筒形雙軸向超高分子量聚乙烯緯編織物及編織圓機的設(shè)計

筒形雙軸向超高分子量聚乙烯緯編織物及編織圓機的設(shè)計

該針圓機具有多才多藝、織發(fā)精、生產(chǎn)效率高的特點。在這項工作中，采用了角針穿刺針作為一種加固系統(tǒng)，開發(fā)了角針穿刺針、高效纖維織紗織機和紡織機，以解決用v型橫機織物綁住網(wǎng)的問題。由于sec和sec紡織機的生產(chǎn)效率降低。由于產(chǎn)品為連續(xù)的圓筒布,可以用于輸油軟管等圓管復(fù)合材料制件增強體的開發(fā),彌補了國內(nèi)經(jīng)編雙軸向織物在這方面的不足,為針織軸向產(chǎn)品提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。1由縱軸向的雙軸向開發(fā)1.1襯紗和襯紗的作用筒形緯編雙軸向襯紗織物是以圓筒形的緯平針組織作為綁縛系統(tǒng),將1層經(jīng)紗和1層緯紗聯(lián)結(jié)到一起形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。綁縛系統(tǒng)的作用是固定襯紗,使用的原料為紗支較高、質(zhì)地柔軟、利于針織成圈的纖維材料,如滌綸、錦綸、芳綸等。襯紗通常采用紗支較低并有一定剛度的玻璃纖維、碳纖維、芳綸、高強聚乙烯等高性能纖維。襯紗在織物中的含量一般在90%以上,因此織物的力學(xué)性能主要靠襯紗體現(xiàn)。圖1(a)為織物的幾何結(jié)構(gòu)示意圖,圖1(b)、(c)為實物照片。1.2高強、高模該織物與經(jīng)編雙軸向織物有著相同的襯紗結(jié)構(gòu),襯紗在織物中呈直線排列,可以最大效率地發(fā)揮高性能纖維高強、高模的特點;織物的整體外形為一定直徑圓筒形狀,襯紗均勻且緊密地分布在織物的表面,增強方向為圓筒的軸向和環(huán)向;將圓筒開幅后,可形成一定幅寬的平面織物,并有較好的三維曲面的可成型性能,是一種很有價值的紡織復(fù)合材料增強體。2編織設(shè)備2.1角座的回轉(zhuǎn)機器編織原理如圖2所示。在編織時,針筒與經(jīng)紗不動,經(jīng)紗通過襯經(jīng)管放置在針筒之上每2針之間的位置;在側(cè)傳機構(gòu)作用下,三角座與捆綁紗喂入器同步轉(zhuǎn)動,使織針上的舊線圈依次退下并把地紗墊入針鉤形成新線圈,同時利用線圈的沉降弧將經(jīng)紗外側(cè)擋住;固定在三角座上的緯紗導(dǎo)紗管,隨著三角座一起轉(zhuǎn)動,將緯紗墊在挺起的織針背后,并利用新形成線圈的圈柱將緯紗外側(cè)擋住;形成了圖1所示的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2.2編雙軸向襯紗機的結(jié)構(gòu)圖3示出根據(jù)上述編織原理設(shè)計制造的編織機器,表1為圓形緯編雙軸向襯紗機的參數(shù)。設(shè)備由主機架、線圈編織、經(jīng)紗襯入、緯紗襯入、織物牽拉卷取、電動控制6部分組成?？椢锏男纬墒前凑站幙椩淼囊?由設(shè)備的6個部分通過相互協(xié)調(diào)與配合來完成。3問題和原因分析3.1拱起的表面出現(xiàn)開展情況織物編織使用的高強聚乙烯纖維為襯紗,采用表2所示的編織工藝。由所織試樣發(fā)現(xiàn):織物總是在針筒內(nèi)壁的筒徑收縮處形成拱起,如圖4(a)所示;拱起的距離一般為5~10cm,拱起的織物被牽拉下來后會在表面形成褶皺,如圖4(b)所示。為了解決這2個問題,采用在針筒與牽拉輥之間增加繃布圈和布撐的方法,希望通過將圓筒型織物撐大的辦法將形成的褶皺拉直后再進行卷饒,可是效果不好,織物在通過繃布圈和布撐時褶皺消失,但通過繃布圈和布撐后褶皺又重新出現(xiàn)。褶皺的存在影響了織物的外觀和使用,如何將褶皺消除成為研制成功與否的關(guān)鍵。