一种三维织物新型提综机构综述

斯黎明，汤维卓

（武汉定达慧科技有限公司，武汉 430000）

在纺织领域中，提综机构用于控制经纱的上升和下降运动，形成梭口，纬纱通过梭口，根据特定的运动周期完成织物的编织，其直接关系到织物织造效率，织物质量的好坏，通常有凸轮开口机构、提花开口机构和多臂开口机构3 类，具有结构简单、适用领域广等特点。

目前，国内现有的纺织设备仍然大量采用上述3 大类传统开口机构，可以满足经纱层数少，质量一般的织物的自动化编织，但由于采用单综眼综框织造，只能满足单个运动行程形成单个开口，编织的效率要低许多，当需要织造三维织物时，经纱层数要更多，对开口质量的需求更高，容易造成开口质量差，对织物的结构、质量及效率造成影响，容易引起纱线毛羽的现象出现。

本文提出了一种新型三维织物织机提综机构用于三维织物纺织领域，采用多综眼综丝，同时配合多级行程运动，可以有效提高纺织生产效率和质量，对纺织领域有着重要的影响和意义。

1 传统机构

1.1 凸轮和连杆开口机构

凸轮开口机构是织机中常见的传统开口机构之一，使用范围广，有梭织机、剑杆织机等。凸轮和连杆开口机构可以将平行运动准确地转换为垂直运动，具有运动精度高、体积小、价格便宜的特点[1]。其主要由1 个凸轮、1 个连杆和1 个滑块构成，连杆和滑块的动力由凸轮上的凹槽提供，并在水平方向和垂直方向上进行运动。可以用于织造平纹、斜纹这样工序简单的织物，通常用于不超过8页的综框。

1.1.1 一般凸轮开口机构

一般凸轮开口机构通常用在织造平纹织物的织机上，这种机构的原理是通过凸轮的运动来降下综框，通过吊综辘轳的运动将综框拉升回来。其特点是结构简单，缺点是吊综皮带会伸长，影响梭口位置，会导致综框抖动严重，经纱摩擦数量增加，运转速度越快，越容易出现问题[2]。

1.1.2 弹簧回综式凸轮开口机构

弹簧回综式凸轮开口机构通过凸轮的运动来降下综框，通过弹簧的弹力将综框向上拉升，拉回初始位置。该机构的缺点在于综框运动时不稳定，优点在于织机运行效率更高，通常用于织造轻薄或者中等厚度的织物。另外一个缺点是在织机运行一段时间后，弹簧可能会因长期使用而产生疲劳效益，弹力变小，进而造成开口不清，最终影响织物的质量。一种弹簧回综式凸轮开口机构如图1 所示。

图1 弹簧回综式凸轮开口机构

1.1.3 共轭凸轮开口机构

共轭凸轮开口机构的主要工作原理是通过双凸轮向综框施力，以使综框下降或者回到初始位置。这种机构下的综框运行相较其他方式会更加精准和稳定。

1.1.4 沟槽凸轮开口机构

沟槽凸轮开口机构的主要工作原理是通过沟槽凸轮向综框施力，以使综框下降或者回到初始位置。这种机构运行时，沟槽将会控制综框的下降和拉升回位，并且整个运行过程中沟槽都会约束综框在垂直方向上的位置，该种机构不需要使用吊综装置。

1.1.5 连杆开口机构

连杆开口机构的主要工作原理是通过连杆控制综框的下降和上升。连杆的作用是改变力的方向，通过低副连接使综框在垂直方向上进行运动。

1.2 多臂机开口机构

多臂开口机构主要由回综装置和提综装置组成，最高可以使用32 页的综框。其工作原理为拉刀由织机主轴上的连杆或凸轮传动，做水平方向的往复运动。拉钩通过提综杆、吊综带同综框相连。由纹板、重尾杆控制的竖针按照纹板图所规定的顺序上下运动，以决定拉钩是否为拉刀所拉动，从而决定与该拉钩连接的综框是否被提起，对于多臂机开口机构，综框运行到最高位置时无静止时期，而运行到最低位置时有静止时期，原因是拉刀与拉钩有间隙。平综时综框运动速度快，有利于开清梭梭口，满开时速度慢有利开梭子飞行，综框开始运动时，加速度变化大，会引起冲击和振动，原因是拉刀在钩取拉钩时，已经具有一定速度[3]，一种多臂开口机构如图2 所示。

