專利名稱：可以調節至少一固有振動模式頻率的針刺機的制作方法
技術領域：
本發明涉及降低用于機械加固一種纖維產品特別是無紡產品、造紙毛氈等的針刺機的振動幅度。
背景技術：
在無紡布生產的紡織(textile)方面，通常使用針刺機加固纖維無紡帶(單層或多層)或者例如來自一開幅-成網機(étaleur-nappeur)的無紡布。在造紙方面，還使用針刺機加固造紙毛氈。
在一針刺機中，纖維產品通常在一針刺支座與一抄針器(débourreur)之間通過，該針刺支座和抄針器通常由兩個一般為鋼制的穿孔板構成。在某些情況下，針刺支座和抄針器也可以由帶薄片的結構構成，或者針刺支座可以包括一些刷子。在針刺過程中，一些平行安裝在一支座上的針穿過纖維產品，該支座通常叫做針板，并且被帶動做一種與針的縱向平行并一般為垂向的交替運動。這些不同的零件(針刺支座、抄針器、針板和使針交替運動的機動驅動部件)被一大體為機械焊接型的鋼制支撐機架支撐。在針的刺入運動期間，針的運動使纖維之間互相交錯，這樣可以加固纖維產品的結構。
在叫做“單擊”的第一類已知針刺機中，例如國際專利申請WO96/21763或歐洲專利申請EP 1 384 804中，通過針只刺入兩個表面中的一表面進行纖維產品的針刺。在另一類叫做“雙擊”的已知針刺機中，例如國際專利申請WO 94/12715中描述的針刺機，纖維產品通過針刺入它的兩個表面進行針刺。“雙擊”針刺機使用兩組位于纖維產品兩側的針。這兩組針可以互相相對或互相錯開。
和所有復雜的旋轉機械一樣，一針刺機包括不同的固有振動模式，和主要的至少一固有的結構振動模式(主要是它的支撐機架的特有振動模式)，以及針刺機子部件例如其帶動針刺組的軸系(lign d’arbe)的不同固有振動模式。
對于一給定針刺機，不同振動模式(模式的類型和模式的頻率)是已知的。已經能夠通過有限元計算的已知方法確定這些振動模式，并且/或者已經通過實驗確定了它們的特征。
針刺組被一或幾個支撐梁支撐的針刺機(針刺組的端部貼靠在支撐梁上)的一般特征是固有的彎曲模式。某些針刺機還具有扭轉模式。
針刺過程中，針刺機承受兩種類型的動態力。
第一類力由針刺機的運動學產生。在多數針刺機中，通過被馬達帶動的曲柄連桿系統帶動針組作交替的針刺運動。這些力以成倍于馬達轉速的頻率以擬正弦的方式變化。
第二類力由針刺產生。這些力以重復沖擊的方式以針刺機的敲擊頻率出現。
這兩類動態力會激發針刺機的一種或幾種固有振動模式。因此，對于某些針刺速度，會產生幅度很大的振動，這種振動與機械共振類似，并且會嚴重損壞針刺機。
為了解決這些共振的振動問題，針刺機的建造者使用了兩種技術方法。
第一種技術方法在于通過禁止使用一些臨界針刺速度范圍限制針刺機的使用范圍，這些臨界針刺速度范圍表現為激發針刺機的一種固有振動模式。
第二種技術方法在于加固針刺機的結構，將針刺機的每個固有振動頻率置于大于上述機械力的激發頻率的值上。
但是這兩種技術方法都不能令人滿意。第一種技術方法(禁止的針刺速度范圍)導致限制生產針刺機的可能性。第二種技術方法(加固結構)一方面導致制造成本增加；另一方面，技術上不是總能足以加固針刺機的結構。
發明內容
本發明的主要目的是提出一種對針刺機運行過程中的振動狀態問題的技術方法；該方法可以使針刺機運行，同時避免共振問題，但是與上述第一技術方法不同，沒有禁止針刺速度的范圍，并且使用成本低于上述加固結構的第二技術方法。
本發明的另一目的是提出一種對針刺機的振動狀態的新的技術方法，該方法不僅用于制造針刺機時，還可在現有針刺機上采用。
