經編張力補償裝置對經紗張力的影響

張靈婕， 繆旭紅， 蔣高明， 馬丕波

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

經編張力補償裝置對經紗張力的影響

張靈婕， 繆旭紅， 蔣高明， 馬丕波

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

經紗張力影響經編生產順利進行，為此，使用KARL MAYER的KS4EL型經編機進行實驗。先對補償裝置的彈性元件進行彈性系數測試，然后分別選用張力補償裝置上的3組張力彈簧安裝密度及張力彈簧規格，通過改變裝置彈性系數進行經紗張力測試實驗。分析實驗結果可知，改變張力補償裝置的相關參數就可以改變張力補償裝置的彈性性能，進而調節補償裝置對經紗織造張力的補償性能。研究結果表明，隨著張力補償裝置彈性系數的增大，經紗動態張力最大值增大，最小值先增大后減小，平均值上升，變異系數增大，說明隨著張力補償裝置彈性系數增大，其補償效果下降。

經編； 經紗； 張力； 張力補償裝置

紗線張力是紡織生產中一項重要的參數，影響從紡紗到織造生產中的各個環節[1-2]。適度而穩定的紗線張力有助于生產的順利進行并且能提高生產效率、穩定產品質量。在紡織生產過程中，如何控制紗線張力，穩定張力波動一直都是學者關注的重要課題[3-4]。查閱相關資料發現，有研究者已經對經紗消耗與張力之間的關系進行了研究，提出對張力補償裝置的要求及力學模型[5-6]；國外有學者[7-8]對經編紗線運動過程進行仿真，以經紗為主要對象進行張力的相關研究。國內也有學者[9-10]對張力補償裝置進行了動力學分析從而改善其性能。另外，就成圈運動[11]、生產工藝[12-13]等對經紗張力的影響也已做了相關研究。借助以往研究結論，目前對影響經紗張力的因素有了初步的判斷，也對張力補償裝置的補償機制[14]有了進一步了解，但以往的研究更多地停留在力學分析以及對經紗張力影響因素方面，本文希望通過實驗改變經紗張力補償裝置的相關參數得到相應條件下經紗的織造張力，以此了解經編張力補償裝置對經紗張力的影響情況，從而有針對性地對張力補償裝置進行調整，滿足不同種類的經紗需求，以減少織造中的斷紗，并提高短纖紗在經編中的應用，推動經編產品的多元化發展。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

實驗原料：采用3把梳進行編織，前2把梳采用73.8 dtex緊密賽絡紡滌綸短纖紗(吳江鷹翔集團公司)，第3把梳采用55.5 dtex/24 f滌綸FDY絲。

實驗儀器：KARL MAYER的KS4EL型經編機； 施密特接觸式張力傳感器；Hongnigmann DAQ型施密特分析儀； HCC Easy測試軟件； 手持式電子稱； 量尺。

1.2 實驗方法

1.2.1 取樣方法

本文主要研究不同張力補償裝置參數條件對經紗織造張力的影響。在其他工藝參數不變的情況下，改變張力補償裝置張力彈簧的安裝密度以及張力彈簧的規格，分別選取機頭、機中、機尾位置的1根紗線進行紗線張力測試。為保證實驗數據可靠性，排除客觀因素的影響，選取紗線時避開芝麻桿附近，并且盡量選擇同一根紗線，待機器運行穩定后進行測試。

1.2.2 紗線織造張力測試

使用德國施密特SCHMIDT公司的在線電子式張力儀，三輥接觸式測量，兩側為導向輪，中間為測量輪，紗線按要求方向繞在接觸輥上，并配合Hongnigmann DAQ型施密特分析儀以及HCC Easy測試軟件組成的測試系統進行實驗。測試時數據采集頻率為2 000 Hz，測試時間為1 min。

1.2.3 張力補償裝置彈性系數測試

為了對不同條件下張力補償裝置的補償性能進行統一的比較，需要對張力補償裝置的彈性系數進行測定。

將1個張力彈簧按工作狀態安裝在機架上，測量初始狀態張力彈簧的頂點高度，然后用手持電子稱沿豎直方向拉動張力彈簧，記錄質量與高度變化的對應數值，高度變化用△h表示。對張力彈簧相同變形情況下的質量進行測量，共測量10次取其平均值。