图2 多臂开口机构

常见种类可以分为单动式和复动式2 种。

单动式多臂开口机构一般比较适合花纹较小和组织结构较复杂的织物，可以使用32 页以内的综框，其工作原理是1 个拉钩连接1 个综框，拉刀与拉钩配合，当拉刀运动时，带动拉钩运动，实现综框的提升和下降，传动比为1∶1，即可以实现主轴旋转一圈，拉刀往复运动1 次，综框上下移动，形成1 个开口。

复动式多臂开口机构一般适合花纹比较大，组织结构复杂的织物，最高可以使用64 页的综框，其工作原理是2 个拉钩上下连接1 个综框，拉刀与拉钩配合，当拉刀运动时，带动拉钩运动，实现综框的提升和下降，传动比为2∶1，主轴旋转一圈，上下拉刀往复运动1 次，综框上下移动，形成2 个开口[4]。

缺点：当织机速度提高时，拉刀与拉钩无法完美配合，做非强迫运动，会导致综框的运动不按照规定的顺序升降，会出现幅性的跳花织疵。同时，综框由于移动后静止时间短，不适合较大面积的织物纺织。

1.3 提花开口机构

提花开口机构比较适合花纹大而且复杂的织物纺织，和其他开口机构不同，其每一根综丝都是一个独立的运动单元，经纱同样将作为独立的运动单元，经纱可以与纬纱形成更多组合，而且综丝的灵活性更高，同样不适合较大面积的织物纺织[5]。

工作原理：提花开口机构并没有采用综框的设计，经线都是由一根单独的综丝控制，这意味着每一根纱线都可以自由独立运动，与纬线组成的交织规律更多、更灵活，一般每根经纱根据纹板上的孔位来决定，无孔下降，有孔提升，一种提花开口机构如图3 所示。

图3 多臂开口机构

常见种类按提刀往复一次所形成的梭口数，提花开口机构分为单动式、复动式和电子式3 种。

单动式提花开口机构是根据竖钩的位置来控制经纱的提升和下降，从而形成梭口。当竖钩的钩端在提刀的水平位置时，其就会被提刀带动上升，同时带动经纱上升，形成梭口的上层。当竖钩的钩端不在提刀的水平位置时，其就不会被提刀带动，而是随着底板的下降而下降，同时带动经纱下降，形成梭口的下层。

复动式提花开口机构是一种在织机主轴转2 圈的同时，完成1 次开口循环，所以叫复动式。其工作原理都是根据纹板上的孔位来控制经纱的提升和下降。但是复动式提花开口机构要求每次提升经纱的最高点都要保持在同一水平线上，这样才能和电磁阀协调工作。

电子式提花开口机构是一种用电磁铁来控制经纱提升和下降的机构。电子式提花开口机构的优点是运动部件很少，可以适应高速织造，而且每根经纱都可以单独控制。

1.4 总结

综上所述，3 类提综机构的优缺点如下。第一，凸轮和连杆开口机构利用凸轮和连杆来控制综框上下运动，运动规律和顺序都由凸轮的形状决定。只适合织造循环较小、组织简单的织物，一般只能有10 个综框。第二，多臂开口机构利用拉刀和拉钩来控制综框上下运动，运动顺序由阅读机构来控制。适合织造循环较大、织物组织复杂的织物，一般可以有16 个或32 个综框。第三，提花开口机构是一种利用综丝来控制经纱上下运动的机构，其运动顺序由花纹机构来控制，可以实现每根经纱单独控制。适合织造循环大、组织复杂的大花纹织物。

2 新型三维织物提综机构

2.1 新型三维织物提综机构的研究意义

提综机构直接影响着织物的质量和效率，在三维织物领域，传统织物提综机构缺点更加明显，传统的提综机构结构由于采用单综眼综框的形式只能实现单层或双层的经纱开口，三维织物的经纱层数多于普通织物，需要更清晰的开口和更少的摩擦。传统提综机构的运行效率过低，且无法满足不同工况和不同需求下的运动，损伤纱线，导致织物质量的降低。因此为改善这些问题，设计了一种新型提综机构，采用多综眼综框增加经纱开口数量，同时采用双级气缸和电机轮盘满足不同工况和不同需求下的运动，提高编织效率和织物的质量。

