CRT-83型地毯剑杆织机的引纬稳定性研究

蔡永东

（南通纺织职业技术学院，南通 226007）

CRT-83型地毯剑杆织机的引纬稳定性研究

蔡永东

（南通纺织职业技术学院，南通 226007）

CRT-83型地毯剑杆织机是一种高档刚性剑杆织机，由于其引纬的纱线较粗，故对其引纬稳定性要求较高。基于剑杆纬纱交接稳定性和剑头夹持纬纱稳定性的理论研究，得出影响刚性剑杆引纬稳定性的因素分别为剑杆变形、滑脱力及纬纱夹持深度，并较为具体地分析了其主要影响因素如剑杆的握持长度、外伸长度与夹纱装置的释放时间、弹簧片的初始变形角等，从而可用于指导剑杆引纬工艺调节。

CRT-83型地毯剑杆织机；引纬稳定性；剑杆变形；滑脱力；夹持深度

CRT-83型地毯剑杆织机是比利时Van de Wiele公司在CRT-82型双层剑杆织机基础上新开发出的一种三层剑杆织机。该机生产效率高，产品质量好，品种翻改方便，自动化程度高，是当今世界上先进的地毯织机中的一种，应用领域广泛[1]。CRT-83型地毯剑杆织机采用的三层刚性剑杆引纬系统，夹持式引纬，在织造时可根据毯面结构灵活调节使用剑杆的只数，而且可织地毯的幅宽可达5.4 m。由于织造地毯用的纬纱是较粗的麻纱，绒经是较粗的毛线，刚性剑杆在引纬时要求剑头不与梭口上下层经纱接触，并且其引纬的稳定性要好；同时，剑头夹取纬纱时，应有足够的夹持力，以防止引纬过程中纬纱滑脱，造成引纬失误[2]。本文就刚性剑杆引纬过程中的两剑交接纬纱稳定性及剑头夹持纬纱的稳定性作些理论分析和研究。

1 两剑纬纱交接稳定性

1.1 刚性剑杆引纬时的力学模型

刚性剑杆引纬时，纬纱从储纬器上退解下来，纬纱张力小而均匀，相对于其他集中及分布载荷而言,它对剑杆的力的作用可以忽略；而引纬运动的惯性力、剑杆和剑头的重力，对纬纱交接稳定性均有一定的影响。当送纬剑、接纬剑两剑杆进足和交接纬时，它们处在“危险”状态，这里以送纬剑一侧为例，对此时状态假设模型见图1。剑杆在织造过程中，图1中A点为剑尾，它是剑杆与投剑机构的铰接点；B点为压剑轮；C点为剑头，它是自由端。A、B处运动副的间隙很小，以防剑杆的上下或前后窜动，可把整个剑杆视为简支梁。

在上下方向（从织机前部看）剑杆受到它本身的重力q（分布力）和剑头重力p（集中力）作用而发生变形δ。当剑杆进足时，其变形最大，由材料力学知识[3]可知：

式中δ上下max为剑杆在上下方向产生的最大变形，a为剑杆的外伸长度，l为剑杆的握持长度；L为剑杆的总长，L=l+a，E为剑杆材料的弹性模量，I为剑杆的断面惯性矩。

在水平方向（从织机顶部看）剑杆同样受到一个分布力和集中力，即由于筘座在后心左右的负加速度附加给剑杆的惯性力和给剑头的惯性力。同理，当剑杆进足时，其变形最大，由材料力学知识[3]可知：

图1 刚性剑杆受力模型

式中：δ水平max为剑杆在水平方向产生的最大变形，g为重力加速度，其他参数同式（1）中所述。

1.2 影响因素分析

从式（1）、（2）可知，无论δ水平还是δ上下，当变形大于某个允许范围就会引起两剑交接纬的失误，因此在调节有关工艺时必须考虑以下因素的影响：

1)剑杆的握持长度l。在织机上，受占地面积的限制，l不可能很大，并且其外伸长度a远远大于l，所以上述有关δ式中的第二项可忽略不计，即l与δ成直线变化关系。故在机构允许的情况下，应尽可能减小剑杆的握持长度l，以减少剑杆变形，从而可以避免两剑交接纬的失误。

2)剑杆的外伸长度a。a受所织幅宽限制，而剑杆的变形δ与a2、a3成正比，而CRT-83型地毯剑杆织机的可织幅宽较大，其剑杆的外伸长度a相对而言就较大，故剑杆的外伸长度a是影响剑杆的主要因素。所以在条件允许的情况下，应采用尽可能小的外伸长度，这对保证剑杆的交接稳定性是有意义的。

3)剑杆的材料。在上述二式中均可见，剑杆的变形与剑杆的重量成正比，与剑杆的弹性模量E成反比，为减小变形δ，应减小剑杆材料比重，增加剑杆的弹性模量，即剑杆材料的比模量（弹性模量与比重的比值）应该大，常见材料的比模量见表1。由此可见，现代剑杆织机应选用碳纤复合材料作为剑杆材料，它不仅比模量大，还具有良好的减振和耐疲劳性能。

