CN118007298A - 一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备及编织方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备，包括送经机构、提纱开口机构、引纬机构、打纬机构和用于牵引卷径的卷经机构；提纱开口机构包括电子提纱机构、连线综丝，连线综丝设置经纱穿过的综眼；电子提纱机构包括若干单独控制的阵列排布的提纱单元，每个提纱单元控制一根连线综丝的上下移动，送经机构用于将经纱送往综眼；引纬机构用于带动纬纱在提纱开口机构带动下的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织；打纬机构位于提纱开口机构和引纬机构之间，用于将交织的经纱与纬纱打到织口处。提纱开口机构通过连线综丝精准控制每一个经纱线的上下运动，经纱上下形成织口的形式多样化，以实现复杂变截面预制体编织。

Description

一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备及编织 方法

技术领域

本发明涉及复合材料纺织机械，具体是涉及一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备及编织方法。

背景技术

三维机织凭借较高的织造效率及成形质量，是目前三维织物重要的成形方法之一。传统三维机织装备通常采用单个或多个剑杆引纬，经纱依次穿在多个综框的综丝上，通过综框的上下移动使经纱之间呈现开口，经、纬纱交织成形三维预制体，这种传统的三维机织装备通常成形的织物结构较为单一，常为平板件，且不能随意改变织物内部结构，无法成形变截面织物；环形织物通常采用三维编织成形，但三维编织环形预制体严格依赖编织芯模，成形尺寸受三维编织装备规格限制严重且成本高昂，对于变截面织物难以保证织物均匀性。

随着变截面环形预制体的需求增涨，同时对大成形尺寸、高成形质量的要求，传统的三维机织及三维编织装备均无法满足该领域的需求，主要瓶颈在于传统三维机织及三维编织对大尺寸变截面环形预制体存在工艺限制，无法突破。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提高复合材料变截面环形预制体的成形质量与效率的三维机织设备及编织方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备，包括送经机构、提纱开口机构、引纬机构、打纬机构和卷经机构；

所述提纱开口机构包括电子提纱机构、连线综丝，所述连线综丝设置经纱穿过的综眼；所述电子提纱机构包括若干单独控制的阵列排布的提纱单元，每个提纱单元控制一根连线综丝的上下移动，从而带动穿过连线综丝上综眼的经纱上下移动形成开口，

所述送经机构用于将经纱送往综眼；

所述引纬机构用于带动纬纱在提纱开口机构带动下的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织；

所述打纬机构位于提纱开口机构和引纬机构之间，用于将交织的经纱与纬纱打到织口处；所述卷经机构位于引纬机构远离送经机构的一侧，用于牵引卷径。

进一步的，所述提纱开口机构的提纱单元通过定制绳连接目标连线综丝；所述提纱开口机构还包括分线孔板，分线孔板上设置若干陈列分布的分线孔，所述定制绳穿过分线孔与连线综丝连接，所述分线孔板用于约束连线综丝之间的距离。所述分线孔板的尺寸与连线综丝的长度根据复合材料变截面环形预制体要求进行预设。电子提纱机构通过分线孔板能够精准控制分线孔板各孔对应连线综丝的上下移动，从而带动穿过连线综丝上综眼的经纱上下移动形成开口。

分线孔板上的各分线孔之间间距根据设计分线孔板尺寸决定，分线孔数量不变的前提下，根据三维机织复合材料变截面环形预制体装备对分线孔板尺寸的约束进行设计；高自由度的提纱开口机构中的连线综丝与分线孔板的分线孔一一对应，连线综丝的长度根据穿过综眼的经纱需要上下移动的距离决定。

分线孔板尺寸和连线综丝长度的约束取决于三维机织复合材料变截面环形预制体装备目标预制体构件的层数大小，分线孔板在垂直于幅宽方向的尺寸与连线综丝长度共同决定了上、下经纱的开口角度，根据织造所需开口角度可设计分线孔板尺寸和连线综丝长度。

