CN115125645A - 一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框 - Google Patents

一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框 Download PDF

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Abstract

一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，采用平面框架形式，包括上横梁和下横梁，上横梁和下横梁两端分别与左边梁、右边梁刚性连接；上横梁上安装有第一导板、第二导板和第三导板，下横梁上对应安装有第四导板、第五导板和第六导板；上横梁下方通过上穿综夹平行安装上穿综杆，下横梁上方通过下穿综夹平行安装下穿综杆，上穿综杆、下穿综杆两端与左边梁、右边梁刚性连接；上穿综杆和下穿综杆分别穿挂于综丝两端；上横梁、下横梁均采用复合材料，由不同夹芯材料和碳纤维层压板混合制成；本发明通过碳纤维复合材料综框，可使相同规格的综框重量减轻约25％，从而大幅降低开口系统惯性载荷与振动噪声，对于织机系统节约能耗、降低磨损具有重要现实意义。

Description

一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框
技术领域
本发明涉及纺织机械技术领域，特别是涉及一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框。
背景技术
综框是织机开口系统的核心运动部件，在织造生产过程中，综框长时间处于高速往复运动状态，由此产生的疲劳破坏、机体振动及纱线张力变化等，不仅会制约织机车速、影响织物质量，而且容易造成开口系统技术故障和停机检修，不利于纺织企业提高生产效率和利润。
近年来，新型无梭织机(如喷气织机、喷水织机)的车速已高达1800r/min，入纬率亦高达2000m/s，这种条件下，要求新型综框应具备质量轻、振动及噪声小、刚度、抗疲劳强度高等特性。随着现代机织技术的快速进步，传统综框已难以适应高速织机的生产要求，例如，当主轴以800r/min持续运转时，铝合金综框不仅会产生较大的振动噪声，而且容易出现疲劳裂纹，严重时甚至会造成框架断裂，不利于织机系统的安全生产和稳定运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，通过碳纤维复合材料综框，可使相同规格的综框重量减轻约25％，从而大幅降低开口系统惯性载荷与振动噪声，对于织机系统节约能耗、降低磨损具有重要现实意义。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，采用平面框架形式，包括上横梁1和下横梁2，上横梁1和下横梁2两端分别与左边梁3、右边梁4刚性连接；上横梁1上安装有第一导板9、第二导板10和第三导板11，下横梁2上对应安装有第四导板12、第五导板13和第六导板14；上横梁1下方通过上穿综夹5平行安装上穿综杆7，下横梁2上方通过下穿综夹6平行安装下穿综杆8，上穿综杆7、下穿综杆8两端与左边梁3、右边梁4刚性连接；上穿综杆7和下穿综杆8分别穿挂于综丝15两端。
所述的上横梁1、下横梁2均采用复合材料，由不同夹芯材料和碳纤维层压板混合制成。
所述的上横梁1结构和下横梁2相同；上横梁1最内部为上下两端带有U型槽的木芯1-3，在U型槽内部粘固一根与U型槽长度相同的复合材料内梁，复合材料内梁由蜂窝芯材1-1和其外表面叠层缠绕的第一碳纤维层1-2构成；在U型槽端部覆盖黏合有具有减振和密封功能的阻尼密封条1-4；通过对预浸料布进行叠层缠绕，在木芯1-3两侧面和阻尼密封条1-4外表面形成第二碳纤维层1-5。
所述的蜂窝芯材1-1外表面第一碳纤维层1-2的碳纤维预浸料缠绕采用非对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t1，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α1/θ1/90/0/α1/θ1/90]，其中，t1根据U型槽尺寸确定，α1和θ1由复合材料内梁的截面尺寸和第一碳纤维层1-2的丝束密度来确定。