2.2 新型三维织物提综机构的结构及其工作原理

该新型三维织物织机提综机构主要由传动调节装置、多综眼综框和动力装置构成，如图4 所示。该机构所使用的多综眼综框由多综眼综丝、综框架和综框吊环构成。其中，综框架又由综框固定板、综框横梁和综框侧板构成。综框横梁的作用是确定综框在水平方向上的位置，而综框侧板的作用是确定综框在铅锤方向上的位置。该机构所使用的多综眼综框的每一根综丝上都有2个或者更多的综眼，也就是多综眼综丝。该机构所使用的每一个多综眼综框包含有若干根多综眼综丝，这些综丝在空间上的关系是均位于同一个平面上且任意2 根综丝都互相平行，并且每根综丝上的综眼都在同一水平高度上，该机构所使用多综眼综框与传统综框相比的优势在于综框体积更小，整个提综机构的重量更轻，同时为了配合多综眼综丝，采用双级行程气缸和多级行程电机轮盘动力装置，双级行程气缸由2 个气缸反向连接固定在导轨上，多级行程电机轮盘由伺服电机控制，该机构可以实现行程切换，增加开口数量，并由此提高了织机的织造效率和织物质量[6]。

图4 新型三维织物织机提综机构

该机构实际运行时，动力装置无法直接向多综眼综框提供向上或者向下的动力，只能通过传动调节装置将动力传递至多综眼综框。该种设计可以让该机构各个元件联动性更佳，并极大增强各个元件的配合性，使得织机运行更加迅速流畅。传动调节装置还可以让多综眼综框在上下运动过程中受力大小更加稳定。

添加综框导向装置确保若干个多综眼综框组合使用时相互间隔一定距离，互不干扰，该机构所使用的综框导向装置由固定座、导向隔环和导向轴与轴承套件组成。而固定座则由用于导向的连接座、固定块和连接杆组成，导向连接杆的作用是增强整体构件的稳定性。若干个轴承和隔环间隔开来套在导向轴上，分别放置2 块固定块于导向轴两端以固定导向轴的位置。导向连接座上的导向轴可以根据实际工作情况改变具体放置的位置，导向隔环的作用是调整相邻每2 个多综眼综框之间的距离，使其既不会相互碰撞也不会相距太远，导向轴承的作用是在机构运行时改变综框的导向，以此减少运行过程中综框间的摩擦。

每一个综框在提综结束后都需要回退到运行之前的位置以准备下一个提综周期，可以通过弹簧装置给综框的在提综时的上下运动提供初始位置的力，使得综框在一个提综周期结束后更加容易回到初始位置，以此增强机构整体的自动化程度[7]。

3 实验结果

3.1 提综机构实物

如图5 所示，该新型三维织物织机提综机构主要的特点就是将传统单综眼综框改进为多综眼综框，提升了织造过程中提综流程的效率并以此提升整个织造过程的效率。并且可以通过选择不同的动力装置进行多级行程运动，比较适合三维织物的织造，提高了织造效率的同时，减少了纱线在织造三维织物过程中的相互摩擦。

图5 提综机构实物

3.2 织物小样品

如图6 所示，该新型三维织物织机提综机构编织出来的织物样品采用碳纤维长丝进行织造。表面分布均匀且光滑，未出现经纱堆积及经纱毛羽过多的现象。

图6 织物小样品

4 结束语

该三维织物提综机构，特点在于采用多综眼综框织造，增加了纱线的开口数量，动力装置选择双级行程运动的气缸加多级行程运动的电机轮盘动力装置，一次形成的开口数量比以往更多，织造效率得到极大提升，减少了纱线在运动周期当中的摩擦次数，能够更好地控制纺织产品质量，该三维织物提综机构可以实现全过程的自动化，与传统纺织装备相比节省更多人力，提高纺织的效率，精确度更高，纺织成品的质量更好。