进一步的，所述送经机构包括储纱送经机构，所述储纱送经机构包括若干全长导纱棒、用于保证经纱张力的组合张力辊、用于存储经纱的储纱架，所述全长导纱棒两端均嵌入安装架，两根相邻的全长导纱棒以及全长导纱棒两端的安装架之间形成导纱通道；经纱由储纱架送出，经组合张力辊绷直后通过导纱通道送出。全长导纱棒能够有效防止单一经纱由于调试过程中收放纱导致经纱从导纱通道滑出。

进一步的，所述送经机构还包括分纱机构，分纱机构包括分纱框和导纱辊，分纱框为矩形框架，分纱框上设置若干平行排列的条形片，每两条相邻条形片形成一个分纱口；由导纱通道送出的经纱按类分别通过对应的分纱口，然后缠绕在导纱辊上，再送往综眼。

进一步的，所述引纬机构包括携纱梭子、送纬接纬机构、送纬接纬夹爪和接纬夹爪，送纬接纬机构驱动送纬接纬夹爪在水平方向来回移动，送纬接纬夹爪夹住携纱梭子，携纱梭子随送纬接纬夹爪在水平方向来回移动，，所述接纬夹爪位于送纬接纬夹爪送出携纱梭子的最远端，通过送纬接纬夹爪和接纬夹爪对携纱梭子的夹放，从而带动携纱梭子上的纬纱在提纱开口机构带动下的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织。

引纬机构通过两侧的送纬接纬夹爪夹放携纱梭子接杆实现对携纱梭子纬向位置的控制，从而实现环形引纬。

进一步的，所述引纬机构还包括视觉张力监测机构和张力控制机构，所述视觉张力监测机构用于监测引纬一周完成后纬纱的张力状况并将信息反馈给张力控制机构，所述张力控制机构通过控制携纱梭子转动收纱实现纬纱张力控制。

进一步的，所述打纬机构包括分纱打纬框、驱动分纱打纬框移动的打纬动力装置，所述分纱打纬框包括若干平行排列的分纱条框，穿过综眼的经纱穿过对应分纱条框。

进一步的，所述卷经机构包括若干牵引压杆、安装牵引压杆的压杆底座、若干驱动压杆底座移动的卷曲动力装置，所述牵引压杆用于固定穿过分纱条框的经纱，所述压杆底座还设置导纱螺栓，导纱螺栓用于缠绕经牵引压杆固定后多余的经纱。

本发明还采用一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备的编织方法，根据所需复合材料变截面环形预制体结构，经纱固定在同一根牵引压杆上使用一套卷曲动力装置来实现牵引卷经，或者将经纱分别固定在不同牵引压杆上，使用对应的卷曲动力装置分别牵引卷曲分层的预制体；

当经纱分别固定在不同牵引压杆上但不分层牵引时，对应卷曲动力装置在需要一起卷曲时通过控制对应伺服电机转速，实现不同牵引压杆上卷曲经纱的长度一致；

当经纱分别固定在不同牵引压杆上且分层牵引时，对应卷曲动力装置在需要分开卷曲时根据分层预制体各层间距控制对应伺服电机转速，实现不同牵引压杆上卷曲经纱的长度差与分层预制体各层间距保持一致。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是提纱开口机构通过连线综丝精准控制每一个经纱线的上下运动，经纱上下形成织口的形式多样化，为实现复杂变截面预制体结构奠定基础，有效解决传统三维机织设备难以织造变截面环形预制体的难题，能够提高织造质量，保证织造效率。储纱送经机构采用全长导向棒，能够有效防止单一经纱由于调试过程中收放纱导致经纱从导纱通道滑出影响织造质量，从而减少故障率，提高织造效率；环形引纬机构通过送纬接纬机构能够自由控制携纱梭子的引纬位置且使得纬纱在预制体中能够保持连续不断，能够实现环形预制体三维机织成形；分层牵引卷经机构根据不同预制体结构实现分层卷经，确保织口位置齐整，能够大大提升织造成形质量；本发明提出的装备能够有效一体成形大尺寸变截面环形预制体结构，成形质量高的同时保证设备尺寸较小，能够缓解市场对一体成形大尺寸变截面环形构件的需求。

