本文分析研究了設計高速織機綜框的動態特性。

　　綜框是織機中的一個重要部件，織機經紗斷頭主要發生在綜框鄰近區域。近年來各種織機的入緯率不斷提高。高速織機轉速已達3 000 m/min以上。織機門幅也達380 cm以上，這對綜框的設計要求進一步提高。觀察綜框在織造中的運動狀況，其動態受力有綜框上下運動的沖擊力，織物張力所致的彎曲力，綜框在環境溫度變化下所產生的變形力等。這些因素都會使綜框在織機運轉過程中發生不同程度的振動。綜框的振動不但會造成斷經。影響生產效率;而且當其與織機轉速發生共振時。還會造成橫梁斷裂甚至框架脫開口J。所以在進行綜框設計時，有必要研究其動態特性，進一步提高和改進綜框的動態性能。

　　本文通過對3種不同幅寬(190，230，280 cm)綜框的動態特性研究，對它們的模態振型進行對比分析.從而改善綜框的結構設計，使其動態性能達到優良，適合各種高速織機的工作轉速。本項研究在SolidWorks軟件中建立綜框的數字化模型，通過COSMOS模塊對其進行動態分析。獲得綜框的模態和振型。在此過程中，綜框模型完全按照國標(FZ/T 94009-1992)規定所建立。保證了綜框幾何結構的準確性，具有生產實用價值。而COSMOS義是當今世界上最快的有限元分析軟件。它與So1idWorks無縫集成，不用考慮數據交換所產生的模型誤差.并且高精確的分析結果也已被業界所認可。這確保了本項研究結果的正確性。

　　1幾何模型

　　綜框的主要部件包括上橫梁、下橫梁、左右側檔、導板、穿綜桿和綜絲夾。本項研究先在SolidWorks中建立190 cm幅寬織機上的數字化綜框模型，然后在此模型基礎上通過參數化技術方法，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構尺寸都是按照國標FZ/T 94009-1992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分析對象的結構特點，需要對已完成的幾何模型進行簡化處理，以便節省計算機資源。更加快捷地建立有限元模型。在此，去掉幾何模型中一些關系不大的局部特征。就可以直接對綜框劃分網格。

　　COSMOSWorks采用高品質實體網格，網格單元為10節點四面體要素，如圖2所示。

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

　　在對綜框進行有限元分析之前必須定義它的材料特性，綜框屬于薄形框架類結構，織機工作時綜框上下往復運動，承受經紗張力動載荷，并且把劇烈振動傳遞給經紗。加劇了經紗在綜眼中的摩擦。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。

　　本項研究在進行有限元分析時，對綜框的上下橫梁、左右側檔、導板及綜絲夾選擇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行求解分析。

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

　　由表2數據可知，以190 cm筘幅綜框為例。整個綜框被劃分為86 048個單元，共157 048個節點，每個節點有X、Y、Z方向3個自由度,最多可獲得471 144階固有頻率及相應振型。建立綜框振動方程為：

　　[M]{X}+[K]{X}={0}

　　此系統振動方程是一組二階常系數齊次線性微分方程組，其中質量矩陣[M]為單位陣.剛度矩陣[K]為對稱陣，且[M]和[K]均為471 144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(Fast Finite Element)求解器。即快速有限元法，一種可以保證結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，振動方程組的維數也隨之增大。

　　3結果與分析

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

　　由表3數據可知。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速頻率發展共振，產生很大的振幅使綜框結構受到破壞，影響綜框的使用壽命。對于190cm筘幅的綜框，當織機工作轉速到達1200r/min時，對其影響最大，因為它有2個20 Hz左右的頻率。極其容易發生共振。它的2、3階振型如圖4(a)與(b)所示。

　　由圖4可以看出，對于190 cm筘幅綜框。其2、3階振型都是橫梁和穿綜桿在發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。其中上下橫梁發生較大的彎曲振動，而且相位恰好相反，最大振幅出現在橫梁中部位置.此時織機轉速頻率如果停留在19.776 Hz。那么綜框橫梁及穿綜桿就極易發生斷裂。故織機工作轉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。此時如果與織機轉速發生共振同樣會對綜框的結構造成破壞。

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

　　由表3數據可知當轉速在600 r/min和1 800 r/min時，對190 cm綜框沒有什么影響;但如果織機要在1 200 r/min的轉速下工作時.就必須改進此綜框的動態特性，以消除其第2、3階振型。此時可以通過改變綜框的結構特征，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230 cm筘幅綜框，由表3可知影響其600 r/min工作性能的主要是第1階模態。其振型如圖5所示。綜框上下橫梁和穿綜桿發生較大的彎曲振動.橫梁的中間部位是最薄弱、最容易斷裂的地方。與190 cm筘幅綜框不同的是，230 cm筘幅綜框完全可以用在轉速為1 200 r/min的織機上，因為其沒有20 Hz左右的周有頻率;但是當織機轉速達到2 000 r/min左右時.此綜框就容易發生破裂，影響其動態特性的主要是第5階振型。

　　由圖6可看出。綜框的整個邊框都出現振動。其中上下橫梁及穿綜桿發生垂直方向的振動，而側檔則發生左右方向的振動，此綜框如果直接用于2 000 r/min的高速織機。將對綜框造成致命性的破壞，即整個綜框結構可能發生解體。圖6中變形前和變形后的綜框形成鮮明對比，準確且明顯地預測了此綜框在共振頻率下的破壞程度和趨勢。以此為依據。在進行綜框動態設計時就可以有針對性地優化綜框結構，使其動態特性適合高速織機的工作要求。

　　280 cm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.當織機開到1 800 r/min時。此綜框的上下橫梁將會發生劇烈振動，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29.549 Hz時也會遭到破壞。從表3可以看出，280 cm筘幅綜框與230 cm筘幅綜框一樣.也沒有靠近20 Hz左右的頻率，所以完全可以在1 200 r/min的高速織機上使用此綜框。

　　4結語

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

　　(1)改變綜框的結構，比如改變橫梁或者側檔的結構尺寸等.此時綜框的質量矩陣[M]及剛度矩陣[K]均發生變化，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，以避免織機工作時和綜框發生共振。

　　(2)采用不同的材料，材料不同綜框的動態特性也不相同，例如采用碳纖復合材料，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速下穩定工作。

　　(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速的織機。