自動穿經機的應用歷史和發展

崔建成

[史陶比爾（杭州）精密機械電子有限公司，浙江 杭州 310018]

眾所周知，在紡織行業，經紗漿紗之后要從綜絲及鋼筘中穿好，然后掛好停經片，才能上機織造。用綜框織造時，新品種的經軸紗線要在上機前根據織造工藝要求穿過綜絲、鋼筘，這是織造廠織造前的準備工作。

經紗織造前的準備工作對自動化無梭織機的效率及織造質量有顯著的影響，如噴氣織機、片梭織機及劍桿織機等，大多用于織造服裝用布或技術織物，需要高質量的經紗及穿經來滿足不斷提高的織機速度及織物質量要求。手工穿經工作要求工人有一定的織造工藝基礎和紋織工藝知識，且過程非常耗時，人工效率普遍較低，現在鮮少有年輕人選擇這一工作。因此，越來越多的紡織廠引入穿經機器代替人工。本研究主要介紹自動穿經機的基本結構、應用歷史和發展趨勢。

1 全自動穿經機的基本結構

機器穿經就是用機器把經軸的紗線按工藝要求穿好停經片、綜絲、鋼筘，屬于織造前準備工作。早在20世紀50年代，工業最早起步發展的歐洲就已經開始有人研制用于穿經的機器。從第一臺穿經機投入生產至今，已經經歷了60多年。目前應用的穿經機基本結構如圖1所示。

圖1 穿經機的基本結構

2 主要穿經機的歷史及發展

史陶比爾公司生產的序列穿經機的發展最具代表性。

第一臺穿經機出現在1958年，由瑞士薩爾甘斯的Zellweger Luwa AG公司制造，稱作Delta1（圖2），由一個電機驅動工作，穿經工藝由打孔紋板卡片控制，機器配有移動紗架用于經軸上機穿經，設計最快穿入速度為180根紗/min，基本用于棉紡織廠，一直到1991年基本停產。國內大概有兩臺該型號穿經機，是由外資紡織廠引進的舊設備。

圖2 Delta1

Zellweger公司在1991年推出了Delta200穿經機（圖3），根據穿經工作需要，機器分成了紗架車和機頭兩部分，經軸由經軸車搭載連接到紗架車，然后在紗架上搭好準備穿入的紗片。機頭定義了四大功能模塊，分別為紗線模組、綜絲模組、鋼筘模組和停經片模組。

圖3 Delta200

2.1 綜絲模組

綜絲分兩組排列在兩條綜絲庫導軌上。分綜裝置將綜絲一根一根分開，每根綜絲被傳送到旋轉式綜絲傳送帶上，傳送帶將綜絲送至穿經的位置。在穿經前，通過對中綜眼的中心將綜絲對齊。穿入經紗后，綜絲被送往預期的綜框位置或綜條上。然后，排綜器根據穿綜循環將綜絲推往綜框或綜絲軌道。

2.2 紗線模組

從經紗層到綜框分紗器，將經紗分開并遞送給穿經鉤。穿經鉤穿過鋼箱、綜絲和停經片的紗線孔，然后拉著紗線回到原位。經紗穿入停經片、綜絲和鋼筘之后，從穿經鉤中被排出，由吸嘴吸住。經紗傳感器檢查紗線是否已正確穿入。

2.3 停經片模組

停經片模組的準備工作是在停經片倉庫里進行的。停經片分離器將停經片分離，然后一個停經片旋轉頭抓住停經片，將其帶至穿經位置。穿入經紗后，停經片由停經片分配器按收、彈出并被排列在預期的停經桿上。

2.4 鋼筘模組

鋼筘安裝在鋼筘運輸車上，穿經時，鋼筘的光學監視和控制系統根據鋼筘的細度和預期的穿筘來檢查鋼筘的運送情況。1片進入筘齒，穿經鉤將經紗穿入筘齒，筘齒的開口足夠大以便穿經鉤和紗線順利通過。

