CN115074894B - 一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法，属于间隔织物引纬技术领域，包括以下步骤：一、用共轭凸轮连杆机构经齿轮减速，利用齿轮齿条驱动双层剑杆往复变速运动，满足双层织造；二、计算纬纱交接时各传动机构的动程；三、基于三角函数设计凸轮从动件的运动规律。本发明有效控制了剑杆在幅外的静止时间，降低负向加速度峰值，控制纬纱交接时剑杆振动，实现纬纱的平稳交接；并从幅宽与织造速度方面考虑，合理选择共轭凸轮从动件运动规律的参数，设计了使用不同幅宽与车速的共轭凸轮，满足差异化织造需求，可快速精准实现引纬工艺的调整，并有效控制引纬机构及剑杆的动态特性，实现高速精确引纬。

Description

一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法

技术领域

本发明属于间隔织物引纬技术领域，尤其是涉及一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法。

背景技术

间隔织物是具有代表性的立体织物之一，它是用经纱将上下两层织物连接起来构成的中空结构立体织物。

但现有间隔织物的引纬工艺具有以下缺点：

一、现有共轭凸轮引纬机构常用于挠性剑杆引纬，单层织造；

二、凸轮从动件运动规律设计不合理，剑杆在幅外静止时间过大，引纬过程中剑杆振动大，导致纬纱交接不稳定，且未针对不同车速与幅宽条件下进行参数设计，不能满足差异化产品的织造需求；

三、凸轮设计过程与剑杆运动的结合不密切，未能从工艺角度出发设计凸轮，导致引纬过程中纬纱交接、进出梭口时间和握持纬纱时间调节困难。

本发明研究发现，间隔织物引纬工艺需求应遵循以下要求：

一、剑杆运动平稳，启停阶段剑杆的速度与加速度连续变化，无突变；

二、剑杆进入织口前，钢筘位于后死心具有较长的静止时间，钢筘开始运动时，剑杆完全退出织口；

三、尽量减小幅外动程，降低剑杆运动过程中的速度与加速度峰值，尤其是降低加速度平均值；

四、接纬剑与送纬剑交接时平稳，相对速度小。

基于上述设计要求，本发明设计了共轭凸轮引纬机构的传动路径及双层剑杆的驱动方法。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法，包括以下步骤：

一、用共轭凸轮连杆机构经齿轮减速，利用齿轮齿条驱动双层剑杆往复变速运动，满足双层织造；

二、计算纬纱交接时各传动机构的动程；

三、基于三角函数设计凸轮从动件的运动规律。

在步骤一中，所述共轭凸轮连杆引纬机构是轴对称结构，包括织机主轴，主轴齿轮分别安装在织机主轴的两边，并随织机主轴匀速转动；所述织机主轴通过啮合主轴齿轮、从动齿轮传动凸轮轴匀速转动，共轭凸轮安装在凸轮轴两侧，并随凸轮轴匀速转动；共轭凸轮驱动连杆机构往复摆动，扇形齿轮分别与连杆机构固结；扇形齿轮往复摆动，并通过传动齿轮组往复摆动，剑带轮与第一伞齿轮同轴，剑带轮往复回转并分别驱动送纬剑杆和接纬剑杆作往复直线运动，且送纬剑杆和接纬剑杆的端部分别安装送纬剑头和接纬剑头。

进一步地，所述送纬剑头在进入织口前携带纬纱，并与接纬剑头同时向筘幅中间运动，在中间纬纱交际区域纬纱由送纬剑头转移到接纬剑头，向织机幅外运动，并将纬纱带出织口，接纬剑头退出织口后释放纬纱。

进一步地，与第一伞齿轮同轴的剑带轮沿轴线方向可安装多组剑带轮，轴线方向相邻两组剑带轮之间保持一定间距。

进一步地，所述共轭凸轮连杆机构双层剑杆的驱动方法，包括电机匀速转动，经主轴齿轮、从动齿轮传动共轭凸轮匀速转动，共轭凸轮驱动安装滚子的凸轮转子臂绕固定轴O ₁₄往复摆动，凸轮转子臂与转子臂连杆固结，即转子臂连杆绕固定轴O ₁₄往复摆动；转子臂连杆经连杆驱动摆杆绕固定轴O ₆往复摆动，摆杆与扇形齿轮固结且绕固定轴O ₆往复摆动；扇形齿轮与齿轮啮合，并带动齿轮往复摆动，齿轮与第二伞齿轮同轴；第二伞齿轮传动至第一伞齿轮绕轴O ₉作往复转动，剑带轮与第一伞齿轮同轴并绕O ₉作往复转动，并经剑杆带动剑头作往复直线运动，剑头携带纱线并实现纬纱交接。

