纵横式三维编织单元机锭子运行稳定性研究_阮见.pdf
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1、玻璃纤维2023 年 第 3 期 1技术研究中图法分类号:TQ171.77+6.4 文献标识码:A纵横式三维编织单元机锭子运行稳定性研究阮 见,谢易廷,瞿书涯,宋 涛,丁允贺(南京玻璃纤维研究设计院有限公司,南京210012)摘 要:通过四步法成型原理建立锭子在纱线作用下的张力模型,然后基于Lankarani-Nikravesh模型对移锭过程进行动力学分析,最后通过分析锭子与通道的间隙,探索影响其稳定运行的最优间隙参数。研究结果表明,当锭子通道底部间隙为0.1 mm或0.2 mm,侧部间隙为0.06 mm时,运行效果最佳,可有效避免锭子卡滞现象,提高设备运行稳定性,降低设备维护成本,提高生产效
2、率。关键词:三维编织;单元机锭子;Lankarani-Nikravesh模型;间隙优化OperationalStabilityStudyforCarriersofCrossMode3DBraidingUnitMachineRuanJian,XieYiting,QuShuya,SongTao,DingYunhe(NanjingFiberglassResearch&DesignInstituteCo.,Ltd.,Nanjing210012)Abstract:Based on the four-step braiding method,a model of carriers under yarn t
3、ension was established.Then,the dynamics analysis of carriers moving process was conducted based on the Lankarani-Nikravesh model.Finally,by analyzing the gap between carriers and channels,the optimal gap parameters which would affect the operational stability of the carriers were explored.The resul
4、ts showed that when the bottom gap between carriers and channels was 0.1 mm or 0.2 mm,and the lateral gap was 0.06 mm,the carriers jamming could be effectively avoided,which could effectively reduce the equipment maintenance cost and improve the production efficiency.Key words:3D braiding;braid carr
5、iers;Lankarani-Nikravesh model;gap optimization0 前言随着航空航天技术的不断发展和复合材料应用领域的不断拓展,对复合材料的综合性能要求不断提高1。三维编织物2是将增强纤维在空间相互交织,形成空间网状结构,具有强度高、整体性好、可设计性强的优点,因而广泛应用于国防尖端武器的结构件中3。三维编织的成型方式主要分为纵横式4和回转角轮式5两种。然而不论哪种成型方式,当预制体厚度增加以及尺寸变大时,所需锭子数量必然会成倍增加,势必造成移锭过程中推锭力的急剧增加,出现卡滞现象。因此,锭子在通道中的稳定运行成为预制体高效、稳定制备的关键。朱建勋等6针对三维四向
6、单元机锭子的运行机理进行研究,分收稿日期:2023-02-15修回日期:2023-04-10作者简介:阮见(1982),男,高级工程师。主要从事复合材料用立体织物成型装备研究。阮见,等:纵横式三维编织单元机锭子运行稳定性研究DOI:10.13354/32-1129/tq.2023.03.006玻璃纤维2023 年 第 3 期 2技术研究析了锭子在通道中的运行偏差,并对锭子通道的配合公差给出了参考取值;杨超群等7采用移动式通道设计,区别于固定式通道,将锭子纵横运动的通道分解开,减少锭子在通道中的接触面,降低摩擦阻力;刘宜胜等8通过建立通道的数学方程,优化过渡段的速度尖点,降低冲击磨损,提高设备运
7、行的稳定性。锭子在实际运动时不仅受到通道的约束,还在编织过程中时刻受到纱线张力的作用。本文针对某纵横式三维编织单元机(如图1所示)编织过程中易出现锭子卡滞问题研究,根据四步法成型原理建立锭子-纱线张力模型,研究锭子运动的受力规律。通过分析锭子在通道中的作用方式,建立间隙参数,通过ADAMS分析间隙对锭子运行的影响,提高锭子在通道运行的稳定性,降低设备的维护,提高生产效率。图1 纵横式三维编织单元1 基于四步法的纱线张力模型1.1 四步法成型原理纵横式三维编织预制体成型方法主要有两步法9、四步法10,四步法编织预制体具有更好的综合性能,得到了广泛的应用。如图2所示,将一个编织循环分为四步,通道中
8、的锭子每一步运动只能沿纵向或者横向。第一步时,横向相邻两行锭子交错运动;第二步时,纵向相邻两列锭子交错运动;第三、四步重复一、二步运动,最终形成阶梯式的轨迹带动纱线形成一次交织。图2 四步法原理1.2 纱线张力建模根据四步法原理,锭子在单元机通道中的阶梯式运行轨迹,锭子所受纱线的张力方向随着轨迹不断变化。为研究纱线张力下锭子的运行规律,建立锭子-纱线的张力模型,作为锭子稳定性分析的动力输入。以预制体轴线方向为z轴,单元机所在平面为o-xy平面,交点为原点o,建立如图3所示坐标系。图3 单元机锭子-纱线空间坐标系根据四步法锭子运行轨迹,以图2中具有典型规律的号锭子为例,忽略纱线重力,设x、y方向
9、的位移分别为x、y,那么四步法运动规律 如下:阮见,等:纵横式三维编织单元机锭子运行稳定性研究玻璃纤维2023 年 第 3 期 3技术研究阮见,等:纵横式三维编织单元机锭子运行稳定性研究(1)第一步:(2)第二步:(3)第三步:(4)第四步:(5)式中:i=1,2,3,4分别对应14号锭子;,纱线张力大小,N;k纱线刚度,N/mm;l0纱线标准长度,mm;fx、fy、fz分别为锭子受纱线张力f沿坐标轴的 分量,N。将(2)(6)式分别在MATLAB中仿真,可得到纱线张力曲线,如图4所示。a.x向张力分量 b.y向张力分量 c.z向张力分量图4 锭子-纱线张力曲线由结果可知,由于单元机相对预制体
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