經(jīng)編張力補(bǔ)償裝置對經(jīng)紗張力的影響

張靈婕， 繆旭紅， 蔣高明， 馬丕波

(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)編張力補(bǔ)償裝置對經(jīng)紗張力的影響

張靈婕， 繆旭紅， 蔣高明， 馬丕波

(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)紗張力影響經(jīng)編生產(chǎn)順利進(jìn)行，為此，使用KARL MAYER的KS4EL型經(jīng)編機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。先對補(bǔ)償裝置的彈性元件進(jìn)行彈性系數(shù)測試，然后分別選用張力補(bǔ)償裝置上的3組張力彈簧安裝密度及張力彈簧規(guī)格，通過改變裝置彈性系數(shù)進(jìn)行經(jīng)紗張力測試實(shí)驗(yàn)。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，改變張力補(bǔ)償裝置的相關(guān)參數(shù)就可以改變張力補(bǔ)償裝置的彈性性能，進(jìn)而調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置對經(jīng)紗織造張力的補(bǔ)償性能。研究結(jié)果表明，隨著張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)的增大，經(jīng)紗動態(tài)張力最大值增大，最小值先增大后減小，平均值上升，變異系數(shù)增大，說明隨著張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)增大，其補(bǔ)償效果下降。

經(jīng)編； 經(jīng)紗； 張力； 張力補(bǔ)償裝置

紗線張力是紡織生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的參數(shù)，影響從紡紗到織造生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)[1-2]。適度而穩(wěn)定的紗線張力有助于生產(chǎn)的順利進(jìn)行并且能提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。在紡織生產(chǎn)過程中，如何控制紗線張力，穩(wěn)定張力波動一直都是學(xué)者關(guān)注的重要課題[3-4]。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，有研究者已經(jīng)對經(jīng)紗消耗與張力之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，提出對張力補(bǔ)償裝置的要求及力學(xué)模型[5-6]；國外有學(xué)者[7-8]對經(jīng)編紗線運(yùn)動過程進(jìn)行仿真，以經(jīng)紗為主要對象進(jìn)行張力的相關(guān)研究。國內(nèi)也有學(xué)者[9-10]對張力補(bǔ)償裝置進(jìn)行了動力學(xué)分析從而改善其性能。另外，就成圈運(yùn)動[11]、生產(chǎn)工藝[12-13]等對經(jīng)紗張力的影響也已做了相關(guān)研究。借助以往研究結(jié)論，目前對影響經(jīng)紗張力的因素有了初步的判斷，也對張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償機(jī)制[14]有了進(jìn)一步了解，但以往的研究更多地停留在力學(xué)分析以及對經(jīng)紗張力影響因素方面，本文希望通過實(shí)驗(yàn)改變經(jīng)紗張力補(bǔ)償裝置的相關(guān)參數(shù)得到相應(yīng)條件下經(jīng)紗的織造張力，以此了解經(jīng)編張力補(bǔ)償裝置對經(jīng)紗張力的影響情況，從而有針對性地對張力補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)整，滿足不同種類的經(jīng)紗需求，以減少織造中的斷紗，并提高短纖紗在經(jīng)編中的應(yīng)用，推動經(jīng)編產(chǎn)品的多元化發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

實(shí)驗(yàn)原料：采用3把梳進(jìn)行編織，前2把梳采用73.8 dtex緊密賽絡(luò)紡滌綸短纖紗(吳江鷹翔集團(tuán)公司)，第3把梳采用55.5 dtex/24 f滌綸FDY絲。

實(shí)驗(yàn)儀器：KARL MAYER的KS4EL型經(jīng)編機(jī)； 施密特接觸式張力傳感器；Hongnigmann DAQ型施密特分析儀； HCC Easy測試軟件； 手持式電子稱； 量尺。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 取樣方法

