一种三维编织复合材料的编织工艺及所用编织机

技术领域

本发明涉及到三维编织材料领域，具体的说是一种三维编织复合材料的编织工艺及所用编织机。

背景技术

三维编织复合材料因其具有高的比强度、比模量，高的损伤容限和断裂韧性，耐冲击、不分层、抗开裂和抗疲劳等优点，已在航空、航天等耐高温结构中得到广泛应用，并不断向医疗、体育、汽车等行业扩展。四步法和二步法是目前应用最广的两种三维编织工艺，以四步法为基础的多向三维编织复合材料应用更为广泛，在实际工业生产过程中常用于一次成型较为复杂的零部件。三维编织复合材料的品种过少、加工效率低和工艺成本高，不利于优化复合材料的性能。要获得综合性能更好的三维编织复合材料，急需开发更多的三维编织工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维编织复合材料的新型编织工艺及所用编织机，该编织工艺和编织机能够满足横向纱线和纵向纱线在同一平面内有序的做单一周期运动，且互不干扰，从而得到了一种新型的三位编织复合材料。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种三维编织复合材料的编织工艺，使纱锭按照一定的规律排列和运动完成编织，所述纱锭以一定规律排布在矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成的轨道面上，并沿矩阵轨道层和条形轨道层做逆时针循环运动进行编织；

其中，矩阵轨道层由若干条平行设置的轨道Ⅰ和分布在轨道Ⅰ两端且垂直于轨道Ⅰ的两条轨道Ⅱ，且相邻的两条轨道Ⅰ与其两端的轨道Ⅱ构成一个供纱锭在其内运动的矩形轨道，从而使纱锭在矩形轨道内逆时针循环运动；

所述条形轨道层由若干个平行设置的分轨道构成，每个分轨道包括两条与轨道Ⅱ平行设置的轨道Ⅲ，两条轨道Ⅲ的两端通过弧形轨道形成一个封闭的轨道环，纱锭在轨道环做逆时针循环运动；

纱锭的排布规律为：

在每个矩形轨道内紧密排布满挂纱纱锭和未挂纱纱锭，以使相邻的纱锭之间紧挨从而依靠外力推动纱锭前进，在每个矩形轨道两端的轨道Ⅱ上分布有一个挂纱纱锭，且整个矩形轨道内，相邻两个挂纱纱锭之间分布有三个未挂纱纱锭；

在每个分轨道上均匀的交替分布有挂纱纱锭和未挂纱纱锭，且分轨道两端的弧形轨道内各分布有一个挂纱纱锭；

在矩形轨道与分轨道交汇处共用一个未挂纱纱锭。

上述三维编织复合材料的编织工艺所用编织机，包括一工作台面，构成所述矩阵轨道层和条形轨道层的矩形轨道和分轨道均分布在工作台面上；

所述分轨道内设置有环形链条，挂纱纱锭和未挂纱纱锭按照上述述的规律固定在环形链条上，并随环形链条运动；

所述两条轨道Ⅱ的一端均设置有气缸Ⅱ，且两个气缸Ⅱ位于工作台面的两侧，并通过两根推杆带动两条轨道Ⅱ内的纱锭沿轨道Ⅱ运动；

所述轨道Ⅰ的两端分布有由两个气缸Ⅰ带动的两个连接板，且属于一个矩形轨道的两条轨道Ⅰ分别由这两个气缸Ⅰ通过连接板和连接杆带动其内的纱锭向相反方向运动；

所述工作台面下方设置有步进电机，步进电机输出的动力通过同轴链轮和链条的配合将动力传递给每个分轨道内设置的环形链条，以实现每个环形链条的同步运动。

编织机的工作过程，包括以下步骤：

1）步进电机带动每个分轨道内设置的环形链条运动两个纱锭的位置，停止动作；

2）两个气缸Ⅱ的活塞杆伸出，并分别推动推杆推出，推动位于轨道Ⅱ上的挂纱纱锭向前运动至轨道Ⅱ与轨道Ⅰ的交叉口处，而后两个气缸Ⅱ的活塞杆带动推杆缩回原位；

3）两个气缸Ⅰ的活塞杆伸出，并分别推动的两个连接板及其上的连接杆向前运动，从而将步骤2）中处于轨道Ⅱ与轨道Ⅰ交叉口处的挂纱纱锭推入轨道Ⅰ，同时，分别处于两条轨道Ⅰ内的一个未挂纱纱锭由于纱锭间的推挤同时被挤入两条轨道Ⅱ中，而后两个气缸Ⅰ的活塞杆带动连接板及其上的连接杆缩回原位；

4）重复步骤2）至步骤3）四次，实现编织纱线的一次编织循环；

5）重复上述编织循环，从而得到三维编织复合材料。

有益效果：本发明通过采用独特的矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成轨道面，而后在轨道面上以一定的规律排布未挂纱纱锭和挂纱纱锭，并使其按照一定的方式运动进行编织，从而最终得到一种新结构的三维编织材料，其编织工艺和设备简单、便于实现，而且得到的新型三维编织材料几何结构更加稳固，力学性能更加优异。

