本發(fā)明涉及編織機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可編織異形截面預(yù)成型件的二維編織機(jī)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

二維編織是一種三根或多根纖維束(紗線)沿織物成型方向按照特定的規(guī)律傾斜交織在一起的工藝。傳統(tǒng)二維編織主要用于生產(chǎn)繩索、鞋帶、電纜屏蔽層等，隨著二維編織技術(shù)的成熟，編織工藝在飾品領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。二維編織的織物結(jié)構(gòu)主要包括傳統(tǒng)的管狀結(jié)構(gòu)，平帶結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代出現(xiàn)的扁平帶結(jié)構(gòu)、帶管結(jié)合結(jié)構(gòu)、方形結(jié)構(gòu)等。在復(fù)合材料領(lǐng)域，因?yàn)槎S編織工藝可以實(shí)現(xiàn)許多纏繞工藝不能完成的工作，因此它已經(jīng)成為一種制備復(fù)合材料預(yù)成型件高效生產(chǎn)方法之一。在編織物中，纖維之間相互交錯形成有機(jī)的整體，所以當(dāng)受載時，纖維能協(xié)同承載。除此之外，編織工藝還可以根據(jù)制件的形狀和尺寸，直接編織出與制件形狀相近的預(yù)成型件，這是傳統(tǒng)的纏繞工藝和疊層工藝所不能做到的。

采用二維編織原理生產(chǎn)異形截面預(yù)成型件，最早日本學(xué)者Akiyama等人提出把傳統(tǒng)的平帶結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)軌道拼接，在軌道拼接處添加過渡軌道和撥叉的方法，通過不斷調(diào)整撥叉位置，讓經(jīng)過的紗錠分流到不同分支，有效避免紗錠在軌道拼接處發(fā)生干涉的同時實(shí)現(xiàn)了異形截面編織物的一次成型。

Becher等人也提出了一種采用二維編織原理生產(chǎn)異形截面預(yù)成型件的方法。他們把編織機(jī)的葉輪排列成4×4、6×6等的形式，每兩個葉輪交界處的紗錠軌道上都加有變軌轉(zhuǎn)盤，此變軌轉(zhuǎn)盤可控制紗錠沿著原葉輪運(yùn)動，或者過渡到下一個葉輪上。在整個編織機(jī)的紗錠運(yùn)動軌道上，通過調(diào)整變軌轉(zhuǎn)盤的旋向，可形成幾個閉合的紗錠運(yùn)行通路，這些閉合通路相互交叉，在交叉處紗線相互纏繞，便形成了編織結(jié)構(gòu)。這些閉合通路的交叉組合方式不同，可實(shí)現(xiàn)不同截面織物的編織。此方法主要用于矩形截面的編織物生產(chǎn)。對于T型、工字形等異形截面預(yù)成型件的生產(chǎn)還處于設(shè)想階段，并且在使用此方法生產(chǎn)復(fù)雜截面織物過程中，紗錠干涉問題很難解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可編織異形截面預(yù)成型件的二維編織機(jī)設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)異形截面預(yù)成型件的一次成型。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種可編織異形截面預(yù)成型件的二維編織機(jī)設(shè)計(jì)方法，采用平帶編織紗錠軌道，將兩條平帶編織紗錠軌道拼接成L、T或十字形，通過調(diào)整平帶編織紗錠軌道上所有葉輪的總槽口數(shù)避免來自不同的平帶編織紗錠軌道上的紗錠在軌道交叉處進(jìn)行干涉，通過調(diào)整平帶編織紗錠軌道個別葉輪的槽口數(shù)避免拼接后平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處進(jìn)行干涉。

當(dāng)平帶編織紗錠軌道上所有葉輪的總槽口數(shù)為紗錠排布周期的倍數(shù)時，在不同的平帶編織紗錠軌道上的紗錠在軌道交叉處不發(fā)生干涉。

對于飽和紗錠排布形式，當(dāng)平帶編織紗錠軌道上端部葉輪的槽口數(shù)減去一半的紗錠排布周期后為紗錠排布周期的倍數(shù)，且中間葉輪的槽口數(shù)為紗錠排布周期的倍數(shù)時，平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處不發(fā)生干涉。

對于不飽和紗錠排布形式，當(dāng)平帶編織紗錠軌道上端部葉輪的總槽口數(shù)不是紗錠排布周期的倍數(shù)時，平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處不發(fā)生干涉。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1、采用此方法設(shè)計(jì)的編織機(jī)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜截面編織結(jié)構(gòu)一次成型，織成的預(yù)成型件不需要裁剪，纖維不受損傷，保持了纖維的完整性，讓制件有很好的力學(xué)性能。

2、采用此方法設(shè)計(jì)的編織機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，不需要添加撥叉，變軌轉(zhuǎn)盤等復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)。

