數(shù)碼卷繞的概念和技術(shù)

朱曉琳 范紅勇

摘 要：數(shù)碼卷繞是在精密卷繞的基礎(chǔ)上，引入導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)的數(shù)字控制方式，得到張力更穩(wěn)定、紗管成形更完善的最新卷繞技術(shù)。文章介紹了高速精密數(shù)碼卷繞技術(shù)的概念、實(shí)現(xiàn)原理和應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼卷繞，紗線，卷繞比，導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：N04；J5231；TS1037 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8578（2014）S1-0090-03

The Conception and Technology of Digital Winding

ZHU Xiaolin FAN Hongyong

Abstract： Digital winding is the newest winding technology based on the precise winding and traverses digital control， which will contribute to more stable tension and better shape package. This paper will introduce the concept， principle and application status of high speed digital winding technology.

Keywords： digital winding， yarn， winding ratio， traverse

收稿日期：2014-07-01

作者簡(jiǎn)介：朱曉琳（1980—），女，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部審查員。通信方式：zhuxiaolin_1@sipo.gov.cn。

一 數(shù)碼卷繞的概念

卷繞，顧名思義，就是利用轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置卷取纏繞物體，該物體可以是“線”，也可以是“面”。實(shí)際上卷繞是無(wú)處不在、給我們帶來(lái)深刻影響的一種技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)中，幾乎各行各業(yè)都離不開(kāi)卷繞。比如，紡織行業(yè)中，我們身上的衣服由棉花到布；造紙行業(yè)中，由紙漿到紙張?jiān)俚接∷⒊霭?；電子行業(yè)中，由硅礦石熔爐拉絲到制成芯片材料再到PCB板；軍工特殊材料碳纖維由復(fù)合原料反應(yīng)后制成合金。卷繞技術(shù)作為一種通用技術(shù)，成為各行業(yè)在材料處理方面不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

另一方面，卷繞也是影響材料品質(zhì)的重要技術(shù)。各行業(yè)在卷繞工藝中，一直都在研究卷繞裝置的高速、高穩(wěn)定性途徑。高速，可以提高產(chǎn)量增加效益，而高穩(wěn)定性，則是產(chǎn)品質(zhì)量尤其是最后成品性能的重要保證。穩(wěn)定性差的卷繞裝置，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品檔次明顯偏低，比如地毯不夠柔軟，合金強(qiáng)度較差，衣服上色后顏色不均勻，電纜因?yàn)榘l(fā)熱造成負(fù)載能力偏低。對(duì)于不同形狀的材料，“線”型材料卷繞更加困難。

數(shù)碼卷繞是近幾年紡織行業(yè)提出來(lái)并逐漸推向市場(chǎng)的特殊卷繞技術(shù)，應(yīng)用在線狀高端卷繞設(shè)備中，通過(guò)檢測(cè)卷繞形成卷裝的直徑，按精密卷繞比例計(jì)算導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)往返運(yùn)動(dòng)的速度，在此基礎(chǔ)上變化動(dòng)程，同時(shí)匹配恒定壓紗力使得卷繞裝置穩(wěn)定，最終得到理想的卷裝。

二 數(shù)碼卷繞的原理

紗線卷繞過(guò)程可以視為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成：紗線沿紗筒的切向運(yùn)動(dòng)及軸向運(yùn)動(dòng)[1]。紗筒每回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，繞上一個(gè)螺旋形紗線圈。當(dāng)紗線運(yùn)動(dòng)到紗筒端部時(shí)，向相反的軸向按另一個(gè)螺旋方向卷繞，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)折回點(diǎn)。如此循環(huán)往復(fù)，周期運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)紗線連續(xù)卷繞[2-3]。

紗線從紗筒的一個(gè)端面卷繞到另一個(gè)端面后再回到該端面為一個(gè)卷繞周期。一個(gè)卷繞周期形成一層紗線面（含不同旋向的兩個(gè)單面）。根據(jù)紗線在每層紗線面上的纏繞密度的區(qū)別，可分為等交叉角卷繞和等螺距卷繞。等交叉角卷繞是指紗線在不同層面上往返時(shí)形成的角度是相等的，即使直徑越來(lái)越大，交叉角也基本保持不變；等螺距卷繞是指紗線在不同層面上，相鄰螺旋線圈之間的距離基本不變。等交叉角和等螺距是根據(jù)不同卷繞技術(shù)形成的兩種成形方式，隨著直徑越來(lái)越大，會(huì)發(fā)現(xiàn)等交叉角卷繞時(shí)，螺距越來(lái)越大，而等螺距卷繞時(shí)，交叉角越來(lái)越小。研究卷繞方式，對(duì)卷繞技術(shù)有深遠(yuǎn)意義，不同的卷繞方式，卷繞、橫動(dòng)的控制算法差別巨大，形成的產(chǎn)品形狀及質(zhì)量也大有不同。一般來(lái)說(shuō)，在被動(dòng)摩擦卷取時(shí)，控制標(biāo)準(zhǔn)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，切線速度容易控制，通常會(huì)選擇等交叉角卷繞；而主動(dòng)卷取形成紗筒時(shí)，紗筒轉(zhuǎn)速容易檢測(cè)及控制，通常會(huì)選擇等螺距卷繞。

