专利名称：一种空芯立体织物的织造方法及其织机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空芯立体织物的织造方法及其织机，具体为可以织造大型多层变截面空芯立体织物的织造方法及采用这种织造方法的织机，国际专利分类的主分类号拟为D03D 13/00。
背景技术：
以机织物为骨架的复合材料，因其具有质量轻，整体性好，力学性能优良等诸多优点目前已经在工程界得到广泛应用。随着复合材料自身的发展及其应用领域的不断拓宽，对其品种、规格、形状和质量等方面的要求也越来越高，新的需求也在不断提出，并已摆在科研人员面前。特别是许多实际需要的三维曲面形状的新型复合材料，例如，流线型圆柱体空心复合材料、半球形空心复合材料等；或者是两种或多种空心几何体无接缝组合为一体的异形复合材料，如圆柱体和圆锥台体无接缝组合的空芯复合材料、圆锥体和圆柱体无接缝组合的空芯复合材料、圆柱体与球台体组合的空芯复合材料等，都已成为科技人员研究的重点。而制造这种三维曲面形状的新型复合材料或者是两种或多种空心几何体无接缝组合为一体的异形复合材料的关键是要首先制造出符合所述形状作为复合材料骨架的机织物，即空芯立体织物。
申请人就此相关技术在先获得过一项中国发明专利，专利号为ZL01104093.9。该织机可以织造所述形状的空芯立体织物。其织造方法主要是多组环状均布的经纱由水平方向喂入织口；开口机构带动经纱上下运动打开梭口引入纬纱；梭口朝下，并且始终与经纱基本处于同一水平面上，织成的空芯立体织物依靠芯模升降机构逐层上移。这种织造方法的不足是1.不适宜织造大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重的空芯立体织物。由于经纱水平喂入，当织造产品经纱根数较多，换言之，当织造大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物时，使用该织造方法的织机就需要更大的占地面积，否则经纱排布不开，而扩大的占地面积意味着织机直径加大，喂入经纱的距离加长，较长的经纱不可避免地会产生下垂，张力也难以控制和统一均衡，给清晰开口带来麻烦和困难，因此，不适宜织造经纱根数更多的大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物。2.操作较困难。这种织造方法由于梭口朝下，并且始终与经纱基本处于同一水平面上，当观察织口、梭口或在机织物时，操作人员都要蹲下由下而上的仰视，处理织造故障等时，就更麻烦，设计缺乏人性化。如果把梭口平面或经纱平面设计的很高，虽可以方便这方面操作，但给经纱喂入方面的操作带来不便，也使设备机架、升降机构等都要大幅度提高尺寸，成本大增，同时织机整体也不协调。3.打纬不太科学。由于梭口朝下，织成的空芯立体织物依靠芯模升降机构逐层上移，织物开口也朝下，打纬必须从下向上打击纬纱，不如由上向下打击纬纱科学。4.适织的织物范围有限制。由于这种织造方法织成的空芯立体织物依靠芯模升降机构逐层上移的，当所织造的织物形状复杂(例如所述的组合形体)时，升降机构的升降与织物的织造同步控制就是非线性的，非常复杂，甚至不可能，因此其适织的立体织物范围有一定限制。5.设备造价较高。采用这种织造方法的织机由于占地面积大，需要所述的升降机构、计算机及其软件和通讯线路等控制机构，因而使得织机成本大幅增高，而且经纱根数越多，造价就越高，进而造成产品成本也高，不利于推广使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种空芯立体织物的织造方法及适用于该织造方法的织机。该织造方法简单，操作容易，并且设计科学和符合人性化，特别适织大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物。该织机结构简单，成本低，操作人性化，占地面积相对较小，特别适织大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物。