機器各個運動單元由氣動裝置或獨立電機驅動。紗線模組采用機械式分紗裝置，由挑紗針抓取紗線，并開始具備根據壓力傳感器原理形成的雙經自停功能，測量被分離紗線上的力，遇到雙經時，監測裝置使穿綜機停機。鋼筘模組后期采用光學技術，用相機監測鋼筘縫隙及其位置，停經片模組采用與綜絲模組一樣的氣缸推出掛針加滾輪排出到導軌的方案，電控采用微電腦處理器控制DOC工作界面，穿綜工藝紋板在機器操作臺上現場輸入和編輯，也可以用軟驅拷貝用于其他機器。穿入速度后期達200根紗/min，產量可以達到40 000根紗/8 h，機器整體比較大，國內大約有10臺，主要是臺資企業產業轉移時搬過來的。

1994年，史陶比爾收購了Zellweger Luwa AG織造系統和制造工廠，并于1995年開發了專門用于處理長纖的Delta100（圖4），1997年開始銷售Delta110（圖5），這兩款機型的差別就是Delta110增加了停經片模組。與Delta200相比，Delta110機器趨向于緊湊，基本沿用Delta200的技術，綜絲模組的綜絲分配進入掛針采用電位檢測，停經片模組改進為由帶角度傳感器的伺服電機逐個分配穿完紗線的停經片到停經條排入位，然后由氣缸推動打入相應的停經條，控制系統為微電腦DOC系統操作界面，有故障代碼顯示便于維護，采用大量的氣動裝置、小型步進電機和帶角度編碼器的伺服電機驅動，最快速度為140根紗/min，但是生產效率大大提高了，所以產量也能達到42 000根紗/8 h。

圖4 Delta100

圖5 Delta110

穿經機真正被中國紡織廠引進并投入使用是在2003年左右，高效的工作能力吸引了越來越多的色織面料廠家，由于棉類短纖工藝要求使用停經片，基本上都引進Delta110，而且色織經軸穿綜前必須先分絞。

技術應用到此時，機器的功能能滿足絕大部分綜框紡織廠的需求，如棉、毛服裝面料和床上用品面料，特別適合色織廠及玻璃纖維基布織造廠。機器具備雙經自停檢測、紋板循環停車檢查等功能。

2007年開始，史陶比爾推出的Safir序列全新系列穿經機（圖6），更加全面并細化了不同的使用環境功能。首先出來的S80填補了Delta系列沒有的兩個經軸的兩個獨立紗片同時穿入一個織造工藝品種的功能要求，拓展了穿經機的使用場景，特別是毛巾織機的織造前準備。穿經速度最快為160根紗/min，產量為4~5萬根/8 h。

圖6 Safir系列穿經機

于2010年試用并于2012年正式推向市場的S30，特別針對化纖織造去掉了停經片模組，將穿經速度提到了200根紗/min，后期通過優化控制軟件和改進單元驅動，將速度提到了230根紗/min，產量為7~8萬根/8 h。同時，基于操作方便和化纖織造的工藝特點，為減少使用場地和后續輔助配套設備的費用投入，開創了固定紗架作為工作站，移動機頭在兩個站點輪回穿入作業的設計大大方便了織造廠家的使用。2014年，根據這一理念開發了用于較簡單織造廠需要同時穿入停經片的S40穿綜機。S30適用于O型綜絲，S40適用于C、J、O型綜絲。

2015年推出S60，使用功能是替代Delta110，Delta機型于2018年后期正式停產。

Safir系列穿經機同樣也定義為四大功能模塊：紗線模組、綜絲模組、鋼筘模組、停經片模組。紗線模組新開發了一種紗線處理方式：真空吸嘴取紗和光學相機監測紗線，待穿入的紗線由位于兩個角度的相機檢測，通過軟件控制判斷該紗線是否符合該穿入位置的設定要求，大大拓展了各種紗線的使用環境，不僅監測了雙紗問題，還可以根據紗線的粗細、顏色、捻向要求定義穿入要求，防止雙紗并消除穿經圖案中重復出現的疵點，提高了織造前準備工作的質量。紗線模組還開發了雙層紗功能，使有兩種不同紗的經軸不通過分絞處理也可以直接上機用吸嘴模組穿綜。綜絲模組和鋼筘模組沿用Delta技術，綜絲打入掛針，采用紅外線檢測技術，使塑料綜絲得以全面使用穿經機，綜眼在紗線穿入位設置上下位置的光纖監測，以保證紗鉤通過時不損壞綜眼。綜絲推出氣缸由原來的單個氣缸改進為4個一組的連體，大大提高了易操作保養性。停經片模組采用光纖監測穿入位的正確性，保證所有動作安全，采用雙伺服電機驅動停經片分配概念（主電機驅動，副電機補償），由導輪檢測每一個停經片的厚度是否符合要求，為后續的織造品質提供保障。