所述的上横梁1外表面第二碳纤维层1-5的碳纤维预浸料缠绕采用对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t2，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α2/θ2/90/90/θ2/α2/0]，其中，t2-由综框导轨槽宽确定，α2和θ2由上横梁1的振动实验和第二碳纤维层1-5的丝束密度来确定。
所述的预浸料由离型纸、碳纤维丝束和基体材料(环氧树脂)构成，制作复合材料内梁构件时，首先将涂有树脂黏合剂的碳纤维预浸料布在蜂窝芯材1-1的外表面上进行平行铺设和缠绕，同时利用压辊滚动平整布面、清除汽包，然后按照相同工序对其它各层预浸料布依次进行铺设和缠绕，直至达到内梁预制件所需纤维层厚度，即x*t1,其中，x为8的整数倍，最后将预制件装入涂有脱模剂的模具进行锁合加紧，并在80℃～130℃温度区间内，利用烘箱对其进行加热凝固和增压定型，待模具和碳纤维层完全固化定型后，将其从烘箱中取出开模，并使内梁构件在空气中自然冷却；上横梁1外表面第二碳纤维层1-5的制作工艺与第一纤维层1-2相同。
所述的左边梁3和右边梁4结构相同，其上设有供上横梁1和下横梁2连接的插槽以及供上穿综杆7和下穿综杆8连接的插孔；左边梁3、右边梁4均为铝合金材质，通过模具或铣削加工制成。
所述的第一导板9、第二导板10、第三导板11、第四导板12、第五导板13和第六导板14均采用具有高耐磨性的聚酰胺材料，由模具加工或3D打印制成。
所述的上穿综杆7、下穿综杆8、上穿综夹5、下穿综夹6及综丝15，均采用铝材，由模具或机加工制成。
本发明的有益效果是：碳纤维复合材料具有优异的机械物理性能，如比模量和比强度高、抗疲劳性强等，本发明将含夹芯结构的碳纤维复合材料应用于综框专用件，可大幅提升高速织机系统的工作效能。在提高综框刚性和强度的同时实现了结构轻量化，能在很大程度上减小织机生产过程中的惯性载荷。不仅可以有效降低开口技术故障、提高生产效率，而且能够在很大程度上减小振动噪声、改善车间环境，有益于纺织工人的身心健康。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明上横梁的截面示意图。
图3是本发明横梁内部木芯的轴测及截面示意图。
图4是本发明横梁内部蜂窝芯材的碳纤维预浸料布铺设角度示意图。
图5是本发明横梁外表面的碳纤维预浸料布铺设角度示意图。
图6是本发明碳纤维层铺叠原理及结构示意图。
图7是本发明左边梁的结构示意图。
图8是本发明在织机开口系统中的装配连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。
如图1所示，一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，采用平面框架形式，包括上横梁1和下横梁2，上横梁1和下横梁2两端分别与左边梁3、右边梁4刚性连接；上横梁1上安装有第一导板9、第二导板10和第三导板11，下横梁2上对应安装有第四导板12、第五导板13和第六导板14；上横梁1下方通过上穿综夹5平行安装上穿综杆7，上穿综杆7两端与左边梁3、右边梁4刚性连接；下横梁2上方通过下穿综夹6平行安装下穿综杆8，下穿综杆8两端与左边梁3、右边梁4刚性连接；上穿综夹5与上横梁1刚性连接，下穿综夹6与下横梁2刚性连接；上穿综杆7和下穿综杆8分别穿挂于综丝15两端。
所述的上横梁1、下横梁2均采用复合材料，由不同夹芯材料和碳纤维层压板混合制成。
如图2、图3所示，所述的上横梁1结构和下横梁2相同；上横梁1最内部为上下两端带有U型槽的木芯1-3，在U型槽内部粘固一根与U型槽长度相同的复合材料内梁，复合材料内梁由蜂窝芯材1-1和其外表面叠层缠绕的第一碳纤维层1-2构成；为增强横梁减振性能，在U型槽端部覆盖黏合有具有减振和密封功能的阻尼密封条1-4；通过对预浸料布进行叠层缠绕，在木芯1-3两侧面和阻尼密封条1-4外表面形成第二碳纤维层1-5。