本文主要研究不同張力補(bǔ)償裝置參數(shù)條件對經(jīng)紗織造張力的影響。在其他工藝參數(shù)不變的情況下，改變張力補(bǔ)償裝置張力彈簧的安裝密度以及張力彈簧的規(guī)格，分別選取機(jī)頭、機(jī)中、機(jī)尾位置的1根紗線進(jìn)行紗線張力測試。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性，排除客觀因素的影響，選取紗線時(shí)避開芝麻桿附近，并且盡量選擇同一根紗線，待機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行測試。

1.2.2 紗線織造張力測試

使用德國施密特SCHMIDT公司的在線電子式張力儀，三輥接觸式測量，兩側(cè)為導(dǎo)向輪，中間為測量輪，紗線按要求方向繞在接觸輥上，并配合Hongnigmann DAQ型施密特分析儀以及HCC Easy測試軟件組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測試時(shí)數(shù)據(jù)采集頻率為2 000 Hz，測試時(shí)間為1 min。

1.2.3 張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)測試

為了對不同條件下張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償性能進(jìn)行統(tǒng)一的比較，需要對張力補(bǔ)償裝置的彈性系數(shù)進(jìn)行測定。

將1個(gè)張力彈簧按工作狀態(tài)安裝在機(jī)架上，測量初始狀態(tài)張力彈簧的頂點(diǎn)高度，然后用手持電子稱沿豎直方向拉動張力彈簧，記錄質(zhì)量與高度變化的對應(yīng)數(shù)值，高度變化用△h表示。對張力彈簧相同變形情況下的質(zhì)量進(jìn)行測量，共測量10次取其平均值。

1.3 測試工藝參數(shù)

使用E28的KS4 EL型高速特里科經(jīng)編機(jī)，用3把梳進(jìn)行編織，考慮到采樣的便利性，對GB1即前梳紗線進(jìn)行采樣，改變張力彈簧的安裝密度以及張力彈簧規(guī)格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別按相隔10、7、5個(gè)/m 3種情況安裝，張力彈簧半徑R分別按15.0、17.5、20.0 mm。其他參數(shù)設(shè)定為：機(jī)速600 r/min，機(jī)上縱密19橫列/cm，組織結(jié)構(gòu)GB1:1-0/1-2//、GB2:1-2/1-0//、GB3:1-0/0-1//。送經(jīng)量GB1、GB2、GB3分別為1 420、1 400、1 200 mm/臘克。具體測試工藝參數(shù)見表1。

表1 測試工藝參數(shù)Tab.1 Test parameters

2 結(jié)果與討論

2.1 彈性系數(shù)測量結(jié)果

測試張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)，得到張力彈簧變形與所受質(zhì)量之間的關(guān)系，結(jié)果如表2所示。

表2 張力彈簧所受質(zhì)量與變形關(guān)系Tab.2 Relationship between weight of tension spring and deformation

根據(jù)重力公式G=mg(g=9.8 N/kg),將質(zhì)量值轉(zhuǎn)換成重力，得到張力彈簧變形與重力的對應(yīng)關(guān)系，如圖1所示。

從圖1可看出張力彈簧的變形與所施加的重力呈明顯的線性關(guān)系。當(dāng)R=15.0 mm時(shí)，張力彈簧受力y與變形x之間的關(guān)系為y=1.481 9x-0.533 8;R=17.5 mm時(shí)，則y=3.356 5x-0.09 8;R=20.0 mm時(shí)，y=7.914 6x-0.177 5;據(jù)此可知，R=15.0 mm時(shí)，張力彈簧彈性系數(shù)k1=1.481 9；R=17.5 mm時(shí)，張力彈簧彈性系數(shù)k2=3.356 5；R=20.0 mm時(shí)，張力彈簧彈性系數(shù)k3=7.914 6。

張力彈簧半徑R可以確定對應(yīng)張力彈簧的彈性系數(shù)k，根據(jù)張力彈簧安裝密度ρ(安裝長度為1 m)可以計(jì)算出張力補(bǔ)償裝置的彈性系數(shù)：