1.3 測試工藝參數

使用E28的KS4 EL型高速特里科經編機，用3把梳進行編織，考慮到采樣的便利性，對GB1即前梳紗線進行采樣，改變張力彈簧的安裝密度以及張力彈簧規格進行實驗，分別按相隔10、7、5個/m 3種情況安裝，張力彈簧半徑R分別按15.0、17.5、20.0 mm。其他參數設定為：機速600 r/min，機上縱密19橫列/cm，組織結構GB1:1-0/1-2//、GB2:1-2/1-0//、GB3:1-0/0-1//。送經量GB1、GB2、GB3分別為1 420、1 400、1 200 mm/臘克。具體測試工藝參數見表1。

表1 測試工藝參數Tab.1 Test parameters

2 結果與討論

2.1 彈性系數測量結果

測試張力補償裝置彈性系數，得到張力彈簧變形與所受質量之間的關系，結果如表2所示。

表2 張力彈簧所受質量與變形關系Tab.2 Relationship between weight of tension spring and deformation

根據重力公式G=mg(g=9.8 N/kg),將質量值轉換成重力，得到張力彈簧變形與重力的對應關系，如圖1所示。

從圖1可看出張力彈簧的變形與所施加的重力呈明顯的線性關系。當R=15.0 mm時，張力彈簧受力y與變形x之間的關系為y=1.481 9x-0.533 8;R=17.5 mm時，則y=3.356 5x-0.09 8;R=20.0 mm時，y=7.914 6x-0.177 5;據此可知，R=15.0 mm時，張力彈簧彈性系數k1=1.481 9；R=17.5 mm時，張力彈簧彈性系數k2=3.356 5；R=20.0 mm時，張力彈簧彈性系數k3=7.914 6。

張力彈簧半徑R可以確定對應張力彈簧的彈性系數k，根據張力彈簧安裝密度ρ(安裝長度為1 m)可以計算出張力補償裝置的彈性系數：

K=(1/ρ)×k

根據表1設計的5次實驗，對應的張力補償裝置彈性系數K見表3。

表3 測試工藝與其對應K值Tab.3 Testing technology and its corresponding K values

2.2 經紗張力測試結果

對織造過程中的經紗張力進行監測，并計算張力值的最大值、最小值、平均值以及變異系數，以此對張力補償裝置的補償效果進行綜合評價，結果見表4。張力補償裝置的補償能力可以從經紗織造張力值的變化進行評價，張力過大則易發生斷紗，而張力過小又易造成墊紗困難，形成疵點；另一方面可以從織造時經紗張力的波動來進行評判，張力波動過大易造成紗線疲勞，形成斷紗。

表4 經紗織造張力值及變異系數隨K值變化Tab.4 Warp knitting tension values and variation coefficient changing with K value

從表4可看出經紗織造張力最大值隨著K值增大而增大，且增大幅度越來越大。這是由于當需紗量LX大于送紗量LS時，其差值△L需要依靠紗線本身彈性伸長L1以及張力補償裝置的變形L2來綜合補償。即：

△L=LX-LS=L1+L2

L1=F/μ

L2=F/K

F=μ△L/(1+μ/K)

式中：μ為紗線自身模量；F為紗線張力。

當K值增大，為實現△L的綜合補償量，F值增大，因此經紗張力隨著K值增大呈上升趨勢(由于紗線張力方向并不是完全垂直方向，存在一個角度，但其對于分析中趨勢變化影響不大，故為簡化分析在此忽略)。

表4顯示經紗張力最小值隨著K值增大先略有上升，再下降。根據振動原理可知，彈性元件的補償運動與經紗織造張力間存在一定的滯后現象[13]。這是因為張力桿發生擺動，其彈性系統振動導致不能與經紗織造張力同步變化，而滯后的程度與彈性元件的轉動慣量及外力作用頻率等因素有關。K值一開始增大，經紗張力依然符合F=μ△L/(1+μ/K),因而隨著K值增大而增大；當K值增大到一定程度時，張力補償裝置的補償比例減小，主要依靠紗線自身彈性伸長實現△L補償。因此時需紗量LX與送紗量LS的差值△L較小，張力補償裝置補償所占比例的下降對經紗織造張力的影響很小，反而因其K值的增大，削減了張力補償裝置本身彈性振動而導致的滯后程度，使此刻的經紗織造張力呈現下降趨勢。

