無錫宏星機電科技有限公司 蘇志勇/文

1 前言

眾所周知，凸輪開口裝置在噴水織機上得到了非常廣泛的應用。一般織物組織的花型循環(huán)數(shù)在十循環(huán)以內，運用凸輪開口裝置在噴水織機上都能夠得到非常滿意的解決方案。

雙層織物的織造比較特殊，一般需要特殊織機來做。常用的有兩種類型織機：一種是采用雙劍桿織機，此類織機大都需要進口，且價格昂貴，一般用戶難以承受；另一種是采用有梭織機，此類織機雖然價格便宜，但車速極慢，擋車工每人每班只能看守兩臺織機，工人勞動強度大，勞動效率低。

鑒于此，有企業(yè)提出采用噴水織機來織造雙層織物。噴水織機車速可達450轉/分鐘，擋車工每人每班可以看守四臺機。如果此法可行，即可解決采用進口雙劍桿織機價格昂貴的問題，又能解決采用有梭織機車速低、用工成本高的難題。

2 噴水織機的改造

采用噴水織機織造雙層織物，需要對噴水織機進行以下重大改造：

1）電氣控制系統(tǒng)的改造；

2）送緯系統(tǒng)(噴射系統(tǒng))的改造，需采用雙噴系統(tǒng)；

3）送經(jīng)系統(tǒng)的改造，需采用二軸以上經(jīng)軸送經(jīng)；

4）棕框開口系統(tǒng)的改造，需設計符合雙層織物組織的開口凸輪；

5）對各個系統(tǒng)進行有機的聯(lián)接。

在上述各個系統(tǒng)項目的改造中，第四項是最主要和最核心的問題。

3 開口凸輪的設計

下面主要介紹雙層織物組織開口凸輪的設計步驟和方法。

3.1 分析雙層織物組織棕框開口運動規(guī)律

根據(jù)圖1組織圖可以知道以下信息：

1）該組織由六片棕框來實現(xiàn)織物織造（從左向右看）；

2）該組織花型循環(huán)數(shù)為6，也就是織機旋轉6周方能完成一個完整的花型組織（從下往上看）；

3）該組織由2種開口凸輪片來控制。第一片和第二片為同一種，為負責織造連接上地組織和下地組織的凸輪片，第三、四、五、六片為同一種，為負責織造地組織的凸輪片，第三、四片為負責織造上地組織的凸輪片，第五、六片為負責織造下地組織的凸輪片；

圖1 雙層織物組織圖

4）上地組織和下地組織為平紋，而該織圖花型組織循環(huán)數(shù)為6，所以必須配備循環(huán)數(shù)為6的平紋凸輪，其型號為111/111。

根據(jù)圖1組織圖上第一片綜框的運動規(guī)律，我們可以作出綜框的位移圖，如圖2。

圖2 雙層織物上下地組織連接線綜框位移圖

3.2 根據(jù)綜框位移圖設計開口凸輪的主凸輪

在進行主凸輪設計之前，首先需要確定所使用凸輪開口裝置的型號。在確定了所使用凸輪開口裝置的型號后，就能確定相對應的主凸輪的最小半徑、最大半徑、升程值；凸輪旋轉中心與擺臂旋轉中心的距離；擺臂旋轉中心與兩個滾子中心的距離，兩個滾子中心的距離，滾子的直徑等各項設計參數(shù)。

根據(jù)圖2，我們可以計算主凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線。分別對AB,BC,CD,DE,EF,FG各段曲線進行計算。其計算方法有多種，標準的運動曲線一般有正弦加速度曲線、余弦加速度曲線、梯形加速度曲線、五次多項式曲線、改進正弦加速度曲線、改進余弦加速度曲線、改進梯形加速度曲線等，可以根據(jù)自己的經(jīng)驗選用其中一種運動曲線來進行計算。比較簡單的方法是在電子表格中進行計算，將所計算曲線的各個計算參數(shù)如起始角、終止角、最小半徑、最大半徑、升程值等代入所選運動曲線公式，即可得到所需要的主凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線數(shù)據(jù)。

以下是其中AB段曲線的電子表格計算結果：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

分別對主凸輪滾子中心各段曲線進行上述計算，可以得到全部的完整曲線。

根據(jù)上述電子表格計算得到的主凸輪輪廓滾子中心的XY坐標值，可以在計算機繪圖軟件中繪出主凸輪輪廓滾子中心軌跡曲線，如圖3。

圖3 雙層織物上下地組織連接線主凸輪輪廓滾子中心軌跡曲線

3.3 根據(jù)主凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線計算副凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線

