導(dǎo)語：綜框動態(tài)特性影響織機運轉(zhuǎn)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

論文摘要:綜框是開口機構(gòu)的主要工作部件,其動態(tài)性能的好壞會直接影響織機的正常工作。針對不同筘幅的綜框,在SolidWorks軟件中建立有限元模型,并計算求出綜框的各階模態(tài)振型,分析了其動態(tài)特性對織機的影響。提出了綜框設(shè)計時改進(jìn)其動態(tài)特性的措施和方法。

論文關(guān)鍵詞:織機綜框振動特性動態(tài)設(shè)計有限元方法COSMOS

綜框是織機中的一個重要部件，織機經(jīng)紗斷頭主要發(fā)生在綜框鄰近區(qū)域。近年來各種織機的入緯率不斷提高。高速織機轉(zhuǎn)速已達(dá)3000m／min以上。織機門幅也達(dá)380cm以上，這對綜框的設(shè)計要求進(jìn)一步提高。觀察綜框在織造中的運動狀況，其動態(tài)受力有綜框上下運動的沖擊力，織物張力所致的彎曲力，綜框在環(huán)境溫度變化下所產(chǎn)生的變形力等。這些因素都會使綜框在織機運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生不同程度的振動。綜框的振動不但會造成斷經(jīng)。影響生產(chǎn)效率；而且當(dāng)其與織機轉(zhuǎn)速發(fā)生共振時。還會造成橫梁斷裂甚至框架脫開口。所以在進(jìn)行綜框設(shè)計時，有必要研究其動態(tài)特性，進(jìn)一步提高和改進(jìn)綜框的動態(tài)性能。

本文通過對3種不同幅寬(190，230，280cm)綜框的動態(tài)特性研究，對它們的模態(tài)振型進(jìn)行對比分析．從而改善綜框的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其動態(tài)性能達(dá)到優(yōu)良，適合各種高速織機的工作轉(zhuǎn)速。本項研究在SolidWorks軟件中建立綜框的數(shù)字化模型，通過COSMOS模塊對其進(jìn)行動態(tài)分析。獲得綜框的模態(tài)和振型。在此過程中，綜框模型完全按照國標(biāo)(FZ／T94009-1992)規(guī)定所建立。保證了綜框幾何結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，具有生產(chǎn)實用價值。而COSMOS義是當(dāng)今世界上最快的有限元分析軟件。它與So1idWorks無縫集成，不用考慮數(shù)據(jù)交換所產(chǎn)生的模型誤差．并且高精確的分析結(jié)果也已被業(yè)界所認(rèn)可。這確保了本項研究結(jié)果的正確性。

1幾何模型

綜框的主要部件包括上橫梁、下橫梁、左右側(cè)檔、導(dǎo)板、穿綜桿和綜絲夾。本項研究先在SolidWorks中建立190cm幅寬織機上的數(shù)字化綜框模型，然后在此模型基礎(chǔ)上通過參數(shù)化技術(shù)方法，分別建立230cm與280cm幅寬織機的綜框模型，其中綜框的各部件及整體結(jié)構(gòu)尺寸都是按照國標(biāo)FZ／T94009-1992所確立。建好的綜框模型如圖1所示。

2有限元模型

建立有限元模型時根據(jù)分析對象的結(jié)構(gòu)特點，需要對已完成的幾何模型進(jìn)行簡化處理，以便節(jié)省計算機資源。更加快捷地建立有限元模型。在此，去掉幾何模型中一些關(guān)系不大的局部特征。就可以直接對綜框劃分網(wǎng)格。

COSMOSWorks采用高品質(zhì)實體網(wǎng)格，網(wǎng)格單元為10節(jié)點四面體要素，如圖2所示。

網(wǎng)格劃分過程中對綜框各部件進(jìn)行網(wǎng)格控制，使要素大小都適合各部件自身的形狀結(jié)構(gòu)，從而建立正確的有限元分析模型，保證獲得精確的分析結(jié)果。網(wǎng)格化后的綜框模型如圖3所示。