本發明的方法整體上在于使用根據所需針刺速度調節針刺機的一固有震動模式的頻率的裝置。
因此本發明的第一目的是一種調節針刺機的方法，以便將在一激發針刺機的至少一固有振動模式的預先確定的速度下使用該針刺機。根據本發明，根據所述針刺速度調節針刺機的所述固有振動模式。
進行該調節的方式是減小針刺機在針刺過程中的振動幅度。
根據情況，該調節可以通過針刺機的使用者手動進行，或者自動進行，例如通過針刺機的一控制軟件。
本發明的目的還在于一包括至少一活動針組并具有至少一可被激發的固有振動模式的針刺機。根據本發明的特征，針刺機包括調節所述固有振動模式頻率的裝置。
本發明的針刺機最好但不是一定包括以下單獨出現或互相結合的補充特征[24]-調節裝置設計成用于可以將固有振動模式的頻率調節到一在兩個預先確定的不同值Fp、F′p之間選擇的值，所述頻率值Fp、F′p的選擇使針刺機可以在一預先確定的針刺范圍上以任何速度運行；[25]-調節裝置設計成用于改變針刺機機架的質量；[26]-調節裝置包括一質量塊和將該質量塊與針刺機機架連接的裝置，連接裝置可以在至少兩個調節配置中動作(a)所述質量塊與所述針刺機機架剛性連接的配置；(b)質量塊與針刺機機架隔絕或與機架彈性連接的配置；[27]-所述連接裝置包括插在質量塊與針刺機機架之間的預先確定剛性的彈性部件；[28]-所述彈性裝置包括幾個彈簧；[29]-所述彈性裝置包括至少一與一液壓轂(moyeu hydraulique)聯合的固定立柱，該液壓轂與質量塊連在一起；[30]-調節裝置設計成用于改變針刺機機架的剛性；[31]-調節裝置可以調節針刺機機架的一固有彎曲模式的頻率；[32]-調節裝置可以調節針刺機機架的一固有扭轉模式的頻率；[33]-針刺機包括至少一軸系、一些帶動軸系旋轉的裝置、和調節軸系的一固有扭轉模式的頻率的裝置；[34]-所述調節軸系的一固有扭轉模式的頻率的裝置設計成用于改變軸系的轉動慣量；[35]-所述調節軸系的一固有扭轉模式的頻率的裝置包括一安裝在軸系端部的慣性飛輪和使慣性飛輪與軸系轉動聯接的部件，所述聯接部件是可離合的。
通過下面對本發明幾個優選實施變型的描述，本發明的其它特征和優點將更加清楚，該描述作為本發明的非限定和不完全的例子給出，并參照以下附圖[37]-圖1是一單擊針刺機的立面示意圖，該針刺機包括可以調節針刺機一固有彎曲模式的頻率并根據一第一實施變型形成的裝置(改變針刺機支撐機架的質量)；[38]-圖2是圖1針刺機的上述調節裝置的細節剖面圖；[39]-圖3以示意的方式表示一單擊針刺機，該針刺機包括可以調節針刺機的一固有彎曲模式的頻率并且根據第二實施變型形成的裝置(改變針刺機支撐機架的剛性)；[40]-圖4示意性表示一雙擊針刺機，該雙擊針刺機包括調節針刺機的一固有扭轉模式的裝置；以及[41]-圖5示意性表示一針刺機的軸系，該軸系裝有調節所述軸系的一固有扭轉模式的頻率的裝置；具體實施方式
[42]圖1表示一用于針刺任何類型的無紡纖維產品的單擊針刺機1，例如用于針刺被一開幅-成網機輸送到針刺機上游的無紡布。
該針刺機1裝有本發明特殊的調節裝置2。
針刺機1[45]針刺機1的結構和運行是已知的，因此下面只做簡要描述。
針刺機1包括一機械焊接類型的鋼制支撐機架10，該機架帶有[47]-一包括多個垂直針12的針組11；[48]-可以使針組11按照一垂直交替運動移動的機動(例如與一曲柄-連桿組件連接的馬達)驅動裝置13；[49]-兩個分開的水平穿孔鋼板14和15，它們的孔眼與針12垂直對齊，并且分別形成針刺機1的針刺板和抄針板。
