機織工程中的力學知識

蘆 保 國

(太原理工大學力學學院，山西 太原 030024)

機織工程中的力學知識

蘆 保 國

(太原理工大學力學學院，山西 太原 030024)

介紹了紡織工程專業(yè)包含的內(nèi)容及教學的目標，對機織工程中涉及的力學知識進行了探索，并從織前準備與織造兩方面作了詳細闡述，以激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。

紡織，力學，專業(yè)，課程

0 引言

紡織工程專業(yè)包括紡織貿(mào)易和紡織服裝兩個方向。其目標在于培養(yǎng)學生具備紡織工程基本理論和技術適應紡織服裝貿(mào)易和生產(chǎn)市場的需要，掌握紡織服裝科學的理論和實踐知識，能從事紡織品貿(mào)易及紡織服裝設計與產(chǎn)品開發(fā)的高級復合型人才。機織工程是紡織工程的重要環(huán)節(jié)。本專業(yè)課程結構中，工程力學是一門重要的專業(yè)基礎課，在專業(yè)學習中起承上啟下的作用，學好工程力學，將為學習機械設計、紡織材料學、紡紗原理、織造原理等后續(xù)課程奠定堅實的基礎。筆者長期在紡織院校工作，連續(xù)八屆為紡織工程專業(yè)的學生講授工程力學課程，授課過程中深切感受到紡織工程中包含的力學知識非常豐富。為有針對性地授課，激發(fā)學生學習的興趣，提高教學質(zhì)量，對紡織工程中涉及的力學知識進行了探索。

1 織前準備

筒子的卷繞成形是絡筒的主要任務，它由兩個基本運動實現(xiàn)，一是筒子繞自身軸線的旋轉運動，二是紗線沿筒子母線的往復運動——導紗運動(點的合成運動)。旋轉運動可由滾筒摩擦傳動。這時圓周速度穩(wěn)定，加上導紗運動速度不隨卷筒半徑而變化，所以絡紗速度穩(wěn)定，有利于紗線張力的穩(wěn)定；也可由錠子傳動筒子，此時轉速固定，圓周速度隨半徑增大而增大，絡紗速度隨之增大，紗線張力越來越大，不利于筒子卷繞成形和高速絡紗；還可由錠子傳動筒子，但圓周速度穩(wěn)定，轉速通過變速裝置隨卷繞直徑增大而減小(摩擦和剛體繞定軸的轉動)。

整經(jīng)機整經(jīng)時，要求紗線的卷繞線速度穩(wěn)定，以保證經(jīng)軸成型良好。與上述類似，經(jīng)軸傳動也有兩類方法。一是滾筒摩擦傳動經(jīng)軸，此方法簡單，但滾筒對紗線有摩損，高速下制動更為嚴重。而且經(jīng)軸軸線隨隨繞直徑增加而移動，從而造成經(jīng)軸運轉時軸線易跳動，影響經(jīng)軸的成型和張力的均勻性；二是變轉速直接傳動經(jīng)軸，當經(jīng)軸卷繞直徑增大時，轉速主動下降，以保持線速度穩(wěn)定(摩擦和剛體繞定軸的轉動)。

漿紗機是經(jīng)紗上漿的機器，主要部件為一對或幾對軋輥，由下方的上漿輥和上方的壓漿輥組成。上漿輥為金屬構成的硬面圓輥，壓漿輥的內(nèi)部為鑄鐵，外面包覆彈性材料而使壓漿輥的外面具有適當?shù)膹椥院陀捕取＝?jīng)紗浸漿后帶有大量漿液，但這些漿液主要在經(jīng)紗表面，不僅漿液太多，而且浸透被覆比非常不恰當。需經(jīng)軋輥軋壓以除去多余漿液并使?jié){液在紗線內(nèi)外的分布符合要求。帶漿經(jīng)紗先進入軋輥的壓力區(qū)，在壓力區(qū)的前階段，壓強逐漸增大，使帶漿經(jīng)紗被壓縮，同時也壓入了一些漿，另一方面壓漿輥包覆物也壓縮變形。在壓力區(qū)后階段，壓強逐漸減小。經(jīng)紗因彈性恢復而膨脹并吸漿進入其內(nèi)部，此時壓漿輥包覆物也作彈性恢復并吸去經(jīng)紗表面及周圍的漿液，從而得到適當?shù)纳蠞{比和浸透被覆比(材料的力學性能)。漿紗機的張力裝置，張力輥兩端軸承座安裝在升降齒條上，同時又與彈簧相連接，經(jīng)紗從張力輥下方繞過，當經(jīng)紗張力變化時，在與彈簧力共同作用下使張力輥升降，經(jīng)齒條帶動齒輪，再通過鏈輪傳動指針擺動，指示讀數(shù)(平面任意力系平衡)。