在對綜框進(jìn)行有限元分析之前必須定義它的材料特性，綜框?qū)儆诒⌒慰蚣茴惤Y(jié)構(gòu)，織機工作時綜框上下往復(fù)運動，承受經(jīng)紗張力動載荷，并且把劇烈振動傳遞給經(jīng)紗。加劇了經(jīng)紗在綜眼中的摩擦。考慮到綜框工作時的承載和變形情況，在綜框設(shè)計時使用的材料必須要保證它的剛度和強度。

本項研究在進(jìn)行有限元分析時，對綜框的上下橫梁、左右側(cè)檔、導(dǎo)板及綜絲夾選擇COSMOSWorks材料庫中的鋁合金材料1060-H18Rod(ss)。此型號鋁合金材料具有質(zhì)量輕強度高的特點，可滿足綜框工作時的性能要求。而對于穿綜桿則采用強度高韌性好的彈簧鋼65MN。綜框材料的主要參數(shù)如表1所示。至此，綜框的有限元模型已建立完成，接下來就可以在COSMOSWorks中對已完成的有限元模型進(jìn)行求解分析。

本項研究先對190cm幅寬織機的綜框進(jìn)行分析，然后通過參數(shù)化技術(shù)手段改變綜框的幾何模型，分別對230cm和280cm幅寬織機的綜框進(jìn)行有限分析。COSMOSWorks對這3種不同筘幅綜框的分析數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可知，以190cm筘幅綜框為例。整個綜框被劃分為86048個單元，共157048個節(jié)點，每個節(jié)點有X、Y、Z方向3個自由度,最多可獲得471144階固有頻率及相應(yīng)振型。建立綜框振動方程為：

[M]{X}+[K]{X}={0}

此系統(tǒng)振動方程是一組二階常系數(shù)齊次線性微分方程組，其中質(zhì)量矩陣[M]為單位陣．剛度矩陣[K]為對稱陣，且[M]和[K]均為471144階方陣。此振動方程可通過線性變換解耦合來求其解，而COSMOSWorks采用的是FFE(FastFiniteElement)求解器。即快速有限元法，一種可以保證結(jié)果收斂的快速迭代法。

其他兩種綜框振動方程的建立方法與此相同，但是由于有限元模型自由度的增多，振動方程組的維數(shù)也隨之增大。

3結(jié)果與分析

運行求解后，獲得了綜框的固有頻率和振型。由于織機的工作轉(zhuǎn)速只與綜框前面的部分模態(tài)有關(guān)．故本文只考慮綜框的前20階模態(tài)，去除綜框的剛體模態(tài)，得到1到20階固有頻率如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知。隨著筘幅的增大，綜框的各階固有頻率顯著降低，在工況條件下就容易與織機的工作轉(zhuǎn)速頻率發(fā)展共振，產(chǎn)生很大的振幅使綜框結(jié)構(gòu)受到破壞，影響綜框的使用壽命。對于190cm筘幅的綜框，當(dāng)織機工作轉(zhuǎn)速到達(dá)1200r/min時，對其影響最大，因為它有2個20Hz左右的頻率。極其容易發(fā)生共振。它的2、3階振型如圖4(a)與(b)所示。

由圖4可以看出，對于190cm筘幅綜框。其2、3階振型都是橫梁和穿綜桿在發(fā)生不同程度的彎曲振動．而綜框的其他部件都未振動。由第2階振型可以看出。綜框的上下橫梁及穿綜桿都在振動．如圖4(a)所示。其中上下橫梁發(fā)生較大的彎曲振動，而且相位恰好相反，最大振幅出現(xiàn)在橫梁中部位置．此時織機轉(zhuǎn)速頻率如果停留在19．776Hz。那么綜框橫梁及穿綜桿就極易發(fā)生斷裂。故織機工作轉(zhuǎn)速尤其要避開綜框的第2階固有頻率。而其第3階振型表現(xiàn)為橫梁和穿綜桿的橫向振動振動幅度沒有第2階振型大。且最大振幅發(fā)生在距橫梁右端約1／3處，如圖4(b)所示。此時如果與織機轉(zhuǎn)速發(fā)生共振同樣會對綜框的結(jié)構(gòu)造成破壞。