K=(1/ρ)×k

根據(jù)表1設(shè)計(jì)的5次實(shí)驗(yàn)，對應(yīng)的張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)K見表3。

表3 測試工藝與其對應(yīng)K值Tab.3 Testing technology and its corresponding K values

2.2 經(jīng)紗張力測試結(jié)果

對織造過程中的經(jīng)紗張力進(jìn)行監(jiān)測，并計(jì)算張力值的最大值、最小值、平均值以及變異系數(shù)，以此對張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果見表4。張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償能力可以從經(jīng)紗織造張力值的變化進(jìn)行評價(jià)，張力過大則易發(fā)生斷紗，而張力過小又易造成墊紗困難，形成疵點(diǎn)；另一方面可以從織造時(shí)經(jīng)紗張力的波動來進(jìn)行評判，張力波動過大易造成紗線疲勞，形成斷紗。

表4 經(jīng)紗織造張力值及變異系數(shù)隨K值變化Tab.4 Warp knitting tension values and variation coefficient changing with K value

從表4可看出經(jīng)紗織造張力最大值隨著K值增大而增大，且增大幅度越來越大。這是由于當(dāng)需紗量LX大于送紗量LS時(shí)，其差值△L需要依靠紗線本身彈性伸長L1以及張力補(bǔ)償裝置的變形L2來綜合補(bǔ)償。即：

△L=LX-LS=L1+L2

L1=F/μ

L2=F/K

F=μ△L/(1+μ/K)

式中：μ為紗線自身模量；F為紗線張力。

當(dāng)K值增大，為實(shí)現(xiàn)△L的綜合補(bǔ)償量，F(xiàn)值增大，因此經(jīng)紗張力隨著K值增大呈上升趨勢(由于紗線張力方向并不是完全垂直方向，存在一個(gè)角度，但其對于分析中趨勢變化影響不大，故為簡化分析在此忽略)。

表4顯示經(jīng)紗張力最小值隨著K值增大先略有上升，再下降。根據(jù)振動原理可知，彈性元件的補(bǔ)償運(yùn)動與經(jīng)紗織造張力間存在一定的滯后現(xiàn)象[13]。這是因?yàn)閺埩U發(fā)生擺動，其彈性系統(tǒng)振動導(dǎo)致不能與經(jīng)紗織造張力同步變化，而滯后的程度與彈性元件的轉(zhuǎn)動慣量及外力作用頻率等因素有關(guān)。K值一開始增大，經(jīng)紗張力依然符合F=μ△L/(1+μ/K),因而隨著K值增大而增大；當(dāng)K值增大到一定程度時(shí)，張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償比例減小，主要依靠紗線自身彈性伸長實(shí)現(xiàn)△L補(bǔ)償。因此時(shí)需紗量LX與送紗量LS的差值△L較小，張力補(bǔ)償裝置補(bǔ)償所占比例的下降對經(jīng)紗織造張力的影響很小，反而因其K值的增大，削減了張力補(bǔ)償裝置本身彈性振動而導(dǎo)致的滯后程度，使此刻的經(jīng)紗織造張力呈現(xiàn)下降趨勢。

經(jīng)紗織造張力的平均值隨K值增大而增大，一定程度上反映了張力補(bǔ)償裝置對整個(gè)成圈周期的補(bǔ)償能力，其與K值存在明顯的線性關(guān)系F均=0.085 3K+1.360 9(R2=0.987 7)。說明隨著張力補(bǔ)償裝置的彈性系數(shù)增大，其對經(jīng)紗織造張力的補(bǔ)償能力下降。經(jīng)紗織造張力的最大值和最小值的變化同樣也驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。