本發明不限于包括穿孔板14和15形成的針刺板和抄針板的針刺機，實際上可以用分別起相同針刺支座和抄針作用的等效裝置代替所述穿孔板14和15。例如可以用一通過刷子或薄片形成的針刺支座代替穿孔針刺板14。
待針刺的纖維產品(圖中未示)位于針刺板14與抄針板15之間。在針刺過程中，針組11交替地垂直向下(針刺入到纖維中)和向上(針退出)移動。控制針組11垂直移動的馬達的轉速使纖維產品的針刺速度固定。
固有振動模式[53]運行時，針刺機1承受兩種類型的動態力。
一方面有針組11和它們的驅動裝置3的動力產生的動態力。這些力以成倍于驅動裝置13的馬達轉速的頻率以擬正弦的方式變化。
另一方面有針刺產生的動態力，這些力以重復機械沖擊的方式以針刺機的敲擊頻率出現。
這兩類力都能激發針刺機1的固有振動模式。
特別是，在圖1的承載機架10的結構的例子中，這些針刺過程中的動態力主要激發承載機架10在縱向平面XY中的固有垂直彎曲模式。
在下面的描述中，對圖1的針刺機1，人們主要對針刺機1的支撐機架10的這個固有彎曲模式感興趣，因為由于針刺機1的特殊結構，這個特別的固有模式在實際當中最重要。但是需要強調的是，針刺機1的其它固有振動模式也會被激發，因此本發明也可用于調節針刺機的其它固有振動模式(例如針刺機的支撐機架或另一零件或零件組的扭轉模式或固有組合模式)。
當上述動態力的激發頻率等于或足以接近針刺機1的固有彎曲模式的頻率時，具有使支撐機架在垂直平面XY中的彎曲幅度被所述激發放大并達到針刺機的一可與共振相比擬的振動反應的很大危險。然而避免針刺機的支撐機架10的這種振動狀態是極端重要的，否則就有嚴重損壞針刺機1的危險。
調節裝置2[61]針刺機1的調節裝置2可以避免支撐機架10的這些振動反應的問題。
調節裝置2一般可以考慮所需的針刺速度，并在必要的情況下根據該針刺速度調整針刺機1的固有彎曲模式的頻率，使該固有頻率足以遠離針刺機承受的動態力的激發頻率，避免支撐機架10的彎曲振動響應的有害放大。
更特別的是，在圖1和2的特殊實施變型中，調節裝置2可以通過改變針刺機1的質量調節針刺機1的固有彎曲模式的頻率。但是這種調節針刺機的固有頻率的原理不是對本發明的限制。在本發明的另一實施變型中，如下面參照圖3描述的，調節裝置2可以設計為通過可以改變針刺機結構的剛性調節針刺機1固有彎曲模式的頻率。
還有，作為特別的并且不作為本發明的限制的方式，在圖1和2的特別實施變型中，調節裝置2可以將針刺機1的固有彎曲模式的頻率只調節到兩個不同的值。但是這不是本發明的限制。在本發明的另一實施變型中，調節裝置2可以用于將針刺機1的固有彎曲模式的頻率調節到一更大數量的值。
參照圖1和2，調節裝置2包括一通過連接裝置21安裝在支撐機架10的兩個上梁101上的質量塊20。
更特別的是，連接裝置21包括[67]-兩組立柱210/液壓轂211，一立柱210固定在支撐機架的一根梁101上，并且相關的同軸輪轂211與質量塊20連在一起，并能夠相對立柱210垂直滑動；以及[68]-幾個位于質量塊20與支撐機架10之間的垂直彈簧212。
通過一例如用氣動方法控制供應系統給液壓轂211供油。
根據通過供應系統調節的油壓，輪轂211可以[71](a)或者使兩個立柱210與質量塊20聯接；在這種情況下，質量塊20與支撐機架10剛性連接；[72](b)或者使兩個立柱210與質量塊20脫離；在這種情況下，支撐機架10通過彈簧212支撐質量塊20，因此質量塊20可以相對支撐機架10垂直振蕩。