4)剑头体质量。剑头体质量对剑杆变形影响较大，故现代剑杆织机上大多采用质量和体积小的碳纤复合材料剑头，这利于稳定纬纱交接。

表1 常用剑杆材料的比模量

2 剑头夹持纬纱稳定性

2.1 滑脱力与剑头夹持纬纱的过程

剑头夹持纬纱稳定性对引纬成功与否影响较大，对于粗糙的麻纱尤为明显。这里将送纬剑夹持的纬纱从剑头钳口中滑脱出来所需要的力称为“滑脱力”。在引纬过程中当纬纱动态张力大于滑脱力时，纬纱有可能脱离钳口，导致引纬的失败，故滑脱力愈大，夹持纬纱愈稳定。剑头夹持纬纱的过程可表述为：剑头连同剑杆由驱动装置驱动向筘幅中央运动，开始纬纱头端A被夹纱装置所夹持，当剑头向前运动一段，纬纱由于引纱张力和纬纱头端A被夹持而产生的伸长作用，被挤入送纬剑的钳口，此时夹纱装置放开，送纬剑夹持住纬纱向筘幅中央运动。这里以送纬剑的剑头为研究对象，图2为其剑头结构简图。

图2 剑头结构简图

2.2 夹持深度x对剑头夹持纬纱稳定性的影响

图3 剑头受力分析

1)夹持深度x的理论推导。图3为剑头受力分析图，做以下假设：由于纬纱进入钳口时被钳口夹住的时间很短，故设这时送纬剑的速度不变，为vS；不考虑织机主轴回转不匀，设织机的转速为n转/分；纬纱和钳口的摩擦系数为μ；当钳口和夹纱装置平齐时织机主轴转角为θ1；夹纱装置放开时织机主轴转角为θ2；剑头和夹纱装置之间垂直距离为l；钳口夹持深度为x。纬纱在剑头开放端尚未开放时，由于纬纱伸长所产生的作用于纬纱上的力为FS，根据理论力学知识[4]，推导可得FS=由于钳口打开时压板作用在纬纱上的摩擦力为FN，同理，根据理论力学知识[4]，推导可得FS和FN的式子中：E为纬纱的弹性模量；r为纬纱的半径；K为弹簧片的等效弹性模量；θ0为弹簧片的初始变形角。FS＞FN时，纬纱向钳口运动。平衡时，FS=FN，由此可得出：

2)夹持深度x的影响因素。从x的求解式可知：①夹持深度x与纬纱的弹性模量E成反比，即E越大，x值越小，夹持得越深。夹持深度x与纬纱的直径r成正比，随纬纱直径的增加，x值越大，夹持得越浅。② 夹持深度x与θ2有关，随θ2的增加，x值下降，夹持得越深。

2.3 滑脱力对剑头夹持纬纱稳定性的影响

1)滑脱力的理论推导。由图2、3可知：纬纱的动态张力T大小由纬纱受到剑头上弹簧片压挤变形角θ决定，此时滑脱力T实际上是一个临界值，它与纬纱的

α动态张力T呈欧拉关系[4]，故：，式中α为剑头上夹纱装置对纬纱的摩擦包围角（见图2），其他参数同前。

2)滑脱力的影响因素。从Tα的求解式可知：①Tα的大小与夹持深度x有关，随x值减少Tα增加，从而保证了引纬稳定。x值过大Tα减小，纬纱易从钳口脱出。x值大小与前述影响因素有关，为此在生产中，为保证x值，常用θ2来调节。②Tα的大小和纬纱的直径r有关，在同一x条件下，随r的增加而增加。Tα的大小还和纬纱与钳口的摩擦系数μ有关，当采用不同类型的纬纱时，应作合理调节。③ Tα的大小还和弹簧片的初始变形θ0有关，θ0越大，Tα越大。生产中若须小范围调节Tα时，只需适当调节弹簧片的初始变形θ0即可；若须大范围调节Tα时，必须更换弹簧片来调节。有关接纬剑的夹持情况可用同法分析，这里从略。

3 结语

通过对CRT-83型地毯剑杆织机的引纬稳定性的研究与分析，可以得出以下结论：①影响剑杆纬纱交接稳定性的主要因素有剑杆的握持长度、外伸长度、材料及剑头重量等。在工艺调节时，应尽可能减小剑杆的握持长度和外伸长度，以减小剑杆的变形，从而保证剑杆纬纱交接可靠。②影响剑头夹持纬纱稳定性的主要因素有夹持深度和滑脱力等，在工艺调节时，应推迟夹纱装置的释放时间，以加大夹持深度；同时保持弹簧片的初始变形角合理，以增大滑脱力，从而保证剑头夹持纬纱稳定。

[1]Van de Wiele公司.CRT-83型地毯剑杆织机说明书[Z].2000：6.

[2]蔡永东，张曙光，缪建海，汪祖华.CRT-83型地毯织机的性能与产品开发研究[J].南通纺织职业技术学院学报，2002，2 （4）：5-8.

[3]梁瑗娥.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1982.

[4]郝桐生.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1982.

（责任编辑：王晓燕）

The Stability of Weft Insertion of CRT-83 Carpet Rapier Loom

CAI Yong-dong

（Nantong Textile Vocational Technology College，Nantong 226007，China）

CRT-83 carpet rapier loom is an advanced rigid rapier loom which requires high level of weft insertion due to the thick weft.Theoretical analysis based on the theory research of the stability of weft clamping and weft handover shows that the rapier deformation，slipping force and the depth of clamping are the main factors influencing the stability of weft insertion.In order to obtain reasonable process of weft insertion，the paper discussed the following factors：the grip length and outrigger length of rapier，release times of clip yarn device，initial deformation angle of spring piece.

CRT-83 carpet rapier loom；the stability of weft insertion；rapier deformation；slipping force；the depth of clamping

TS103.336

A

1671-6191(2014)01-0001-03

2013-07-23

蔡永东（1967-），男，江苏通州人，南通纺织职业技术学院纺染工程学院教授，研究方向为现代织造技术。