3、采用此方法設(shè)計(jì)的編織機(jī)和傳統(tǒng)的二維編織機(jī)一樣，不需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性高。

4、此方法中總結(jié)出不同紗錠排布規(guī)律對應(yīng)的葉輪槽口數(shù)約束條件具有普遍適用性，可以有效避免紗錠運(yùn)行中的干涉問題。

5、在滿足此方法中總結(jié)的紗錠不干涉條件下，編織機(jī)的葉輪槽口數(shù)和紗錠排布規(guī)律可根據(jù)需求改變，實(shí)現(xiàn)編織出的異形截面編織物在截面的不同部位編織結(jié)構(gòu)不同，滿足復(fù)雜的工況要求。

附圖說明

圖1可編織異形截面編織物的編織機(jī)紗錠容易發(fā)生干涉位置的標(biāo)注圖；

圖2簡化葉輪分布圖；

圖3由a處葉輪攜帶紗錠情況得到c處葉輪攜帶紗錠情況推導(dǎo)過程圖；

圖4由a處葉輪攜帶紗錠情況得到h處葉輪攜帶紗錠情況推導(dǎo)過程圖；

圖5由h處和b處葉輪攜帶紗錠情況分別得到i處和e處葉輪攜帶紗錠情況推導(dǎo)過程圖；

圖6由f處和g處葉輪攜帶紗錠情況分別得到j(luò)處和l處葉輪攜帶紗錠情況推導(dǎo)過程圖；

圖7軌道拼接后分支上相鄰葉輪交接處容易發(fā)生干涉位置標(biāo)注圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種可編織異形截面預(yù)成型件的二維編織機(jī)設(shè)計(jì)方法，采用平帶編織紗錠軌道，所述平帶編織紗錠軌道由葉輪組成，將兩條平帶編織紗錠軌道拼接成L、T或十字形，通過調(diào)整平帶編織紗錠軌道上所有葉輪的總槽口數(shù)避免來自不同的平帶編織紗錠軌道上的紗錠在軌道交叉處進(jìn)行干涉，通過調(diào)整平帶編織紗錠軌道個別葉輪的槽口數(shù)避免拼接后平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處進(jìn)行干涉。

“十”字形、“工”字形、“U”型、“T”型等異型截面薄壁織物，可以看作是傳統(tǒng)平帶織物的拼接。其本質(zhì)是來自不同平帶的紗線在需要連接處相互交纏，實(shí)現(xiàn)異形截面織物的一次成型。要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)平帶織物的有效拼接，必須保證紗錠在拼接后的軌道上移動時不發(fā)生干涉。在圖1中實(shí)心圓點(diǎn)標(biāo)注的地方都是紗錠有可能出現(xiàn)干涉的地方。這些容易發(fā)生干涉的地方可以分成兩類，一類是不同分支交叉處的干涉，如圖1中標(biāo)注1的位置。另一類是分支上的干涉，如圖1中標(biāo)注2的位置。

不同分支交叉處紗錠干涉問題處理。

以“十”字形截面編織為例，共有四個分支。對于不同分支在交叉處紗錠干涉問題的研究，與每個分支上葉輪組合方式無關(guān)，僅與各分支上所有葉輪的總槽口數(shù)有關(guān)。所以可以把每個分支簡化成一個大的葉輪，葉輪的槽口數(shù)，等于分支上每個葉輪槽口數(shù)的總和，圖2是簡化的模型。

兩條直線相交會出現(xiàn)三種情況，一：兩條直線呈“十”字相交，有四個分支；二：兩條直線呈“T”形相交，有三個分支；三：兩條直線呈“L”形相交，有兩個分支。這三種相交方式任意排列組合，可以拼接出許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)。若要用編織工藝實(shí)現(xiàn)這三種交織方式，葉輪的排布方式類似。參照圖2，實(shí)現(xiàn)三分支結(jié)構(gòu)編織時，只需保證有且僅有一個等效葉輪所代表的分支只有一個葉輪組成。若要實(shí)現(xiàn)兩分支結(jié)構(gòu)編織，只需保證有兩個相鄰的等效葉輪所代表的的分支都只有一個葉輪組成。

