ＰＧ６００型剑杆织机的设计及性能

周骏彦

近20年来,我国企业陆续引进了一些国外先进的纺织机械产品,在一定程度上提高了我国纺机产品的技术水平。但是随着高端纺织市场的迅速发展,世界上先进的高端纺机产品不断出现,相比之下我国纺机制造业产品的技术进步水平、企业促进研发高端自主创新产品的效果总是差强人意,以至目前国内高端纺机市场,绝大多数被国外进口产品占据。其中一个很重要的原因是企业生产和研发停留在零件照抄仿制的低水平上,缺乏对高端纺机产品核心技术的系统研究,不能很好地消化吸收国外引进产品的先进设计理念,掌握设计开发核心技术,对所生产的引进产品只知其然而不知所以然,成为我国企业发展的一大瓶颈。

剑杆织机是一种应用非常广泛的无梭织机,同时又是一个复杂的机械系统,其中包括多级齿轮传动、共轭凸轮传动、连杆机构和齿轮齿条传动等多种传动机构的组合。随着纺织业的发展,对剑杆织机转速及其动态性能提出越来越高的要求,然而传统的剑杆织机设计制造方法难以满足这些要求。

虚拟样机技术是一种迅速发展的基于产品系统的计算机数字化仿真试验和设计新方法,利用在计算机上建立的虚拟样机替物理样机,对产品进行核心技术研究、创新设计、试验和性能评估,可以大大缩短开发周期,降低研发成本,提高产品性能和质量,获得优化和创新的产品。

太平洋机电(集团)有限公司在近几年的产品开发过程中,坚持走产学研之路,充分利用社会资源和人才资源,与科研机构、高等院校建立战略联盟,成立了产学研联合研究中心,运用计算机数字化仿真技术进行产品的产学研联合攻关。PG600型剑杆织机就是太平洋机电(集团)有限公司在行业中率先尝试运用虚拟样机技术进行产品开发的成功案例。

PG600型剑杆织机已于2009年9月19日通过了由中国纺织机械器材工业协会受中国纺织工业协会委托组织的生产鉴定。

一、先进的设计手段

运用SolidWorks三维CAD软件、ADAMS动力学分析软件、ANSYS有限元分析软件等 3 种软件平台,首先对引进的万事达/新龙型剑杆织机进行仿真试验和分析,运用计算机动态模拟技术和实物试验相结合的办法,通过对万事达/新龙型剑杆织机的核心机构引纬、打纬部分作动力学仿真分析、零部件的强度和结构分析。

在全面掌握了万事达/新龙剑杆织机在各种工况下的性能、设计和运行关键技术后,再根据剑杆织机的引纬、打纬原理,进行PG600型剑杆织机的原理设计和空间结构设计,建立虚拟样机模型。通过运动学和动力学的仿真分析,获得有关零部件的位移、速度和加速度等运动规律,与万事达/新龙剑杆织机作比较。在得到较满意的运动规律后,对高速运动的主关键零件内部的应力变化情况和强度进行分析。根据不同筘幅的机型,对织机筘幅零件的优化设计,通过仿真分析,确定筘幅零件的结构尺寸和调整范围。

在主关键零件的加工制造过程中,通过虚拟样机试验,确定关键零部件和设备装配的需用制造加工形位公差,在确保质量的前提下,适当分配形位公差,降低制造要求。提高了该产品技术性能的准确性,大幅度缩短新产品开发周期,大量减少产品开发费用和成本,提高产品的系统级性能,使该机的可靠性大大增强。

二、PG600型剑杆织机技术特点

PG600型剑杆织机采用四相绞轴引纬传剑技术,剑头交接平稳、可靠,大大减少纬纱断头率;两侧共轭凸轮打纬,打纬力大,能够织造高纬密、高张力的织物;控制系统采用世界最先进的数字控制技术,大屏幕显示双向通讯,能够设定、调整各种工艺参数,能够快速采集、监测织机运行状况,及时做出故障诊断;主传动采用可变磁阻电机直接驱动,可实现变速织造;运用具有良好的抗摩擦和耐疲劳性的碳素纤维材料剑带,织口内无需导钩,减少了剑带与经纱的接触和摩擦,避免了经纱起毛和断经,有利于提高织物质量和织造效率,尤其对织制高支高密织物;伺服电机驱动的送经和卷取装置,能够精确控制送经量和卷取纬密;积极润滑系统使主要传动部分的轴承得到充分润滑,同时降低了轴承的温升,提高了轴承的使用寿命,有利于提高机器的运转速度。

该机配置了适合高速剑杆织机的Stäubli 2670电子多臂开口、电子选纬器、LGL电子储纬器、GROB消音综框,具有程序变速、变纬密织造,自动寻纬、张力传感器在线检测经纱张力等功能。PG600型剑杆织机是一款可与国际先进水平相竞争的高速机电一体化剑杆织机,体现出目前国内最高水平。

三、试织情况

PG600型剑杆织机样机试织了100S/2 × 100S/2133 × 76 根/英寸的纯棉织物,试织速度达 650 r/min, 并在第十届中国国际纺织机械展览会(CITME 2006)上成功展示。在公司内部累计试织近 7 300 m的纯棉色织、化纤、精毛纺等各类织物,试织速度为 450 ～ 650 r/min。

另一款采用三相异步电动机传动方式的样机也成功参加了两届上海纺机展和一届亚洲纺机展,展示速度达 600 r/min。2008年10月初开始在用户厂进行了为期半年的生产性运转,织造了约 38 000 m的纯棉青年布、纯棉竹节格布、棉麻色织布、纯棉府绸、色织纯棉牛津纺等品种,平均效率达 92% 以上,下机一等品率达 95% 以上,入库一等品率达 97% 以上各类织物,平均织造速度 520 r/min,平均效率在 85% 以上,下机一等品率 99%,入库一等品率 100%。该机运转平稳、机构合理、维修方便,产品质量、机器性能都得到用户厂好评。

四、知识产权保护和技术查新

PG600型剑杆织机的核心技术已申请了多项专利,5 项实用新型专利和 1 项外观设计专利已获得证书,3 项发明专利已进入实质审查阶段。

经上海科学技术情报研究所科技查新和水平查新结果:该机采用四相绞轴小惯量引纬机构,大扭矩可变磁阻电机直接驱动技术,基于CAN-BUS总线结构的织机通讯方式,实现高精度织口补偿,具有新颖性。该项目为国内领先,达到国际先进水平。

五、小结

PG600型剑杆织机的研制成功,可以缩小与国外先进技术的差距,紧跟世界先进水平,对发展我国纺织机械制造装备业,提高我国纺织业的市场竞争力,加强我国纺织机械在国内外市场的竞争力具有重大意义,同时可以获得可观的经济和社会效益,使国产高档剑杆织机替代进口剑杆织机。