紗線卷繞最大的難點(diǎn)是在防疊處理。不管是等交叉角卷繞還是等螺距卷繞，紗線往返周期運(yùn)動(dòng)時(shí)必須在接近的層面上相互錯(cuò)開(kāi)，這樣密度才能均勻，紗筒也不會(huì)因?yàn)榧喚€在小范圍內(nèi)堆積形成疊紗。等交叉角卷繞目前沒(méi)有更好的防疊方法，只能通過(guò)微小改變角度，使得卷繞紗線交叉排列，通常應(yīng)用在速度不高且對(duì)紗線捻度有要求的場(chǎng)合。而高速無(wú)捻度要求的場(chǎng)合通常采用等螺距卷繞。

在數(shù)碼卷繞技術(shù)出現(xiàn)以前，卷繞設(shè)備通常采用機(jī)械撥擦式精密卷繞。比如傳統(tǒng)的絡(luò)絲機(jī)，僅有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)紗筒卷繞，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)與紗筒直徑成固定比例的機(jī)械撥擦片，撥擦片帶動(dòng)紗線往返運(yùn)動(dòng)。隨著紗筒直徑的增大，撥擦片帶動(dòng)紗線往返運(yùn)動(dòng)的速度越來(lái)越慢，最終形成固定螺距的紗筒。撥擦片與紗筒直徑的固定比例，在紡織學(xué)上稱之為“卷繞比”，實(shí)際上就是紗線一個(gè)往復(fù)動(dòng)程紗筒所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。這個(gè)比例不能是整數(shù)，否則每層換向就會(huì)出現(xiàn)在同一個(gè)換向點(diǎn)，造成疊紗?，F(xiàn)代卷繞設(shè)備上，卷繞比是一個(gè)精確到4位小數(shù)的系數(shù)，所以稱之為精密卷繞。

數(shù)碼卷繞就是在精密卷繞的基礎(chǔ)上，將撥擦片改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，并且卷繞比可調(diào)的一種最新卷繞技術(shù)。數(shù)碼卷繞設(shè)備主要包含紗筒、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)、卷繞電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、橫動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。卷繞電機(jī)控制紗線沿紗筒的切向運(yùn)動(dòng)，橫動(dòng)電機(jī)控制紗線沿紗筒的軸向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)紗筒直徑的變化，可根據(jù)卷繞比計(jì)算卷繞電機(jī)、橫動(dòng)電機(jī)的速度。

數(shù)碼卷繞設(shè)備電機(jī)驅(qū)動(dòng)的重點(diǎn)在于保持高速、高穩(wěn)定性，消除硬邊。保持高速，需要控制橫動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速換向，可在硬件結(jié)構(gòu)和控制算法兩方面對(duì)橫動(dòng)電機(jī)做優(yōu)化設(shè)計(jì)。保持高穩(wěn)定性，需要保持合適的卷繞比。保持合適的卷繞比，可以避免紗線直接重疊，可保證紗筒具備良好的染色性能。保持合適的卷繞比，可在控制算法方面對(duì)卷繞電機(jī)和橫動(dòng)電機(jī)做優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。消除硬邊可通過(guò)調(diào)整橫動(dòng)動(dòng)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三 數(shù)碼卷繞的應(yīng)用現(xiàn)狀

瑞士SSM公司在2014年推出最新款的工業(yè)絲數(shù)碼卷繞絡(luò)絲機(jī)，最高線速度高達(dá)1500m/min，是目前國(guó)際上類似設(shè)備的最高水平。SSM絡(luò)絲機(jī)在全世界享有極高聲譽(yù)，無(wú)論從速度上，還是防疊、去硬邊、紗筒密度、張力控制上，都是首屈一指的品牌。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的撥擦式卷繞設(shè)備仍在很多對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用，尤其是棉線絡(luò)絲機(jī)，但是機(jī)械式撥擦片磨損大，且固定卷繞比不可調(diào)節(jié)，應(yīng)用時(shí)極為不便。最近幾年，電子式精密卷繞慢慢被用戶接受，也有驅(qū)動(dòng)器成套配套商（比如和利時(shí)[4]）正在研究高速數(shù)碼卷繞技術(shù)，通過(guò)與機(jī)械的配套，也能滿足國(guó)內(nèi)大部分客戶的需求。

四 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)碼卷繞技術(shù)的應(yīng)用，保證了紡織行業(yè)所生產(chǎn)的成品質(zhì)量，同時(shí)為紡織行業(yè)提高了產(chǎn)量、增加了效益。雖然，目前國(guó)外對(duì)于這一技術(shù)的研究水平領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，但是，差距只是暫時(shí)的，在國(guó)內(nèi)紡織行業(yè)專家的努力下，國(guó)內(nèi)的數(shù)碼卷繞技術(shù)必然會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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