彈簧212的剛性經過選擇，使得質量塊20在這些彈簧212上的喘振(pompage)模式的頻率明顯小于針刺機結構的固有彎曲模式的頻率(例如喘振模式的頻率小于10Hz)。
因此，只要質量塊20只通過彈簧212與針刺機1的支撐機架10連接(上述調節(b))，質量塊20的喘振模式和針刺機結構的彎曲模式就被斷開。因此在這種情況下，質量塊20加到彈簧212上只是非常小地改變針刺機1結構的固有彎曲模式的頻率。
相反，當兩個立柱210與質量塊20聯接時(上述調節(a))，由于質量塊20與針刺機的支撐機架10剛性連接，針刺機的固有彎曲模式的頻率明顯降低一尤其取決于質量塊20重量的值。
調節裝置2的實施例[77]在本發明的一非限定特殊實施例中提出[78]-針刺機1的支撐機架10的固有彎曲模式與未同立柱210聯接并位于彈簧212上的質量塊20(上述調節(b))一起具有大約57Hz的固有頻率Fp；以及[79]-針刺機1的支撐機架10的固有彎曲模式與所述的同立柱210聯接并與支撐機架10剛性連接的質量塊(上述調節(a))具有大約49Hz的固有頻率F’p。
已經可以通過已知的有限元計算方法確定這些固有頻率Fp和F’p，并且/或者已經實驗確定了這些頻率的特征。
固有頻率之間的差Δ(Δ＝Fp-F’p)取決于質量塊20的重量，但還取決于它在支撐機架上的位置。如圖1和2所示，質量塊20最好(但不一定必須)在支撐機架10上對中，與質量塊20的位置沒有對中而是沿支撐機架的縱軸Y錯開的方法相比，這樣可以有利地用一重量更小的質量塊得到垂直彎曲模式的固有頻率差Δ。
在這個特殊例子中，由于質量塊20分離(調節(b))，得到的固有彎曲模式的頻率差足夠大，使得在因聯接質量塊(調節(a))與分離質量塊(調節(b))得到的危險范圍之間沒有跨越。因此可以有利地通過根據針刺機的敲擊速度以適當方式選擇調解(a)或調節(b)使針刺機在它的整個速度范圍上使用，而沒有損壞其結構的危險。
根據本發明的實施變型，可以通過使用者手動進行或者通過操縱調節裝置2的控制軟件自動實現調節(a)與調節(b)之間的選擇。
在自動實施的情況下，例如用兩個調節(a)和(b)中每個調節的專有危險速度范圍確定控制軟件的參數，并且例如對輸入變量有一針刺機使用者輸入的針刺速度指令。在這種情況下，控制軟件設計用于根據該指令和已確定參數的危險速度自動選擇調節(a)或調節(b)，并自動操縱調解部件2。在另一實施變型中，還可檢測針刺機結構承受的振動或動態力，并且控制軟件可以根據這些檢測出的振動或力自動操縱調節裝置2。
在上面的特殊例子中，在兩個調節模式(a)或(b)之間得到的頻率差Δ達8Hz。
更普遍的是，固有頻率之間的差Δ的值最好選擇得盡可能小，以限制質量塊20的重量，但應大于針刺機共振頻率周圍的頻帶，在該頻帶中，振動幅度對針刺機的結構是有害的。
本發明不限于剛才描述的圖1和2的調節裝置2的特殊結構。調節裝置2可以借助可手動或自動將針刺機1的固有彎曲模式的頻率調節到一在至少兩個不同值Fp、F’p之間選擇的值的機械系統形成。
前面描述的調節裝置2具有兩個運行位置(調節(a)和調節(b))，每個位置與針刺機結構垂直彎曲模式的固有頻率的一調節值Fp或F’p相對應。在其它變型中，固有頻率調節的數值可以大于2，例如設置幾個質量塊20。在另一變型中，調節裝置2可以用于得到振動模式固有頻率的一連續或幾乎連續的差值。
在使用一包括至少一附加質量塊20的調節系統的情況下，可以用任何等效部件代替彈簧212，該部件起動時，可以使質量塊20的振動與針刺機機架的振動分開。也可用一沒有與支撐機架10機械聯接并且可以臨時恢復質量塊20負荷的系統代替彈簧212。