在步骤二中，引纬（纬纱交接）运动结束后，送纬剑和接纬剑在筘幅外侧保持静止，且送纬剑头端部与钢筘距离为H，接纬剑头端部与钢筘距离为G，即送纬剑和接纬剑幅外动程分别为H和G，织机的筘幅为W，钢筘的中线为PP。

进一步地，引纬（纬纱交接）过程中，送纬剑和接纬剑由静止位置向筘幅中心线PP运动，且越过中心线PP的距离均为D，即送纬剑和接纬剑的动程达到最大值，其中送纬剑最大动程为：

接纬剑最大动程为：

凸轮从动件最大角位移确定方法

令或/>，式中s为剑杆位移，图5示出在织机主轴旋转1圈时的剑杆位移曲线。S_B的取值范围[0，1]，取/>或/>，即幅外动程与最大动程的比值。当给定R _io时，与剑杆位移曲线交点为B、D，所对应的进出梭口时织机主轴转角分别为θ _in和θ _out。

凸轮从动件最大角位移确定流程：

①首先确定织机筘幅W和剑头越过中心线的距离D；

②其次根据给定R _io确定剑杆位移的最大动程；

③由剑带轮10、第一伞齿轮9、第二伞齿轮8、齿轮7和扇形齿轮6的传动比确定摆杆6ʹ的最大角位移；

④通过转子臂连杆14ʹ和摆杆6ʹ杆长关系确定转子臂连杆14ʹ的最大角位移，即凸轮从动件的最大角位移。

在步骤三中，

设剑杆往复运动1次所对应织机主轴转角的时间为θ ₀，且θ ₀≤360°则基于一组三角函数设计凸轮从动件的运动规律，其标准化方程为

式中：s=s(θ)为剑头位移标准值，S(θ)为剑头实际位移，S _max为剑头位移最大值，a _k 为三角函数系数，θ为凸轮轴转角。

角位移函数s=s(θ)的一阶、二阶导数分别为：

式中：v,a分别称为类角速度和类角加速度；V,A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω ₀为凸轮辅助圆角速度。

三角函数系数a _k 确定的边界条件为

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

一、设计了共轭凸轮引纬的机构的传动路径及双层剑杆的驱动方法，运用共轭凸轮连杆机构驱动齿轮机构变速运动，并利用齿轮齿条原理驱动双层剑杆往复变速运动，满足双层织造。

二、提出了一种共轭凸轮从动件运动规律的设计方法，有效控制剑杆在幅外的静止时间，降低负向加速度峰值，控制纬纱交接时剑杆振动，实现纬纱的平稳交接；并从幅宽与织造速度方面考虑，合理选择共轭凸轮从动件运动规律的参数，设计了使用不同幅宽与车速的共轭凸轮，满足差异化织造需求；该方法可进一步扩展细化，形成系列化的设计，适应织机系列化需求。

三、设计凸轮从动件运动规律时充分考虑纬纱交接、进出梭口时间和握持纬纱时间及剑杆运动动态特性，以上述工艺需求为运动规律的边界条件，可快速精准实现引纬工艺的调整，并有效控制引纬机构及剑杆的动态特性，实现高速精确引纬。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本发明引纬机构传动原理图

图2是本发明共轭凸轮传剑机构工作原理图

图3是本发明引纬运动示意图（a）

图4是本发明引纬运动示意图（b）

图5是本发明剑杆运动动程设计图

图6是本发明θ ₀=360°凸轮从动件运动特性图

图7是本发明θ ₀=270°凸轮从动件运动特性图

图8是本发明θ ₀=360°凸轮实际廓线图

图9是本发明θ ₀=270°凸轮实际廓线图

图10是本发明θ ₀=360°，n=300rpm剑杆运动特性图

图11是本发明θ ₀=270°，n=240rpm剑杆运动特性图

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法，用共轭凸轮连杆机构并经齿轮减速，利用齿轮齿条原理驱动双层剑杆往复变速运动，满足双层织造。

共轭凸轮连杆机构引纬机构的传动：

如图1所示，电机1驱动织机主轴匀速转动，主轴齿轮2a、2b分别安装在织机主轴的两边，并随织机主轴匀速转动；织机主轴通过啮合主轴齿轮2a、从动齿轮3a与主轴齿轮2b、从动齿轮3b传动凸轮轴匀速转动，共轭凸轮4a、4b安装在凸轮轴两侧，并随凸轮轴匀速转动；共轭凸轮4a、4b驱动连杆机构5a、5b往复摆动，扇形齿轮6a、6b分别与连杆机构5a、5b固接；扇形齿轮6a往复摆动，并通过传动齿轮组7a、8a、9a往复摆动，剑带轮10a与传动齿轮9a同轴，剑带轮10a往复回转并驱动送纬剑杆11a作往复直线运动，且送纬剑杆11a的端部安装送纬剑头12a；同理，扇形齿轮6b往复摆动，并通过传动齿轮组7b、8b、9b往复摆动，剑带轮10b与传动齿轮9b同轴，剑带轮10b往复回转并驱动接纬剑杆11b作往复直线运动，且接纬剑杆11b的端部安装接纬剑头12b；送纬剑头12a在进入织口前携带纬纱，并与接纬剑头12b同时向筘幅中间运动，在中间纬纱交际区域纬纱由送纬剑头12a转移到接纬剑头12b，向织机幅外运动，并将纬纱带出织口，接纬剑头12b退出织口后释放纬纱。

