渔网编织设备发展现状yd17725
曹清林 夏卫东 崔荣
作者简介：曹清林，男，1963年生，教授，研究方向为机械学、纺织机械。
作者单位： 曹清林，江苏理工学院机械工程学院；夏卫东、崔荣，海安县纺织机械有限公司。
原载：纺织导报，2014 /8；54-60
【摘要】分析了构成网状织物的元素之一 结节的2种类型，即有结型和无结型，无结型又分为层叠型和无结经编型，以及对应织物的结构特点、适用场合和编织装置的类型。比较了国内不同生产厂家生产的有结型渔网机的结构和性能特点，重点分析了有结型渔网机在实际使用中存在的问题。结果表明，目前使用的有结型渔网机的基本结构仍然仿制上个世纪七八十年代国外的产品，速度、编织效率低。提出了从优化传动系统，提高光、机、电、气、液等一体化和计算机控制技术，优选主动驱动件的结构形式，考虑机构的动力学设计和提高零部件的制造精度等方面，综合提升整机的技术水平。
【关键词】渔网机；剑杆织机；经编机；有结；无结
【中图分类号】TS183.3 文献标志码：A
“渔网”一般是指产业用网状物，包括渔业用网、建筑安全网、植物遮阳网、体育用网等。由于渔业用网用量较其它行业大，所以一般将这类网状物统称为“渔网”。本文提及的“渔网”或“网状织物”统指这类网状物。
渔网一般是编织物，通过编织而成，传统为人工编织，现代通过针织机械装置进行编织以提高编织效率。针织机械编织主要有转钩型有结编织、剑杆织机无结型编织和经编无结型编织3种类型，对应由转钩型有结渔网机、剑杆织机和经编机完成编织。不同类型编织方法及不同编织设备编织出的渔网的结构、性能特点和适用场合不同。转钩型有结编织设备编织出的渔网，网孔稳定性好；适用于网孔大小要求确定或变化较小的场合，如渔业拖网、建筑用安全网等。剑杆织机通过经、纬交织的方法织造出渔网，经线与经线、纬线与纬线之间的间隔距离为网孔的长度或宽度大小，经、纬线之间交织的结点为编织线与编织线之间的简单层叠，没有形成“打结”结点；所以这类设备编织出的渔网网孔也会在外力作用下发生变化，一般应用于渔业网箱养殖、防波堤加固衬网、建筑墙面加固衬网等。采用经编机编织的渔网，由于网线之间通过套圈形成编链结构作为较大网孔之间的连接，因此网孔的大小在外力作用下也会发生一定改变；这类渔网特别适用于对网孔大小变化要求不高的场合，如遮阳网、包装用网等。
转钩型有结渔网机是编织有结渔网的特有设备，其发展水平与该机器自身的发展情况有关，编织渔网的剑杆织机、经编机与整个织机及经编机的行业发展情况有关。本文从渔网网结类型、相应编织设备的结构特点以及编织设备的现状和发展方向等方面进行分析，从而为渔网编织设备使用者和设备开发企业提供参考。
1 结节类型及应用
组成渔网的基本结构是由网线构成的镂空几何多边形，多边形的顶点称为结节，镂空处称为网眼，多边形的边可以由单股网线构成，也可以由多股网线通过编织组成。根据构成结节网线间相互位置关系的稳定性，将结节分为有结型和无结型(图1)。由有结型结节构成的渔网在受到外力作用时，多边形的形状可能会发生改变，一个结节(点)到另外一个结节(点)之间的距离不会改变。由无结型结节构成的渔网化受到外力作用时，多边形的形状可能会发生改变，一个结节(点)剑另外一个结节(点)之间的距离也可能会发生改变。显然，有结型渔网的稳定性较无结型渔网的要好。多边形的边数一般有三边、四边和六边等，应用较多的为四边。
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图1结节类型及相应织物 |
图l(a)为有结型结节及构成的渔网，最小的组成几何图形为四边形，一般为平行四边形或菱形，在四边形的4个顶点上是4个有结型结节，四条边一般由单根网线构成。当受到外力作用时，由于结节之间的距离能保持稳定，所以四边形的形状总是为平行四边形或菱形。
无结型结节又分为2种类型，—种是经纬交织型，另一种是经编型。
图l(b)是由经纬交织型结节构成的网状织物。一般采用织机编织，织物组织一般为一上一下，经线和纬线在结节点层叠，网眼的几何图形一般为矩形。当受到外力作用时，经、纬线的层叠点，也就是结节点的位置会发生改变，因此其稳定性较差。这类网状织物一般用于对稳定性要求不是很高的场合或者作为衬网（表面有其它材料如混凝土、树脂进行凝固；加固)。
图l(c)是由经编型结节构成的网状织物，多边形的边由经编编链构成，多边形的顶点即结节点是不同编链的结合点。经编编链的结构中，本身有网孔，当这类网状物受到外力作用时，多边形的形状会发生改变，构成结节点的网线之间的相对位置、距离也会改变，所以稳定性也较差。
3种结节组成的网状织物中，有结型渔网的稳定性最好，经编无结型织物的稳定性次之，经纬交织无结型织物的稳定性最差。每种不同结构特点的织物的适用性也不同。
