徐云龍， 夏風(fēng)林

(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

經(jīng)編織造加工過程中的紗線張力控制尤為重要，張力過大易造成斷紗問題，嚴(yán)重時(shí)還會損傷織針，張力過小則無法正常墊紗和成圈[1]。為保證生產(chǎn)出質(zhì)地均勻、平滑的經(jīng)編面料，必須把紗線張力波動控制在規(guī)定的范圍內(nèi)[2]。經(jīng)編紗線張力產(chǎn)生波動的根本原因在于瞬時(shí)需紗量與送經(jīng)量之間的差值[3]。單個(gè)橫列內(nèi)的送紗均勻，但需紗不均，送紗量和實(shí)際需紗量之間會存在一定的差值，因此，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)紗線張力不穩(wěn)定的問題[4-5]。

為控制紗線張力的波動，應(yīng)先研究紗線需求及其消耗規(guī)律。在成圈過程中，導(dǎo)紗針與織針的相對距離瞬息萬變[6-7]，導(dǎo)致成圈區(qū)域的需紗量急劇變化，而送經(jīng)量并不能和紗線的瞬時(shí)需求量實(shí)時(shí)吻合，因此，還需要張力補(bǔ)償裝置對缺失和多余的紗線進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)需紗量大于送經(jīng)量時(shí)，張力補(bǔ)償裝置應(yīng)迅速通過改變位移來補(bǔ)償缺少的送經(jīng)量；當(dāng)需紗量小于送經(jīng)量時(shí)，紗線余量也應(yīng)該及時(shí)被拉出，這樣才能減小紗線張力的波動[8]。

雙針床經(jīng)編機(jī)可生產(chǎn)不同厚度的間隔織物，其柵狀脫圈板的間隔距離(以下簡稱為“間隔距離”)往往不同[9]。當(dāng)間隔距離較大時(shí)，其梳櫛擺幅也會相應(yīng)增加，這將增大成圈過程中紗線需求量的波動，并在很大程度上加劇紗線張力的波動，因此，間隔距離和梳櫛擺幅對雙針床經(jīng)編機(jī)的紗線穩(wěn)定具有很大的影響。目前國內(nèi)外學(xué)者對雙針床經(jīng)編機(jī)間隔距離與需紗量及紗線張力關(guān)系的研究較少，本文將雙針床經(jīng)編機(jī)間隔距離和梳櫛擺幅作為結(jié)構(gòu)變量，分析不同隔距的雙針床經(jīng)編機(jī)對紗線需求的影響，建立雙針床經(jīng)編機(jī)需紗波動量與間隔距離的數(shù)學(xué)模型，并提出應(yīng)對張力波動問題的方案。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 設(shè)備與儀器

實(shí)驗(yàn)測試平臺為德國卡爾邁耶RD6N E22型雙針床經(jīng)編機(jī)，機(jī)器幅寬為136 cm，脫圈板隔距為3 mm；以線密度為20 tex(36 f)陽離子滌綸紗作間隔紗線，墊紗工藝為1-0-1-0//；測試儀器為KEYENCE VW-6000型動態(tài)分析三維顯微系統(tǒng)(以下簡稱為“顯微系統(tǒng)”)，包括微距變焦鏡頭、鏡頭支架、動態(tài)三維分析儀和顯微系列軟件。

1.2 測試方法

測試時(shí)，將顯微系統(tǒng)各部分連接完畢，將鏡頭固定在機(jī)器尾部與織針處于同一高度。打開顯微系統(tǒng)進(jìn)入“easy recording”界面并調(diào)焦，使成圈區(qū)域在視頻面板正中，同時(shí)使機(jī)器處于主軸0°。點(diǎn)擊顯微系統(tǒng)界面的“Rec Start”開始記錄，同時(shí)慢車運(yùn)行雙針床經(jīng)編機(jī)。待機(jī)器主軸轉(zhuǎn)到360°時(shí)點(diǎn)擊記錄界面的“Stop”停止記錄。然后打開記錄視頻，使用動態(tài)分析功能追蹤織針和導(dǎo)紗針的位移，最后導(dǎo)出位移數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 織針位移曲線及模型建立

圖1示出成圈機(jī)件位移曲線，根據(jù)捕捉到的動畫和位移量繪出成圈機(jī)件運(yùn)動模型，如圖2所示。坐標(biāo)系中，以前后織針最低時(shí)針孔連線的中心為原點(diǎn)，垂直于針床的水平方向?yàn)閤軸，平行于針床的方向?yàn)閥軸，以原點(diǎn)的豎直方向?yàn)閦軸，z軸以前后織針最低位移為O點(diǎn)。圖2(a)為全部梳櫛擺過織針時(shí)的最小安全擺幅；圖2(b)為在滿足工藝要求及織造前提下的最小安全擺幅。

