不變捻度儲緯裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

吳彤 王方昌 周廣明 李德才 趙顯全 孫慶軍

摘要： 文章針對某些塑料扁絲和碳纖織物緯紗不能變化捻度的需求，改變常規(guī)儲緯器儲緯的方式，探索了多種退繞方案，發(fā)現(xiàn)徑向主動退繞效果為最佳，同時為了使紗線不交纏，利用光電信號反饋給輸出馬達(dá)，保持一定的儲存量。結(jié)果表明：采用此裝置可滿足后續(xù)織造要求，緯紗保持原有形狀不變捻度，布面質(zhì)量達(dá)到了客戶要求。

關(guān)鍵詞： 儲緯裝置;退繞;不變捻度;碳纖維;塑料扁絲;光電信號;織造

中圖分類號： TS103.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2021）08002404

引用頁碼： 081105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.005（篇序）

Structure design of weft accumulator without twist change

WU Tong1， WANG Fangchang1， ZHOU Guangming2， LI Decai1， ZHAO Xianquan3， SUN Qingjun1

（1.Shandong RIFA Textile Machinery Co.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 2.Shandong Liaocheng Siyuan Electric AutomationCo.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 3.Hebei Jigao Chemical Fiber Co.， Ltd.， Shijiazhuang 052160， China）

Abstract： To meet the requirement of changing the twist of weft yarn for some plastic flat yarn and carbon fiber fabric， transform the storage mode of conventional weft accumulator， this paper has explored a variety of unwinding plans， and found that the radial active unwinding effect was the optimal. In the meantime， in order to prevent the yarn from intertwining， the photoelectric signal was fed back to the output Marta to maintain a certain storage capacity. The results reveal that this device can meet the subsequent weaving requirements while maintaining the original shape of weft yarn without twist change. The fabric surface quality can also meet the customer requirements.

Key words： weft accumulator; unwinding; twist unchanged; carbon fiber; plastic flat yarn; photoelectric signal; weaving

收稿日期： 20210222;

修回日期： 20210707

基金項目：

作者簡介： 吳彤（1973），男，工程師，主要從事紡織機(jī)械、織造設(shè)備的調(diào)試與織造工藝參數(shù)的研究。

2008年中國塑料扁絲及其制品的產(chǎn)量約177.18萬t，時至今日，其前景依然廣闊[1]。2020年國際市場的碳纖維同比增長了3%，中國市場需求量在利好政策作用下強(qiáng)勁增長了29%[2]。隨著以上兩種材料的普遍運(yùn)用，各個織造生產(chǎn)商都加大了對塑料扁絲織物及碳纖維織物的開發(fā)，以適應(yīng)不斷提高的客戶需求[3]，但當(dāng)前的設(shè)備其產(chǎn)量及質(zhì)量不能滿足客戶的需求。利用無梭織機(jī)織制塑料扁絲織物及碳纖維織物成為一種現(xiàn)實(shí)需求，但無梭織機(jī)必須配備儲緯器，目前常規(guī)的儲緯器類型都是在緯紗筒軸向引進(jìn)緯紗，儲存在紗鼓上，再從紗鼓軸向引出，這樣在退繞和儲存的過程中均會使紗線捻度發(fā)生變化，并對緯紗造成不同程度的摩擦扭曲。因為塑料扁絲橫截面是長和寬差值較大的形態(tài)，碳纖維紗線不耐磨且抗剪切性能差，使用這兩種原料織制的織物大多要求緯紗在織口內(nèi)是平展無扭曲的，緯紗亦不能有損傷[4]，故現(xiàn)有模式的儲緯器無法滿足織造需求。袁樹信等[5]在理論上描述了無捻度變化的一種儲緯裝置，使用馬達(dá)徑向退繞，把紗線吸進(jìn)透明硬管內(nèi)，再行引出，但該結(jié)構(gòu)使紗線彎曲太大，透明管空間分散，紗線可能交纏;袁天行[6]提出了使用同步帶帶動滑塊上的儲緯輪，進(jìn)行儲緯和送緯，但儲緯輪頻繁運(yùn)動不適用于織機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn);余用婷等[7]提出依靠轉(zhuǎn)杯的回轉(zhuǎn)來帶動紗筒管的轉(zhuǎn)動，使紗線能夠沿著紗筒外圓切線的方向引出，杜絕紗線因自然扭曲而產(chǎn)生捻度的現(xiàn)象，但緯紗的運(yùn)動不是勻速的，轉(zhuǎn)杯速度的控制是一個難點(diǎn);紗線再引入儲緯器，從其儲紗鼓上引出時又會產(chǎn)生自然加捻的問題。圍繞無捻度變化的儲緯裝置已有如上技術(shù)人員的研究，但多是理論性描述或?qū)嶒炇译A段的，需要設(shè)計、生產(chǎn)一種可市場化、連續(xù)化生產(chǎn)的不變捻度儲緯裝置。因此，本文在借鑒現(xiàn)有成熟儲緯器工作原理的基礎(chǔ)上，參考前人在這方面不同工作方式的研究，通過多次試驗，開發(fā)了一種不變捻度儲緯裝置，以期滿足織造設(shè)備對緯紗輸入方式的不同需求。

