織造經(jīng)紗張力淺論

陸宗源

(天津格致科技開發(fā)有限公司，天津 300011)

?綜合述評(píng)

織造經(jīng)紗張力淺論

陸宗源

(天津格致科技開發(fā)有限公司，天津 300011)

為了說明織機(jī)在織造過程中五大運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，根據(jù)織物的形成過程、三大主要運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原理分析了經(jīng)紗張力產(chǎn)生的原因以及織造不同織物時(shí)打緯剛度和織口位移的關(guān)系。指出：維持經(jīng)紗必要的張力是輔助運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，經(jīng)紗張力是形成織物的基本要素，織造過程的順利進(jìn)行是主要運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)密切配合的結(jié)果。

織機(jī)；主要運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)；織口；經(jīng)紗；張力

0 引言

在紡織工程中，我們研究織機(jī)的開口、引緯、打緯、卷取和送經(jīng)五大運(yùn)動(dòng)。其中開口、引緯和打緯被稱為“主要運(yùn)動(dòng)”，而卷取和送經(jīng)被稱為“輔助運(yùn)動(dòng)”[1]。然而歷來在教科書和專著文獻(xiàn)中，對(duì)主要運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了大量的研究和論述，而對(duì)輔助運(yùn)動(dòng)則關(guān)注相對(duì)較少。

在古老的由人手動(dòng)腳踩的織布機(jī)上，我們只看到主要運(yùn)動(dòng)——開口(腳踩)、引緯(手動(dòng)投梭)、打緯(手拉)，有了這三個(gè)運(yùn)動(dòng)的配合，織造工藝過程就完成了；而卷取和送經(jīng)一般是在織造一段織物以后，再由人工進(jìn)行操作，看上去似乎和織造工藝過程沒有直接關(guān)系，然而從現(xiàn)代織機(jī)的力學(xué)原理來說，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。

1 輔助運(yùn)動(dòng)是主要運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)

經(jīng)、緯紗交織成織物的過程如圖1所示，看起來似乎很簡單，開口運(yùn)動(dòng)將經(jīng)紗按織物組織分成兩片，形成的梭口讓梭子(引緯器)帶著緯紗在兩片經(jīng)紗之間順利通過后留下一根緯紗在梭口之中；打緯時(shí)，筘把該緯紗推向織口；如此周而復(fù)始，不斷形成織物。

當(dāng)經(jīng)紗要形成梭口、完成開口和打緯兩個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)紗必須處在張緊狀態(tài)。經(jīng)紗沒有張力，開口運(yùn)動(dòng)無法形成清晰的梭口；沒有清晰的梭口，緯紗不能順利地進(jìn)入兩片經(jīng)紗中間,引緯(投梭)運(yùn)動(dòng)無法進(jìn)行；經(jīng)紗沒有張力，筘?zé)o法將緯紗打緊在織口里，織物不可能形成；因此，經(jīng)紗必須有張力，這是形成織物的基本要素。這一要素正是由輔助的送經(jīng)運(yùn)動(dòng)和卷取運(yùn)動(dòng)提供的，從這一層意義上來說：輔助運(yùn)動(dòng)是主要運(yùn)動(dòng)能夠進(jìn)行的基礎(chǔ)。

綜框在提升時(shí)帶動(dòng)經(jīng)紗一起運(yùn)動(dòng)，但由于織物經(jīng)紗排列一般都很緊密，相鄰經(jīng)紗間因?yàn)槔w維的摩擦、吸附或靜電作用經(jīng)常會(huì)發(fā)生粘連，因而經(jīng)紗會(huì)滯后于綜框運(yùn)動(dòng)；如果經(jīng)紗張力小，這種滯后更為明顯；隨著經(jīng)紗張力的增大，粘連就會(huì)減小?？棛C(jī)上三大運(yùn)動(dòng)的時(shí)間配合很緊湊，由于滯后稍大就會(huì)造成“跳花”或經(jīng)紗斷頭，為此，現(xiàn)代織機(jī)速度越高，經(jīng)紗張力越大，并要求經(jīng)紗強(qiáng)度和織前準(zhǔn)備質(zhì)量良好，才能保持高速高效[2]。

