多轴向经编机复合针缝缀工艺及运动解析

多轴向经编机复合针缝缀工艺及运动解析
曹清林;刘莉萍;刘志刚;朱晓宏;黄骏
【摘要】为开发多轴向经编机的成圈运动装置,需要熟知其部件复合针的缝缀工艺及运动要求,为此,分析了多轴向经编机编织工艺过程.结果表明:复合针的运动包括实现垫纱、套圈和脱圈的上下直线运动,以及避免织针与纱线层之间产生干涉的前后直线运动;得出绑缚节距、牵拉辊转速、纱线层牵拉速度与织针前后运动动程之间的关系;复合针中槽针和针芯的上下直线运动要求为在一个极限位置具有停歇的往复运动,复合针的前后运动要求为无停歇的往复运动.
【期刊名称】《纺织学报》
【年(卷),期】2014(035)010
【总页数】5页(P136-140)
【关键词】经编机;多轴向;复合针;缝缀工艺
【作者】曹清林;刘莉萍;刘志刚;朱晓宏;黄骏
【作者单位】江苏理工学院机械工程学院,江苏常州213001;常州市润源经编机械有限公司,江苏常州213131;常州市润源经编机械有限公司,江苏常州213131;常州市润源经编机械有限公司,江苏常州213131;常州市润源经编机械有限公司,江苏常州213131
【正文语种】中文
【中图分类】TS103
多轴向经编机是生产取向结构玻璃纤维和碳纤维高强度复合基材的设备［1－3］，成圈装置是整机的主要结构之一［4－5］，其中，复合针运动装置是关键。

多轴向经编机中复合针的结构与其他类型经编机基本相同。

不同点在于，多轴向经编机中的复合针除了有上下运动外，还有与纤维层保持同步的向前运动，以及后续的后退运动［6－7］，因此，须研制具有上下和前后复合运动的复合针运动装置
才能满足多轴向经编机产品的需要。

而分析多轴向经编机中复合针与其他成圈机件的配合关系、缝缀工艺过程，提出对每个机件的具体运动要求又是设计成圈运动装置的基础。

本文在研究多轴向经编机缝缀工艺基础上，分析工艺参数与复合针运动要求之间的关系。

1 成圈机件组成及特点
多轴向经编机成圈机件的结构以及成圈工艺过程与一般经编机有所不同。

图1示
出其缝缀工艺过程。

图中1是槽针，2是针芯，3是沉降片，4是装在梳栉上的导纱针，5是由铺纬装置铺放好的纱线层，一般是玻璃纤维、碳纤维或者在两层纤维之间夹有短切毡。

一般经编机上使用的槽针针头为圆形，图1中槽针1的针头部
分为三角形，便于其穿刺纱线层。

沉降片3固定不动，除对槽针上旧线圈起握持
作用外，还对纱线层5起到托持和运动导向作用。

槽针1在导纱针4对其垫纱后，下降过程中纱线层5对其起到脱圈针的作用，使槽针针杆上垫入的纱线实现套圈
和脱圈，所以，与一般经编机相比，多轴向经编机在成圈机件结构上没有专门的脱圈针结构。

在这里，导纱针上的纱线在成圈过程中，同时将纱线层5包裹在每个
新形成的线圈中。

对于多轴向经编机所形成的线圈没有独立成为织物，而是对纱线层起到绑缚作用，也就是对纱线不同层之间的相互位置关系起到固定作用，这种作用也称为缝缀。

图1 缝缀工艺过程Fig.1 Stitching process.(a)Lowest location;(b)Starting to
touch yarn layers;(c)Starting to needle back lap;(d)Finishing needle back lapping;(e)Finishing needle former lapping;(f)Leaving yarn layers
多轴向经编机复合针与一般少梳栉经编机一样，有上下直线运动以便导纱针对其进行垫纱，脱圈针(纱线层)对其进行脱圈，将这种运动称为复合针的上下运动。

多轴向经编机中，由于纱线层连续向前运动，复合针上下运动过程中需穿刺纱线层并有较长时间内位于纱线层上方，因此，复合针有与纱线层一起向前的运动。

当复合针针头离开纱线层位于其下方时，复合针向后直线运动，将这一前后往复运动称之为前后运动。

复合针的整体运动是由上下直线运动和前后直线运动复合而成，因此，多轴向经编机中的复合针也称为“移动复合针”(walking needle)［8－9］。

2 缝缀工艺过程
图1(a)～(f)示出了多轴向经编机机件缝缀的整个工艺过程，定义沿纱线层牵拉卷
取方向为机前，反方向为机后。

图中导纱针4绕固定支点S0点摆动，沉降片3固定不动。

图1(a)所示槽针和针芯位于最低点位置，同时导纱针4位于机前位置。

槽针由最
低点位置开始上升，针芯滞后一定时间后也开始上升，且上升的速度比前者慢;当
槽针上升到其针头与纱线层开始接触时(见图1(b))，槽针和针芯不仅继续向上运动，而且与纱线层一起向前直线运动，且二者直线运动速度相等，这样可避免槽针与纱线层之间发生干涉;槽针和针芯继续上升，当槽针上升到最高位置后上下运动停歇，针芯滞后其一定时间也到达其上下运动最高位置并停歇，针芯针头位于槽针针槽内;槽针由最低点开始上升时，导纱针4由位于机前的右极限位置向机后摆动，槽针
在上升到最高位置上下运动停歇时，导纱针4摆动到槽针的右侧并对其开始针背
垫纱，如图1(c)所示，摆动到机后左极限位置时完成对槽针的针背垫纱，如图1(d)所示。