传动齿轮9a、9b沿轴线方向可同轴安装多组剑带轮10a、10b，轴线方向相邻两组剑带轮之间保持一定的间距。

其中，传动齿轮8a、8b为第二伞齿轮，9a、9b为第一伞齿轮，

共轭凸轮连杆机构的传剑方法：

如图2所示，电机1匀速转动，经主轴齿轮2a、从动齿轮3a、主轴齿轮2b、从动齿轮3b传动共轭凸轮4匀速转动，共轭凸轮4驱动安装滚子13a、13b的凸轮转子臂14a、14b绕固定轴O₁₄往复摆动，凸轮转子臂14a、14b与转子臂连杆14ʹ固结，即转子臂连杆14ʹ绕固定轴O₁₄往复摆动；转子臂连杆14ʹ经连杆15驱动摆杆6ʹ绕固定轴O₆往复摆动，摆杆6ʹ与扇形齿轮6固结且绕固定轴O₆往复摆动；扇形齿轮6与齿轮7啮合，并带动齿轮7往复摆动，齿轮7与第二伞齿轮8同轴；第二伞齿轮8传动第一伞齿轮9绕轴O₉作往复转动，剑带轮10与第一伞齿轮9同轴并绕O₉作往复转动，并经剑杆11带动剑头12作往复直线运动，剑头携带纱线并实现纬纱交接。

纬纱交接及动程计算：

如图3至图5所示，引纬（纬纱交接）运动结束后，送纬剑11a、12a和接纬剑11b、12b在筘幅外侧保持静止，且送纬剑头12a端部与钢筘距离为H，接纬剑头12b端部与钢筘距离为G，即送纬剑11a、12a和接纬剑11b、12b幅外动程分别为H和G，织机的筘幅为W，钢筘的中线线为PP。引纬（纬纱交接）过程中，送纬剑11a、12a和接纬剑11b、12b由静止位置向筘幅中心线PP运动，且越过中心线CC的距离均为D，即送纬剑11a、12a和接纬剑11b、12b的动程达到最大值，其中送纬剑11a、12a最大动程为：

接纬剑11b、12b最大动程为：

凸轮从动件最大角位移确定方法

令或/>，式中s为剑杆位移，图5示出在织机主轴旋转1圈时的剑杆位移曲线。S _B 的取值范围[0，1]，取/>或/>，即幅外动程与最大动程的比值。当给定R _io时，与剑杆位移曲线交点为B、D，所对应的进出梭口时织机主轴转角分别为θ _in和θ _out。

凸轮从动件最大角位移确定流程：

①首先确定织机筘幅W和剑头越过中心线的距离D；

②其次根据给定R _io确定剑杆位移的最大动程；

③由剑带轮10、第一伞齿轮9、第二伞齿轮8、齿轮7和扇形齿轮6的传动比确定摆杆6ʹ的最大角位移；

④通过转子臂连杆14ʹ和摆杆6ʹ杆长关系确定转子臂连杆14ʹ的最大角位移，即凸轮从动件的最大角位移。

凸轮从动件运动规律的设计：

设剑杆往复运动1次所对应织机主轴转角的时间为θ ₀，且θ ₀≤360°则基于一组三角函数设计凸轮从动件的运动规律，其标准化方程为

式中：s=s(θ)为剑头位移标准值，S(θ)为剑头实际位移，S _max为剑头位移最大值，a _k 为三角函数系数，θ为凸轮轴转角。

角位移函数s=s(θ)的一阶、二阶导数分别为：

式中：v,a分别称为类角速度和类角加速度；V,A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω ₀为凸轮辅助圆角速度。

三角函数系数a _k 确定的边界条件为

如图6和图7所示，基于凸轮从动件运动规律，分别设计了θ ₀取值不同时的运动规律，图中分别示出θ ₀=360°与θ ₀=270°时的凸轮从动件位移曲线，凸轮从动件位移曲线连续变化无突变，无刚性与柔性冲击，机构运转平稳。当θ ₀=360°时速度和加速度标准值的峰值较小，当凸轮从动件最大位移动程与负向加速度峰值相同时，其工作转速要高于θ ₀=270°时凸轮转速，更适合于高速织机；当θ ₀＜360°时剑头在筘幅外侧具有绝对静止时间，凸轮从动件速度和加速度标准值的峰值较大，当剑头最大位移动程与负向加速度峰值相同时，其工作转速要小于θ ₀=360°时凸轮转速，织机运转速度较高；凸轮从动件速度和加速度标准值随着θ ₀的增加而减小，且速度标准值与θ₀成反比，速度标准值与θ ₀的平方成反比。

