CN101078152A - 可以调节至少一固有振动模式频率的针刺机 - Google Patents

Abstract

根据针刺速度手动或自动调节一针刺机(1)的固有振动模式的频率，以降低针刺机在针刺过程中的振动幅度。该调节最好通过改变针刺机结构的质量或刚性得到，或通过改变针刺机轴系的转动惯性得到。

Description

可以调节至少一固有振动模式频率的针刺机

技术领域

[01]本发明涉及降低用于机械加固一种纤维产品特别是无纺产品、造纸毛毡等的针刺机的振动幅度。

背景技术

[02]在无纺布生产的纺织(textile)方面，通常使用针刺机加固纤维无纺带(单层或多层)或者例如来自一开幅-成网机(étaleur-nappeur)的无纺布。在造纸方面，还使用针刺机加固造纸毛毡。

[03]在一针刺机中，纤维产品通常在一针刺支座与一抄针器(débourreur)之间通过，该针刺支座和抄针器通常由两个一般为钢制的穿孔板构成。在某些情况下，针刺支座和抄针器也可以由带薄片的结构构成，或者针刺支座可以包括一些刷子。在针刺过程中，一些平行安装在一支座上的针穿过纤维产品，该支座通常叫做针板，并且被带动做一种与针的纵向平行并一般为垂向的交替运动。这些不同的零件(针刺支座、抄针器、针板和使针交替运动的机动驱动部件)被一大体为机械焊接型的钢制支撑机架支撑。在针的刺入运动期间，针的运动使纤维之间互相交错，这样可以加固纤维产品的结构。

[04]在叫做“单击”的第一类已知针刺机中，例如国际专利申请WO96/21763或欧洲专利申请EP 1 384 804中，通过针只刺入两个表面中的一表面进行纤维产品的针刺。在另一类叫做“双击”的已知针刺机中，例如国际专利申请WO 94/12715中描述的针刺机，纤维产品通过针刺入它的两个表面进行针刺。“双击”针刺机使用两组位于纤维产品两侧的针。这两组针可以互相相对或互相错开。

[05]和所有复杂的旋转机械一样，一针刺机包括不同的固有振动模式，和主要的至少一固有的结构振动模式(主要是它的支撑机架的特有振动模式)，以及针刺机子部件例如其带动针刺组的轴系(lign d’arbe)的不同固有振动模式。

[06]对于一给定针刺机，不同振动模式(模式的类型和模式的频率)是已知的。已经能够通过有限元计算的已知方法确定这些振动模式，并且/或者已经通过实验确定了它们的特征。

[07]针刺组被一或几个支撑梁支撑的针刺机(针刺组的端部贴靠在支撑梁上)的一般特征是固有的弯曲模式。某些针刺机还具有扭转模式。

[08]针刺过程中，针刺机承受两种类型的动态力。

[09]第一类力由针刺机的运动学产生。在多数针刺机中，通过被马达带动的曲柄连杆系统带动针组作交替的针刺运动。这些力以成倍于马达转速的频率以拟正弦的方式变化。

[10]第二类力由针刺产生。这些力以重复冲击的方式以针刺机的敲击频率出现。

[11]这两类动态力会激发针刺机的一种或几种固有振动模式。因此，对于某些针刺速度，会产生幅度很大的振动，这种振动与机械共振类似，并且会严重损坏针刺机。

[12]为了解决这些共振的振动问题，针刺机的建造者使用了两种技术方法。

[13]第一种技术方法在于通过禁止使用一些临界针刺速度范围限制针刺机的使用范围，这些临界针刺速度范围表现为激发针刺机的一种固有振动模式。

[14]第二种技术方法在于加固针刺机的结构，将针刺机的每个固有振动频率置于大于上述机械力的激发频率的值上。

[15]但是这两种技术方法都不能令人满意。第一种技术方法(禁止的针刺速度范围)导致限制生产针刺机的可能性。第二种技术方法(加固结构)一方面导致制造成本增加；另一方面，技术上不是总能足以加固针刺机的结构。

发明内容

[16]本发明的主要目的是提出一种对针刺机运行过程中的振动状态问题的技术方法；该方法可以使针刺机运行，同时避免共振问题，但是与上述第一技术方法不同，没有禁止针刺速度的范围，并且使用成本低于上述加固结构的第二技术方法。

[17]本发明的另一目的是提出一种对针刺机的振动状态的新的技术方法，该方法不仅用于制造针刺机时，还可在现有针刺机上采用。

[18]本发明的方法整体上在于使用根据所需针刺速度调节针刺机的一固有震动模式的频率的装置。

[19]因此本发明的第一目的是一种调节针刺机的方法，以便将在一激发针刺机的至少一固有振动模式的预先确定的速度下使用该针刺机。根据本发明，根据所述针刺速度调节针刺机的所述固有振动模式。