附图说明

图1为本发明三维机织设备的整体结构示意图。

图2为本发明中储纱送经机构的立体结构示意图。

图3为本发明中分纱机构的立体结构示意图。

图4为本发明中高自由度的提纱开口机构的立体结构示意图。

图5为本发明中打纬机构的立体结构示意图。

图6为本发明中环形引纬机构的立体结构示意图。

图7为本发明中分层牵引卷经机构的立体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备，包括储纱送经机构1、分纱机构2、织造底架机构3、高自由度的提纱开口机构4、打纬机构5、环形引纬机构6和分层牵引卷经机构7。织造底架机构3，该织造底架机构3为实际经、纬纱交织的位置，是各机构连接的桥梁。高自由度的提纱开口机构4固定于织造底架机构3上方，环形引纬机构6位于织造底架机构3上方，紧靠高自由度的提纱开口机构4，分纱机构2临近织造底架机构3，位于高自由度的提纱开口机构4远离环形引纬机构6一侧，分层牵引卷经机构7位于织造底架机构3另一侧不远处，打纬机构5位于高自由度的提纱开口机构4与环形引纬机构6之间。

经纱由储纱送经机构的储纱架出发，穿过组合张力辊，穿到相邻全长导纱棒之间，穿过分纱机构的对应分纱框后穿过导纱辊，再穿到对应高自由度的提纱开口机构的连线综丝上，然后穿过打纬机构的分纱打纬框，最后固定到分层牵引卷经机构的牵引压杆上；纬纱缠在环形引纬机构的携纱梭子上。通过高自由度的提纱开口机构带动所需经纱垂直上下移动形成织口，再通过环形引纬机构带动纬纱水平自由来回移动与经纱交织；使纬纱在预制体织物中连续不断，因此能够成形环形织物；高自由度的提纱开口机构能使任意位置、数量的经纱提升，同时能够解决传统综框提纱导致预制体结构单一、设备臃肿的问题，分层牵引卷经机构能够将分层预制体不同层分开卷曲，能够织造大尺寸复杂变截面环形三维机织预制体，提高三维机织成形质量与成形效率。

如图2所示，储纱送经机构1包括全长导纱棒101、组合张力辊102、储纱架103，全长导纱棒101两端均嵌入安装架，两根相邻的全长导纱棒101以及全长导纱棒101两端的安装架之间形成导纱通道，储纱送经机构1的全长导纱棒101能够有效防止单一经纱由于调试过程中收放纱导致经纱从导纱通道滑出，经纱从储纱架103送出，首先经过组合张力辊102使纱线拉直时能够保持一定张力，再通过两两全长导纱棒101形成的导纱通道。

如图3所示，分纱机构2包括分纱框201、导纱辊202，分纱框201为矩形框架，由多个条形片203将分纱框201分为若干份，条形片203平行排列，每两条相邻条形片203形成一个分纱口，从储纱送经机构1上送出来的经纱按类分别通过分纱框201上的某个分纱口，然后按照对应规律缠绕在导纱辊202上。

如图4所示，高自由度的提纱开口机构4包括电子提纱机构401、分线孔板402、连线综丝403，提纱开口机构401具有大量阵列排布的单独控制的提纱单元，通过定制绳405连接目标连线综丝403，每根定制绳405穿过定制分线孔板402上的对应分线孔406，电子提纱机构401通过分线孔板402能够精准控制分线孔板402各孔对应连线综丝403的上下移动，从而带动穿过连线综丝403上综眼404的经纱上下移动形成开口。