3.2彎曲和彎曲的原因3.2.1縱桿直徑與針筒直徑之間的矛盾織物表面褶皺產(chǎn)生的直接原因是由于織物在針筒內(nèi)壁的筒徑收縮處形成拱起,而拱起產(chǎn)生的主要原因是織物筒徑與針筒筒徑之間出現(xiàn)了矛盾。3.2.1.織針筒的直徑圖5示出筒形緯編雙軸向襯紗機初期使用的針筒。本文將包括針槽高度在內(nèi)的針筒最大直徑稱為針筒的標(biāo)稱筒徑,以?筒表示;將針槽內(nèi)插滿織針后,由織針圍成的近似圓的直徑稱為針筒的織針筒徑,以?針表示;為了本身剛度及安裝的要求,針筒必須有一定的厚度,形成了固定的針筒內(nèi)壁的筒徑,稱為針筒的內(nèi)壁筒徑,以?內(nèi)表示。他們的具體數(shù)值列在表1中,其關(guān)系為?內(nèi)<?針<?筒,這3個筒徑的數(shù)值是在設(shè)計制造針織圓機時就確定下來的常數(shù)。3.2.1.物的長度和襯入長度從織物結(jié)構(gòu)(見圖1)可以看出,緯紗以伸直狀態(tài)存在于織物中,織物在某橫列的寬度就是該橫列中的緯紗長度值,因此筒形雙軸向織物的周長就是緯紗繞針筒旋轉(zhuǎn)1周的襯入長度值。編織時,緯紗沿著針筒的切線方向從針背襯入(見圖2),當(dāng)三角座圍繞針筒旋轉(zhuǎn)1周時,緯紗也會依次緊貼著每根織針的針背襯入1周,由于高性能纖維在輸入張力條件下的伸長率很小(幾乎為0),使得緯紗沿針背旋轉(zhuǎn)1周的襯入長度近似等于以針筒織針筒徑為圓的周長,即?物≈?針。不難看出,?物≈?針這個結(jié)果是織物的結(jié)構(gòu)和材料要求決定的。3.2.1.筒形緯編雙軸向織物的伸長比機器針筒的結(jié)構(gòu)決定了?內(nèi)<?針,通過表1可以計算出以內(nèi)壁筒徑為圓的周長比以織針筒徑為圓的周長小6.3cm?？椢锏慕Y(jié)構(gòu)要求決定了?針≈?物,通過表1、2可以計算出筒形雙軸向織物的周長僅比以織針筒徑為圓的周長小0.5cm。由此可以推導(dǎo)出?內(nèi)<?針≈?物,即在筒形緯編雙軸向高性能纖維織物的編織過程中出現(xiàn)了織物筒徑大于針筒內(nèi)壁筒徑的矛盾,利用計算結(jié)果可以進一步計算出該筒形雙軸向織物的周長比以內(nèi)壁筒徑為圓的周長大5.8cm。多出的5.8cm織物由于沒有足夠伸展的空間,只能沿針筒內(nèi)壁分散開,形成規(guī)律性的拱起,見圖4(a)。3.2.2集群線圈的形成和收縮3.2.2.織針“定位”作用的弱化由于針筒厚度的原因,任何以針筒形式編織的針織機都存在?內(nèi)<?針的情況,但對于單純線圈組成的筒形針織物來說,卻不會出現(xiàn)?內(nèi)<?物的問題,其原因是由于織縮的存在。針織物在編織時,每枚織針上都掛有1個線圈。這時由這些線圈形成的織物筒徑應(yīng)該近似等于?針,在織針的“定位”作用及受編織成圈時針槽壁厚度的影響,這些線圈形狀是圈柱短,沉降弧長,相鄰2個線圈的間隙≥針槽壁厚度。這樣的線圈從織針上脫圈后,很不穩(wěn)定,隨著織針“定位”作用的消失及在織物縱向牽拉力的作用下,每個線圈的沉降弧向圈柱轉(zhuǎn)移,使線圈被拉長并相互靠近,形成了針織物的織縮,見圖6。由于針槽壁厚度的總和約占針筒以標(biāo)稱筒徑為圓的周長的40%,因此,純線圈針織物織縮一般為30%,形成的織物筒經(jīng)比?內(nèi)小很多。例如:采用表1所示參數(shù)的圓形緯編雙軸向襯紗機,使用167dtex高強滌綸長絲編織的緯平針織物的筒徑僅為10.8cm。因此縮小的針筒內(nèi)壁對純線圈針織物的編織沒有影響。3.2.2.綁制織縮力的影響由純線圈組成的筒形針織物,由于織縮的存在,會造成?物<?內(nèi);在筒形緯編雙軸向高性能纖維織物中,由于織物結(jié)構(gòu)的要求,卻出現(xiàn)?內(nèi)<?物的情況。在正常編織時,雖然紗支粗、剛度大的襯紗能夠?qū)⒗壘€圈支撐起來,阻止了織縮的發(fā)生,但由捆綁線圈的織縮所產(chǎn)生的收縮力卻始終存在,這種收縮力有使緯紗彎曲的趨勢。