[20]进行该调节的方式是减小针刺机在针刺过程中的振动幅度。

[21]根据情况，该调节可以通过针刺机的使用者手动进行，或者自动进行，例如通过针刺机的一控制软件。

[22]本发明的目的还在于一包括至少一活动针组并具有至少一可被激发的固有振动模式的针刺机。根据本发明的特征，针刺机包括调节所述固有振动模式频率的装置。

[23]本发明的针刺机最好但不是一定包括以下单独出现或互相结合的补充特征：

[24]-调节装置设计成用于可以将固有振动模式的频率调节到一在两个预先确定的不同值Fp、F′p之间选择的值，所述频率值Fp、F′p的选择使针刺机可以在一预先确定的针刺范围上以任何速度运行；

[25]-调节装置设计成用于改变针刺机机架的质量；

[26]-调节装置包括一质量块和将该质量块与针刺机机架连接的装置，连接装置可以在至少两个调节配置中动作：(a)所述质量块与所述针刺机机架刚性连接的配置；(b)质量块与针刺机机架隔绝或与机架弹性连接的配置；

[27]-所述连接装置包括插在质量块与针刺机机架之间的预先确定刚性的弹性部件；

[28]-所述弹性装置包括几个弹簧；

[29]-所述弹性装置包括至少一与一液压毂(moyeu hydraulique)联合的固定立柱，该液压毂与质量块连在一起；

[30]-调节装置设计成用于改变针刺机机架的刚性；

[31]-调节装置可以调节针刺机机架的一固有弯曲模式的频率；

[32]-调节装置可以调节针刺机机架的一固有扭转模式的频率；

[33]-针刺机包括至少一轴系、一些带动轴系旋转的装置、和调节轴系的一固有扭转模式的频率的装置；

[34]-所述调节轴系的一固有扭转模式的频率的装置设计成用于改变轴系的转动惯量；

[35]-所述调节轴系的一固有扭转模式的频率的装置包括一安装在轴系端部的惯性飞轮和使惯性飞轮与轴系转动联接的部件，所述联接部件是可离合的。

附图说明

[36]通过下面对本发明几个优选实施变型的描述，本发明的其它特征和优点将更加清楚，该描述作为本发明的非限定和不完全的例子给出，并参照以下附图：

[37]-图1是一单击针刺机的立面示意图，该针刺机包括可以调节针刺机一固有弯曲模式的频率并根据一第一实施变型形成的装置(改变针刺机支撑机架的质量)；

[38]-图2是图1针刺机的上述调节装置的细节剖面图；

[39]-图3以示意的方式表示一单击针刺机，该针刺机包括可以调节针刺机的一固有弯曲模式的频率并且根据第二实施变型形成的装置(改变针刺机支撑机架的刚性)；

[40]-图4示意性表示一双击针刺机，该双击针刺机包括调节针刺机的一固有扭转模式的装置；以及

[41]-图5示意性表示一针刺机的轴系，该轴系装有调节所述轴系的一固有扭转模式的频率的装置；

具体实施方式

[42]图1表示一用于针刺任何类型的无纺纤维产品的单击针刺机1，例如用于针刺被一开幅-成网机输送到针刺机上游的无纺布。

[43]该针刺机1装有本发明特殊的调节装置2。

[44]针刺机1

[45]针刺机1的结构和运行是已知的，因此下面只做简要描述。

[46]针刺机1包括一机械焊接类型的钢制支撑机架10，该机架带有：

[47]-一包括多个垂直针12的针组11；

[48]-可以使针组11按照一垂直交替运动移动的机动(例如与一曲柄-连杆组件连接的马达)驱动装置13；

[49]-两个分开的水平穿孔钢板14和15，它们的孔眼与针12垂直对齐，并且分别形成针刺机1的针刺板和抄针板。

[50]本发明不限于包括穿孔板14和15形成的针刺板和抄针板的针刺机，实际上可以用分别起相同针刺支座和抄针作用的等效装置代替所述穿孔板14和15。例如可以用一通过刷子或薄片形成的针刺支座代替穿孔针刺板14。

[51]待针刺的纤维产品(图中未示)位于针刺板14与抄针板15之间。在针刺过程中，针组11交替地垂直向下(针刺入到纤维中)和向上(针退出)移动。控制针组11垂直移动的马达的转速使纤维产品的针刺速度固定。