剛性調節裝置3[91]也可通過一可以改變支撐機架剛性的機械系統得到固有彎曲模式的頻率調節。
例如，圖3示意性表示一可以調節支撐機架10的剛性的裝置3的針刺機1。在該例中，調節裝置3包括[93]-一些具有很大剛性的零件30，這些零件位于上梁101與機架10的側板102之間，并且運行時能夠傳遞針刺力；例如這些零件是一些彈簧、橡膠墊塊等；[94]-用于每個零件30的一緊固系統31，該系統被起動時可以在機架10的上梁101與側板102之間得到一機械連接，該機械連接的剛性大于相關零件30的剛性；例如夾緊系統31可以帶有一液壓轂和一起重臂等。
調節固有扭轉模式的頻率的部件4[96]圖4示意表示一包括一上針刺組S和一下針刺組I的雙擊針刺機1’，針刺機的兩個針刺組沿橫軸Z錯開。
運行時，此類針刺機具有至少一在橫向垂直平面XZ中的固有扭轉模式。
該針刺機包括調節所述固有扭轉模式頻率的裝置4。這些調節裝置4具有與圖1和2的針刺機1的調節裝置2相同的結構(針刺機的機架通過包括一些彈簧412或類似零件和兩個組件立柱410/輪轂411的連接部件41支撐質量塊40)和相同的功能。唯一的區別在于所述調節裝置4的質量塊40相對針刺機1’的支撐機架的位置。
調節一條軸系的至少一固有扭轉模式的頻率[100]圖5示意性表示一包括一條軸系5的針刺機1”，該軸系5被一馬達6帶動，并用于使幾個針刺模塊7交替地垂直運動。運行時，該軸系5具有至少一能夠被激發的固有扭轉模式。因此某些針刺速度范圍是被禁止的，否則就有損壞軸系5的危險，這些禁止范圍內的動態力導致軸系5的扭轉幅度非常大。
為了解決該問題，為針刺機1”裝備了調節軸系5固有扭轉模式的裝置8。裝置8可以調節軸系5的轉動慣性。
更特別的是，在圖5的變型中，調節裝置8包括一安裝在軸系5端部的慣性飛輪80和一位于慣性飛輪80與軸系5之間的機械輪轂81，該輪轂81可以使慣性飛輪80與軸系5轉動聯接，并且可以斷開，以便在必要的情況下切斷慣性飛輪80和軸系的轉動。
當轉動聯接裝置81斷開時，慣性飛輪80不被軸系5帶動轉動，并且軸系5有一具有預先確定頻率Fp的固有扭轉模式。
當轉動聯接裝置81閉合時，慣性飛輪80與軸系5轉動聯接，因此軸系5/慣性飛輪80的整體的固有扭轉模式具有一預先確定并小于上述頻率Fp的頻率F’p。
針刺機1”的使用者根據選定的針刺速度選擇適應該速度的調節位置(使慣性飛輪80與軸系5轉動聯接或者不聯接)。
本發明不局限于剛才參照附圖描述的優選實施例。特別是本發明不局限于附圖的支撐機架的特殊結構，而是可以用于任何類型的針刺機結構。
權利要求
1.調節針刺機(1；1’；1”)的方法，該方法在于以一預先確定的針刺速度使用該針刺機，所述針刺速度激發所述針刺機的至少一固有振動模式，其特征在于，根據所述針刺速度調節所述針刺機的所述固有振動模式的頻率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述針刺機的所述固有振動模式的頻率調節到一從至少兩個預先確定的不同值(Fp；F’p)中選定的值，所述頻率值(Fp；F’p)選擇成使得所述針刺機可以在一預先確定的針刺速度范圍內以任何速度運行。
3.針刺機(1；1’；1”)，其包括至少一活動針組，并且具有至少一固有振動模式，其特征在于，該針刺機包括調節所述固有震動模式的頻率的調節裝置(2；3；4；8)。