再看打緯運(yùn)動(dòng)，當(dāng)筘將一根緯紗快速推向織口時(shí)，由于織口后方的經(jīng)紗具有張力，織口不會(huì)過分退讓，才能將緯紗緊緊打入織物?？梢杂^察到這樣的現(xiàn)象：當(dāng)曲軸到達(dá)潛心附近，筘把緯紗推到織口的瞬時(shí)，筘前織物有時(shí)會(huì)發(fā)生松弛，此時(shí)織物張力為零，經(jīng)紗承受著筘的全部“打緯力”，緯紗才能緊緊地被擠入織物。

可見，在一個(gè)織造循環(huán)中，綜框開口階段和打緯結(jié)束階段均要求經(jīng)紗有足夠的張力；梭口張開階段是為了減少經(jīng)紗粘連、及時(shí)形成清晰梭口；打緯階段，要求張力能迅速升高，產(chǎn)生大的打緯阻力；而其余時(shí)間則希望張力相對(duì)較小，以防止經(jīng)紗因長期處于張緊狀態(tài)而產(chǎn)生塑性變形和增加斷頭[3]；所以，從這層意義上說，打緯力取決于經(jīng)紗張力。

2 經(jīng)紗張力的產(chǎn)生

經(jīng)紗張力的產(chǎn)生是卷取機(jī)構(gòu)和送經(jīng)機(jī)構(gòu)速度配合的結(jié)果，已織成的織物被及時(shí)卷取，同時(shí)不斷地補(bǔ)充經(jīng)紗(見圖1)，以維持經(jīng)紗必要的張力。

圖1 織機(jī)經(jīng)紗系統(tǒng)(送經(jīng)、卷取和張力)

一般情況下，卷取機(jī)構(gòu)以恒定的速度(僅決定于緯密)將織物向前拉，卷取已經(jīng)織成的織物，使其及時(shí)脫離織造工作區(qū)是必要的；而為了要保持經(jīng)紗張力，送經(jīng)機(jī)構(gòu)必須阻止經(jīng)紗放出，使從織布卷取輥到后方經(jīng)軸之間的經(jīng)紗能在加壓機(jī)構(gòu)的作用下產(chǎn)生張力[4]。從這層意義上講，送經(jīng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該叫作放經(jīng)機(jī)構(gòu)更為合理一些。

織機(jī)送經(jīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)表面上看起來和一般機(jī)械無異，應(yīng)用蝸桿-蝸輪機(jī)構(gòu)；不同的是一般機(jī)械都是蝸桿為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件；而送經(jīng)傳動(dòng)機(jī)械則相反，蝸桿是在阻止蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這一認(rèn)識(shí)對(duì)織機(jī)設(shè)計(jì)者來說至關(guān)重要，否則會(huì)出現(xiàn)機(jī)械原理上的錯(cuò)誤。

由于經(jīng)紗與緯紗交織成織物，其長度會(huì)有一定的收縮(織縮率)[1]，因此經(jīng)紗放出和織物卷取之間要保持一定的速度差。同時(shí)，為了能夠?qū)?jīng)紗施加一定的張力，自動(dòng)送經(jīng)機(jī)構(gòu)的后梁是可以擺動(dòng)的，而且有彈簧和重錘加壓裝置以維持一定的張力。在卷取運(yùn)動(dòng)卷入一定量織物的同時(shí)，經(jīng)軸要間歇或連續(xù)地微量轉(zhuǎn)動(dòng)，適量地放出經(jīng)紗，使整個(gè)經(jīng)紗系統(tǒng)緩慢地向前移動(dòng)，使織造運(yùn)動(dòng)連續(xù)不斷地進(jìn)行[3]。