圖1 成圈機(jī)件位移曲線Fig.1 Displacement curve of loop-forming parts

J—導(dǎo)紗針寬； j—梳櫛間隙； I—織針寬； i—擺出間隙； g—間隔距離； f—導(dǎo)紗針擺幅。圖2 機(jī)件運(yùn)動示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement of parts. (a) All crossed knitting needle;(b) Partly crossed knitting needle

2.2 間隔距離對梳櫛擺幅的影響

編織經(jīng)編間隔織物時(shí)，采用GB1、GB2、GB5和GB6形成織物的兩表面層，GB3和GB4形成間隔層。實(shí)際生產(chǎn)中為減小擺幅造成的不良影響，編織前(后)表層的最外側(cè)導(dǎo)紗針可不必?cái)[過后(前)針床的織針。當(dāng)梳櫛數(shù)量為n時(shí)，圖2(a)梳櫛的擺幅見式(1)，圖2(b)梳櫛的擺幅見式(2)。

f=g+2I+2i+nJ+(n-1)j

(1)

f=g+2I+2i+(n-2)J+(n-3)j

(2)

式中：f為擺幅，mm；g為間隔距離，mm；I為織針寬，mm；i為擺出間隙[10]，mm；J為導(dǎo)紗針寬，mm；j為梳櫛間隙，mm。

以圖2(b)方式為例，討論梳櫛擺幅與間隔距離的配置關(guān)系。在該雙針床經(jīng)編機(jī)上，J為2.2 mm；j為1.5 mm；I為2.1 mm；i為3.0 mm。由于本文實(shí)驗(yàn)機(jī)型的梳櫛數(shù)為6，則擺幅計(jì)算公式為

f=g+23.5

(3)

本文機(jī)型g為3.0 mm，f為26.5 mm。由于測試機(jī)型的梳櫛擺幅未必最小，因此，后文擺幅數(shù)值參照式(2)進(jìn)行計(jì)算。

2.3 間隔距離對需紗波動的影響

從圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，前后針床的成圈過程相同、動作對稱，因此，只在0°～180°范圍內(nèi)討論間隔距離對需紗量的影響。由導(dǎo)紗針的運(yùn)動規(guī)律可知，前針床成圈過程中導(dǎo)紗針擺向機(jī)后2次，擺向機(jī)前1次。這3次往復(fù)擺動一共包括6個(gè)分解動作，如表1所示。間隔層的成圈過程如圖3所示，圖中導(dǎo)紗針a距脫圈板19.0 mm，間隔距離為3.0 mm，梳櫛擺幅為26.5 mm，需紗量為導(dǎo)紗針紗線握持點(diǎn)a至舊線圈上紗線的連接點(diǎn)c之間的紗線量。

表1 前針床成圈分解動作及相關(guān)特征Tab.1 Knitting action of front needle bed and related feature

a—導(dǎo)紗針針孔坐標(biāo)；b—前織針針頭坐標(biāo)；c—后針床舊線圈坐標(biāo)。圖3 間隔層成圈需紗圖Fig.3 Yarn demand of spacer layer

主軸位于0°時(shí)導(dǎo)紗針位于原點(diǎn)上方，織針處于最低位置狀態(tài)，如圖3(a)所示。導(dǎo)紗針擺動近似水平運(yùn)動，a點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0，19)，此時(shí)成圈區(qū)域的需紗量為Lac，在直角△aoc中計(jì)算Lac為19.05 mm(后文的需紗量均以該基準(zhǔn)位置時(shí)的19.05 mm為初始值進(jìn)行分析)。

0°～30°成圈過程中，導(dǎo)紗針從原點(diǎn)上方向機(jī)后擺動，主軸位于30°時(shí)到達(dá)機(jī)后極限位置，前織針開始上升，但未達(dá)到最高狀態(tài)，如圖3(b)所示。此時(shí)導(dǎo)紗針紗線握持點(diǎn)a，與后針床舊線圈上紗線的連接點(diǎn)c的相對距離不隨柵狀脫圈板隔距變化而變化，可計(jì)算得需紗量Lac為22.3 mm。

30°～60°成圈過程中，織針從機(jī)后極限位置向前擺動，主軸位于60°時(shí)導(dǎo)紗針位于原點(diǎn)上方，前織針上升到最高位置，如圖3(c)所示。此時(shí)需紗量Lac為19.05 mm，a點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0，19)。