本发明解决所述织造方法技术问题的技术方案是设计一种空芯立体织物的织造方法，该织造方法的每一根经纱均与一根张力线相连接，所述的每一根张力线都分别依次穿过以同心环状安装在圆形机架上部的排线板和导线板上均布的小孔后与一根插入排棍板小孔中的涨力棍相连接，并且在排线板的下方每一根张力线均穿过一根综丝；所述综丝的另一端穿过安装在圆形机架中部的排综板上均布的小孔后，再穿过集综柱上的小孔后与开口机构连接；在圆形机架的中心安装有一个芯模架，其下端安装有一个芯模，芯模位于环状竖直均布的经纱中心；通过开口机构的拉动可使经纱水平运动打开梭口，以使梭子顺利通过引入纬纱进行交织；所述的梭口平面朝上，并且由下而上地向上交织移动，逐层织造成紧靠芯模并与其外壁形状一致的空芯立体织物。
本发明解决所述织机技术问题的技术方案是设计一种织造空芯立体织物的织机，包括圆形机架、其中心安装的芯模架和芯模、多个环状安装在圆形机架中部的开口机构，其特征在于所述的圆形机架为具有多层操作平台的圆环柱体或圆环锥台体，操作平台之间有相通的楼梯；所述的芯模架由上向下垂直固定安装在圆形机架的中心，其下端可安装芯模；圆形机架上部环状安装有均布小孔的排线板、导线板和排棍板；圆形机架的中部由内向外依次环状安装有均布小孔的排综板和集综柱以及开口机构，综丝水平穿过所述的排综板、集综柱的小孔后与开口机构相连。
本发明织造方法由于经纱是通过连接张力线以同心环状吊挂在圆形机架上部的，并由上而下垂直或基本垂直喂入织口，开口机构可使经纱水平或基本水平运动打开梭口，因此可以完全避免现有技术所存在的经纱下垂问题，并可以大幅度提高使用经纱的数量，同时容易开口，并可使开口清晰方便引纬；又由于本发明方法所述的梭口平面朝上，并且由下而上地向上交织移动，逐层织造成紧靠芯模并与其外壁形状一致的织物，因此操作人员可以不必下蹲和仰视，可非常方便地观察织口、梭口和在机织物，容易进行有关的操作，同时也可以由上向下打纬，体现了方便、科学和人性化的设计特点；由于本发明方法的经纱根数可以大幅度提高，并且不需要现有技术所述升降机构的同步控制，因此特别适用于织造大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物。
与现有技术相比，本发明的织机不需要现有技术的升降机构、计算机及其软件和通讯线路等控制机构，因此结构简单，使用方便，成本低廉；由于经纱喂入采用竖直或基本竖直方式，尽管大幅了增加了经纱根数，但织机的占地面积与现有技术相比相差不多。本发明实施例织机设计的经纱根数可高达7.6万根，与现有技术织机可使用的最高经纱3千根数相比，提高了25.3倍；而占地面积与现有技术基本相同。因此，本发明织机特别适用于织造实际需要的大型空芯立体织物、复杂形状空芯立体织物或厚重空芯立体织物(以下都简称为空芯立体织物或者织物)，并适于实际应用推广。
图1为本发明所述空芯立体织物织造方法及适用于该织造方法织机的一种实施例的三维整体示意图；图2为本发明所述的空芯立体织物织机(即没有加入经纱2、张力线3、综丝4等)一种实施例的三维整体结构示意图；图3为本发明所述织造方法及其织机的一种实施例的平面简化原理示意图。该图可与图1对应；图4为本发明所述的空芯立体织物织机(即没有加入经纱2、张力线3、综丝4等)一种实施例的平面简化原理示意图。