[52]固有振动模式

[53]运行时，针刺机1承受两种类型的动态力。

[54]一方面有针组11和它们的驱动装置3的动力产生的动态力。这些力以成倍于驱动装置13的马达转速的频率以拟正弦的方式变化。

[55]另一方面有针刺产生的动态力，这些力以重复机械冲击的方式以针刺机的敲击频率出现。

[56]这两类力都能激发针刺机1的固有振动模式。

[57]特别是，在图1的承载机架10的结构的例子中，这些针刺过程中的动态力主要激发承载机架10在纵向平面XY中的固有垂直弯曲模式。

[58]在下面的描述中，对图1的针刺机1，人们主要对针刺机1的支撑机架10的这个固有弯曲模式感兴趣，因为由于针刺机1的特殊结构，这个特别的固有模式在实际当中最重要。但是需要强调的是，针刺机1的其它固有振动模式也会被激发，因此本发明也可用于调节针刺机的其它固有振动模式(例如针刺机的支撑机架或另一零件或零件组的扭转模式或固有组合模式)。

[59]当上述动态力的激发频率等于或足以接近针刺机1的固有弯曲模式的频率时，具有使支撑机架在垂直平面XY中的弯曲幅度被所述激发放大并达到针刺机的一可与共振相比拟的振动反应的很大危险。然而避免针刺机的支撑机架10的这种振动状态是极端重要的，否则就有严重损坏针刺机1的危险。

[60]调节装置2

[61]针刺机1的调节装置2可以避免支撑机架10的这些振动反应的问题。

[62]调节装置2一般可以考虑所需的针刺速度，并在必要的情况下根据该针刺速度调整针刺机1的固有弯曲模式的频率，使该固有频率足以远离针刺机承受的动态力的激发频率，避免支撑机架10的弯曲振动响应的有害放大。

[63]更特别的是，在图1和2的特殊实施变型中，调节装置2可以通过改变针刺机1的质量调节针刺机1的固有弯曲模式的频率。但是这种调节针刺机的固有频率的原理不是对本发明的限制。在本发明的另一实施变型中，如下面参照图3描述的，调节装置2可以设计为通过可以改变针刺机结构的刚性调节针刺机1固有弯曲模式的频率。

[64]还有，作为特别的并且不作为本发明的限制的方式，在图1和2的特别实施变型中，调节装置2可以将针刺机1的固有弯曲模式的频率只调节到两个不同的值。但是这不是本发明的限制。在本发明的另一实施变型中，调节装置2可以用于将针刺机1的固有弯曲模式的频率调节到一更大数量的值。

[65]参照图1和2，调节装置2包括一通过连接装置21安装在支撑机架10的两个上梁101上的质量块20。

[66]更特别的是，连接装置21包括：

[67]-两组立柱210/液压毂211，一立柱210固定在支撑机架的一根梁101上，并且相关的同轴轮毂211与质量块20连在一起，并能够相对立柱210垂直滑动；以及

[68]-几个位于质量块20与支撑机架10之间的垂直弹簧212。

[69]通过一例如用气动方法控制供应系统给液压毂211供油。

[70]根据通过供应系统调节的油压，轮毂211可以：

[71](a)或者使两个立柱210与质量块20联接；在这种情况下，质量块20与支撑机架10刚性连接；

[72](b)或者使两个立柱210与质量块20脱离；在这种情况下，支撑机架10通过弹簧212支撑质量块20，因此质量块20可以相对支撑机架10垂直振荡。

[73]弹簧212的刚性经过选择，使得质量块20在这些弹簧212上的喘振(pompage)模式的频率明显小于针刺机结构的固有弯曲模式的频率(例如喘振模式的频率小于10Hz)。

[74]因此，只要质量块20只通过弹簧212与针刺机1的支撑机架10连接(上述调节(b))，质量块20的喘振模式和针刺机结构的弯曲模式就被断开。因此在这种情况下，质量块20加到弹簧212上只是非常小地改变针刺机1结构的固有弯曲模式的频率。

[75]相反，当两个立柱210与质量块20联接时(上述调节(a))，由于质量块20与针刺机的支撑机架10刚性连接，针刺机的固有弯曲模式的频率明显降低一尤其取决于质量块20重量的值。