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图2具有有结型结节渔网的应用 |
图2(a)所示是渔业捕捞中使用的拖网，由于作业过程中渔网受力较大.同时为了保证对捕捞对象大小的控制，要求网眼的大小能基本保持不变，所以在实际生产应用中，一般采用具有有结型结节的渔网。图2(b)所示是建筑安全用网，也选用了有结型网状物，显然是希望网眼的大小在受到外力作时能够保持不变，从而保证对人体的有效保护。
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图3 经纬交织无结型结节网状织物的应用 |
图3所示是在建筑墙体中使用的结构加固件，采用的是经纬交织无结节犁网状织物。实际生产中，织物衬附在墙体里，任其表面覆盖混凝土并凝固在混凝土当中，织物的基本形态会保持稳定。
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图4 经编无结型结节网状织物的应用 |
图4(a)、(b)分别是植物用遮阳网和物品袋，采用的是经编无结型网状织物。这样的结构虽然在受到外力作用时，经编编链构成的结节点之间的距离和位置会发生一定的改变，但变化距离一般较小，所以能满足这两种使用场合的要求。
2 编织设备现状
不同结构类型的渔网状织物的编织方法及编织装置不同，图2所示有结型渔网采用转钩式有结渔网机进行编织，图3所示经纬交织无结型网状织物一般采用剑杆织机进行编织，图4所示经编无结型网状织物一般采用少梳栉经编机进行编织。
2.1 有结型渔网机产品
图5是目前国内外普遍使用的有结型渔网机的结构图，编织过程主要由上钩、下钩和孔板3个主要机件的配合实现对网线的“打结”、横移等，图6所示分别是上钩、下钩和孔板的结构图。由于整机有上钩和下钩2种钩针，而且，在一个编织周期中，上钩牵引网线旋转两周半，所以这类编织设备也称双钩型渔网机或转钩型渔网机。
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图5 有结型渔网机 |
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图6主要编织机件——上钩、下钩和孔板 |
表l是国内有结渔网机的主要生产厂家及所生产机器的主要性能参数。按照结节的数量可将渔网机分为单结型和双结型2种，多数厂家基本上都能生产这两类机型，不同点在于梭距、网目、机器的幅宽、线盘直径等略有差异，适合编织网线的粗细也有所不同。体现整机性能的另一个重要指标是运转速度，大多在10-30 r／min的范围内。由表l可以看出，扬州市海信纺织机械制造有限公司的产品线相对丰富一些，适合编织不同网线粗细范围的机型较多。
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表1国内有结渔网机主要生产厂家及机器主要性能参数 |
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表l中所示机器在编织过程中主要由上钧、下钧和孔板3个机件的运动配合完成。上钩有2个运动，包括转动(主轴一个转动周期内，转动两周半)和往复摆动(小于45°)；下钩也有2个运动，包括往复直线移动和往复摆动(小于45°)；孔板有3个运动，包括沿X、Y、Z 3个方向的往复直线移动。主要编织机件的运动共有7个，由7种相应运动机构实现，7种运动机构有7个运动输入件，分别是7种凸轮(表2)。其中，上钩的往复摆动、下钩的往复直线移动和孔板Y方向的往复直线移动，3种运动实现机构的主动件凸轮设计在同一个大齿轮(图7(a))上，其上一面有一条凸轮沟槽，另一面有两条凸轮沟槽，当由主动齿轮驱动该齿轮转动时，可以同时实现3个凸轮的转动。不过这样的结构也存在缺点，3种凸轮廓线之间的相位关系必须由加工来保证，如果加期过程中某一条凸轮廓线报废，则整个大齿轮报废，易引起浪费。上钩的往复转动机构和孔板X方向的往复直线移动机构的主动件分别采用2种圆柱凸轮作为主动件，如图7(b)所示。下钧住复摆动和孔板Z方向的往复直线移动机构分别采用2种平面盘形凸轮作为主动件。
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图7 主要运动驱动件 |
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表2主要编织机件的运动形式及主动驱动件 |