该图可与图2对应；图5为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示经纱2、张力线3、张力棍12以及综丝4等在织造初始位置时的平面示意图；图6为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示在织造开口位置时的经纱21、张力线31、张力棍121以及综丝41等的平面示意图；图7为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示在系挂位置时的系挂的张力线32以及张力棍12和综丝4等的平面示意图；图8为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示经纱2、张力线3、张力棍12以及综丝4等在织造初始位置时的立体示意图。它可与图5相对照，并可与图1建立参照联系；图9为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示在织造开口位置时的经纱21、张力线31、张力棍121以及综丝41等的立体示意图。它可与图6相对照，并可与图1建立参照联系；图10为本发明所述空芯立体织物的织造方法的原理示意图，它是表示在系挂位置时的系挂的张力线32以及张力棍12和综丝4等的立体示意图。它可与图7相对照，并可与图1建立参照联系；图11为本发明所述的空芯立体织物织机另一种实施例的三维整体结构示意图。
具体实施例方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明本发明设计一种空芯立体织物的织造方法(参照图1、3、5-10)，该织造方法的每一根经纱2(图中仅仅画出两根经纱2以作示意，下同)均与一根张力线3(图中仅仅画出两根张力线3以作示意，下同)相连接，所述的每一根张力线3都分别依次穿过以同心环状安装在圆形机架16上部的排线板15和导线板14上均布的小孔后与一根插入排棍板13小孔中的涨力棍12(图中仅仅画出两根张力棍12作示意，下同)相连接，并且在排线板15的下方每一根张力线3均穿过一根综丝4(图中仅仅画出两根综丝4作示意，下同)；所述综丝4的另一端穿过安装在圆形机架16中部的排综板9上均布的小孔后，再穿过集综柱10上的小孔后与开口机构连接；在圆形机架16的中心安装有一个芯模架17，其下端安装有一个芯模6，芯模6位于环状竖直均布的经纱2中心；通过开口机构的拉动可使经纱2水平运动打开梭口，以使梭子1顺利通过引入纬纱进行交织；所述的梭口平面朝上，并且由下而上地向上交织移动，逐层织造成紧靠芯模6并与其外壁形状一致的空芯立体织物。
本发明织造方法所述的经纱2设计在圆形机架16的内环，均匀分布在所述芯模6的周围，以同心环状由上而下垂直或基本垂直喂入织口，其长度依据所要织造织物的高度和厚度层数来设计，并且其长度应足够织造包裹所述的芯模6。所述的经纱2可通过连接张力线3和利用排线板15、导线板14和排棍板13而导引到圆形机架16的外环部分，扩大了使用空间，有利于控制经纱清晰开口。本发明所述的这种经纱2多层同心环形排布方式可在圆形机架16的径向排列大量的经纱2，从而在同样的织机直径下成数倍或十数倍地增加经纱2的根数，相对大幅减少了设备占地，为顺利织造空芯立体织物提供了一个基本条件可以织的织物直径大或/和织物壁厚。所述的经纱2一般采用碳纤维、玻璃纤维等高强低伸纤维。所述的芯模6的形状取决于所要获得空芯立体织物的形状，并采用倒挂方式安装在所述的芯模架17的下端(参见图1、2、8、9)。这与现有技术明显不同。这样设计可以使所述的梭口平面或者说织造平面朝上，并且由下而上地向上移动交织，逐层织造成紧靠芯模6与其外壁形状一致的空芯立体织物。其好处就是避免了操作人员的下蹲和仰视操作，方便观察织口、梭口和所织得织物，容易进行有关操作，同时也可以由上向下打纬，体现了方便、科学和人性化的现代设计理念。这种设计的另一个好处是可以使织物织的很长或很高，因为没有现有技术升降机构升降动程的限制，织物向上织造“生长”的空间很大。本发明的这种向上织造“生长”设计也为织造空芯立体织物提供了另一个基本条件可以织的织物高或长。