凸轮廓线设计和剑杆运动规律分析：

如图8和图9所示，分别示出θ ₀=360°与θ ₀=270°时的凸轮实际廓线，凸轮实际廓线连续光滑。当θ ₀=360°时凸轮曲率半径变化较小，最大压力角较小；当θ ₀=270°时凸轮曲率半径变化较大，最大压力角较大。如图10和图11所示，分别示出θ ₀=360°，n=300rpm剑杆运动特性、θ ₀=270°，n=240rpm剑杆运动特性。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种间隔织物用双层刚性剑杆驱动与控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、用共轭凸轮连杆机构经齿轮减速，利用齿轮齿条驱动双层剑杆往复变速运动，满足双层织造；

二、计算纬纱交接时各传动机构的动程；

三、基于三角函数设计凸轮从动件的运动规律；

在步骤一中，所述共轭凸轮连杆机构是轴对称结构，包括织机主轴，主轴齿轮分别安装在织机主轴的两边，并随织机主轴匀速转动；所述织机主轴通过啮合主轴齿轮、从动齿轮传动凸轮轴匀速转动，共轭凸轮安装在凸轮轴两侧，并随凸轮轴匀速转动；共轭凸轮驱动连杆机构往复摆动，扇形齿轮分别与连杆机构固结；扇形齿轮往复摆动，并通过传动齿轮组往复摆动，剑带轮与第一伞齿轮同轴，剑带轮往复回转并分别驱动送纬剑杆和接纬剑杆作往复直线运动，且送纬剑杆和接纬剑杆的端部分别安装送纬剑头和接纬剑头；

所述送纬剑头在进入织口前携带纬纱，并与接纬剑头同时向筘幅中间运动，在中间纬纱交际区域纬纱由送纬剑头转移到接纬剑头，向织机幅外运动，并将纬纱带出织口，接纬剑头退出织口后释放纬纱；

第一伞齿轮沿轴线方向同轴安装两组剑带轮，轴线方向相邻两组剑带轮之间保持一定间距；

所述共轭凸轮连杆机构的驱动方法，包括电机匀速转动，经主轴齿轮、从动齿轮传动共轭凸轮匀速转动，共轭凸轮驱动安装滚子的凸轮转子臂绕固定轴O₁₄往复摆动，凸轮转子臂与转子臂连杆固结，即转子臂连杆绕固定轴O₁₄往复摆动；转子臂连杆经连杆驱动摆杆绕固定轴O₆往复摆动，摆杆与扇形齿轮固结且绕固定轴O₆往复摆动；扇形齿轮与齿轮啮合，并带动齿轮往复摆动，齿轮与第二伞齿轮同轴；第二伞齿轮传动至第一伞齿轮绕轴O₉作往复转动，剑带轮与第一伞齿轮同轴并绕轴O₉作往复转动，并经剑杆带动剑头作往复直线运动，剑头携带纱线并实现纬纱交接；

纬纱交接运动结束后，送纬剑和接纬剑在筘幅外侧保持静止，且送纬剑头端部与钢筘距离为H，接纬剑头端部与钢筘距离为G，即送纬剑和接纬剑幅外动程分别为H和G，织机的筘幅为W，钢筘的中线为PP；

纬纱交接过程中，送纬剑和接纬剑由静止位置向筘幅中心线PP运动，且越过中心线PP的距离均为D，即送纬剑和接纬剑的动程达到最大值，

其中送纬剑最大动程为：

接纬剑最大动程为：

凸轮从动件最大角位移确定方法：

令或/>，式中s为剑杆位移，S_B的取值范围[0，1]，取或/>，即幅外动程与最大动程的比值，当给定R_io时，与剑杆位移曲线交点为B、D，所对应的进出梭口时织机主轴转角分别为θ_in和θ_out；

在步骤三中，设剑杆往复运动1次所对应织机主轴转角的时间为θ₀，且θ₀≤360°则基于一组三角函数设计凸轮从动件的运动规律，其标准化方程为：

式中：s=s(θ)为剑头位移标准值，S(θ)为剑头实际位移，S_max为剑头位移最大值，a_k为三角函数系数，θ为凸轮轴转角，

角位移函数s=s(θ)的一阶、二阶导数分别为：

式中：v, a分别称为类角速度和类角加速度；V, A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω₀为凸轮辅助圆角速度，

三角函数系数a_k确定的边界条件为：

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