紆子的卷繞成型，屬短程式卷繞，由三個運動組成：緯管旋轉運動；導紗往復運動，其動程較小；導紗前進運動，每次往復逐漸向管頂前進。這三個運動的互相配合，使各層紗線基本分布于圓錐面上，有利于軸向退繞(點的合成運動)。

卷緯機的任務是把緯紗卷繞于緯管上，形成織造所需的紆子，鐵碗卷緯機是其中之一。這種卷緯機將紆子倒插于錠桿上，由圓臺形鐵碗摩擦傳動而旋轉，導紗鉤由成型凸輪傳動而作上下導紗運動。由于紗層的增加，紆子的錐面受到兩側鐵碗錐面的擠壓，有向上的分力，而使紆子和頂桿上升，實現(xiàn)了前進運動(摩擦和剛體的基本運動)。

2 織造

織物在織機上的形成由開口、引緯和打緯三個主運動和送經(jīng)、卷取兩個副運動組成。

機織時，經(jīng)紗在織機中要經(jīng)過很多機件，尤其是綜、筘和梭子，受多次摩擦。同時，經(jīng)紗與經(jīng)紗之間、經(jīng)紗與緯紗之間也有摩擦作用(摩擦)。經(jīng)紗還因開口、打緯和卷取送經(jīng)幾個運動中受拉伸作用，尤其在開口運動中因梭口形成使紗線伸長(軸向拉伸)。此外，經(jīng)紗還因開口、打緯、與緯紗交錯而受彎曲作用(彎曲)。雖然拉伸、摩擦等作用不致直接使經(jīng)紗斷裂，但這些破壞作用對經(jīng)紗的任何部分都反復作用、次數(shù)達成千上百，經(jīng)紗很容易因疲勞而破壞(疲勞)。

緯紗從紆子上引出，雖然受破壞作用小、對每一根緯紗不是反復作用，但是引出速度比經(jīng)紗快，若受意外阻礙，容易斷裂。再者由于梭子運動沖擊劇烈，紆子卷裝容易崩脫(動載荷)。

梭子在自由飛行途中受空氣、經(jīng)紗、鋼筘和制梭板的摩擦阻力，這些阻力較為穩(wěn)定。所以梭子的運動可看作勻減速運動，只是這些阻力很小，降速也很小(點的運動)。

由于允許梭子飛行的時間很短，梭子的速度必須很高。這樣對于梭子這樣質(zhì)量較大而作往復運動的物體具有的動能也非常高。梭子在自由飛行開始時，動能還要稍高。即在擊梭階段很短時間內(nèi)，投梭機構必須給予梭子如此大的動能，因而投梭機構和織機的負荷很大。另一方面，當梭子自由飛行結束，由于自由飛行減速很少，梭子剩余動能仍很大。如此巨大的能量不僅無用反而有害，因此必須在很短時間內(nèi)消耗掉，轉化為噪聲、熱量、零部件的磨損、變位以及彈塑性變形等，其中一些轉換是有害的，這就是噪聲、發(fā)熱、零部件的損壞。而彈性變形是最無害的能量轉換形式，因此制梭機構用了大量的彈性部件(動能定理、動載荷和材料的力學性能)。

制梭是對引緯后的梭子進行制動并使梭子停止于正確的位置，為下次投梭作準備。制梭按其性質(zhì)可分兩個階段：第一階段是制梭板制梭，這時梭子帶著大量剩余動能進入梭箱，梭箱后板上有制梭板，彈簧使制梭板壓向梭子，梭子處于梭箱前板與制梭板之間作摩擦移動而消耗部分動能，同時因梭子碰撞制梭板使彈簧變形和制梭板運動而變位也消耗部分動能。第二階段是緩沖制梭，梭子經(jīng)制梭板制梭后，沖擊皮結和投梭棒，使其繼續(xù)向梭箱外側運動，受到緩沖阻力，消耗了梭子的剩余動能，使梭子減速并在一定位置停止運動。

