在高性能經編機上加工低彈紗線

C. Franz， G. Hoffmann， C. Cherif

德累斯頓工業(yè)大學 紡織機械和高性能材料技術研究所(德國)

經編技術能夠生產高質量的紡織品。然而，要提高和推進經編機的生產速度還需進一步的研發(fā)。德累斯頓工業(yè)大學紡織機械和高性能材料技術研究所(ITM)正在研究一種具有成本效益的紗線長度主動驅動補償系統(tǒng)的解決方案。

在紡織行業(yè)的紗線加工中，以極高質量和性能及附加功能為特點的尖端紡織品的開發(fā)和生產技術不斷增強，這要求所用紗線材料的性能具有更廣泛的適用范圍。低彈紗材料如短纖維或高強力紗線的加工具有挑戰(zhàn)性，尤其是在高速生產條件下，需對紡織機的導紗機件進行具體調整和進一步研發(fā)。在特里科經編機上編織高性能經編織物時，只有準確理解線圈成型過程及其與編織機部件的相互作用和依賴關系，才能完成經編任務。由于特里科經編機針織線圈成型過程非常復雜，這是一個相當大的挑戰(zhàn)。在經編機上，經紗連續(xù)供給編織區(qū)域的織針，被編織成型的經編織物不斷地脫圈。在針織過程中，為防止因紗線消耗不連續(xù)導致不同的紗線長度，必須使用紗線張力補償器來均衡。但在目前使用的送經系統(tǒng)中，隨著機器轉速的增加，激振發(fā)生在其固有頻率范圍內，易導致過度振動和相位位移。其結果是，紗線長度差異的精確補償不再可行，這可能導致低彈紗材料加工期間的定位錯誤或紗線斷裂，使經編機上的低彈紗的加工速度非常有限。為此，在德國聯(lián)邦工業(yè)合作研究會(AiF)資助下，ITM開展相關研究，精確分析特里科經編機上的線圈形成過程，開發(fā)高度動態(tài)主動驅動解決方案，用以準確補償紗線長度差異。

1 線圈形成過程分析

ITM使用一臺幅寬為2.36 m(93 in)、機號為20針、3梳櫛的、最高機速為3 000 r/min的特里科經編機分析線圈的形成過程。如圖1所示，此經編機上紗線通過導紗器、紗線梳櫛和紗線張力補償器2從經軸1進入到編織點，經由導紗梳櫛3、沉降片4、閉口針5和織針6形成線圈并串套在一起。由卷取輥7從機器上移除所生產的針織物，并儲存在卷布軸上。研究團隊對其進行綜合分析，利用機器主軸上的轉角傳感器、高動態(tài)紗線張力傳感器對編織過程中的紗線張力進行測定，并采用激光三角儀記錄紗線張力補償器的運動。結果表明，在機器轉速為2 400 r/min時，紗線張力提高了35%，張力補償器的運動增加了50%，這導致低彈紗加工期間的不穩(wěn)定性。此外，通過高速照相機記錄和評價編織機的運動。將位移測量標記貼附在編織機件上，在不同的速度(25、 100、 500、 1 000和2 000 r/min)下，通過2臺攝像機進行光學記錄，并使用動態(tài)三維分析軟件進行評價(圖2)。由此可非常精確地描述機件運動路徑，并確定在線圈成型過程中的影響因素。

圖1 特里科經編機上的紗線路徑

圖2 編織機件的運動記錄

2 紗線消耗建模

基于上述紗線路徑的確定，對線圈形成過程中的紗線消耗進行建模，并將線圈形成過程分為6個工作步驟(AS1～AS6，表1)。每個工作步驟均有一個旋轉角度范圍，起始點是織針的下死點。

表1 工作步驟

根據(jù)編織機件的路徑進行矢量計算，可得出每個線圈單獨工作步驟所需紗線。將每個獨立部分通過隨后采用的開放多邊形路徑組合在一起，建立一個光學試驗臺來驗證模型的紗線消耗。在此情況下，長度測量標記附著于紗線并由照相機進行光學記錄(圖3)。在線圈形成過程中，利用GOM公司的GOM相關分析軟件對記錄路徑進行評價，并與理論推導的紗線路徑進行比較。

對于紗線消耗情況，建模計算值和實測值之間存在良好的相關性。通過建模，確定了影響紗線用量的主要因素為導紗梳櫛的擺動運動和織針的升降運動。

3 紗線長度主動補償系統(tǒng)的研發(fā)

根據(jù)線圈成型過程中紗線消耗運動曲線，ITM開發(fā)出一套可編程主動驅動的紗線長度補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)位于導紗針床區(qū)域內，導紗針床擺動影響驅動裝置，因此其運動軌跡約70%可獲得，剩余的差異主要由織針升降造成，采用異形軸補償。試驗標準樣機如圖4所示。

圖3 紗線路徑的記錄

圖4 試驗標準樣機

該試驗臺和紗線消耗模型的建立，為開發(fā)高動態(tài)紗線長度主動補償系統(tǒng)奠定了基礎。其作為一種成本效益高的傳輸解決方案，可以單獨集成，也可以對現(xiàn)有的特里克經編機進行改造更新。通過這種方法，可以降低紗線在生產過程中的張力，使紗線均勻化，并使低彈紗線(如短纖紗)或高強力紗線在高生產速度(≥2 500 r/min)下，能夠在特里克經編機上安全有效地加工。使用該系統(tǒng)，可顯著提高產品質量和機器性能。