本发明方法的进一步特征是该织造方法所述芯模6正下方的地面上有一个加纱台5，用于安置空芯立体织物初始织造时临时需要或设计需要增减的经纱2；在所述在圆形机架16中部排综板9的下方安装有一圈挂线板8，用于空芯立体织物织造时安置与根据设计需要增减(即备用或暂时不用)的经纱2相连的张力线3(参见图7、10中的32)。所述的张力线32可以矩阵方式安排在挂线板8上，以便方便调用或归位。
本发明织机织造时主要有两种状态一种是经纱2、张力线3、张力棍12以及综丝4等在织造初始位置时的状态(参见图5和8)；另一种则是经纱2、张力线3、张力棍12以及综丝4等在织造开口位置时的状态(参见图6和9中的21、31、121和41对应所标记的位置)。而系挂位置是一种辅助状态，用于空芯立体织物织造时预先或临时安置与根据设计需要增减的经纱2相连的张力线3。
考虑到所需空芯立体织物表面形状和结构非常复杂，本发明织造方法实施例设计采用人工引纬和打纬。这样本发明的织机没有或者说可以省去复杂的引纬机构和打纬机构，既可大幅降低设备成本，又可方便操作。但这并不排除本发明方法和织机适用现有技术其他引纬和打纬的方法和技术。
本发明所述的织机是根据本发明所述织造空芯立体织物的织造方法设计的(参见图1、2)。包括圆形机架16、其中心安装的芯模架17和芯模6、多个环状安装在圆形机架16中部的开口机构，其特征在于所述的圆形机架16为具有多层操作平台18的圆环柱体或圆环锥台体，操作平台18之间有相通的楼梯(图中未画出)；所述的芯模架17由上向下垂直固定安装在圆形机架16的中心，其下端可安装芯模6；圆形机架16上部环状安装有均布小孔的排线板15、导线板14和排棍板13；圆形机架16的中部由内向外依次环状安装有均布小孔的排综板9和集综柱10以及开口机构，综丝4水平穿过所述的排综板9、集综柱10的小孔后与开口机构相连。
本发明所述的开口机构安装在所述操作平台18的外环处。实施例的开口机构安装在第一层操作平台18上。根据设计织物长度或高度的需要，开口机构还可安装在第二层操作平台上。织造时开口机构要控制经纱2水平或基本水平运动以打开便于梭子1顺利通过梭口。所谓控制经纱2水平或基本水平运动只是针对垂直或基本垂直喂入的经纱2整体相对而言，而不是某个具体经纱2的开口运动，特别是当所述的圆形机架16为圆环锥台体时。理论上，较好的设计是要求每根经纱2开口运动的方向应垂直于该经纱2喂入运动的方向。但考虑到空芯织物经纱2不同的层数，下垂(经纱喂入路线)情况和圆形机架16的形状，理论设计在实际上很难做到或者成本不合算等因素，所述的水平开口只是相对的，特别是相对于现有技术的垂直开口而言。所述的开口机构是独立的设备单元，直接采用现有技术或简单适应性改造的开口机构现有技术。
本发明织机的进一步特征还在于所述开口机构为在圆形机架16中部的集综柱10的外侧环状安装均布有综钩111的挂综柱11，而所述的综丝4在水平穿过所述集综柱10的小孔后用直径大于其上所述小孔直径的综环101锁住(参见图8、9)。这种设计非常简单，适用于织造速度不高时的手动开口。当需要开口时，可利用所述的综环101拉动综丝4，进而拉动经纱2水平运动，打开梭口进行交织。为稳定梭口，可以把所述的综环101扣挂在所述挂综柱11上均布的综钩111上。
本发明织机的进一步特征还在于所述芯模6正下方的地面上安装有一个高度低于所述芯模6下端的加纱台5；在所述在圆形机架16中部排综板9的下方安装有一圈挂线板8；在所述的圆形机架16的环芯内挂线板8的下面安装有一圈辅助平台7(参见图1、2、7、10)。所述加纱台5的形状不受限制，可以是方便操作任何形状，仅要求其高度低于所述芯模6的下端面。其作用是方便织物生头时安置临时需要或设计需要增减的经纱2。实施例采用简单的纵断面为T形的加纱台5。本发明所述挂线板8是以便于适应织造不同品种特别是复杂形状织物而设计的。其上安装有均布的挂线钩，以实施例示意的矩形为佳。这种形状结构设计利于张力线3以矩阵方式安排在其上，以方便根据织物设计需要调用或归位张力线3(参见图7、10)。所述的辅助平台7不同于所述操作平台18。后者设置在所述圆形机架16的外环部分，而前者安装在所述圆形机架16的内环部分，并且高度低于第一层操作平台18。辅助平台7的主要作用是方便生头，减少劳动强度。