[76]调节装置2的实施例

[77]在本发明的一非限定特殊实施例中提出：

[78]-针刺机1的支撑机架10的固有弯曲模式与未同立柱210联接并位于弹簧212上的质量块20(上述调节(b))一起具有大约57Hz的固有频率Fp；以及

[79]-针刺机1的支撑机架10的固有弯曲模式与所述的同立柱210联接并与支撑机架10刚性连接的质量块(上述调节(a))具有大约49Hz的固有频率F’p。

[80]已经可以通过已知的有限元计算方法确定这些固有频率Fp和F’p，并且/或者已经实验确定了这些频率的特征。

[81]固有频率之间的差Δ(Δ＝Fp-F’p)取决于质量块20的重量，但还取决于它在支撑机架上的位置。如图1和2所示，质量块20最好(但不一定必须)在支撑机架10上对中，与质量块20的位置没有对中而是沿支撑机架的纵轴Y错开的方法相比，这样可以有利地用一重量更小的质量块得到垂直弯曲模式的固有频率差Δ。

[82]在这个特殊例子中，由于质量块20分离(调节(b))，得到的固有弯曲模式的频率差足够大，使得在因联接质量块(调节(a))与分离质量块(调节(b))得到的危险范围之间没有跨越。因此可以有利地通过根据针刺机的敲击速度以适当方式选择调解(a)或调节(b)使针刺机在它的整个速度范围上使用，而没有损坏其结构的危险。

[83]根据本发明的实施变型，可以通过使用者手动进行或者通过操纵调节装置2的控制软件自动实现调节(a)与调节(b)之间的选择。

[84]在自动实施的情况下，例如用两个调节(a)和(b)中每个调节的专有危险速度范围确定控制软件的参数，并且例如对输入变量有一针刺机使用者输入的针刺速度指令。在这种情况下，控制软件设计用于根据该指令和已确定参数的危险速度自动选择调节(a)或调节(b)，并自动操纵调解部件2。在另一实施变型中，还可检测针刺机结构承受的振动或动态力，并且控制软件可以根据这些检测出的振动或力自动操纵调节装置2。

[85]在上面的特殊例子中，在两个调节模式(a)或(b)之间得到的频率差Δ达8Hz。

[86]更普遍的是，固有频率之间的差Δ的值最好选择得尽可能小，以限制质量块20的重量，但应大于针刺机共振频率周围的频带，在该频带中，振动幅度对针刺机的结构是有害的。

[87]本发明不限于刚才描述的图1和2的调节装置2的特殊结构。调节装置2可以借助可手动或自动将针刺机1的固有弯曲模式的频率调节到一在至少两个不同值Fp、F’p之间选择的值的机械系统形成。

[88]前面描述的调节装置2具有两个运行位置(调节(a)和调节(b))，每个位置与针刺机结构垂直弯曲模式的固有频率的一调节值Fp或F’p相对应。在其它变型中，固有频率调节的数值可以大于2，例如设置几个质量块20。在另一变型中，调节装置2可以用于得到振动模式固有频率的一连续或几乎连续的差值。

[89]在使用一包括至少一附加质量块20的调节系统的情况下，可以用任何等效部件代替弹簧212，该部件起动时，可以使质量块20的振动与针刺机机架的振动分开。也可用一没有与支撑机架10机械联接并且可以临时恢复质量块20负荷的系统代替弹簧212。

[900]刚性调节装置3

[91]也可通过一可以改变支撑机架刚性的机械系统得到固有弯曲模式的频率调节。

[92]例如，图3示意性表示一可以调节支撑机架10的刚性的装置3的针刺机1。在该例中，调节装置3包括：

[93]-一些具有很大刚性的零件30，这些零件位于上梁101与机架10的侧板102之间，并且运行时能够传递针刺力；例如这些零件是一些弹簧、橡胶垫块等；

[94]-用于每个零件30的一紧固系统31，该系统被起动时可以在机架10的上梁101与侧板102之间得到一机械连接，该机械连接的刚性大于相关零件30的刚性；例如夹紧系统31可以带有一液压毂和一起重臂等。

[95]调节固有扭转模式的频率的部件4

[96]图4示意表示一包括一上针刺组S和一下针刺组I的双击针刺机1’，针刺机的两个针刺组沿横轴Z错开。

[97]运行时，此类针刺机具有至少一在横向垂直平面XZ中的固有扭转模式。

[98]该针刺机包括调节所述固有扭转模式频率的装置4。这些调节装置4具有与图1和2的针刺机1的调节装置2相同的结构(针刺机的机架通过包括一些弹簧412或类似零件和两个组件：立柱410/轮毂411的连接部件41支撑质量块40)和相同的功能。唯一的区别在于所述调节装置4的质量块40相对针刺机1’的支撑机架的位置。

