完整的花型组织（从下往上看）；

3）该组织由2种开口凸轮片来控制。第一片和第二片为同一种，为负责织造连接上地组织和下地组织的凸轮片，第三、四、五、六片为同一种，为负责织造地组织的凸轮片，第三、四片为负责织造上地组织的凸轮片，第五、六片为负责织造下地组织的凸轮片；

图1 双层织物组织图

4）上地组织和下地组织为平纹，而该织图花型组织循环数为6，所以必须配备循环数为6的平纹凸轮，其型号为111/111。

根据图1组织图上第一片综框的运动规律，我们可以作出综框的位移图，如图2。

图2 双层织物上下地组织连接线综框位移图

3.2 根据综框位移图设计开口凸轮的主凸轮

在进行主凸轮设计之前，首先需要确定所使用凸轮开口装置的型号。在确定了所使用凸轮开口装置的型号后，就能确定相对应的主凸轮的最小半径、最大半径、升程值；凸轮旋转中心与摆臂旋转中心的距离；摆臂旋转中心与两个滚子中心的距离，两个滚子中心的距离，滚子的直径等各项设计参数。

根据图2，我们可以计算主凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线。分别对AB,BC,CD,DE,EF,FG各段曲线进行计算。其计算方法有多种，标准的运动曲线一般有正弦加速度曲线、余弦加速度曲线、梯形加速度曲线、五次多项式曲线、改进正弦加速度曲线、改进余弦加速度曲线、改进梯形加速度曲线等，可以根据自己的经验选用其中一种运动曲线来进行计算。比较简单的方法是在电子表格中进行计算，将所计算曲线的各个计算参数如起始角、终止角、最小半径、最大半径、升程值等代入所选运动曲线公式，即可得到所需要的主凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线数据。

以下是其中AB段曲线的电子表格计算结果：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

分别对主凸轮滚子中心各段曲线进行上述计算，可以得到全部的完整曲线。

根据上述电子表格计算得到的主凸轮轮廓滚子中心的XY坐标值，可以在计算机绘图软件中绘出主凸轮轮廓滚子中心轨迹曲线，如图3。

图3 双层织物上下地组织连接线主凸轮轮廓滚子中心轨迹曲线

3.3 根据主凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线计算副凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线

在得到图3即主凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线后，即可根据凸轮开口装置型号中给出的各种设计参数，包括凸轮旋转中心与摆臂旋转中心的距离、摆臂旋转中心与两个滚子中心的距离、两个滚子中心的距离、滚子的直径等各项设计参数，由此来计算副凸轮的滚子中心轮廓轨迹曲线。

其计算方法有两种：一种是运用解析几何算法，根据主副凸轮的运动关系，列出解析几何算式，在电子表格中可以计算出与主凸轮轮廓滚子中心的运动轨迹曲线所对应的副凸轮滚子中心的运动轨迹曲线。该算法比较复杂，需要较强的解析几何运算能力。

另一种比较简单的计算副凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线的方法，那就是采用作图法。该方法在很早以前由于手工作图法精度较低，不能满足设计使用要求，因而不被重视。但随着计算机技术的大力发展，各种计算机辅助绘图软件的广泛运用，采用作图法解决在共轭凸轮设计中副凸轮轮廓滚子中心运动轨迹曲线的计算问题，能起到很好的效果。该方法简单、快捷、方便。其精度与解析几何算法相当，现已被广泛使用。

作图法的原理与凸轮工作原理相同。只是工作时凸轮旋转，而作图法是主凸轮固定不动，让摆臂绕主凸轮旋转一周，这样就可以反向求出副凸轮的轮廓滚子中心运动轨迹曲线。

作图法的方法是：

1）将主凸轮固定不动，以主凸轮中心与摆臂旋转中心的距离为半径画一个圆C1；

2）以主凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线上的某一个点为中心，以摆臂长为半径画一个圆C2，与中心距圆C1相交；

3） 根据运动方向选取其中一个交点，以此为中心，以摆臂长为半径画一个圆C3；

4）再以C2的圆心即主凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线上的某一个点为中心，摆臂的两个滚轮中心距为半径画一个圆C4；

5）圆C3与圆C4的两个交点，其中之一即为副凸轮的滚子中心；

6）分别对主凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线上的每一个点进行以上操作就可以得到副凸轮的全部滚子中心点。

当然，要熟练地运用作图法还得多练习，快捷、准确的使用该方法还是需要一定的技巧。

通过计算，我们可以得到副凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线。通过曲线偏移，也可以很方便的得到主副凸轮的实际轮廓曲线。如下图4所示。

图4 双层织物上下地组织连接线主副凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线及实际轮廓轨迹曲线

3.4 设计循环数为六的平纹组织主副凸轮

根据图1第3片棕框的运动规律，我们可以做出平纹组织的棕框位移图，如图5。

图5 地组织(平纹)的棕框位移图

重复上面3.2、3.3两个步骤，我们可以很方便的设计出双层织物的上地组织和下地组织的平纹开口凸轮片的主副凸轮轮廓轨迹曲线。如图6、图7。

图6 地组织主凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线

图7 地组织主副凸轮滚子中心轮廓轨迹曲线及实际轮廓轨迹曲线

4 结论

通过以上步骤，我们完成了喷水织机双层织物组织的开口凸轮设计。经过后续对凸轮片的生产加工，生产出了合格的零件。

在对喷水织机进行了大量的改进和调试后，配上我们设计生产的开口凸轮片，客户成功的织出了所需要的双层织物，其组织及织物风格完全符合设计要求。

喷水织机在织机领域占有相当大的市场份额。凸轮开口装置在喷水织机上的推广使用使其在织造各种织物组织上得到了极大的提高。除了普通织物组织之外，尝试开发一些新产品，将会更加拓宽喷水织机的使用范围。

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