由以上分析可知190cm筘幅織機工作轉(zhuǎn)速應(yīng)避開第2、3階固有頻率，以免橫梁和穿綜桿由于共振產(chǎn)生過大振幅而使其斷裂。

由表3數(shù)據(jù)可知當(dāng)轉(zhuǎn)速在600r／min和1800r／min時，對190cm綜框沒有什么影響；但如果織機要在1200r／min的轉(zhuǎn)速下工作時．就必須改進(jìn)此綜框的動態(tài)特性，以消除其第2、3階振型。此時可以通過改變綜框的結(jié)構(gòu)特征，或者在綜框上安裝吸振裝置來消除其共振頻率和振型。

對于230cm筘幅綜框，由表3可知影響其600r／min工作性能的主要是第1階模態(tài)。其振型如圖5所示。綜框上下橫梁和穿綜桿發(fā)生較大的彎曲振動．橫梁的中間部位是最薄弱、最容易斷裂的地方。與190cm筘幅綜框不同的是，230cm筘幅綜框完全可以用在轉(zhuǎn)速為1200r／min的織機上，因為其沒有20Hz左右的周有頻率；但是當(dāng)織機轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r／min左右時．此綜框就容易發(fā)生破裂，影響其動態(tài)特性的主要是第5階振型。

由圖6可看出。綜框的整個邊框都出現(xiàn)振動。其中上下橫梁及穿綜桿發(fā)生垂直方向的振動，而側(cè)檔則發(fā)生左右方向的振動，此綜框如果直接用于2000r／min的高速織機。將對綜框造成致命性的破壞，即整個綜框結(jié)構(gòu)可能發(fā)生解體。圖6中變形前和變形后的綜框形成鮮明對比，準(zhǔn)確且明顯地預(yù)測了此綜框在共振頻率下的破壞程度和趨勢。以此為依據(jù)。在進(jìn)行綜框動態(tài)設(shè)計時就可以有針對性地優(yōu)化綜框結(jié)構(gòu)，使其動態(tài)特性適合高速織機的工作要求。

280cm筘幅綜框的第2階振型如圖7(a)所示，與圖5中振型相似，主要都是綜框邊框及穿綜桿的彎曲振動，在此不再分析。而第7階振型中上下橫梁及穿綜桿振動都很厲害，由圖7(b)可知．當(dāng)織機開到1800r／min時。此綜框的上下橫梁將會發(fā)生劇烈振動，極有可能從橫梁中問部位斷裂，而且穿綜桿與橫梁的振動趨勢一致，在織機工作頻率接近29．549Hz時也會遭到破壞。從表3可以看出，280cm筘幅綜框與230cm筘幅綜框一樣．也沒有靠近20Hz左右的頻率，所以完全可以在1200r／min的高速織機上使用此綜框。

4結(jié)語

通過對3種不同筘幅綜框的幾何建模及有限元計算分析，可以看出綜框動態(tài)特性的好壞對織機的正常運轉(zhuǎn)影響很大，可從以下幾個方面對其進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)：

(1)改變綜框的結(jié)構(gòu)，比如改變橫梁或者側(cè)檔的結(jié)構(gòu)尺寸等．此時綜框的質(zhì)量矩陣[M]及剛度矩陣[K]均發(fā)生變化，振動方程也隨之改變，從而消除對織機工作有較大影響的模態(tài)，以避免織機工作時和綜框發(fā)生共振。

(2)采用不同的材料，材料不同綜框的動態(tài)特性也不相同，例如采用碳纖復(fù)合材料，可以大幅增加綜框的各階振動頻率，從而使織機能在更高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。

(3)在綜框上面增加吸振裝置，改變綜框的固有頻率和振型．使其適合不同工作轉(zhuǎn)速的織機。