分线孔板上的各分线孔之间间距根据设计分线孔板尺寸决定，分线孔数量不变的前提下，根据三维机织复合材料变截面环形预制体装备对分线孔板尺寸的约束进行设计；高自由度提纱开口机构中的连线综丝与分线孔板的分线孔一一对应，连线综丝的长度根据穿过综眼的经纱需要上下移动的距离决定；分线孔板尺寸和连线综丝长度的约束取决于三维机织复合材料变截面环形预制体装备目标预制体构件的层数大小，分线孔板在垂直于幅宽方向的尺寸与连线综丝长度共同决定了上、下经纱的开口角度，根据织造所需开口角度可设计分线孔板尺寸和连线综丝长度。

如图5所示，打纬机构5包括分纱打纬框501、打纬动力装置502，经纱通过高自由度的提纱开口机构4的连线综丝403上综眼404后，穿过分纱打纬框501的分纱条框，打纬动力装置502根据不同构件需要设置好打纬距离，打纬时将交织的经、纬纱打到织口处。

如图6所示，环形引纬机构6包括携纱梭子601、送纬接纬机构602、视觉张力监测机构603、张力控制机构604、送纬接纬夹爪605、携纱梭子601两侧设置携纱梭子接杆606、框架上设置接纬夹爪，送纬接纬机构602驱动送纬接纬夹爪605在水平方向来回移动，送纬接纬夹爪605夹住携纱梭子601，携纱梭子601随送纬接纬夹爪605在水平方向来回移动，接纬夹爪位于送纬接纬夹爪605送出携纱梭子601的最远端，当送纬接纬夹爪605将携纱梭子601送至最远端，接纬夹爪夹住携纱梭子601，同时送纬接纬夹爪605松开携纱梭子601，当需要接回携纱梭子601时，送纬接纬机构602驱动送纬接纬夹爪605至最远端夹住携纱梭子601，同时接纬夹爪放开携纱梭子601，送纬接纬夹爪605将携纱梭子601接回，送纬接纬机构602能够实现携纱梭子601在水平横向实现自由来回移动，以此带动携纱梭子601上的纬纱在高自由度的提纱开口机构4的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织；引纬机构通过两侧的送纬接纬夹爪夹放携纱梭子接杆实现对携纱梭子纬向位置的控制，从而实现环形引纬。

携纱梭子上的纬纱为被动出纱；送纬接纬机构完成一周的引纬后，固定在织造底架机构上的视觉张力监测机构通过分析纬纱绷紧状态分析引纬一周完成后纬纱的张力状况并将信息反馈给张力控制机构，张力控制机构通过控制携纱梭子转动收纱而实现纬纱张力控制。环形引纬机构在高自由度提纱开口机构形成的上下经纱开口处来回穿梭引纬，环形引纬机构的机构设计尺寸与高自由度提纱开口机构设计的经纱开口角度互相制约，调节环形引纬机构与高自由度提纱开口机构之间的间距能够平衡两者关系。

如图7所示，分层牵引卷经机构7包括多个牵引压杆701、多个卷曲动力装置702，经纱从打纬机构5的分纱条框穿过后固定至牵引压杆701上，牵引压杆后端固定有导纱螺栓703，将固定后多余的经纱缠绕至导纱螺栓703处能够避免多余经纱对织造过程产生不必要的影响。

分层牵引卷经机构根据所需织造预制体结构，将经纱固定在同一根牵引压杆上使用一套卷曲动力装置来实现牵引卷经，或者将经纱分别固定在两根牵引压杆上，使用对应卷曲动力装置分别牵引卷曲分层的预制体；不分层牵引时，对应卷曲动力装置702在需要一起卷曲时要严格控制两台伺服电机704转速，实现在通过各自减速机705配合后两者卷曲经纱的长度一致；分层牵引时，对应卷曲动力装置在需要分开卷曲时要根据分层预制体各层间距严格控制两台伺服电机704转速，实现在通过各自减速机705配合后两者卷曲经纱的长度差与分层预制体各层间距保持一致，以达到整合多层预制体织口的目的。