經紗織造張力的平均值隨K值增大而增大，一定程度上反映了張力補償裝置對整個成圈周期的補償能力，其與K值存在明顯的線性關系F均=0.085 3K+1.360 9(R2=0.987 7)。說明隨著張力補償裝置的彈性系數增大，其對經紗織造張力的補償能力下降。經紗織造張力的最大值和最小值的變化同樣也驗證了這個結論。

經紗織造張力的變異系數反映了成圈周期內經紗張力的波動程度。從圖2可看出，其值隨K值增大而增大。這是因為隨著K值的增大，張力補償裝置的模量增大，裝置形變的補償量L2占△L的比例下降，從而削弱了張力裝置“削峰補谷”的補償能力，使經紗織造張力兩極化增大，造成波動性增強，因此，張力補償裝置的補償能力隨著其K值的增大而降低。

但張力補償裝置K值不是越小越好。K值過低，張力補償裝置的模量過小，彈性過大，具有共振頻率低的特征[13]，一方面可能造成經紗張力在△L值較小時，張力裝置的回彈力過低不足以使經紗順利實現墊紗成圈等過程，造成織疵甚至斷紗；另一方面，過小的模量會因其本身的彈性振動無法及時與經紗張力變化同步，使滯后現象加劇，造成張力波動加劇。由此，為了提高裝置的共振頻率，必須減小系統的慣性并且增加模量，顯然K值并非越小越好，因此，合理選擇張力補償裝置的K值對其補償能力十分重要，K值的選取要根據所用原料、織造工藝等綜合考慮，以實現最佳的補償性能。

3 結 論

張力補償裝置使用的張力彈簧的彈性系數與其半徑尺寸有關，半徑越大，彈性系數越大。實驗測得半徑分別為15.0、17.5、20.0 mm張力彈簧的彈性系數分別為1.481 9、3.356 5、7.914 6。

張力補償裝置彈性系數增大，張力值開始呈上升趨勢，張力補償裝置因彈性振動存在補償滯后性，彈性系數增大到一定程度，補償裝置在紗線小張力狀態下滯后性下降反而使張力下降，整體上顯示經紗動態張力平均值上升，張力兩極化加劇，張力補償裝置的補償性能下降。

經紗動態張力的變異系數隨彈性系數增大而增大，即經紗動態張力的波動性加劇，不利于順利織造，張力補償裝置的補償性能下降。

張力補償裝置彈性系數值不是越小越好，其值過小，共振頻率過低，導致滯后現象加劇，造成張力波動加劇，補償性能反而下降，因此要根據原料、工藝等合理選擇彈性系數值，以實現最佳的張力補償性能。

FZXB

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Influence of warp knitting tension compensation device on warp tension

ZHANG Lingjie， MIAO Xuhong， JIANG Gaoming, MA Pibo

(Engineering Research Center for Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University,Wuxi, Jiangsu 214122, China)

Based on the significant influence of warp tension on warp knitting production, the KARL MAYER KS4EL type warp knitting machine was used to carry out the experiments. Firstly, the elasticity coefficient of elastic element for the compensation device was tested, and then three groups of tension spring installation density and tension spring specifications were selected, the warp tension test experiments were carried out by changing the elastic coefficient. The experiment data analysis shows that by changing the tension compensation device related parameters, the elastic properties of compensation device could be changed, which can adjust the compensation on warp knitting tension. The results show that the maximum dynamic tension of warp increases with the elasticity coefficient of tension compensation device, and the minimum value first increases then decreases. The average dynamic tension of warp rises, and the variation coefficient increases. This indicates that with the elastic coefficient increase of tension compensation device, the compensation effects decreases.

warp knitting； warp； tension； tension compensation device

10.13475/j.fzxb.20151204705

2015-12-31

2016-08-09

中央高校基本科研業務費專項資金項目(JUSRP5140A); 江蘇省自然科學基金項目(BK20140161);江蘇省產學研聯合創新資金-前瞻性聯合研究項目(BY2015019-20)；江蘇省產學研聯合創新資金-前瞻性聯合研究項目(BY2015019-01)

張靈婕(1992—)，女，碩士生。研究方向為紡織材料與紡織品設計。繆旭紅，通信作者，E-mail:miaoxuhong@163.com。

TS 184

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