本发明所述芯模架17的长度可以是固定的，也可以是可调的。可调的芯模架17可以采用任何一种现有升降技术，如丝杠、液压等现有技术。但实施例采用了更简单的套管定位孔销钉固定结构。因为本发明织机在整个织造过程中，芯模6和织物并不需要升降运动，因此采用这种可调结构简单、方便、操作容易，成本低廉。所述的芯模6的形状取决于所要获得织物的形状，并采用倒挂方式(即织物小头在下，大头在上)安装在所述芯模架17的下端。安装方法同于现有技术。
本发明所述的圆形机架16整体为具有多层操作平台18的圆环柱体或圆环锥台体(未画图)，但它可以6-36个相同的扇形柱体或梯形柱体组配而成。实施例为12个相同的梯形柱体组配而成。所述圆形机架16既可以由角铁焊接而成，也可以采用钢管或合金管及连接件装配而成。后者一次性投资虽高，但它便于重新组配，改变织机规模，可扩大织物适织范围，经济上未必不合算。本发明所述的操作平台18层数根据所织造织物的长度或高度需要设计。操作平台一般设计为为2-4层；实施例的操作平台18设计为3层。操作平台18之间(包括地面与第一操作平台之间)有楼梯相通，以方便人员上下操作。本发明织机所述的排线板15、导线板14、排棍板13和排综板9、集综柱10以及挂综柱11、挂线板8的数量与所述圆形机架16整体直径和大小相关。当所述圆形机架16由6-36个相同的扇形柱体或梯形柱体组配而成时，其数量与所述圆形机架16组配数量应当一致或成整数倍关系。所述排线板15、导线板14、排棍板13和排综板9上均布小孔的数量按照织机织造时最多可使用经纱2的数量来设计。所述集综柱10上均布小孔的数量与所述综环101、综钩111的数量相匹配。具体数量取决于织物设计，一般可以是所述经纱2的数量的1/2-1/6。所述排棍板13上均布小孔的直径应当与所述的涨力棍12匹配。织造工作状态下，所述的涨力棍12应当始终处在排棍板13上的小孔之中。所述的涨力棍12的长度或质量应当与所述经纱2和张力线3的总质量相匹配。
考虑到织机的高度需求和实际厂房的高度，本发明织机的进一步特征还在于所述的圆形机架16的第1-2层内环部分可设置的地面以下(参见图11)，该地面以下部分与地面之间有一通道(图中未画出)，以方便操作人员出入。这种设计可称为沉降式机架。其第1-2层以下部分的外环部分机架可以省去，而以上部分的外环部分机架可直接稳装在地面上。它不仅可以减少织机的高度，适应普通厂房的安装，而且还可带来另一个好处是可以节约第1-2层外环部分的机架，使织机质量减轻，同时也可使织机的重心下移，结构稳定，安全系数提高。
本发明织造方法和织机未述及的地方适用于现有技术。实践表明，在具体织造空芯立体织物时，由于本发明方法和织机的科学和人性化设计，本领域普通技术人员很容易适应并乐于使用本发明方法和织机。
权利要求
1.一种空芯立体织物的织造方法，该织造方法的每一根经纱(2)均与一根张力线(3)相连接，所述的每一根张力线(3)都分别依次穿过以同心环状安装在圆形机架(16)上部的排线板(15)和导线板(14)上均布的小孔后与一根插入排棍板(13)小孔中的涨力棍(12)相连接，并且在排线板(15)的下方每一根张力线(3)均穿过一根综丝(4)；所述综丝(4)的另一端穿过安装在圆形机架(16)中部的排综板(9)上均布的小孔后，再穿过集综柱(10)上的小孔后与开口机构连接；在圆形机架(16)的中心安装有一个芯模架(17)，其下端安装有一个芯模(6)，芯模(6)位于环状竖直均布的经纱(2)中心；通过开口机构的拉动可使经纱(2)水平运动打开梭口，以使梭子(1)顺利通过引入纬纱进行交织；所述的梭口平面朝上，并且由下而上地向上交织移动，逐层织造成紧靠芯模(6)并与其外壁形状一致的空芯立体织物。