1 工作原理

工作原理如圖1所示。用馬達(dá)帶動紗筒軸，緯紗筒套在紗筒軸上，與紗筒軸一起聯(lián)動，紗線從緯紗筒的徑向脫離，脫離的過程中緯紗沒有扭曲，故沒有變化捻度;為了促使紗線順利脫離緯紗筒，使用噴嘴以適當(dāng)?shù)拇盗恳喚€，儲緯箱底部有吸風(fēng)口，紗線受重力及吸力作用而下垂至儲緯箱內(nèi);利用光纖傳感器[8]能夠?qū)⒈粶y物體的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y信號的特點(diǎn)，使用2對對射式光纖傳感器探測紗線的位置，發(fā)出反饋信號給儲緯裝置控制器，儲緯裝置控制器經(jīng)過判斷給馬達(dá)發(fā)出低速、高速或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的信號，以此保持儲緯箱內(nèi)始終有適當(dāng)長度的緯紗，再把緯紗通過瓷環(huán)和張力夾引出至織機(jī)。這樣在退繞、存儲和引出的過程中，緯紗捻度保持不變且紗線受到的磨損很輕，達(dá)到了使用要求。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本裝置主要由退繞裝置、吹風(fēng)裝置、存儲裝置、導(dǎo)出裝置等組成。

2.1 退繞裝置

退繞裝置主要由紗筒軸、連接桿、馬達(dá)、軸承座和小離合等組成，其中紗筒軸（圖2）由一個頂端呈錐形的移動軸、一個固定軸及其中間放置的環(huán)狀漲緊彈簧構(gòu)成，借鑒油封彈簧的結(jié)構(gòu)，利用彈簧被由內(nèi)向外擠壓時環(huán)狀直徑變大的方式把彈簧與緯紗筒內(nèi)壁連接在一起，進(jìn)而把緯紗筒與紗筒軸固定在一起運(yùn)動。通過旋轉(zhuǎn)手柄把移動軸左右擺動，擠壓或放松彈簧，固定或者拆下緯紗筒。

2.2 吹風(fēng)裝置

緯紗筒轉(zhuǎn)動時，為了使緯紗順利脫離緯紗筒，設(shè)計了吹風(fēng)裝置，如圖3所示。通過噴嘴以適當(dāng)?shù)拇盗恳暭喢撾x緯紗筒，為了減輕壓縮空氣對紗線的傷害，設(shè)置一個控制閥，當(dāng)退繞裝置停止轉(zhuǎn)動時，關(guān)閉壓縮空氣的噴出。根據(jù)紗線的不同，采用手動閥門對壓縮空氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 存儲裝置