附图说明

图1为矩形轨道层结构示意图；

图2为条形轨道层结构示意图；

图3为纱锭在简化后的轨道面上的运动示意图；

图4为编织机的结构示意图；

图5为编织机的侧视结构示意图；

附图标记：1、矩形轨道，101、轨道Ⅰ，102、轨道Ⅱ，2、分轨道，201、轨道Ⅲ，202、弧形轨道，3、挂纱纱锭，4、未挂纱纱锭，5、工作台面，6、气缸Ⅱ，601、推杆，7、气缸Ⅰ，701、连接板，702、连接杆，8、环形链条，9、步进电机，901、传动链条，902、同轴链轮，903、传动轴。

具体实施方式

如图1-3所示，一种三维编织复合材料的编织工艺，使纱锭按照一定的规律排列和运动完成编织，所述纱锭以一定规律排布在矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成的轨道面上，并沿矩阵轨道层和条形轨道层做逆时针循环运动进行编织；

其中，矩阵轨道层由若干条平行设置的轨道Ⅰ101和分布在轨道Ⅰ101两端且垂直于轨道Ⅰ101的两条轨道Ⅱ102，且相邻的两条轨道Ⅰ101与其两端的轨道Ⅱ102构成一个供纱锭在其内运动的矩形轨道1，从而使纱锭在矩形轨道1内逆时针循环运动；

所述条形轨道层由若干个平行设置的分轨道2构成，每个分轨道2包括两条与轨道Ⅱ102平行设置的轨道Ⅲ201，两条轨道Ⅲ201的两端通过弧形轨道202形成一个封闭的轨道环，纱锭在轨道环做逆时针循环运动；

纱锭的排布规律为：

在每个矩形轨道1内紧密排布满挂纱纱锭3和未挂纱纱锭4，以使相邻的纱锭之间紧挨从而依靠外力推动纱锭前进，在每个矩形轨道1两端的轨道Ⅱ102上分布有一个挂纱纱锭3，且整个矩形轨道1内，相邻两个挂纱纱锭3之间分布有三个未挂纱纱锭4；

在每个分轨道2上均匀的交替分布有挂纱纱锭3和未挂纱纱锭4，且分轨道2两端的弧形轨道202内各分布有一个挂纱纱锭3；

在矩形轨道1与分轨道2交汇处共用一个未挂纱纱锭4。

如图4和5所示，上述三维编织复合材料的编织工艺所用编织机，包括一工作台面5，构成所述矩阵轨道层和条形轨道层的矩形轨道1和分轨道2均分布在工作台面5上；

所述分轨道2内设置有环形链条8，挂纱纱锭3和未挂纱纱锭4按照上述的规律固定在环形链条8上，并随环形链条8运动；

所述两条轨道Ⅱ102的一端均设置有气缸Ⅱ6，且两个气缸Ⅱ6位于工作台面5的两侧，并通过两根推杆601带动两条轨道Ⅱ102内的纱锭沿轨道Ⅱ102运动；

所述轨道Ⅰ101的两端分布有由两个气缸Ⅰ7带动的两个连接板701，且属于一个矩形轨道1的两条轨道Ⅰ101分别由这两个气缸Ⅰ7通过连接板701和连接杆702带动其内的纱锭向相反方向运动；

所述工作台面5下方设置有步进电机9，步进电机9输出的动力通过同轴链轮902、传动链条901和传动轴903的配合将动力传递给每个分轨道2内设置的环形链条8，以实现每个环形链条8的同步运动。

上述编织机的工作过程，包括以下步骤：

1）步进电机9带动每个分轨道2内设置的环形链条8运动两个纱锭的位置，停止动作；

2）两个气缸Ⅱ6的活塞杆伸出，并分别推动推杆601推出，推动位于轨道Ⅱ102上的挂纱纱锭3向前运动至轨道Ⅱ102与轨道Ⅰ101的交叉口处，而后两个气缸Ⅱ6的活塞杆带动推杆601缩回原位；

3）两个气缸Ⅰ7的活塞杆伸出，并分别推动的两个连接板701及其上的连接杆702向前运动，从而将步骤2）中处于轨道Ⅱ102与轨道Ⅰ101交叉口处的挂纱纱锭3推入轨道Ⅰ101，同时，分别处于两条轨道Ⅰ101内的一个未挂纱纱锭4由于纱锭间的推挤同时被挤入两条轨道Ⅱ102中，而后两个气缸Ⅰ7的活塞杆带动连接板701及其上的连接杆702缩回原位；

4）重复步骤2）至步骤3）四次，实现编织纱线的一次编织循环；

5）重复上述编织循环，从而得到三维编织复合材料。