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由表2中的机构结构可以看出，整机中主要采用了沟槽凸轮、圆柱凸轮(廓线整体结构也是沟槽)，由于加工误差和使用过程中的磨损，凸轮机构动件上的滚子与沟槽凸轮廓线啮合时，相互之间会有间隙，运动过程中会产生冲击、震动和噪声。图7(a)所示大齿轮的直径约l 000 mm，宽度约150 mm，图7(b)所示圆柱凸轮的直径约500 mm，宽度约250mm，它们的重量和转动惯量均比较大，这样的结构不利于整机转速的提高，因此这类机器的转速一般都比较低，只有10～30 r／min。
2.2 无结型编织设备
无结型网状织物分别由剑杆织机和经编机编织。
图8(a)是编织无结型网状物的剑杆织机，编织原料一般有尼龙或聚乙烯线以及玻璃纤维。图8(b)所示是由尼龙或聚乙烯线编织出的渔网，大多用于渔业网箱养殖、防虫网等。图8(c)所示是由玻璃纤维编织出的网状织物，一般用于艇体、风力叶片等的衬体材料，以提高结构体强度。编织网状织物的剑杆织机的结构与编织一般面料的剑杆织机的结构基本相同，只是机号较低，因此整机的发展水平与织机的发展情况有关。
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图8 剑杆织机及编织的两种网状织物 |
经编机编织无结型网状织物一般采用梳栉数2～8把的双针床或单针床机型，机号E2～E22，织针采用舌针或复合针，图9是一种编织无结型网状织物的中单针床少梳栉经编机。编织网生产企业使用的机型大多是国内产品，厂家主要有常州市降龙升经编机械有限公司，常州市新力渔业机械厂等，表3列出了2家企业生产的主要产品类型。显然，这类编织设备的发展水平与经编机的整体发展水平有关。
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图9编织无结网的少梳栉经编机 |
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表3经编无结型渔网编织设备主要生产企业及产品 |
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3
问题与发展思路
在实际应用中，淡水、海水养殖和捕捞用网具量约占整个网具用量的70％左右，其它方面如建筑防护、体育、遮阳等用网量约占30％，而前者的类型一般为有结型网具，所以有结型渔网编织设备的总量也就占到所有网类织物编织设备的70％左右。提升现有有结渔网机的整机性能，或开发具备高质量的有结渔网机是提高整个网状编织设备水平的关键。
3.1有结型编织设备
3.1.1 存在问题
目前生产中使用的有结型渔网机的主要结构，多仿制20世纪七八十年代日本的同类产品。几十年来，机器的主要结构变化不大，主要存在以下几个方面的问题。
(1)由于整机的运动、配合复杂，编织机件的动作共有7个独立的运动机构，分别采用了平面连杆凸轮组合机构、空间连杆凸轮组合机构、平面连杆凸轮齿轮齿条组合机构等，因此在分析与设计过程中，对机构学在机构的结构、运动和动力等方面的知识提出了很高的要求。正是这方面的限制，目前所有生产厂家生产的机器仍然是对以前引进设备的简单模仿，没能对原有机器的结构进行大的改进或创新，所以整机的性能没有明显提升。
(2)为了提高生产效率，只是在机器的长度方面进行了简单加长，纬线线盒直径加大。而整机加长后，针床、孔板的长度等都随之加长，使其结构刚性下降，引起编织机件之间运动配合不准确，出现漏针或经线易断现象，降低了编织质量和生产效率。
(3)打结抽紧传动机构的动力学性能较差，冲击很大，是整机震动和噪声的主要来源，也是影响速度的关键因素。其它主要传动件的结构质量和转动惯量都较大，均不利于整机转速的提高。
(4)整机的机电一体化水平较低，所有的运动都完全由机械传动装置实现，为了实现较复杂的动作，往往需要较长的机构运动链或较长的机械传动系统，使得整机的传动精度较低，降低了编织机件之间的配合精度。
(5)国内外对有结型渔网机的研究较少，经检索相关的文献只有5篇。其中郭一敏对有结渔网机的有关结构装置进行了改进设计，编织出单向网结，使网片在外观上一面手感粗糙，另一面手感柔滑、美观，使用这种网片进行养殖和捕捞时认准网结的朝向，手感柔滑的一面向着鱼类，可减少网片对鱼鳞的损伤，减低鱼类受细菌感染的可能性。朱国刚分析了有结渔网机实现上钩旋转的齿轮齿条传动装置中，非标齿条的设计方法和加工方法。钱志敏等分析了我国绳网具制造业的现状，研究了-人世后面临的机遇、挑战以及应对措施等。刘丽珍分析了渔网具、绳网机械的发展历史及现状，国内外市场需求现状，我国绳网具、绳网机械发展前景和存在的问题，并对产业发展的思路提出了建议。P Druault等研究了渔网网结的结构和渔网的结构。所有这些文献都没有涉及有结渔网机的整机设计问题。
