在高性能經(jīng)編機(jī)上加工低彈紗線

C. Franz， G. Hoffmann， C. Cherif

德累斯頓工業(yè)大學(xué) 紡織機(jī)械和高性能材料技術(shù)研究所(德國)

經(jīng)編技術(shù)能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的紡織品。然而，要提高和推進(jìn)經(jīng)編機(jī)的生產(chǎn)速度還需進(jìn)一步的研發(fā)。德累斯頓工業(yè)大學(xué)紡織機(jī)械和高性能材料技術(shù)研究所(ITM)正在研究一種具有成本效益的紗線長度主動驅(qū)動補(bǔ)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(zhì)量和性能及附加功能為特點(diǎn)的尖端紡織品的開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)不斷增強(qiáng)，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(qiáng)力紗線的加工具有挑戰(zhàn)性，尤其是在高速生產(chǎn)條件下，需對紡織機(jī)的導(dǎo)紗機(jī)件進(jìn)行具體調(diào)整和進(jìn)一步研發(fā)。在特里科經(jīng)編機(jī)上編織高性能經(jīng)編織物時，只有準(zhǔn)確理解線圈成型過程及其與編織機(jī)部件的相互作用和依賴關(guān)系，才能完成經(jīng)編任務(wù)。由于特里科經(jīng)編機(jī)針織線圈成型過程非常復(fù)雜，這是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。在經(jīng)編機(jī)上，經(jīng)紗連續(xù)供給編織區(qū)域的織針，被編織成型的經(jīng)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(dǎo)致不同的紗線長度，必須使用紗線張力補(bǔ)償器來均衡。但在目前使用的送經(jīng)系統(tǒng)中，隨著機(jī)器轉(zhuǎn)速的增加，激振發(fā)生在其固有頻率范圍內(nèi)，易導(dǎo)致過度振動和相位位移。其結(jié)果是，紗線長度差異的精確補(bǔ)償不再可行，這可能導(dǎo)致低彈紗材料加工期間的定位錯誤或紗線斷裂，使經(jīng)編機(jī)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(guān)研究，精確分析特里科經(jīng)編機(jī)上的線圈形成過程，開發(fā)高度動態(tài)主動驅(qū)動解決方案，用以準(zhǔn)確補(bǔ)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(jī)號為20針、3梳櫛的、最高機(jī)速為3 000 r/min的特里科經(jīng)編機(jī)分析線圈的形成過程。如圖1所示，此經(jīng)編機(jī)上紗線通過導(dǎo)紗器、紗線梳櫛和紗線張力補(bǔ)償器2從經(jīng)軸1進(jìn)入到編織點(diǎn)，經(jīng)由導(dǎo)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(jī)器上移除所生產(chǎn)的針織物，并儲存在卷布軸上。研究團(tuán)隊對其進(jìn)行綜合分析，利用機(jī)器主軸上的轉(zhuǎn)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(jìn)行測定，并采用激光三角儀記錄紗線張力補(bǔ)償器的運(yùn)動。結(jié)果表明，在機(jī)器轉(zhuǎn)速為2 400 r/min時，紗線張力提高了35%，張力補(bǔ)償器的運(yùn)動增加了50%，這導(dǎo)致低彈紗加工期間的不穩(wěn)定性。此外，通過高速照相機(jī)記錄和評價編織機(jī)的運(yùn)動。將位移測量標(biāo)記貼附在編織機(jī)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(jī)進(jìn)行光學(xué)記錄，并使用動態(tài)三維分析軟件進(jìn)行評價(圖2)。由此可非常精確地描述機(jī)件運(yùn)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(jīng)編機(jī)上的紗線路徑

圖2 編織機(jī)件的運(yùn)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(jìn)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(zhuǎn)角度范圍，起始點(diǎn)是織針的下死點(diǎn)。

表1 工作步驟

根據(jù)編織機(jī)件的路徑進(jìn)行矢量計算，可得出每個線圈單獨(dú)工作步驟所需紗線。將每個獨(dú)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(xué)試驗臺來驗證模型的紗線消耗。在此情況下，長度測量標(biāo)記附著于紗線并由照相機(jī)進(jìn)行光學(xué)記錄(圖3)。在線圈形成過程中，利用GOM公司的GOM相關(guān)分析軟件對記錄路徑進(jìn)行評價，并與理論推導(dǎo)的紗線路徑進(jìn)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(guān)性。通過建模，確定了影響紗線用量的主要因素為導(dǎo)紗梳櫛的擺動運(yùn)動和織針的升降運(yùn)動。

3 紗線長度主動補(bǔ)償系統(tǒng)的研發(fā)

根據(jù)線圈成型過程中紗線消耗運(yùn)動曲線，ITM開發(fā)出一套可編程主動驅(qū)動的紗線長度補(bǔ)償系統(tǒng)。該系統(tǒng)位于導(dǎo)紗針床區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)紗針床擺動影響驅(qū)動裝置，因此其運(yùn)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(bǔ)償。試驗標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)如圖4所示。

圖3 紗線路徑的記錄

圖4 試驗標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)

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(bǔ)償系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。其作為一種成本效益高的傳輸解決方案，可以單獨(dú)集成，也可以對現(xiàn)有的特里克經(jīng)編機(jī)進(jìn)行改造更新。通過這種方法，可以降低紗線在生產(chǎn)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(qiáng)力紗線在高生產(chǎn)速度(≥2 500 r/min)下，能夠在特里克經(jīng)編機(jī)上安全有效地加工。使用該系統(tǒng)，可顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)器性能。