导纱针4在完成横移后即刻反向向机前摆动对槽针进行针前垫纱，图1(e)
表示针前垫纱结束，导纱针继续向机前摆动并到达右极限位置停歇;槽针由上下运
动最高停歇位置开始下降，在纱线层上方一定位置针芯封闭槽针针口，然后，二者同时下降，在纱线层作用下，槽针针杆上形成的新线圈穿过旧线圈完成脱圈和套圈;当复合针下降至槽针针头离开纱线层开始位于纱线层下方时，复合针的前后运动由最前位置开始向后运动，如图1(f)所示。

3 运动要求解析
图2(a)、(b)分别示出槽针上下运动和前后运动轨迹，二者复合后构成槽针针头实际运动轨迹，如图2(c)所示。

设槽针位于最低位置为A点，最左位置为点B，与纱线层开始接触点为C，D和E点分别为槽针处于最高停歇位置时的开始点和结束点，F点为槽针针头离开纱线层时的点，G点为最右位置。

设槽针运动最低点A对应主轴转角φ的0°位置，槽针运动至 A、B、C、D、E、F 和 G 点时对应主轴转角分别0°、φc1、φc2、φc3、φc4、φc5和φc6。

图2 复合针槽针针头运动轨迹要求示意图Fig.2 Requiring curve of needle.(a)Vertical reciprocating motion;(b)Horizontal reciprocating motion;(c)Compound motion
3.1 复合针上下运动
对于槽针上下运动，以A点为其运动位移Sc的0点位置，向上运动为位移Sc的正方向，上升段A点至D点的时间为φc3，在最高位置停歇时间为φc4－φc3，下降段 E 点至 A点的时间为360°－φc4。

设槽针上下运动动程为hc，则其运动要求曲线如图3(a)所示。

在大多数情况下，Sc曲线三部分时间对应主轴转角分别为120°，即φc3=120°，φc4－φc3=120°。

动程hc一般为15～22 mm，根据编织织物的厚度而定。

图3 复合针运动要求Fig.3 Moving requirements of compound
needle.(a)Vertical reciprocating motion;(b)Horizontal reciprocating motion 对于针芯上下运动，也以A点为其运动位移Sz的0点位置，向上运动为位移Sz
的正方向，在其上升阶段的速度比槽针慢，设对应时间为φz1，显然，φz1＞φc3，在最高位置停歇时间为φz2－φz1，且一般情况下φz2－φz1＞φc4－φc3。

设针芯上下运动动程为hz，则其运动要求曲线如图3(a)所示。

图中p点为针芯对槽针针口封闭的位置，二者的高度一致，即此时Scp=Szp，在随后的下降过程中，继
续保持Sc=Sz，直至最低位置。

针芯动程hz约是槽针动程hc的三分之二，即
hz≈2hc/3。

3.2 复合针前后运动
对于复合针前后运动，以槽针针头处于最后位置B点为前后运动位移Sq的0点位置，向前运动为位移Sq的正方向，建立图2所示坐标系，主轴一个转动周期内复合针前后运动要求位移曲线如图3(b)所示。

前后运动动程h约为1～2 mm。

由后向前运动时间为φc6－φc1，由前向后运动时间为360°－(φc6－φc1)。

在图2中，设纱线层向前运动速度(牵拉速度)为V(主轴转一周的移动距离，
mm/r)，P为绑缚节距(mm)，槽针针头与布面开始接触点主轴转角为φc2，离开
布面位置为φc5，复合针与纱线层一起向前运动的时间为△φ=φc5－φc2，槽针针头从离开布面至再次接触布面的时间为360°－△φ，这段时间内布面前进的距离即为1个绑缚节距P，所以，有
设计时，一般要求绑缚节距P、△φ由机构确定，所以，由式(1)可确定纱线层向前运动速度V，也即牵拉的线速度，牵拉辊的转速应与之匹配。

设牵拉辊的半径为R，主轴转动1周过程中，牵拉辊转过的弧长为V(mm)，设主轴转速为n，则牵拉辊
的转速nq为
设复合针与纱线层一起向前运动的距离为
则前后运动动程为
对于图3(a)中槽针和针芯的上下运动要求，属于在一个极限位置有一段运动停歇的往复运动，可采用 WATT型平面六连杆机构近似实现［10］，图3(b)中复合针的前后运动要求是无停歇的往复运动。

4 结语
多轴向经编机复合针的运动可分解为上下运动和前后运动，其中，上下运动是指槽针钩取纱线和针芯运动配合实现成圈的运动，前后运动是保证复合针与布面同步运动避免干涉的运动。

分析和设计满足运动要求的机构时，将这2个运动分解，分别分析或设计，然后再合成。

复合针的上下运动是具有一次停歇要求的往复运动，前后运动是没有停歇的往复运动，这2类运动要求都可由相应机构，如平面连杆机构实现。

分析多轴向经编机复合针的运动要求是设计相应实现机构和装置的基础，本文的分析方法已经成功应用于实际产品开发，取得了较好的效果，具体机构设计方法将另文介绍。

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