從針床筒口到牽拉輥的牽拉區(qū)間內(nèi),織物的捆綁線圈延縱向受到的拉伸后,就會延織物的橫向產(chǎn)生收縮力。如果讓牽拉的力量大到使捆綁線圈的收縮力大于緯紗的挺直剛度時,就會造成緯紗在織物上發(fā)生彎曲。在牽拉時,由于與布撐成45°角的4個位置牽拉力最大,因此緯紗在此處最容易發(fā)生彎曲,織物在此處形成拱起的密度最高。捆綁線圈的織縮是造成織物在針筒內(nèi)壁處起拱的次要原因。3.2.2.織縮的發(fā)生是造成織物出現(xiàn)開展開展針織非織物緯紗在拱起處發(fā)生彎曲,使捆綁線圈的收縮力得到釋放,并在拱起處從織物中竄出,捆綁線圈的沉降弧向圈柱轉(zhuǎn)移,在織物表面出現(xiàn)圖4(b)中的褶皺等情況,因此,織縮的發(fā)生是造成織物產(chǎn)生褶皺的原因。4針筒防側(cè)開展起拱起毛起毛織縮從上述對圓筒形緯編雙軸向高性能纖維織物在編織時起拱、起皺原因的分析可看出:織物筒徑大于針筒內(nèi)壁筒徑造成了織物在針筒內(nèi)壁發(fā)生拱起,拱起又引發(fā)捆綁線圈發(fā)生織縮并導(dǎo)致在織物表面產(chǎn)生褶皺。要解決起拱、起皺問題需要從2方面入手:1)使織物在針筒內(nèi)壁有足夠的伸展空間,避免?內(nèi)<?物情況的發(fā)生;2)嚴格控制織物的卷布張力和卷布量,避免捆綁線圈織縮的發(fā)生。為此,本文采用曲線針筒內(nèi)壁的方法和間歇式感應(yīng)卷布方法對上述問題進行有效的控制。4.1針筒壁的設(shè)計4.1.1針筒體的長度大小在同心的2個圓中,內(nèi)圓的周長肯定小于外圓,如果要使內(nèi)圓的周長大于外圓,唯一的方法就是將內(nèi)圓的圓弧線跡改變?yōu)榘匆欢l率波動的曲線,使內(nèi)圓的線跡長度增加,達到針筒內(nèi)壁形狀的周長大于以織針筒徑(織物筒徑)為圓的周長的目的。4.1.2波動波動曲線針織針筒的設(shè)計根據(jù)編織需要,設(shè)計出的曲線針筒必須符合以下要求:1)曲線針筒內(nèi)壁的軌跡長度大于針筒以織針筒徑為圓的周長;2)曲線的形狀應(yīng)該光滑、連續(xù);3)曲線的波動頻率與緯紗的剛度相適宜,使織物能夠沿曲線的形狀貼覆在針筒內(nèi)壁;4)將針筒底部的安裝螺孔保留在波動曲線的波峰處;5)針筒內(nèi)壁波谷處的剛度不能受到影響。4.1.3織物的長度圖7(a)為按要求設(shè)計的針筒內(nèi)壁的曲線軌跡,經(jīng)制圖計算,該曲線的軌跡長度為57.5cm,大于以織針筒徑為圓的周長1cm。圖7(b)為經(jīng)過線切割技術(shù)加工后的曲線針筒,將其應(yīng)用于表2工藝試驗發(fā)現(xiàn),織出的織物能夠沿曲線形狀平滑地貼覆于針筒內(nèi)壁,起拱現(xiàn)象完全消失,見圖7(c)。4.2感應(yīng)系統(tǒng)的維護圖8為間歇式感應(yīng)卷布機構(gòu)的傳動及電路控制機構(gòu)示意圖。其工作原理:1)從表1的機器參數(shù)可知,三角座每旋轉(zhuǎn)90°(0.5~2s),就會完成1個橫列的織物編織(實際上是每路完成了1/4橫列);2)將4個感應(yīng)磁鐵均勻地安裝在襯緯機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤上,機器每轉(zhuǎn)過90°就會感應(yīng)安裝在機架上固定不動的霍爾開關(guān)1次;3)霍爾將感應(yīng)信號傳給單片機,并根據(jù)輸入設(shè)定向驅(qū)動器發(fā)出的脈沖數(shù)(0~99);4)驅(qū)動器根據(jù)設(shè)定的步距角(0.036°~0.9°)和接收到的脈沖數(shù)控制步進電動機在很短的時間(20ms)內(nèi)完成轉(zhuǎn)動;5)步進電動機帶動卷布輥轉(zhuǎn)過1個橫列需要的角度(0.036°~90°)。編織時,機器每編出1橫列,卷布輥就會立即動作一下,但在這1個橫列的編織過程中,卷布輥卻不動作。通過這種間歇的卷布方式使每橫列卷布量