一種紗線焊接機的關鍵技術研究

胡學濤， 林富生， 黃豐毅， 徐釗釗， 宋志峰

（武漢紡織大學， 三維紡織湖北省工程研究中心， 湖北 武漢430200）

0 引言

隨著織機運行速率的提高，經紗很快就會織完，加上勞動力緊張，熟練的穿經工呈現供不應求的狀況。在這種情況下，同一品種再次上機織造時，使用紗線焊接機進行經線焊接，然后再將經線依次拉過停經片、綜絲和扣板，這種方式是減少織機停車時間、 提高效率的最佳方式[1]。本文設計了一種新型的紗線焊接機， 該紗線焊接機的功能就是利用機械代替手工將上一批織完的經線與新織軸的經線一對一的焊接，達到不停機連續織造的目的。

1 紗線焊接機的發展狀況與趨勢

目前，國內外使用紗線結經機較多，而紗線焊接機相對使用較少，結經機的作用是將經線逐根打結。當前國產結經機配合挑紗針的選擇與監測功能的改善， 大大優化了結經機的接紗效果。 國外的自動結經機，已經出現利用電子計算機實施程序監控， 為織造排花創造了更有利的條件[2]。

但是，自動結經機還是存在很多問題。 第一，大跨度的斜拉紗線較多，絞頭多，易造成斷頭多，停機頻繁，并且經向形成筘路疵點較多。 嚴重影響織物的品相；第二，無論是國產的還是進口的自動結經機，在使用過程中都或多或少地存在雙紗和多紗對接的現象[3]。 目前市場上有的紗線焊接機相對較少， 但還是存在一種手持式的紗線焊接機， 這種手持式紗線焊接機是對單一紗線進行焊接，所以它的效率比較低。 本文提出的紗線焊接機能很好的解決這些問題， 具有很大的研究意義和實際使用價值。

2 紗線焊接機的整體方案設計及結構分析

設計一臺紗線焊接機， 該機主要通過超聲波焊頭將織機上剩余紗線和新紗線焊接在一起， 這種方式是減少織機停車時間、提高效率的最佳方式。該紗線焊接機焊接牢靠，焊接效率高。

2.1 紗線焊接機的關鍵技術及創新點

該紗線焊接機的關鍵技術表現在使用超聲波焊接的工藝， 使一整根經軸上的紗線或者同一層的紗線同時焊接。這臺紗線焊接機的主要創新點在于：①使用超聲波焊接技術同時焊接一整根經軸的紗線，使紗線焊接牢靠；②使用圓形的刀輥機構， 切割紗線焊接完后紗線之間的粘連部分， 有效解決了紗線之間的粘連問題； ③該機采用PLC 控制，控制氣缸和電機的協同運動。

2.2 紗線焊接機的整體設計方案

該紗線焊接機主要包含五個部分：紗線張力機構、刺輥毛刷機構、鋼梳機構、焊接機構、刀輥切割機構，見圖1。

圖1 焊接機整體結構圖

該機開始焊接前，需做好準備工作。 首先，需要將織機上剩余的紗線穿過紗線張力機構上的重力擺桿， 接著穿過兩膠輥之間，然后要按順序依次穿過鋼梳1、兩個超聲波焊接頭和鋼梳2，最后將紗線拉到刺輥毛刷處，將紗線依次纏繞到刺輥毛刷上。 通過刺輥毛刷機構上的搖桿順時針搖動將紗線張緊。同樣的，新紗線按照反向的順序布完。 然后會在超聲波焊頭內地槽板內各布置一層熱塑性薄膜，接著氣缸推動超聲波焊頭對接，將紗線焊接在熱塑性薄膜內，完成焊接工作。 焊接完之后，將焊接完的紗線依次放入刀輥內，啟動刀輥將焊接的粘連部分切割開，最后再將兩端多余的線頭剪掉， 將焊接接頭部分依次拉過停經片、綜絲和扣板，進行新一輪的織造過程，這種方式既降低了勞動強度，又減少了停機的時間，大大提高了織機的效率。 該機器的氣缸和伺服電機都是采用PLC 協調控制的。

現對該紗線焊接機的五大機構進行具體分析：

（1）紗線張力機構。 圖2 中，兩根包膠輥上下分布，兩端通過連接件連接一根不銹鋼重力擺桿， 紗線通過這根不銹鋼擺桿，然后再穿過兩根包膠輥。紗線經過包膠輥會增加一定的摩檫力， 同時張力擺桿通過自身的重力把紗線往下壓，從而使紗線一端張緊。