如图4所示，为提高上横梁1和下横梁2的复合材料内梁的静力强度与刚度，蜂窝芯材1-1外表面第一碳纤维层1-2的碳纤维预浸料缠绕采用非对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t1，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α1/θ1/90/0/α1/θ1/90]，其中，t1根据U型槽尺寸确定，α1和θ1由复合材料内梁的截面尺寸和第一碳纤维层1-2的丝束密度来确定。
如图5所示，为了消除综框横向振动所产生的弯曲耦合应力，上横梁1外表面第二碳纤维层1-5的碳纤维预浸料缠绕采用对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t2，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α2/θ2/90/90/θ2/α2/0]，其中，t2-由综框导轨槽宽确定，α2和θ2由上横梁1的振动实验和第二碳纤维层1-5的丝束密度来确定。
如图6所示，所述的预浸料由离型纸、碳纤维丝束和基体材料(环氧树脂)构成，制作复合材料内梁构件时，首先将涂有树脂黏合剂的碳纤维预浸料布在蜂窝芯材1-1的外表面上进行平行铺设和缠绕，同时利用压辊滚动平整布面、清除汽包，然后按照相同工序对其它各层预浸料布依次进行铺设和缠绕，直至达到内梁预制件所需纤维层厚度(即x*t1,其中，x为8的整数倍)，最后将预制件装入涂有脱模剂的模具进行锁合加紧，并在80℃～130℃温度区间内，利用烘箱对其进行加热凝固和增压定型，待模具和碳纤维层完全固化定型后，将其从烘箱中取出开模，并使内梁构件在空气中自然冷却；上横梁1外表面第二碳纤维层1-5的制作工艺与第一纤维层1-2相同，两者区别主要在于前者采用对称纤维铺层，后者采用非对称纤维铺层，两种铺层形态具有不同的力学性能。
如图7所示，所述的左边梁3和右边梁4结构相同，其上设有供上横梁1和下横梁2连接的插槽以及供上穿综杆7和下穿综杆8连接的插孔；左边梁3、右边梁4均为铝合金材质，可通过专用模具或铣削加工制成。
所述的第一导板9、第二导板10、第三导板11、第四导板12、第五导板13和第六导板14均采用具有高耐磨性的聚酰胺材料，由模具加工或3D打印制成。
所述的上穿综杆7、下穿综杆8、上穿综夹5、下穿综夹6及综丝15，均采用一般铝材，可由专用模具或机加工制成。
如图8所示，一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其在织机开口系统中的装配连接关系为：下横梁2底部与第一拉杆Z1、第二拉杆Z2刚性连接，左边梁3、右边梁4与综框左导轨Z3、右导轨Z4之间为滑动连接，纱线Z5从综丝15中心孔穿过。
本发明的工作原理为：
织机开口系统启动运行后，随着送经和卷取运动的同步进行，开口电动机通过传动系统(凸轮或连杆机构)将动力传递至第一拉杆Z1、第二拉杆Z2，使其通过下横梁2拉动综框整体作垂直往复运动(即左边梁3、右边梁4分别沿左导轨Z3、右导轨Z4发生同步往复直线运动)，与此同时，上横梁1、下横梁2通过上穿综夹5和下穿综夹6将动力传递至上穿综杆7和下穿综杆8，使其带动综丝15作往复直线运动，在此过程中，纱线Z5被综丝15往复提拉形成梭口，用以配合织机的引纬和打纬作业。此外，上横梁1上配装的第一导板9、第二导板10和第三导板11，下横梁2上配装的第四导板12、第五导板13和第六导板14，这些导板由高耐磨性材料聚酰胺制成，且厚度比横梁更厚，用以对各页综框进行间隙隔离，防止综框本体交错运动时发生摩擦或碰撞。
与传统铝合金综框相比，这种含夹芯结构的碳纤维复合材料综框不仅经济耐用，而且具有重量轻、强度高、振动小、噪声低及运行平稳等诸多优点，能够很好地满足高速、高密及宽幅的现代化织造技术要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：采用平面框架形式，包括上横梁(1)和下横梁(2)，上横梁(1)和下横梁(2)两端分别与左边梁(3)、右边梁(4)刚性连接；上横梁(1)上安装有第一导板(9)、第二导板(10)和第三导板(11)，下横梁(2)上对应安装有第四导板(12)、第五导板(13)和第六导板(14)；上横梁(1)下方通过上穿综夹(5)平行安装上穿综杆(7)，下横梁(2)上方通过下穿综夹(6)平行安装下穿综杆(8)，上穿综杆(7)、下穿综杆(8)两端与左边梁(3)、右边梁(4)刚性连接；上穿综杆(7)和下穿综杆(8)分别穿挂于综丝(15)两端；