3 打緯力和經(jīng)紗系統(tǒng)剛度

3.1 打緯力和打緯剛度

目前對(duì)打緯力的定義，尚無明確的概念。一般是說打緯力取決于打緯機(jī)構(gòu)[1]，有梭織機(jī)的筘座重量大則慣性力大，也就是打緯力大；凸輪打緯的無梭織機(jī)是要求筘座剛度要好、凸輪制造精密，凸輪與轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)時(shí)無間隙的就稱為打緯力大；這些都是從織機(jī)機(jī)構(gòu)來要求的，屬于設(shè)備能力。

從工藝上講，打緯力是在織造過程中筘將梭口內(nèi)緯紗推向織口時(shí)所遇到的阻力，阻力越大則緯紗打得越緊，這對(duì)織造高密、重型織物非常重要[2]。

為了使概念更為清晰，這里將前者即設(shè)備能力稱為打緯能力；把后者即工藝打緯力稱為打緯力；在這里還要引入一個(gè)新概念——經(jīng)紗系統(tǒng)的打緯剛度；設(shè)備的打緯能力取決于機(jī)械結(jié)構(gòu)，而工藝打緯力則取決于經(jīng)紗系統(tǒng)的打緯剛度。

構(gòu)成打擊力的必要條件是反作用力，如果被打擊物沒有足夠的剛度，不能產(chǎn)生足夠大的反作用力，那么再大的打擊能力也不能產(chǎn)生大的打擊力。例如：日常生活中打鐵必須有一個(gè)質(zhì)量很大、剛度很好的鐵砧子，再配一個(gè)有一定質(zhì)量的鐵錘，就能把堅(jiān)硬的鋼打得變形，就是這個(gè)道理。

3.2 織口位移的形成及織口受力分析

在非打緯時(shí)間，織口“Z”的力平衡是織物張力P0(向前)和兩片經(jīng)紗的張力P1、P2(向后)的平衡(如圖2所示)。

打緯時(shí)，筘將一根緯紗快速推向織口，經(jīng)紗一般具有較大的彈性，因此織口Z就會(huì)向前退讓，這就有了眾所周知的織口位移(也有稱為“打緯區(qū)”)[1，4]的術(shù)語，其定義是：在非打緯時(shí)間，由織口后的經(jīng)紗張力和織口前的織物張力平衡下的織口位置和在打緯終了(筘座在最前)時(shí)的織口位置(即筘位置)之間的距離e，見圖3。

圖2 織口力平衡

圖3 織口位移

在打緯過程中，織口Z處的力平衡變化可分為3個(gè)階段(見圖4)：

a) 在非打緯期，筘不受力，織口位置由向前的織物張力和向后的經(jīng)紗張力平衡所確定(圖4a)；

b) 當(dāng)筘把一根緯紗擠向織口時(shí)，筘開始受到織口的反作用力(-P)，同時(shí)織物張力減小(P0′)，經(jīng)紗張力增大(P1′、P2′),其程度正好等于筘受到的反作用力(圖4b)；

當(dāng)筘受到的反作用力增大到織物松弛的時(shí)候，織物張力P0=0，經(jīng)紗張力增大為P1″、P2″，直到曲拐到前心，筘到最前位置為止(見圖4c))。

a) b) c) 圖4 在打緯過程中織口受力平衡的變化

在打緯開始期和終了期，織口前移，經(jīng)紗發(fā)生伸長。這里所指的伸長中除了經(jīng)紗的彈性變形因素外，還有由于受到經(jīng)紗張力沖擊而發(fā)生的后梁移動(dòng)，機(jī)構(gòu)變形，送經(jīng)機(jī)構(gòu)對(duì)經(jīng)紗、卷取機(jī)構(gòu)對(duì)織物的握持能力等因素。