由于上述问题，目前生产上使用的有结型渔网机的整机转速大多在20 r／min~右，生产过程中噪声很大，经线断头频繁，工人接头工作强度较大，整机生产效率较低。编织出的网片有较多漏针，出现网洞需要再由人工进行修补，既增加了人工成本，又影响了产品质量。
3.1.2 解决方法
为了解决这些问题，可以围绕以下几个方面来开展对已有设备的改进和提升。
(1)对整个传动系统进行优化。由于编织机件共有7个运动，目前机器中使用的7种运动机构的结构类型比较复杂，既有平面机构，也有空间机构，而且运动链的结构比较长。可以对机构运动链的类型、结构进行优选、简化，以提高运动输出件的运动可靠性，降低制造成本，提高传动精度，提升整机陛能。
(2)提高光、机、电、气、液等一体化和计算机控制技术，提升整机的技术档次。由于该机器产生于上个世纪七八十年代，受当时技术水平特别是自动传动和控制技术的限制，其中的运动实现装置采用了纯粹的机械传动方式，结构复杂，传动路线长。对某些运动，如上钩和下钩的摆动，可以采用伺服驱动的方式简化传动路线。
(3)优选主动驱动件的结构形式。现有机器中编织机件的7个运动中，机构的主动驱动件有3个平面沟槽凸轮和2个圆柱凸轮(廓线也为沟槽)。运动时，凸轮机构从动件上的滚子置于沟槽内，滚子直径与沟槽宽度一致。由于加工制造误差以及使用过程中的磨损，滚子与沟槽之间有间隙，从而引起冲击，因此应尽量避免采用沟槽凸轮和圆柱凸轮。为此，可以采用共轭凸轮如双外缘或内外缘共轭凸轮的结构形式。
(4)设计传动系统时应考虑机构的动力学问题。为了满足现代机器高速、高精度、高效率等方面的要求，现代机械设计过程中，除了应满足机器在运动学方面的要求之外，还应考虑机器的动力学问题，如机构的平衡问题、凸轮机构从动件运动加速度变化规律的连续性问题等。在现有的机器中，打结抽紧传动是一个运动间歇机构，动力学性能较差，冲击很大，是整机震动和噪声的主要来源。设计时应该优化其加速度变化规律，保证加速度极值较小、加速度变化曲线连续甚至光滑以确保跃度变化曲线的连续，这样才能降低整机运转过程中的冲击和震动。
(5)提高零部件的制造精度。现有机器及其零部件的制造精度比较低，整机外表粗糙。为提高零部件的制造精度和外表美观度，主要铸件可以采用压铸件等。
(6)加大技术投入力量，树立长远眼光。目前的生产企业普遍在技术研发上投入较少，满足于简单模仿、抄袭，几十年来产品的结构形式和质量几乎没有太大变化。所以应在产品的性能、档次提升方面加大技术投入，从而将一个传统的机械产品改造成为真正意义上的集光、机、电、气、液等为一体的高技术机电产品。
3.2 无结型编织设备
应用于编织无结型网状织物的剑杆织机和经编机一般由通用的织机制造厂和经编机制造企业生产，这类机器的技术水平与织机及经编机行业的整体发展水平有关。由于无结网状织物的表面精度要求不像一般布面和经编织物的那么高，所以编织企业往往选用国产剑杆织机和经编机进行生产。国产机器存在着震动、噪声大，速度、生产效率低等问题。
为了提高无结网状织物的编织质量及生产效率，网状织物生产行业应加大与设备专业生产厂家的联系与配合，根据网状织物的编织特点，开发出针对性强的专业织机和经编机，在可能的情况下选用各方面I生能较好的外国公司设备，可以使织物的质量上一个台阶。
4 结语
网状织物的结节一般有3种形式，不同使用场合应选择不同结节的织物。对网形稳定性要求较高的渔业拖网、建筑安全网等应选择有结型网；对网形稳定性要求次之，如蚊帐网、遮阳(遮光)网、体育用网、围网等可选择经编无结型网；对应用于艇体、墙体、防波堤等的加固衬材，可选用无结交织型网。
有结型网状织物在实际生产中的用量较大，编织该类网的转钩型有结渔网机的整体技术水平仍然有较大的提升空间。对生产企业而言，应围绕优化运动传动路线，加大光、机、电、气、液一体化和计算机控制等方面技术的应用，着力提升整机技术水平和产品档次，满足现代技术条件下对网状织物编织设备的要求。
参考文献
[1]郭一敏.渔网织机单向网结网片的编织结构装置[J].机械工程师，2009(5)：85-86.
[2]朱国刚.非标模数齿条的设计和制造[J].机械制造，1995(4)：10-11.
[3]钱志敏，侯山云.八世后我国绳网具制造业面临的机遇、挑战及应对措施[J].渔业现代化，2003(5)：43-44.
[4]刘丽珍.我国绳网具、绳网机械产业现状及发展前景[J].中国渔业经济，2006(5)：55-59.
[5]P Druault，E Bouhoubeiny.POD investigation of the unsteady turbulent boundary layer developing over porous moving flexible fishing net structure[J].Exp Fluids，2012(53)：277-292.