60°～90°成圈過程中，前織針從原點(diǎn)上方向機(jī)前擺動，主軸位于90°時(shí)織針達(dá)到機(jī)前極限位置，如圖3(d)所示。此時(shí)需紗量Lac為24.0 mm。

織針墊紗時(shí)，織針上升到最高位置，其針孔和導(dǎo)紗針針孔處于同一水平線。圖3(d)處梳櫛橫移，當(dāng)橫移針數(shù)為1時(shí)，紗線在織針處僅輕微彎曲，并沒有明顯的轉(zhuǎn)向。主軸角度在110°位置時(shí)，導(dǎo)紗針與織針平齊，其針孔恰好對應(yīng)織針針孔，織針墊紗時(shí)紗線落在針鉤處，此時(shí)可視織針針孔為墊紗點(diǎn)，如圖3(e)所示。

在120°時(shí)導(dǎo)紗針擺到原點(diǎn)上方，織針墊紗結(jié)束，如圖3(f)所示。根據(jù)織針位移曲線可知，主軸位于120°時(shí)織針距脫圈板仍為19.0 mm，則此時(shí)需紗量為Labc，計(jì)算為20.73 mm。

120°～150°成圈過程中，前織針開始成圈，導(dǎo)紗針繼續(xù)后擺，主軸位于150°時(shí)到達(dá)機(jī)后極限位置，如圖3(g)所示。根據(jù)位移曲線，主軸位于120°之前織針沒有下降，主軸位于150°時(shí)織針下降約5.0 mm。此時(shí)需紗量Labc為30.57 mm。

150°～180°成圈過程如圖3(h)所示。主軸位于180°時(shí)前織針完成成圈并下降到最低形成1個(gè)線圈，舊線圈握持點(diǎn)c′到針鉤b的距離Lbc′為 2.0 mm，則線圈的紗線量為4.0 mm，此時(shí)需紗量為Lac′c加上舊線圈紗線量，即26.0 mm。

由于后針床的成圈動作與前針床對稱，成圈過程和前針床相同，所以二者需紗量的波動趨勢一致，因此，通過以上方法可得到后針床的需紗量。同理，當(dāng)間隔距離分別為6、9、12、15 mm時(shí)，也可得出相應(yīng)的需紗量。表2示出5種隔距(3、6、9、12、15 mm)典型位置間隔層的需紗量，分別為L1、L2、L3、L4、L5。

分析圖3和表2的需紗量可見，梳櫛在1個(gè)成圈過程中做3次往返擺動，但每次擺動引起需紗量的波動都不同。其中前針床在圖3(e)～(g)過程中

表2 不同隔距典型位置的需紗量Tab.2 Requirement of yarn in typical position of different spacing

會出現(xiàn)需紗量波動的最大值，這里稱為最大波動量。前針床最大波動量是主軸位于150°與120°時(shí)的需紗量之差，而后針床最大波動量則為主軸位于330°與300°時(shí)需紗量的差值，且前、后針床最大波動量相等。根據(jù)以上分析得出，5組需紗量波動的最大值分別為9.85、11.40、13.10、14.73、16.56 mm，趨勢如圖4所示。成圈區(qū)域最大波動量與間隔距離的函數(shù)關(guān)系為

S1=0.55g+8.199

(4)

式中，S1為導(dǎo)紗針與舊線圈的最大波動量，mm。

圖4 成圈區(qū)域最大需紗波動量Fig.4 Maximum fluctuation of yarn demand in loop-forming region

在適當(dāng)?shù)尼槾哺艟喾秶鷥?nèi)，根據(jù)式(4)可求出其他不同間隔距離雙針床的最大波動量。

2.4 梳櫛擺動對需紗波動的影響

間隔層需紗量的波動受到導(dǎo)紗針與舊線圈距離的影響，還可受到分紗筘與張力桿間距的影響。圖5示出梳櫛分紗筘與張力桿間紗線長度的關(guān)系?？芍僭O(shè)c點(diǎn)固定，梳櫛擺幅為f，梳櫛擺動時(shí)只有bc線段發(fā)生變化，這段長度的變化可反映部分需紗量的變化，因此，除成圈區(qū)域外，線段bc的變化也是造成需紗量波動的重要因素。在圖5(b)中，b點(diǎn)是梳櫛在針床中間時(shí)分紗筘的位置，可以看作固定點(diǎn)，b1和b2分別是梳櫛向后和向前擺動時(shí)分紗筘的位置。線段bd和bc的夾角近似為120°。當(dāng)導(dǎo)紗針從a1擺到a2，分紗筘從b1擺到b2，擺弧a1a2、b1b2可近似看作直線，b為b1b2的中點(diǎn)。由幾何定理得

