基于高速運(yùn)動的織物與滾筒機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)性能研究.pdf

1、本課題來源于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“機(jī)械-纖維、織物耦合系統(tǒng)若干動力學(xué)問題的研究”(項(xiàng)目編號：50575039)，是該資助項(xiàng)目的一個子項(xiàng)目，研究的重點(diǎn)是高速狀態(tài)下織物與機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)特性。
　　 在紡織和染整加工過程中，織物及其加工設(shè)備(特別是滾筒)組成了一個復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)加工速度較高時，這個系統(tǒng)的動態(tài)特性會影響織物的加工質(zhì)量以及機(jī)械設(shè)備的加工性能，如織物的印染和后整理質(zhì)量下降，產(chǎn)生疵布或低品質(zhì)織物，大大降低了紡織產(chǎn)品的附加值

2、；對于機(jī)械設(shè)備來說，加劇了關(guān)鍵零部件的振動，加快了設(shè)備的損壞。故對織物及滾筒系統(tǒng)在高速運(yùn)動情況下的動態(tài)性能的研究十分重要，也越來越受到紡織界的關(guān)注。由于本研究系統(tǒng)中的織物與滾筒是兩種性能完全不同的材料，并且存在著耦合作用，到目前為止國內(nèi)外對這方面的研究很少，也沒有現(xiàn)成的理論可以借用。本文借助于運(yùn)動系統(tǒng)動力學(xué)的方法，對運(yùn)動織物的動力學(xué)特性以及織物-滾筒系統(tǒng)動力學(xué)特性作了一些探索，旨在發(fā)現(xiàn)其中最基本的運(yùn)動規(guī)律，為我國先進(jìn)紡織機(jī)械的自主開發(fā)提

3、供理論依據(jù)及實(shí)際應(yīng)用參考。
　　 理論模型的建立是研究的基礎(chǔ)，論文中分別運(yùn)用彈性力學(xué)方法和Hamilton原理建立了運(yùn)動織物及系統(tǒng)的動力學(xué)模型。縱向運(yùn)動織物的振動是三維空間的，即其沿x，y，z三個方向都會產(chǎn)生振動。但從織物在紡織和染整加工中的狀態(tài)來看，其橫向振動遠(yuǎn)大于其面內(nèi)振動，所以在初步研究時可將該系統(tǒng)簡化為兩維振動。
　　 在紡織和染整加工過程中，運(yùn)動織物的受力有兩種情況，一種是兩對邊受力；另一種是四邊均受力。論文首

4、先分析了織物兩對邊受力的情況，得到了縱向運(yùn)動織物固有頻率的計(jì)算公式，以及產(chǎn)生共振的條件。分析表明：縱向運(yùn)動織物的固有頻率隨著運(yùn)行速度的增加和滾筒間距的增加而逐步降低，而隨著織物兩對邊所受拉力的增加逐步提高。當(dāng)縱向運(yùn)動織物的固有頻率是滾筒角速度的整數(shù)倍時將發(fā)生共振，此時織物將出現(xiàn)劇烈的橫向振動，這對織物的加工是非常不利的，因此在實(shí)際生產(chǎn)時應(yīng)避免發(fā)生共振。
　　 縱向運(yùn)動織物四邊受力情況的動力學(xué)特性要比兩對邊受力時復(fù)雜得多，它除了具

5、有兩對邊受力時的特性以外，還有自己獨(dú)特的性質(zhì)。當(dāng)無量綱速度小于第一臨界速度時，織物固有頻率隨著無量綱速度的不斷增加而減??；當(dāng)無量綱速度處于第一和第二臨界速度之間時，織物的固有頻率為復(fù)數(shù)，織物失穩(wěn)；當(dāng)無量綱速度大于第二臨界速度時，織物固有頻率隨著無量綱速度的不斷增加而增加。因此縱向運(yùn)動織物的振動存在一個由穩(wěn)定到不穩(wěn)定再回到穩(wěn)定的過程。搞清這一運(yùn)動特性很有意義，在設(shè)計(jì)時可以選擇各項(xiàng)參數(shù)使系統(tǒng)工作在穩(wěn)定區(qū)。
　　 縱向運(yùn)動織物與滾筒組

6、成一個運(yùn)動系統(tǒng)時，其動力學(xué)特性是很復(fù)雜的，運(yùn)動織物和滾筒相互影響。本文采用傳遞矩陣法，并考慮織物和滾筒的等效剛度和等效質(zhì)量，分析了織物和滾筒系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動，分別討論了織物對滾筒以及滾筒對織物的影響。隨著織物彈性模量的增大，滾筒扭振頻率增加；隨著織物長度的增大，滾筒的扭振頻率卻減小?？椢锏墓逃蓄l率隨著滾筒轉(zhuǎn)矩的增加而逐步提高；織物的固有頻率隨著滾筒間距的增加而逐步降低，且影響比較顯著，滾筒間距越大，固有頻率越低。
　　 運(yùn)動織物的

7、非線性振動十分復(fù)雜，本文采用同倫攝動法進(jìn)行求解，分析表明它與線性振動有很大的不同，織物的非線性振動固有頻率除與其運(yùn)動速度、織物的幅寬、滾筒間距、周邊張力以及織物剛度有關(guān)外，還與織物的振幅有關(guān)，其固有頻率隨著振幅的增加而增加。除具有一般的共振特性外，織物還存在內(nèi)共振現(xiàn)象，其兩個模態(tài)的固有頻率是相互耦合的，而且當(dāng)它們相等時，將會發(fā)生內(nèi)共振。
　　 織物與滾筒系統(tǒng)在靜止和運(yùn)動狀態(tài)下，其固有頻率是不相同，發(fā)生共振的條件也不一樣。針對織物