4.如權利要求3所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(2；3；4；8)設計用于可以將所述固有振動模式的頻率調節到一從至少兩個預先確定的不同值(Fp；F’p)中選擇的值，所述頻率值(Fp；F’p)選擇成使得所述針刺機可以在一預先確定的針刺速度范圍內以任何速度運行。
5.如權利要求3或4所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(2；4)設計用于改變所述針刺機的機架(10)的質量。
6.如權利要求5所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(2；4)包括一質量塊(20；40)和連接該質量塊與所述針刺機的機架(10)的連接裝置(21、41)，所述連接裝置(21、41)可以按至少兩種調節配置動作，所述至少兩種調節配置為(a)在一種配置中，所述質量塊與所述針刺機的機架(10)剛性連接；(b)在一種配置中，所述質量塊(20；40)與所述針刺機的機架(10)分離或與所述機架(10)彈性連接。
7.如權利要求6所述的針刺機，其特征在于，所述連接裝置包括插置在所述質量塊(20、40)與所述針刺機機架(10)之間的預先確定剛性的彈性裝置(212、412)。
8.如權利要求7所述的針刺機，其特征在于，所述彈性裝置包括一個或多個彈簧(212；412)。
9.如權利要求6至8中任一項所述的針刺機，其特征在于，所述連接裝置包括至少一固定立柱(210/410)，該固定立柱(210/410)與一液壓轂(211/411)聯接，該液壓轂(211/411)與所述質量塊(20/40)連在一起。
10.如權利要求3或4所述針刺機，其特征在于，所述調節裝置(3)設計成用于改變所述針刺機的機架(10)的剛性。
11.如權利要求3至10中任一項所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(2；3)可以調節所述針刺機機架(10)的一固有彎曲模式的頻率。
12.如權利要求3至11中任一項所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(2；3)可以調節所述針刺機機架(10)的一固有扭轉模式的頻率。
13.如權利要求3或4所述的針刺機，其特征在于，所述針刺機包括至少一軸系(5)、帶動所述軸系(5)轉動的驅動裝置(6)、和調節所述軸系(5)的一固有扭轉模式的頻率的調節裝置(8)。
14.如權利要求13所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(8)設計成用于改變所述軸系(5)的轉動慣性。
15.如權利要求14所述的針刺機，其特征在于，所述調節裝置(8)包括一安裝在所述軸系(5)端部的慣性飛輪(80)、和轉動聯接所述慣性飛輪(80)與軸系(5)的聯接裝置(81)，所述聯接裝置(81)是可離合的。
全文摘要
根據針刺速度手動或自動調節一針刺機(1)的固有振動模式的頻率，以降低針刺機在針刺過程中的振動幅度。該調節最好通過改變針刺機結構的質量或剛性得到，或通過改變針刺機軸系的轉動慣性得到。
文檔編號D04H18/02GK101078152SQ20071010502
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月22日 優先權日2006年5月24日
發明者讓－弗朗索瓦·諾埃爾, 弗朗索瓦·路易 申請人:阿瑟蘭-蒂博公司