本实施例中三维机织设备的工作过程为：

首先根据设计预制体织物结构，人工按序将经纱穿纱，从储纱送经机构1的储纱架103出发，穿过组合张力辊102，穿到相邻全长导纱棒101之间，穿过分纱机构2的分纱框201上的对应两个条形片203后穿梭式穿过导纱辊202，再穿到对应高自由度的提纱开口机构4中由电子提纱机构401控制的穿过分线孔板402的连线综丝403的综眼404上，然后穿过打纬机构5的分纱打纬框501，最后固定到分层牵引卷经机构7的牵引压杆701上的导纱螺栓703上；纬纱提前缠在环形引纬机构6的携纱梭子601上。

然后通过高自由度的提纱开口机构4带动所需经纱垂直上下移动形成织口，再通过环形引纬机构6的送纬接纬机构602带动携纱梭子601水平自由来回移动，通过两侧的送纬接纬夹爪605夹放携纱梭子接杆606实现对携纱梭子601纬向位置的控制，将携纱梭子601送到所需位置，再通过提纱开口机构4带动经纱上下移动，再用送纬接纬夹爪605将携纱梭子601接回，实现携纱梭子601上纬纱与开口经纱形成交织，当完成一层经纬纱交织后，打纬机构5的打纬动力装置502运行，推动分纱打纬框501将多层交织成形的经纬纱一起打纬到织口位置，打纬保持若干秒后，打纬动力装置502带着分纱打纬框501返回；根据预制体织物层数的不同，当完成预制体织物长度织造方向同一纬纱列的所有层交织成形打纬后，分层牵引卷经机构7的伺服电机704通过减速机705带动卷曲动力装置702运行，带动牵引压杆701上的经纱卷曲，使下一纬纱列进入到织口位置，同时，该卷曲动作还会带动储纱送经机构1的经纱储纱架103出纱；根据不同层数、结构预制体织物的设计，经过上述交织成形的循环，最终成形预制体织物。

环形引纬机构6能够使纬纱在预制体织物中连续不断，高自由度的提纱开口机构4能使任意位置、数量的经纱提升，同时能够解决传统综框提纱导致预制体结构单一、设备臃肿的问题，分层牵引卷经机构7能够将分层预制体不同层分开卷曲，通过预制体织物结构设计并配合各机构成形动作，能够织造大尺寸复杂变截面环形三维机织预制体。

Claims (10)

1.一种用于复合材料变截面环形预制体的三维机织设备，其特征在于，包括送经机构、提纱开口机构(4)、引纬机构(6)、打纬机构(5)和卷经机构(7)；

所述提纱开口机构(4)包括电子提纱机构(401)、连线综丝(403)，所述连线综丝(403)设置经纱穿过的综眼(404)；所述电子提纱机构(401)包括若干单独控制的阵列排布的提纱单元，每个提纱单元控制一根连线综丝(403)的上下移动，从而带动穿过连线综丝(403)上综眼(404)的经纱上下移动形成开口；

所述送经机构用于将经纱送往综眼(404)；

所述引纬机构(6)用于带动纬纱在提纱开口机构(4)带动下的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织；

所述打纬机构(5)位于提纱开口机构(4)和引纬机构(6)之间，用于将交织的经纱与纬纱打到织口处；

所述卷经机构(7)位于引纬机构(6)远离送经机构的一侧，用于牵引卷径。

2.根据权利要求1所述的三维机织设备，其特征在于，所述提纱开口机构(4)的提纱单元通过定制绳(405)连接目标连线综丝(403)；所述提纱开口机构(4)还包括分线孔板(402)，分线孔板(402)上设置若干陈列分布的分线孔(406)，所述定制绳(405)穿过分线孔(406)与连线综丝(403)连接，所述分线孔板(402)用于约束多根连线综丝(403)之间的间距。