所述的上横梁(1)、下横梁(2)均采用复合材料，由不同夹芯材料和碳纤维层压板混合制成。
2.根据权利要求1所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的上横梁(1)结构和下横梁(2)相同；上横梁(1)最内部为上下两端带有U型槽的木芯(1-3)，在U型槽内部粘固一根与U型槽长度相同的复合材料内梁，复合材料内梁由蜂窝芯材(1-1)和其外表面叠层缠绕的第一碳纤维层(1-2)构成；在U型槽端部覆盖黏合有具有减振和密封功能的阻尼密封条(1-4)；通过对预浸料进行叠层缠绕，在木芯(1-3)两侧面和阻尼密封条(1-4)外表面形成第二碳纤维层(1-5)。
3.根据权利要求2所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的蜂窝芯材(1-1)外表面第一碳纤维层(1-2)的碳纤维预浸料缠绕采用非对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t1，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α1/θ1/90/0/α1/θ1/90]，其中，t1根据U型槽尺寸确定，α1和θ1由复合材料内梁的截面尺寸和第一碳纤维层(1-2)的丝束密度来确定。
4.根据权利要求2所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的上横梁(1)外表面第二碳纤维层(1-5)的碳纤维预浸料缠绕采用对称铺层，一个完整的铺层单元包含8层纤维，每层纤维厚度记为t2，铺设方向以纤维与X轴夹角为参考，记为[0/α2/θ2/90/90/θ2/α2/0]，其中，t2-由综框导轨槽宽确定，α2和θ2由上横梁(1)的振动实验和第二碳纤维层(1-5)的丝束密度来确定。
5.根据权利要求3或4所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的预浸料由离型纸、碳纤维丝束和基体材料构成，制作复合材料内梁构件时，首先将涂有树脂黏合剂的碳纤维预浸料布在蜂窝芯材(1-1)的外表面上进行平行铺设和缠绕，同时利用压辊滚动平整布面、清除汽包，然后按照相同工序对其它各层预浸料布依次进行铺设和缠绕，直至达到内梁预制件所需纤维层厚度，即x*t1,其中，x为8的整数倍，最后将预制件装入涂有脱模剂的模具进行锁合加紧，并在80℃～130℃温度区间内，利用烘箱对其进行加热凝固和增压定型，待模具和碳纤维层完全固化定型后，将其从烘箱中取出开模，并使内梁构件在空气中自然冷却；上横梁(1)外表面第二碳纤维层(1-5)的制作工艺与第一纤维层(1-2)相同。
6.根据权利要求1所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的左边梁(3)和右边梁(4)结构相同，其上设有供上横梁(1)和下横梁(2)连接的插槽以及供上穿综杆(7)和下穿综杆(8)连接的插孔；左边梁(3)、右边梁(4)均为铝合金材质，通过模具或铣削加工制成。
7.根据权利要求1所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的第一导板(9)、第二导板(10)、第三导板(11)、第四导板(12)、第五导板(13)和第六导板(14)均采用具有高耐磨性的聚酰胺材料，由模具加工或3D打印制成。
8.根据权利要求1所述的一种含夹芯分层的高强度碳纤维综框，其特征在于：所述的上穿综杆(7)、下穿综杆(8)、上穿综夹(5)、下穿综夹(6)及综丝(15)，均采用铝材，由模具或机加工制成。
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