采用兩塊4 mm×300 mm×1 300 mm的有機(jī)玻璃板，用兩根20 mm×10 mm×1 300 mm的木條或鋁條連接起來組成一個長方體中空形狀的儲緯箱，透明的有機(jī)玻璃板利于觀察緯紗的運(yùn)行狀態(tài)，儲緯箱底部安裝帶有吸風(fēng)口的底座，吸風(fēng)馬達(dá)與吸風(fēng)口之間通過塑料管連接。為了防止斷裂的紗線被吸入吸風(fēng)馬達(dá)，在儲緯箱底部吸風(fēng)口的上方布置過濾網(wǎng)。箱體兩側(cè)安裝三組光纖傳感器，光纖傳感器的高低位置根據(jù)織機(jī)筘幅設(shè)定。

2.4 導(dǎo)出裝置

瓷環(huán)安裝在儲緯箱頂部右側(cè)，三組張力夾采用夾紗片結(jié)構(gòu)，如圖4所示。根據(jù)紗線原料、粗細(xì)、劍頭型號[9]及布面工藝要求，可調(diào)整夾紗片間距，以達(dá)到合適的緯紗張力。

3 電氣控制設(shè)計

3.1 電氣原理

控制系統(tǒng)由控制器、馬達(dá)、放大器、光纖傳感器、開關(guān)電源等組成，原理如圖5所示。

3.2 工作方式

放大器A連接的光纖傳感器安裝在高處，放大器C連接的光纖傳感器安裝在低處，紗線受重力及吸力的影響，會穿過光纖傳感器探測區(qū)域，此時會有4種不同的工作方式，見表1。

一般不會出現(xiàn)放大器A沒有探測到紗線信號而放大器B和放大器C探測到紗線信號的情況，如果出現(xiàn)則馬達(dá)停止，同時顯示報警，此時應(yīng)查找故障原因，進(jìn)行排故。速度1、速度2的設(shè)置和織機(jī)筘幅、織機(jī)速度、緯紗筒直徑、緯紗粗細(xì)有關(guān)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行調(diào)整。噴氣織機(jī)儲緯器具有緯紗定長的特點(diǎn)[10]，本裝置沒有采用把紗線繞在具有定長功能的儲紗鼓上的方式，故不可用于噴氣織機(jī)、噴水織機(jī)等要求緯紗定長的無梭織機(jī)，僅適應(yīng)于劍桿織機(jī)、片梭織機(jī)等不需要緯紗定長的無梭織機(jī)。根據(jù)紗筒軸轉(zhuǎn)速（r/min）×緯紗筒直徑（cm）=織機(jī)織造門幅（cm）×織機(jī)速度（r/min），按緯紗筒最小直徑8.3 cm，計算得到儲緯裝置上配置的不同轉(zhuǎn)速馬達(dá)、織機(jī)織5造門幅與織機(jī)最大速度的關(guān)系，如圖6所示。在馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速確定的情況下，織造門幅越寬，織機(jī)所能達(dá)到的最高速度越低。

4 實(shí)踐操作

在GA731-Ⅱ幅寬為230 cm的織機(jī)上做對比試驗，速度調(diào)節(jié)為150 r/min，織物工藝參數(shù)如下：經(jīng)紗為11英支棉、經(jīng)密26.2 根/cm，緯紗為2.8 mm×0.2 mm塑料扁平絲、緯密3.5 根/cm，組織為3/1斜紋。儲緯裝置參數(shù)如下：壓縮空氣壓力8 kPa、馬達(dá)轉(zhuǎn)速893 r/min、紗筒軸轉(zhuǎn)速893 r/min。先采用常規(guī)方式供緯，后織入一根白色緯紗作為標(biāo)記，之后增加上不變捻度儲緯裝置進(jìn)行織造，以標(biāo)記線為中間位置取44根緯紗長度的布樣，在布樣中間部位拍照片，如圖7所示。經(jīng)檢驗，在第7、第8、第11、第14、第15、第16、第20、第24緯紗處發(fā)現(xiàn)捻度變化，其中常規(guī)方式供緯出現(xiàn)7次，采用不變捻度儲緯裝置后出現(xiàn)1次，部分捻度變化放大細(xì)節(jié)如圖8所示。