以1100紗錠排布形式為例(1代表槽口攜帶紗錠，0代表槽口不攜帶紗錠)。1100紗錠排布形式的紗錠排布周期為4。只要驗(yàn)證在葉輪交接處連續(xù)通過四個槽口不發(fā)生干涉，就可以保證整個編織過程中，經(jīng)過此位置的紗錠不會發(fā)生干涉。引入邏輯“與(∧)”運(yùn)算，在圖2中，a和d處葉輪攜帶紗錠情況有三種可能，1∧0＝0不干涉、1∧1＝1干涉和0∧0＝0不干涉。對于1100紗錠排布規(guī)律，從任意時刻開始，連續(xù)通過a處的四個槽口中有且僅有兩個槽口攜帶紗錠。相對應(yīng)的通過d處的四個槽口中，也有且僅有兩個槽口攜帶紗錠。如果在葉輪交接處出現(xiàn)0∧0情況，那么經(jīng)過a和經(jīng)過d處的四個槽口，都剩下兩個攜帶紗錠的槽口和一個不攜帶紗錠的槽口，a處攜帶紗錠的槽口必須和d處不攜帶紗錠槽口對接才能保證不干涉，通過a處有兩個槽口攜帶紗錠，而通過d處只剩一個槽口不攜帶紗錠，必然會出現(xiàn)1∧1＝1紗錠干涉的情況。所以對于1100紗錠排布規(guī)律，為保證紗錠不干涉，在葉輪交接處不可能出現(xiàn)0∧0情況。從t₀開始，令連續(xù)通過a處四個槽口攜帶紗錠情況為1100，那么d處槽口攜帶紗錠情況必為0011，可以進(jìn)一步推導(dǎo)，最終得到c處槽口攜帶紗錠情況。圖3為推導(dǎo)過程，其中Δt為同一位置從一個槽口出現(xiàn)開始到下一個槽口出現(xiàn)的時間間隔。

記a處的槽口為第一個槽口，在t₀時刻，等效葉輪二上槽口攜帶紗錠情況按順時針排布為110011001100……由圖3中推導(dǎo)，c處槽口攜帶紗錠情況為0，且接下來通過的槽口攜帶紗錠情況為011。所以c為等效葉輪二上的第4n+3(n＝0,1,2…)個槽口，加上開始時刻，b處還有一個槽口，葉輪二共有4n+4(n＝0,1,2…)個槽口，即4m(m＝1,2,3…)。

通過a處槽口攜帶紗錠情況，可以推導(dǎo)出從t₀時刻開始，連續(xù)通過h處的槽口攜帶紗錠的情況，圖4為推導(dǎo)過程。

記d處的槽口為第一個槽口，在t₀時刻，等效葉輪一上槽口攜帶紗錠情況按逆時針排布為001100110011……由圖4中推導(dǎo)，h處槽口攜帶紗錠情況為1，且接下來通過的三個槽口攜帶紗錠情況為100。所以h為等效葉輪二上的第4n+3(n＝0,1,2…)個槽口，加上開始時刻f處還有一個槽口。等效葉輪二共有4n+4(n＝0,1,2…)個槽口，即4m(m＝1,2,3…)。

通過h處和b處槽口攜帶紗錠情況，可分別推導(dǎo)出從t₀時刻開始i處和e處連續(xù)通過的槽口攜帶紗錠的情況，圖5為推導(dǎo)過程。

記i處的槽口為第一個槽口，在t₀時刻，等效葉輪三上槽口攜帶紗錠情況按逆時針排布為001100110011……由圖5中推導(dǎo)，e處槽口攜帶紗錠情況為1，且接下來通過的三個槽口攜帶紗錠情況為100。所以k為等效葉輪三上的第4n+3(n＝0,1,2…)個槽口，加上開始時刻，g處還有一個槽口。等效葉輪三共有4n+4(n＝0,1,2…)個槽口，即4m(m＝1,2,3…)。

通過f處和g處槽口攜帶紗錠情況，可分別推導(dǎo)出從t₀時刻開始連續(xù)通過j處和l處的槽口攜帶紗錠的情況，圖6為推導(dǎo)過程。

記l處的槽口為第一個槽口，在t₀時刻，等效葉輪四上槽口攜帶紗錠情況按順時針排布為110011001100……由圖6中推導(dǎo)，j處槽口攜帶紗錠情況為0，且接下來通過的三個槽口攜帶紗錠情況為011。所以j為等效葉輪四上的第4n+3(n＝0,1,2…)個槽口，加上開始時刻，k處還有一個槽口。等效葉輪四有共4n+4(n＝0,1,2…)個槽口，即4m(m＝1,2,3…)。

綜上所述，1100紗錠排布形式，保證紗錠在分支交叉處不干涉的條件是每個分支上所有葉輪總槽口數(shù)是4的整數(shù)倍。

同樣的方法，可以推導(dǎo)出：10紗錠排布形式，保證紗錠在分支交叉處不干涉的條件是每個分支上所有葉輪總槽口數(shù)是2的整數(shù)倍。100紗錠排布形式，保證紗錠在分支交叉處不干涉的條件是每個分支上所有葉輪總槽口數(shù)是3的整數(shù)倍。1000紗錠排布形式，保證紗錠在分支交叉處不干涉的條件是每個分支上所有葉輪總槽口數(shù)是4的整數(shù)倍。111000紗錠排布形式，保證紗錠在分支交叉處不干涉的條件是每個分支上所有葉輪總槽口數(shù)是6的整數(shù)倍。也就是說，當(dāng)平帶編織紗錠軌道上所有葉輪的總槽口數(shù)為紗錠排布周期的倍數(shù)時，在不同的平帶編織紗錠軌道上的紗錠在軌道交叉處不發(fā)生干涉。