在得到圖3即主凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線后，即可根據(jù)凸輪開口裝置型號中給出的各種設計參數(shù)，包括凸輪旋轉中心與擺臂旋轉中心的距離、擺臂旋轉中心與兩個滾子中心的距離、兩個滾子中心的距離、滾子的直徑等各項設計參數(shù)，由此來計算副凸輪的滾子中心輪廓軌跡曲線。

其計算方法有兩種：一種是運用解析幾何算法，根據(jù)主副凸輪的運動關系，列出解析幾何算式，在電子表格中可以計算出與主凸輪輪廓滾子中心的運動軌跡曲線所對應的副凸輪滾子中心的運動軌跡曲線。該算法比較復雜，需要較強的解析幾何運算能力。

另一種比較簡單的計算副凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線的方法，那就是采用作圖法。該方法在很早以前由于手工作圖法精度較低，不能滿足設計使用要求，因而不被重視。但隨著計算機技術的大力發(fā)展，各種計算機輔助繪圖軟件的廣泛運用，采用作圖法解決在共軛凸輪設計中副凸輪輪廓滾子中心運動軌跡曲線的計算問題，能起到很好的效果。該方法簡單、快捷、方便。其精度與解析幾何算法相當，現(xiàn)已被廣泛使用。

作圖法的原理與凸輪工作原理相同。只是工作時凸輪旋轉，而作圖法是主凸輪固定不動，讓擺臂繞主凸輪旋轉一周，這樣就可以反向求出副凸輪的輪廓滾子中心運動軌跡曲線。

作圖法的方法是：

1）將主凸輪固定不動，以主凸輪中心與擺臂旋轉中心的距離為半徑畫一個圓C1；

2）以主凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線上的某一個點為中心，以擺臂長為半徑畫一個圓C2，與中心距圓C1相交；

3） 根據(jù)運動方向選取其中一個交點，以此為中心，以擺臂長為半徑畫一個圓C3；

4）再以C2的圓心即主凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線上的某一個點為中心，擺臂的兩個滾輪中心距為半徑畫一個圓C4；

5）圓C3與圓C4的兩個交點，其中之一即為副凸輪的滾子中心；

6）分別對主凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線上的每一個點進行以上操作就可以得到副凸輪的全部滾子中心點。

當然，要熟練地運用作圖法還得多練習，快捷、準確的使用該方法還是需要一定的技巧。

通過計算，我們可以得到副凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線。通過曲線偏移，也可以很方便的得到主副凸輪的實際輪廓曲線。如下圖4所示。

圖4 雙層織物上下地組織連接線主副凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線及實際輪廓軌跡曲線

3.4 設計循環(huán)數(shù)為六的平紋組織主副凸輪

根據(jù)圖1第3片棕框的運動規(guī)律，我們可以做出平紋組織的棕框位移圖，如圖5。

圖5 地組織(平紋)的棕框位移圖

重復上面3.2、3.3兩個步驟，我們可以很方便的設計出雙層織物的上地組織和下地組織的平紋開口凸輪片的主副凸輪輪廓軌跡曲線。如圖6、圖7。

圖6 地組織主凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線

圖7 地組織主副凸輪滾子中心輪廓軌跡曲線及實際輪廓軌跡曲線

4 結論

通過以上步驟，我們完成了噴水織機雙層織物組織的開口凸輪設計。經(jīng)過后續(xù)對凸輪片的生產(chǎn)加工，生產(chǎn)出了合格的零件。

在對噴水織機進行了大量的改進和調試后，配上我們設計生產(chǎn)的開口凸輪片，客戶成功的織出了所需要的雙層織物，其組織及織物風格完全符合設計要求。

噴水織機在織機領域占有相當大的市場份額。凸輪開口裝置在噴水織機上的推廣使用使其在織造各種織物組織上得到了極大的提高。除了普通織物組織之外，嘗試開發(fā)一些新產(chǎn)品，將會更加拓寬噴水織機的使用范圍。

[1]華大年， 唐之偉. 機構分析與設計[M].北京：紡織工業(yè)出版社， 1985.

[2]李慶揚，王能超，易大義. 數(shù)值分析[M].武漢：華中理工大學出版社，1996.

[3]陳人哲，陳明.紡織機械設計原理[M]（第二版）下冊. 北京：中國紡織出版社，1996.