2.根据权利要求1所述的空芯立体织物的织造方法，其特征在于该织造方法所述芯模(6)正下方的地面上设计一个加纱台(5)，用于安置空芯立体织物初始织造时临时需要或设计需要增减的经纱(2)；在所述圆形机架(16)中部排综板(9)的下方安装设计一圈挂线板(8)，用于空芯立体织物织造时安置与根据设计需要增减的经纱(2)相连的张力线(3)。
3.一种织造空芯立体织物的织机，该织机适用于权利要求1所述的织造方法织造空芯立体织物，包括圆形机架(16)、其中心安装的芯模架(17)和芯模(6)、多个环状安装在圆形机架(16)中部的开口机构，其特征在于所述的圆形机架(16)为具有多层操作平台(18)的圆环柱体或圆环锥台体，操作平台(18)之间有相通的楼梯；所述的芯模架(17)由上向下垂直固定安装在圆形机架(16)的中心，其下端可安装芯模(6)；圆形机架(16)上部环状安装有均布小孔的排线板(15)、导线板(14)和排棍板(13)；圆形机架(16)的中部由内向外依次环状安装有均布小孔的排综板(9)和集综柱(10)以及开口机构，综丝(4)水平穿过所述的排综板(9)、集综柱(10)的小孔后与开口机构相连。
4.根据权利要求3所述的织造空芯立体织物的织机，其特征在于所述开口机构为在圆形机架(16)中部的集综柱(10)的外侧环状安装均布有综钩(111)的挂综柱(11)，而所述的综丝(4)在水平穿过所述集综柱(10)的小孔后用直径大于其上所述小孔直径的综环(101)锁住。
5.根据权利要求3或4所述的织造空芯立体织物的织机，其特征在于所述芯模(6)正下方的地面上有一个高度低于所述芯模(6)下端的加纱台(5)；在所述在圆形机架(16)中部排综板(9)的下方安装有一圈挂线板(8)；在所述的圆形机架(16)的环芯内挂线板(8)的下面安装有一圈辅助平台(7)。
6.根据权利要求5所述的织造空芯立体织物的织机，其特征在于所述的圆形机架(16)由6-36个相同的扇形柱体或梯形柱体组配而成；所述的操作平台(18)为2-4层。
7.根据权利要求3、4或6所述的织造空芯立体织物的织机，其特征在于所述的圆形机架(16)的第1-2层内环部分设置在地面以下，该地面以下部分与地面之间有一通道。
8.根据权利要求5所述的织造空芯立体织物的织机，其特征在于所述的圆形机架(16)的第1-2层内环部分设置在地面以下，该地面以下部分与地面之间有一通道。
全文摘要
本发明涉及一种空芯立体织物的织造方法及其织机。该织造方法的每一根经纱均与一根张力线相连接，每一根张力线都分别依次穿过以同心环状安装在圆形机架上部的排线板和导线板上均布的小孔后与一根插入排棍板小孔中的涨力棍相连接，并且在排线板的下方每一根张力线均穿过一根综丝；综丝的另一端穿过安装在圆形机架中部的排综板上均布的小孔后，再穿过集综柱上的小孔后与开口机构连接；在圆形机架的中心安装有一个芯模架，其下端安装有一个芯模，芯模位于环状竖直均布的经纱中心；通过开口机构的拉动可使经纱水平运动打开梭口，以使梭子顺利通过引入纬纱进行交织；所述的梭口平面朝上，并且由下而上地向上交织移动，逐层织造成紧靠芯模并与其外壁形状一致的空芯立体织物。本发明的织机根据本发明织造方法设计。
文档编号D03D41/00GK1664203SQ200510013240
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月24日 优先权日2005年3月24日
发明者叶志华, 肖永栋, 赵辉, 付朝军, 刘海欣 申请人:北京玻璃钢研究设计院