同一分支上紗錠干涉問題研究。

分支上的干涉主要是因?yàn)樵谕环种?，相鄰葉輪在傳遞紗錠時，正對的兩個槽口可能同時攜帶紗錠。如圖7所示，令實(shí)線為紗錠正向運(yùn)動軌道，虛線為紗錠逆向運(yùn)動軌道。實(shí)心圓點(diǎn)處為紗錠可能出現(xiàn)干涉的位置。為保證編織過程中分支上紗錠不發(fā)生干涉，紗錠排布規(guī)律和葉輪槽口數(shù)同樣需要滿足一定的配合關(guān)系。

以1100紗錠排布形式為例，周期為4。只需要保證相鄰葉輪交接處連續(xù)通過四個槽口紗錠不發(fā)生干涉，即可保證整個編織過程中，通過此位置的紗錠都不發(fā)生干涉。

在圖7中，從某一時刻開始，令從右側(cè)分支沿著逆向軌道連續(xù)通過a處的槽口攜帶紗錠情況為1100，為了避免在a處紗錠出現(xiàn)干涉，從開始時刻，沿著正向軌道通過a處的槽口攜帶紗錠情況必須為0011。記a處為一號槽口，在開始時刻，紗錠沿著①號葉輪逆時針排布為001100110011……為了保證紗錠不干涉，再次排到a處時，槽口攜帶紗錠情況為1，且接下來通過a處的三個槽口攜帶紗錠情況為100。所以①號葉輪需要有4x+2(x＝1,2,3…)個槽口。

分析b處時，可以將①號和②號葉輪看做一個等效的大葉輪，使用上述方法可得出類似的結(jié)論，等效大葉輪需要有4y+2(y＝1,2,3…,y>x)個槽口。所以②號葉輪的槽口數(shù)為4(y-x)個。其它實(shí)心圓點(diǎn)處都可以使用這種等效的方法得出葉輪齒槽數(shù)的約束條件。

綜上所述，對于1100紗錠排布形式，分支端部葉輪槽口數(shù)減去2后必須為4的整數(shù)倍，分支中間葉輪槽口數(shù)必須為4的整數(shù)倍。

同樣的方法可推導(dǎo)出，10紗錠排布形式，分支端部葉輪槽口數(shù)減去1后必須為2的整數(shù)倍，分支中間葉輪槽口數(shù)必須為2的整數(shù)倍。

111000紗錠排布形式，分支端部葉輪槽口數(shù)減去3后必須為6的整數(shù)倍，分支中間葉輪槽口數(shù)必須為6的整數(shù)倍。

由此可見，對于飽和紗錠排布形式，當(dāng)平帶編織紗錠軌道上端部葉輪的槽口數(shù)減去一半的紗錠排布周期后為紗錠排布周期的倍數(shù)，且中間葉輪的槽口數(shù)為紗錠排布周期的倍數(shù)時，平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處不發(fā)生干涉。

對于100和1000此類的不飽和紗錠排布形式(不攜帶紗錠的槽口數(shù)量大于攜帶紗錠的槽口數(shù)量)，同樣可以使用分析1100排布形式的方法確定葉輪槽口數(shù)。但最終獲得的葉輪槽口數(shù)約束條件和飽和紗錠排布形式略有不同。100紗錠排布形式，需要保證分支上，任意葉輪到分支端部的所有葉輪槽口數(shù)和不是3的倍數(shù)。1000紗錠排布形式，需要保證分支上，任意葉輪到分支端部的所有葉輪槽口數(shù)之和不是4的倍數(shù)。因此，對于不飽和紗錠排布形式，當(dāng)平帶編織紗錠軌道上端部葉輪的總槽口數(shù)不是紗錠排布周期的倍數(shù)時，平帶編織紗錠軌道上的紗錠在相鄰葉輪交接處不發(fā)生干涉。

不難發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的編織機(jī)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜截面編織結(jié)構(gòu)一次成型，織成的預(yù)成型件不需要裁剪，纖維不受損傷，保持了纖維的完整性，讓制件有很好的力學(xué)性能。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的編織機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，不需要添加撥叉，變軌轉(zhuǎn)盤等復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)，也不需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性高。另外，在滿足此方法中總結(jié)的紗錠不干涉條件下，編織機(jī)的葉輪槽口數(shù)和紗錠排布規(guī)律可根據(jù)需求改變，實(shí)現(xiàn)編織出的異形截面編織物在截面的不同部位編織結(jié)構(gòu)不同，滿足復(fù)雜的工況要求。