基于高速運(yùn)動(dòng)的織物與滾筒機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)力學(xué)問題的研究”(項(xiàng)目編號(hào)：50575039)，是該資助項(xiàng)目的一個(gè)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(dòng)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(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)加工速度較高時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性會(huì)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(duì)于機(jī)械設(shè)備來說，加劇了關(guān)鍵零部件的振動(dòng)，加快了設(shè)備的損壞。故對(duì)織物及滾筒系統(tǒng)在高速運(yùn)動(dòng)情況下的動(dòng)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(duì)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(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)運(yùn)動(dòng)織物的動(dòng)力學(xué)特性以及織物-滾筒系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)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(dòng)織物及系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型?？v向運(yùn)動(dòng)織物的振動(dòng)是三維空間的，即其沿x，y，z三個(gè)方向都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但從織物在紡織和染整加工中的狀態(tài)來看，其橫向振動(dòng)遠(yuǎn)大于其面內(nèi)振動(dòng)，所以在初步研究時(shí)可將該系統(tǒng)簡化為兩維振動(dòng)。
　　 在紡織和染整加工過程中，運(yùn)動(dòng)織物的受力有兩種情況，一種是兩對(duì)邊受力；另一種是四邊均受力。論文首

4、先分析了織物兩對(duì)邊受力的情況，得到了縱向運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)邊所受拉力的增加逐步提高。當(dāng)縱向運(yùn)動(dòng)織物的固有頻率是滾筒角速度的整數(shù)倍時(shí)將發(fā)生共振，此時(shí)織物將出現(xiàn)劇烈的橫向振動(dòng)，這對(duì)織物的加工是非常不利的，因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)避免發(fā)生共振。
　　 縱向運(yùn)動(dòng)織物四邊受力情況的動(dòng)力學(xué)特性要比兩對(duì)邊受力時(shí)復(fù)雜得多，它除了具

5、有兩對(duì)邊受力時(shí)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(shí)，織物固有頻率隨著無量綱速度的不斷增加而減?。划?dāng)無量綱速度處于第一和第二臨界速度之間時(shí)，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(shí)，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(dòng)織物的振動(dòng)存在一個(gè)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(dòng)特性很有意義，在設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)織物與滾筒組

6、成一個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，其動(dòng)力學(xué)特性是很復(fù)雜的，運(yùn)動(dòng)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(dòng)，分別討論了織物對(duì)滾筒以及滾筒對(duì)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。織物的固有頻率隨著滾筒轉(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(dòng)織物的

7、非線性振動(dòng)十分復(fù)雜，本文采用同倫攝動(dòng)法進(jìn)行求解，分析表明它與線性振動(dòng)有很大的不同，織物的非線性振動(dòng)固有頻率除與其運(yùn)動(dòng)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(gè)模態(tài)的固有頻率是相互耦合的，而且當(dāng)它們相等時(shí)，將會(huì)發(fā)生內(nèi)共振。
　　 織物與滾筒系統(tǒng)在靜止和運(yùn)動(dòng)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(duì)織物