3.根据权利要求2所述的三维机织设备，其特征在于，所述分线孔板的尺寸与连线综丝(403)的长度根据复合材料变截面环形预制体要求进行预设。

4.根据权利要求1所述的三维机织设备，其特征在于，所述送经机构包括储纱送经机构(1)，所述储纱送经机构包括若干全长导纱棒(101)、用于保证经纱张力的组合张力辊(102)、用于存储经纱的储纱架(103)，所述全长导纱棒(101)两端均嵌入安装架，两根相邻的全长导纱棒(101)以及全长导纱棒(101)两端的安装架之间形成导纱通道；经纱由储纱架送出，经组合张力辊(102)绷直后通过导纱通道送出。

5.根据权利要求4所述的三维机织设备，其特征在于，所述送经机构还包括分纱机构(2)，分纱机构包括分纱框(201)和导纱辊(202)，分纱框为矩形框架，分纱框上设置若干平行排列的条形片(203)，每两条相邻条形片(203)形成一个分纱口；由导纱通道送出的经纱按类分别通过对应的分纱口，然后缠绕在导纱辊(202)上，再送往综眼(404)。

6.根据权利要求1所述的三维机织设备，其特征在于，所述引纬机构(6)包括携纱梭子(601)、送纬接纬机构(602)、送纬接纬夹爪(605)和接纬夹爪，送纬接纬机构(602)驱动送纬接纬夹爪(605)在水平方向来回移动，送纬接纬夹爪(605)夹住携纱梭子(601)，携纱梭子(601)随送纬接纬夹爪(605)在水平方向来回移动，所述接纬夹爪位于送纬接纬夹爪(605)送出携纱梭子(601)的最远端，通过送纬接纬夹爪(605)和接纬夹爪对携纱梭子(601)的夹放，从而带动携纱梭子(601)上的纬纱在提纱开口机构(4)带动下的高低经纱形成的开口处穿梭，使经纱与纬纱交织。

7.根据权利要求6所述的三维机织设备，其特征在于，所述引纬机构(6)还包括视觉张力监测机构(603)和张力控制机构(604)，所述视觉张力监测机构(603)用于监测引纬一周完成后纬纱的张力状况并将信息反馈给张力控制机构(604)，所述张力控制机构(604)通过控制携纱梭子(601)转动收纱实现纬纱张力控制。

8.根据权利要求1所述的三维机织设备，其特征在于，所述打纬机构(5)包括分纱打纬框(501)、驱动分纱打纬框(501)移动的打纬动力装置(502)，所述分纱打纬框(501)包括若干平行排列的分纱条框，穿过综眼的经纱穿过对应分纱条框。

9.根据权利要求1所述的三维机织设备，其特征在于，所述卷经机构(7)包括若干牵引压杆(701)、安装牵引压杆(701)的压杆底座、若干驱动压杆底座移动的卷曲动力装置(702)，所述牵引压杆(701)用于固定穿过分纱条框的经纱，所述压杆底座还设置导纱螺栓(703)，导纱螺栓用于缠绕经牵引压杆固定后多余的经纱。

10.一种权利要求9所述的三维机织设备的编织方法，其特征在于，根据所需复合材料变截面环形预制体结构，经纱固定在同一根牵引压杆上使用一套卷曲动力装置(702)来实现牵引卷经，或者将经纱分别固定在不同牵引压杆(701)上，使用对应的卷曲动力装置(702)分别牵引卷曲分层的预制体；

当经纱分别固定在不同牵引压杆(701)上但不分层牵引时，对应卷曲动力装置(702)在需要一起卷曲时通过控制对应伺服电机(704)转速，实现不同牵引压杆(701)上卷曲经纱的长度一致；

当经纱分别固定在不同牵引压杆(701)上且分层牵引时，对应卷曲动力装置(702)在需要分开卷曲时根据分层预制体各层间距控制对应伺服电机(704)转速，实现不同牵引压杆(701)上卷曲经纱的长度差与分层预制体各层间距保持一致。