液晶聚合物片综与综框的结构设计

2015-12-19黄新武王益轩李明伦张永军

纺织器材 2015年4期

黄新武，王益轩，李明伦，刘玮，张永军

（西安工程大学机电工程学院，西安 710048）

0 引言

综、综框是织机开口机构的重要器材，其使用状态直接影响开口机构的运转性能，因此，高性能综、综框是其制造企业重要的研发项目之一。综主要性能指标有3个：综眼耐磨性、综厚度和综硬度。与钢片综相比，普通塑料片综在很多方面都占有优势，但是，其综眼的耐磨性及硬度却无法与钢片综相比，使其发展受到了限制。我们研制的液晶聚合物片综同时拥有塑料片综和钢片综优势，有很好的应用前景；因为是对传统综框加以改进，如增加中间支撑，使织机高速运转时，综框不至于受力产生弯曲变形，使用寿命也相对延长。

1 液晶聚合物片综特性与制造

1.1 液晶聚合物性能

液晶聚合物（LCP）是在固态与液态之间的呈中间状态的一种聚合物。其分子的排列并不像固态晶体那样有序，也不像液态那样无序。它是一种新型的高分子材料，在熔融状态时一般呈现液态晶体性［1］。LCP材料具有高模量、高强度、耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀、绝缘性、阻燃性、线性膨胀率低、尺寸稳定性等优异性能，具有广阔的应用前景［2］。本文所述片综由液晶聚合物制成，是由一种热塑性树脂材料通过凝固成形为所需要形状的片综。

1.2 液晶聚合物片综的特性与制造

液态晶体聚合物树脂化学性质不活泼，很容易加工和制造成预期形状的片综，甚至在高温环境状态下都能抵抗大部分应力开裂。由于液态晶体聚合物树脂加工性能好，其高熔体流动而易制造成型零件，不需要辅助硬化，而且相比其它塑料材料具有强度大、耐磨、硬度高等优势；因此，用其制造的片综与钢片综具有相似的强度和硬度，综耳和综眼不会像塑料综丝那样易磨损。

1.3 液晶聚合物可制成特殊功能的片综

一般的片综是由无添加剂的液态晶体聚合物制成。然而，为了控制片综静电，可在液态晶体聚合物中加入抗静电剂，以便片综与综框更易分离。当然液晶聚合物为了某种功能的需要，也可加入其它添加剂，如为了抗菌、增强等功能；但是，同一批次的液晶聚合物使用的添加剂应一致或同类，否则在织造过程中容易损坏经纱。

2 片综总体设计

液晶聚合物制成的片综，其宽度较窄，这是为了增加穿综的数量；超薄的片综具有与钢片综一样的特性，这是塑料片综无法比拟的。

2.1 综耳结构

片综有不同类型的综耳，如：闭口的长方形称为“O”型综耳；半开口的称为C型和J型综耳。C型和J型综耳的片综用液晶聚合物很容易制造，其刚度和强度在使用期内稳定可靠。图1a）为C型综耳片综，图1b）为J型综耳片综，由液晶聚合物制成的C型、J型综耳可以与综眼呈偏转一定角度的状态，以便增加穿综数量。

图1 综耳结构

本设计的综耳介于C型与O型之间，综耳的一边有一条缝，以更易于安装在穿综杆上；为防止片综在综框高速运动时粘在一起，在综耳上增加几个凸台的设计（形状任意），如图2所示。

图2 特殊综耳结构

2.2 综眼结构

综眼壁的一侧设计了一条缝隙，且缝隙与片综长度方向呈β角倾斜，以防止纱线脱离综眼。本设计的偏置角β为30°，如图3所示。

图3 综眼设计

3 综框结构设计

3.1 综框结构设计

不同横梁高度对应不同的强度和理论车速［5］。传统综框横梁的宽度一般不大于280cm、高度不大于120mm，本设计的综框（如图4所示，横梁幅宽为190cm）有一些实质性的突破：

a）横梁高度为120mm时，织机车速可以达到650r／min。

b）横梁高度为140mm时，织机车速可以达到750r／min。

c）横梁高度为160mm时，织机车速可以达到850r／min。

图4 综框横梁侧视图

如图5所示，综框主要由上横梁、下横梁和侧档2、4组成。为了增强综框，提高其刚度，增加了支撑架以连接上、下横梁。本设计综框幅宽为3 000mm、横梁高度为150mm、横梁厚度为8.6mm，安装有中间支撑对综框起到支撑作用。

3.2 综框材料的选择

目前，制造综框的材料有全碳纤、碳铝复合和铝合金等。全碳纤综框幅宽为400cm时仅需要两点驱动，不需要中间支撑，其制造成本约为同规格铝合金综框制造成本的3倍，仅有史陶比尔公司制造这种材料的综框。碳铝复合型综框采用复合材料制造、成本仅比同规格的铝合金综框高30%，其制造商有美国史迪尔、德国时明格、日本南海和瑞士格罗等公司。铝合金综框是普及型的综框，也称为第三代综框，我国1976年已研制成功。铝合金综框具有平稳性好、抗弯性强、表面光滑、造型美观和质量轻等优点，对于降低断头率、减轻劳动强度、提高布面质量等有实际意义，本设计选用的综框材料即为铝合金［6］。

图5 综框

3.3 综框的中间支撑

本设计综框幅宽为300cm，为了使结构更加稳固、提高综框的抗疲劳强度，采用了中间支撑，如图6所示。在织机高速运转时，综框带动综上下移动时受到冲击力的作用而使上、下横梁产生弯曲变形，对综框的使用寿命有很大影响；为此，中间支撑恰好能够缓解这一问题。在图6中，中间支撑杆7撑着上下横梁起稳定的作用，通过锁紧夹块6及其旁边的止动元件5固定于横梁之间；止动元件5通过锁紧螺栓4固定在横梁上，以防止支撑杆7滑出；两根圆柱螺栓1横穿横梁的夹层固定锁紧夹块6，顶层垫有螺栓。

3.4 穿综杆与横梁的连接方式

穿综杆与横梁的连接方式有两种：用拖座固定于综框横梁或直接固定于综框横梁。

3.5 侧档与横梁的连接方式

侧档与横梁的连接方式有三种：刚性连接、半挠性连接和挠性连接。综框在高速上下移动时，横梁受力而弯曲变形，使用刚性连接方式的横梁变形会传递到综框的侧档上，二者的接触面极易磨损而影响综框寿命；如果采用挠性连接方式，侧档与综框横梁之间有塑料元件缓冲磨损，侧档不易受到综框变形的影响。其塑料元件容易更换且价格低，通过转移磨损元件从而保护了侧档与横梁这两个重要的元件。