筘座到達(dá)前心位置時(shí)，作為機(jī)構(gòu)的打緯運(yùn)動(dòng)就結(jié)束了，這時(shí)“-P”就是打緯力的最大值，數(shù)值上是兩片經(jīng)紗張力的矢量和(如果P0=0)；織口位移也達(dá)到最大值。如果經(jīng)紗系統(tǒng)的剛度大，則打緯時(shí)后梁退讓很少、織口位移也很小，但經(jīng)紗張力急劇增大，意味著打緯力很大；反之，如果經(jīng)紗系統(tǒng)的剛度很小(后梁很軟)，一受到張力沖擊就被拉動(dòng)，則織口位移大、經(jīng)紗張力增大緩慢，因而打緯力很?。灰虼?，經(jīng)紗系統(tǒng)打緯剛度和織口位移就有了直接聯(lián)系，在織造緊密織物的情況下，可以把織口位移當(dāng)做打緯剛度的一個(gè)直觀的量的標(biāo)志，如果經(jīng)紗系統(tǒng)打緯剛度大、織口位移小，就是打緯力大。

3.3 打緯剛度的影響因素

影響打緯剛度的因素有：① 織機(jī)的機(jī)構(gòu)剛度，主要是送經(jīng)、卷取機(jī)構(gòu)的機(jī)械剛度；② 送經(jīng)機(jī)構(gòu)對(duì)經(jīng)紗的握持能力和卷取機(jī)構(gòu)對(duì)織物的握持能力(在沖擊力作用下不能有微小的松動(dòng))；③ 經(jīng)紗剛度，即經(jīng)紗的彈性系數(shù)(伸長)。

織造稀薄織物時(shí)，因所需打緯力較小，因此織口位移很小，甚至不易被覺察；織造重磅、緊密織物時(shí)，織口位移是一個(gè)重要的控制參數(shù)，按實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，織口位移應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)；織口位移太大，會(huì)造成經(jīng)紗系統(tǒng)的強(qiáng)烈振動(dòng)而影響織物質(zhì)量，甚至無法織造。

對(duì)于織造厚重、高密織物的織機(jī)，為保證經(jīng)紗系統(tǒng)有足夠的打緯剛度、不大的“織口位移”[2]，對(duì)卷取和送經(jīng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該有以下的要求：① 機(jī)架應(yīng)有足夠的剛性；② 卷取機(jī)構(gòu)對(duì)織物、送經(jīng)機(jī)構(gòu)對(duì)經(jīng)紗都應(yīng)有強(qiáng)大的握持能力，在強(qiáng)烈的打緯沖擊力下，不能有絲毫的松動(dòng)和滑脫現(xiàn)象；③ 最好采用慣量大的重錘加壓方式，或采用彈簧加壓方式再加液壓阻尼系統(tǒng)。

[1] 郭廉耿.織造專門工藝學(xué)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1956.

[2] 裘愉發(fā).真絲綢織造技術(shù)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1988.

[3] 陳革.織造機(jī)械[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[4] 朱蘇康.機(jī)織實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：中國紡織出版社，2007.

My Tentative View on Warp Tension

LU Zongyuan

(Tianjin Gezhi Development Co.,Ltd.of Technology,Tianjin 300011,China)

In order to demonstrate the five motions in the weaving process,based on the weaving formation and the three major motion philosophy,analysis is done to the cause resulting in weaving tension and the relationship of beating rigidity on shed in varieties of production.Conclusion is made that keeping proper warp tension is the requirement of the assistant motion.Warp tension is essential to fabric production.Smooth weaving production is the integration of the major motions and the assistant motions.

weaving loom;major motion;assistant motion;shed;warp;tension

2014-04-27

陸宗源(1936—)，男，上海人， 高級(jí)工程師，主要從事集聚紡紗等新技術(shù)的研究。

TS103.12

A

1001-9634(2015)01-0064-03