圖2 紗線張力機構

（2）刺輥毛刷機構。 如圖3 所示，該刺輥毛刷機構通過聯軸器將刺輥軸和渦輪蝸桿減速機連接， 此外渦輪蝸桿減速機上還裝有一個手搖手柄。 刺輥是一種特制的帶刺的輥子，該刺輥可以起到梳理紗線的作用，而且還可以將紗線纏繞在刺輥上，起到固定紗線的作用。 搖動手柄，通過蝸輪蝸桿減速器，可以起到張緊紗線的作用。蝸輪蝸桿減速器既可以改變搖桿手柄的方向， 同時也有利于紗線張緊，使紗線更容易張緊。

圖3 刺輥毛刷機構

（3）鋼梳機構。鋼梳機構包括一排鋼梳嵌置在鋼梳槽中，內測固定一根導向桿，整個裝置固定在兩根滑動導軌上，中間位置固定一個推動氣缸。鋼梳可以將織機上剩余紗線和新紗線放置在同一齒間， 這樣保證需要焊接的兩根紗線在同一齒間，見圖4。

圖4 鋼梳機構

（4）焊接機構。焊接機構主要包括上超聲波焊接頭和下超聲波焊接頭， 如圖5 所示該機構龍門架上固定上超聲波焊接頭，其中上焊接頭外有一層鈑金，該鈑金連接著一對小型的伸縮氣缸， 其作用是將一層薄熱塑性塑料放置在上焊接頭下，當氣缸回縮時，鈑金會使薄熱塑性塑料貼緊。整個上焊接頭通過兩個同步氣缸，在升降導軌上實現整體升降運動，同時下焊接頭外側也有鈑金，也有兩個小型的伸縮氣缸控制它的上下運動。在焊接時，也會在下焊接頭上布置一層熱塑性塑料，在紗線布完之后，上焊接頭與下焊接頭對接， 通過上下兩層熱塑性塑料將紗線焊接在中間，完成整體焊接過程。

圖5 焊接機構

（5）刀輥切割機構。圖6 為刀輥切割機構，這個整體的切割平臺通過兩個同步氣缸實現水平方向上的運動，而上放的平臺通過刀輥升降氣缸實現上下升降運動。紗線焊接之前，刀輥是位于下焊接頭的下方的，當紗線焊接完成后，刀輥上升到紗線的高度，通過電機帶動刀輥旋轉，通過水平伸縮氣缸推動刀輥前進，從而完成切割動作。

圖6 刀輥切割機構

3 實驗分析

該實驗主要在一個如圖7 所示的超聲波焊接平臺上，布置幾組石英纖維紗線，利用鋼梳將每組紗線均勻分布開， 選擇幾種常見的熱塑性塑料薄膜： 聚乙烯薄膜（PE）、聚丙烯薄膜（PP）、聚氯乙烯薄膜（PVC），布置在上下焊接頭處，通過超聲波焊接裝置完成焊接，焊接完成后的紗線如圖8 所示， 最后利用切割裝置將幾組紗線均勻切割開，切割后的紗線如圖9 所示。通過拉力器測試每組紗線焊接處的失效拉力。 該實驗針對每種材料測試了5組紗線焊接處的失效拉力，得出數據見表1。

圖7 焊接平臺

圖8 焊接完成的紗線

圖9 切割后的紗線

表1 三種常見熱塑性塑料薄膜焊接紗線的失效拉力表

根據實驗數據分析， 這三種熱塑性塑料薄膜的焊接效果存在一定的差異，從表中可以看出，聚丙烯的效果尤為突出，可達到30.7N 的拉力，一般將紗線拉過綜絲、筘板所需要的拉力在10.0N 左右。通過該實驗驗證了該焊接機構焊接紗線的可靠性，焊接的紗線在焊接處的牢固性。

4 結束語

本文主要研究了一種新型的紗線焊接機， 主要解決經紗打結的問題， 使同一規格的經紗在連續織造的情況下，不需要重復穿綜、穿筘，大大降低了勞動強度，提高生產效率。 這種新型的紗線焊接機不僅能夠有效解決經線的焊接問題，還能應用于各種紗線焊接的場合，大大擴大了該紗線焊接機的應用范圍。 但該紗線焊接機還存在一些不足，就是沒有達到百分百自動化，還是需要人工完成一些輔助工作，還需進一步完善。