(5)

a—導(dǎo)紗針坐標(biāo)；b—分紗筘坐標(biāo)；c—張力桿坐標(biāo)；d—梳櫛擺軸坐標(biāo)。圖5 梳櫛擺動與經(jīng)紗線路Fig.5 Guide-bar swing and path of yarn. (a) Yarn path;(b) Yarn path with guide-bar swinging

S2=0.6g+14

(6)

式中，S2為經(jīng)軸與導(dǎo)紗針間的最大波動量，mm。

3 紗線波動量的補(bǔ)償

由以上分析可知：主軸位于150°和330°時(shí)，成圈區(qū)域需紗波動量均達(dá)到最大值S1。分析圖5可得，梳櫛從O點(diǎn)上方擺到機(jī)后極限位置(150°)過程中，線段bc增加S2/2；梳櫛從O點(diǎn)上方擺到機(jī)前極限位置(330°)過程中，線段bc減小S2/2。綜上可得，總體波動量在主軸位于150°時(shí)為S1與S2/2之和，在主軸位于330°時(shí)為S1與S2/2之差。式(7)為機(jī)器總體需紗量的最大波動量與間隔距離的函數(shù)關(guān)系，不同隔距的總體最大波動量如圖6所示。

(7)

式中,S為機(jī)器總體的最大波動量，mm。

圖6 整體需紗波動量Fig.6 Overall fluctuation demand of yarn demand

送經(jīng)量是根據(jù)工藝計(jì)算和生產(chǎn)調(diào)節(jié)總結(jié)出來的相對理想的紗線喂送量，其實(shí)質(zhì)是紗線的實(shí)際消耗量。在1個(gè)編織橫列內(nèi)，送經(jīng)量和平均需紗量相等，但與瞬時(shí)需紗量具有實(shí)時(shí)變動的差值，也正是由于這個(gè)差值導(dǎo)致了紗線張力的波動，是自身位移量的2倍，因此，減小張力波動的本質(zhì)就是調(diào)節(jié)送紗量與需紗量的差值。當(dāng)瞬時(shí)需紗量大于送經(jīng)量時(shí)，紗線暫時(shí)出現(xiàn)不足，此時(shí)需要利用張力桿的位移來補(bǔ)償缺失的紗線量；瞬時(shí)需紗量小于送經(jīng)量時(shí)，張力桿必須能夠及時(shí)拉出多余的紗線，以保證紗線量和需紗量的一致，因此，當(dāng)隔距較大時(shí)，要求張力桿具備較大的補(bǔ)償能力。普通彈簧片張力桿的補(bǔ)償范圍較小，體積較大，只適合于單針床或隔距較小的雙針床經(jīng)編機(jī)。圖7示出活動桿式張力桿模型，其原理基于整經(jīng)機(jī)張力裝置和張力盤[11]。

圖7 活動桿張力桿及其補(bǔ)償原理Fig.7 Tension rod of spring piece(a) and principle of compensation (b)

相比于普通彈簧片張力桿，活動桿式張力桿具有體積小、補(bǔ)償范圍大的優(yōu)勢。由圖7(b)可知，假設(shè)圖7(b)左側(cè)導(dǎo)紗桿與紗線相對靜止，當(dāng)活動桿向上移動的距離為L時(shí)，其兩側(cè)紗線長度的減小量約為L，則右側(cè)紗線拉動的距離約為2L，即該裝置可以補(bǔ)償約2L的紗線量，因此，活動桿式張力桿能夠滿足需紗量和紗線張力波動較大的機(jī)型紗線補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

4 結(jié) 論

通過對柵狀脫圈板間距和需紗量波動的分析研究，得出以下結(jié)論。

1)根據(jù)導(dǎo)紗針的位移曲線建立梳櫛擺動的幾何模型，并通過計(jì)算推導(dǎo)出雙針床經(jīng)編機(jī)梳櫛擺幅計(jì)算公式，得出擺幅大小與經(jīng)編機(jī)梳櫛數(shù)和間隔距離有關(guān)。

2)根據(jù)幾何模型和位移數(shù)據(jù)計(jì)算出雙針床成圈機(jī)件不同運(yùn)動狀態(tài)的需紗量，得出成圈區(qū)域和機(jī)器整體的需紗波動量與間隔距離的數(shù)學(xué)模型。充分證明了機(jī)器最大需紗波動量和柵狀脫圈板間距具有良好的線性關(guān)系。

3)針對大隔距雙針床間隔層需紗波動造成的不良問題，提出了一種活動桿式張力桿，該裝置的補(bǔ)償范圍是自身位移量的2倍，可有效減少紗線張力波動的問題。

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