電氣控制上：（1）采用Linux操作系統和人機界面的工控顯示屏、聯網技術（局域網，電腦連接），穿綜工藝紋板可以現場編制，也可以在電腦上用專用軟件編制，然后通過USB拷貝或網絡傳送，操作設計更加人性化，發生故障時操作屏顯示故障說明和指導措施，方便越來越復雜的工藝管理，提高了機器的工作效率。（2）分散控制運動系統，每個功能單元由獨立的模塊驅動，所以沒有龐大的電控柜，相互控制由光纜傳輸控制信號實現。

功能覆蓋了所有紡織需求，從棉、毛等短纖到各類化纖及真絲，經紗規格為20~600 D或3~250 tex，綜框數量最多28片（S30為綜條16根），鋼筘密度為20~350齒/10 cm。能耗最大為1.5 kW，壓縮空氣為6 bar，1 000標準L/min。所以，目前穿綜機的最大能耗產生于壓縮空氣。

早年還有其他國外穿經機，如GROZ-BECKETT的WarpMaster穿經機，是通過單個紗筒供紗并將紗線穿過停經片、綜絲和鋼筘，操作和設置非常方便。根據這種設計理念，可以實現獨立于經軸的穿經流程。但上機還是要在織機上通過結經，理念類似的還有日本藤堂生產的穿經機。這些穿經機不是直接將經軸穿好，整體操作降低了織造效率，并且限制了部分經紗品種的適應性，由于使用上的種種原因，使用廠家很少。

3 國內穿經機的開發

國內目前主要有以下4家公司生產穿經機。

（1）永旭晟機電科技（常州）有限公司，2014年開始開發YXS-A型自動穿經機，穿經速度最快可達140根/min，可將經紗一次性穿入停經片、綜絲及鋼筘；機器和Staubli的Delta110完全一樣；面向棉紡廠推廣。

（2）阿歷達（常州）智能科技有限公司，2018年開始生產自動穿經機，機器也幾乎和Delta110一樣。

（3）蘇州捷速爾紡織科技有限公司，根據Staubli S30機型生產穿經機，2019年開始在長纖織造廠使用。

（4）深圳海弘裝備技術有限公司，2015年開始開發用于化纖織造的穿經機，有HDS5800（12/8組綜條）和HDS6800（16組綜條）機型，機器結構及操作和Staubli的S30一樣，速度最快為200（220）根紗/min，并在一些功能單元有自己的科技創新，如綜絲分離，更便于維護保養。但是其操作系統基于Windows系統，在運行中會出現意外故障，比如意外斷電，導致整個穿經工序無法在重啟后繼續，只能重新穿經。2019年開始開發有停經片穿入功能的HDS8800機型，停經片部分與Delta200類似，速度為16根紗/min。

4 后續的技術發展

自動穿經機是一個集電腦程序控制、光學成像技術、氣動技術、步進及伺服電機驅動控制技術、光纖通信技術于一體的高科技產品。缺點是易損件較多，特別是化纖原料，很多與紗接觸的零件易磨損、使用壽命短，所以維護要求及費用較高，需要提高零件的耐用性。

由于織造工藝的復雜性和多變性，穿經機的控制應用軟件也在根據不同的需求不斷改進。現在，越來越多的工廠運用ERP企業管理系統，所以需要工藝資料和穿經機產量統計數據聯網，穿經機要有這些數據的內部網絡共享功能，以大大減少中間管理人工，達到現代化高效生產管理的要求。目前，壓縮空氣是穿經機最大的能耗來源，主要表現為壓縮空氣氣壓要求在6 bar以上，而一般噴氣織造車間只要求4 bar，并且噴水或箭桿織造廠為了穿經機配備壓縮空氣站，所以后面的技術更新應該是電機驅動替代氣動單元發展，可以取得較好的節能效果，而且電機驅動的速度、穩定性以及使用壽命的表現比氣缸好得多，可以減少維修成本。