根據(jù)上述織造扁平絲的經(jīng)驗，針對碳纖維的特點(diǎn)調(diào)整了個別參數(shù)進(jìn)行織造，速度調(diào)節(jié)為140 r/min，緯紗為12 K碳纖維、緯密改為3.75 根/cm，織物組織改為平紋。儲緯裝置中壓縮空氣壓力改為4 kPa、馬達(dá)轉(zhuǎn)速改為834 r/min。

5 結(jié) 語

采用此裝置織造塑料扁絲織物，緯紗保持原有形狀不變捻度，減少了打折起捻的情況，確保了布面的平整，緯紗排列整齊，經(jīng)緯紗之間縫隙均勻，布面質(zhì)量得到提高;織造碳纖維織物時，有利于提高碳纖維在長度方向的抗拉伸強(qiáng)度，極大降低纖維扭曲，進(jìn)而提高了整個碳纖維織物布面的使用需求，擴(kuò)大了碳纖維織物的使用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]段為， 朱衛(wèi)平， 戴文利. 塑料扁絲研究進(jìn)展[J]. 塑料制造， 2010（7）： 64-67.

DUAN Wei， ZHU Weiping， DAI Wenli. Research progress of plastic film tape[J]. Plastics Manufacture， 2010（7）： 64-67.

[2]林剛. 碳纖維產(chǎn)業(yè)“聚”變發(fā)展： 2020全球碳纖維復(fù)合材料市場報告[J]. 紡織科學(xué)研究， 2021（5）： 27-49.

LIN Gang. The development of carbon fiber industry： report on the global carbon fiber composite market in 2020[J]. Textile Science Research， 2021（5）： 27-49.

[3]張健， 揣雪冰. 碳纖維的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 化工管理， 2017（23）： 60.

ZHANG Jian， CHUAI Xuebing. Development and application of carbon fiber[J]. Chemical Management， 2017（23）： 60.

[4]KERRI M， HOFFMANN G， CHERIF C， 等. 劍桿織機(jī)上無捻扁絲緯紗的無捻織造[J]. 國際紡織導(dǎo)報， 2014， 42（4）： 14-15.

KERRI M， HOFFMANN G， CHERIF C， et al. Twistless weaving of flat filament weft yarn on rapier loom[J]. International Textile Guide， 2014， 42（4）： 14-15.

[5]袁樹信， 李偉， 余文斌， 等. 無捻度變化儲緯裝置： 201220143688.5[P]. 2012-11-07.

YUAN Shuxin， LI Wei， YU Wenbin， et al. Weft storage device without twist change： 201220143688. 5[P]. 2012-11-07.

[6]袁天行. 碳纖維平紋展纖織物劍桿織機(jī)引緯及打緯系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[D]. 上海： 東華大學(xué)， 2019.

YUAN Tianxing. Optimization Design of Weft Insertion and Beating up System of Carbon Fiber Plain Weave Spreading Fabric Rapier Loom[D]. Shanghai： Donghua University， 2019.

[7]余用婷， 金子敏， 鄭智毓， 等. 扁平絲退繞裝置的應(yīng)用研究[J]. 絲綢， 2010（2）： 31-33.

YU Yongting， JIN Zhimin， ZHEN Zhiyu， et al. Application and research on weft let-off device of flat filament[J]. Journal of Silk， 2010（2）： 31-33.

[8]吳偉龍. 光纖傳感器在YL-335B自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2020（30）： 18-19.

WU Weilong. Application of optical fiber sensor in YL-335b automatic production line[J]. Science and Technology Innovation， 2020（30）： 18-19.

[9]周香琴， 顧葉琴， 吳震宇. 可簡便調(diào)幅的劍桿織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)參數(shù)特征[J]. 紡織學(xué)報， 2019， 40（9）： 173-179.

ZHOU Xiangqin， GU Yeqin， WU Zhenyu. Parameter characteristics of weft insertion mechanism of rapier loom capable of simply adjusting reed width[J]. Journal of Textile Research， 2019， 40（9）： 173-179.

[10]鄭舟. 噴氣織機(jī)儲緯器控制系統(tǒng)研制究[D]. 杭州： 浙江理工大學(xué)， 2011： 1-4.

ZHENG Zhou. Development of Weft Storage Control System for Air Jet Loom[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2011： 1-4.