緩沖裝置有以下三種：一是皮圈。裝于筘座下部，投梭棒穿于其中。當投梭棒被梭子沖向梭箱外側運動時，受皮圈阻礙，一方面使皮圈作彈性伸長，另一方面皮圈在兩側彈簧壓緊的狀態(tài)下，沿皮圈架作摩擦移動，從而消耗了梭子的剩余動能并使梭子停止定位；二是三輪緩沖器。在側板的頭端有緩沖帶和彈簧盤相連，其間繞過兩個固定圓盤，當投梭棒被梭子沖向織機外側運動時，投梭棒腳帽將側板抬高，使緩沖帶張緊在兩圓盤表面作摩擦移動，并使彈簧盤中的彈簧扭轉，從而對梭子緩沖，吸收梭子剩余能量并使梭子停止定位；三是油壓緩沖器。在筘座兩端下方設置，當投梭棒被梭子沖向外側時，作用于緩沖器的緩沖頭推動油室中的活塞，因油室中的油液不易壓縮，油液通過薄膜使氣室中的壓縮空氣壓縮變形。由于活塞的運動受到油液和壓縮空氣的阻力而起緩沖作用，梭子停止運動后，空氣體積恢復而使緩沖頭和活塞復位(動能定理)。

打緯的目的是把引入梭口的緯紗推到織口，形成織物。

織機的主軸轉動，其上的曲柄帶動連桿(牽手)，通過牽手栓使筘腳座和其上的筘座、鋼筘以搖軸為支點作前后擺動而進行打緯。

曲柄、牽手、筘座腳和機架構成四連桿。根據(jù)四連桿的運動性質(zhì)，筘座的運動性質(zhì)類似簡諧運動，而且筘座在曲柄軸一轉中沒有靜止時期。當筘座運動在最后方附近時，其速度較慢，而且筘離織口最遠，筘上的梭口高度較高，此時期筘座上的梭子受筘座運動慣性力的作用緊貼于鋼筘，適于梭子飛行引緯。當筘座運動到最前方時，又具有極大的慣性力將緯打緊(動靜法)。

送經(jīng)的目的是按交織的需要，送出相應長度的經(jīng)紗，并使經(jīng)紗具有一定的張力。送經(jīng)機構有消極式、積極式和調(diào)節(jié)式三種類型。采用較多的是張力反饋調(diào)節(jié)式。

這種機構在織機后方有后桿，作為力矩中心構成力矩平衡系統(tǒng)。經(jīng)紗張力通過后梁對后桿施以力矩，張力重錘和扇形桿、吊桿等對后桿施以反向力矩與經(jīng)紗張力的力矩互相平衡。若經(jīng)紗張力增加，則后桿系統(tǒng)失去平衡而運動，后梁下降減小了經(jīng)紗張力，使該系統(tǒng)又趨平衡；同時，扇形桿上抬，提起吊桿和調(diào)節(jié)桿使棘輪被推動齒數(shù)增加，從而增加了送經(jīng)量以保持張力穩(wěn)定；若經(jīng)紗張力減小則后桿系統(tǒng)反向運動，減小送經(jīng)量(平衡和任意力系)。

3 今后的打算

以上是機織工程中所涉及的一些力學知識，授課過程中，如果能適時加入這些實例，將會極大地激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。因此今后將繼續(xù)搜集紡紗、印染、化纖等方面涉及的力學知識，為改善教學效果而努力。

[1] 武繼松，張如全.紡織科學入門[M].北京：中國紡織工業(yè)出版社，2011.

[2] 孟長明.紡織機械基礎[M].北京：中國紡織工業(yè)出版社，2014.

[3] 呂百熙.紡織染概論(機織篇)[Z].紡織中專機織專業(yè)委員會，陜西省職工教育服務中心，1990.

Mechanical knowledge in woven engineering

Lu Baoguo

(CollegeofMechanicsofTUT,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the content and the teaching goal of textile engineering major, mainly explored the mechanics knowledge of woven engineering, and elaborated in detail the weaving preparation and weaving two aspects, to stimulate students’ learning interest, improved the teaching quality.

textile, mechanic, major, curriculum

1009-6825(2015)28-0237-03

2015-07-22

蘆保國(1965- )，男，碩士，講師

G642.0

A