[99]调节一条轴系的至少一固有扭转模式的频率

[100]图5示意性表示一包括一条轴系5的针刺机1”，该轴系5被一马达6带动，并用于使几个针刺模块7交替地垂直运动。运行时，该轴系5具有至少一能够被激发的固有扭转模式。因此某些针刺速度范围是被禁止的，否则就有损坏轴系5的危险，这些禁止范围内的动态力导致轴系5的扭转幅度非常大。

[101]为了解决该问题，为针刺机1”装备了调节轴系5固有扭转模式的装置8。装置8可以调节轴系5的转动惯性。

[102]更特别的是，在图5的变型中，调节装置8包括一安装在轴系5端部的惯性飞轮80和一位于惯性飞轮80与轴系5之间的机械轮毂81，该轮毂81可以使惯性飞轮80与轴系5转动联接，并且可以断开，以便在必要的情况下切断惯性飞轮80和轴系的转动。

[103]当转动联接装置81断开时，惯性飞轮80不被轴系5带动转动，并且轴系5有一具有预先确定频率Fp的固有扭转模式。

[104]当转动联接装置81闭合时，惯性飞轮80与轴系5转动联接，因此轴系5/惯性飞轮80的整体的固有扭转模式具有一预先确定并小于上述频率Fp的频率F’p。

[105]针刺机1”的使用者根据选定的针刺速度选择适应该速度的调节位置(使惯性飞轮80与轴系5转动联接或者不联接)。

[106]本发明不局限于刚才参照附图描述的优选实施例。特别是本发明不局限于附图的支撑机架的特殊结构，而是可以用于任何类型的针刺机结构。

Claims (15)

1.调节针刺机(1；1’；1”)的方法，该方法在于以一预先确定的针刺速度使用该针刺机，所述针刺速度激发所述针刺机的至少一固有振动模式，其特征在于，根据所述针刺速度调节所述针刺机的所述固有振动模式的频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述针刺机的所述固有振动模式的频率调节到一从至少两个预先确定的不同值(Fp；F’p)中选定的值，所述频率值(Fp；F’p)选择成使得所述针刺机可以在一预先确定的针刺速度范围内以任何速度运行。

3.针刺机(1；1’；1”)，其包括至少一活动针组，并且具有至少一固有振动模式，其特征在于，该针刺机包括调节所述固有震动模式的频率的调节装置(2；3；4；8)。

4.如权利要求3所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(2；3；4；8)设计用于可以将所述固有振动模式的频率调节到一从至少两个预先确定的不同值(Fp；F’p)中选择的值，所述频率值(Fp；F’p)选择成使得所述针刺机可以在一预先确定的针刺速度范围内以任何速度运行。

5.如权利要求3或4所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(2；4)设计用于改变所述针刺机的机架(10)的质量。

6.如权利要求5所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(2；4)包括一质量块(20；40)和连接该质量块与所述针刺机的机架(10)的连接装置(21、41)，所述连接装置(21、41)可以按至少两种调节配置动作，所述至少两种调节配置为：(a)在一种配置中，所述质量块与所述针刺机的机架(10)刚性连接；(b)在一种配置中，所述质量块(20；40)与所述针刺机的机架(10)分离或与所述机架(10)弹性连接。

7.如权利要求6所述的针刺机，其特征在于，所述连接装置包括插置在所述质量块(20、40)与所述针刺机机架(10)之间的预先确定刚性的弹性装置(212、412)。

8.如权利要求7所述的针刺机，其特征在于，所述弹性装置包括一个或多个弹簧(212；412)。

9.如权利要求6至8中任一项所述的针刺机，其特征在于，所述连接装置包括至少一固定立柱(210/410)，该固定立柱(210/410)与一液压毂(211/411)联接，该液压毂(211/411)与所述质量块(20/40)连在一起。

10.如权利要求3或4所述针刺机，其特征在于，所述调节装置(3)设计成用于改变所述针刺机的机架(10)的刚性。

11.如权利要求3至10中任一项所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(2；3)可以调节所述针刺机机架(10)的一固有弯曲模式的频率。

12.如权利要求3至11中任一项所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(2；3)可以调节所述针刺机机架(10)的一固有扭转模式的频率。

13.如权利要求3或4所述的针刺机，其特征在于，所述针刺机包括至少一轴系(5)、带动所述轴系(5)转动的驱动装置(6)、和调节所述轴系(5)的一固有扭转模式的频率的调节装置(8)。

14.如权利要求13所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(8)设计成用于改变所述轴系(5)的转动惯性。

15.如权利要求14所述的针刺机，其特征在于，所述调节装置(8)包括一安装在所述轴系(5)端部的惯性飞轮(80)、和转动联接所述惯性飞轮(80)与轴系(5)的联接装置(81)，所述联接装置(81)是可离合的。

Images