經(jīng)紗織造張力的變異系數(shù)反映了成圈周期內(nèi)經(jīng)紗張力的波動程度。從圖2可看出，其值隨K值增大而增大。這是因?yàn)殡S著K值的增大，張力補(bǔ)償裝置的模量增大，裝置形變的補(bǔ)償量L2占△L的比例下降，從而削弱了張力裝置“削峰補(bǔ)谷”的補(bǔ)償能力，使經(jīng)紗織造張力兩極化增大，造成波動性增強(qiáng)，因此，張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償能力隨著其K值的增大而降低。

但張力補(bǔ)償裝置K值不是越小越好。K值過低，張力補(bǔ)償裝置的模量過小，彈性過大，具有共振頻率低的特征[13]，一方面可能造成經(jīng)紗張力在△L值較小時(shí)，張力裝置的回彈力過低不足以使經(jīng)紗順利實(shí)現(xiàn)墊紗成圈等過程，造成織疵甚至斷紗；另一方面，過小的模量會因其本身的彈性振動無法及時(shí)與經(jīng)紗張力變化同步，使滯后現(xiàn)象加劇，造成張力波動加劇。由此，為了提高裝置的共振頻率，必須減小系統(tǒng)的慣性并且增加模量，顯然K值并非越小越好，因此，合理選擇張力補(bǔ)償裝置的K值對其補(bǔ)償能力十分重要，K值的選取要根據(jù)所用原料、織造工藝等綜合考慮，以實(shí)現(xiàn)最佳的補(bǔ)償性能。

3 結(jié) 論

張力補(bǔ)償裝置使用的張力彈簧的彈性系數(shù)與其半徑尺寸有關(guān)，半徑越大，彈性系數(shù)越大。實(shí)驗(yàn)測得半徑分別為15.0、17.5、20.0 mm張力彈簧的彈性系數(shù)分別為1.481 9、3.356 5、7.914 6。

張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)增大，張力值開始呈上升趨勢，張力補(bǔ)償裝置因彈性振動存在補(bǔ)償滯后性，彈性系數(shù)增大到一定程度，補(bǔ)償裝置在紗線小張力狀態(tài)下滯后性下降反而使張力下降，整體上顯示經(jīng)紗動態(tài)張力平均值上升，張力兩極化加劇，張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償性能下降。

經(jīng)紗動態(tài)張力的變異系數(shù)隨彈性系數(shù)增大而增大，即經(jīng)紗動態(tài)張力的波動性加劇，不利于順利織造，張力補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償性能下降。

張力補(bǔ)償裝置彈性系數(shù)值不是越小越好，其值過小，共振頻率過低，導(dǎo)致滯后現(xiàn)象加劇，造成張力波動加劇，補(bǔ)償性能反而下降，因此要根據(jù)原料、工藝等合理選擇彈性系數(shù)值，以實(shí)現(xiàn)最佳的張力補(bǔ)償性能。

FZXB

[1] 劉行，繆旭紅，趙帥權(quán). 紗線張力測試方法研究進(jìn)展[J]. 棉紡織技術(shù)，2015(1):78-82. LIU Xing,MIAO Xuhong, ZHAO Shuaiquan. Yarn tension test method research[J]. Cotton Textile Technology, 2015(1):78-82.

[2] 陳紅霞, 蔣高明. 經(jīng)編機(jī)經(jīng)紗動態(tài)張力數(shù)字化測試[J]. 針織工業(yè), 2004 (6): 35-38. CHEN Hongxia, JIANG Gaoming. Warp knitting machine digital test[J]. Knitting Industries, 2004(6): 35-38.

[3] 張毅,劉長伴. 紗線動態(tài)與靜態(tài)斷裂強(qiáng)力的比較分析[J]. 紡織學(xué)報(bào),2006,27(6):64-66. ZHANG Yi, LIU Changban. The comparison of dynamic and static yarn breaking strength analysis [J]. Journal of Textile Research, 2006,27(6):64-66.

[4] 成玲,梁銀崢.紗線的動態(tài)力學(xué)性能[J].紡織學(xué)報(bào),2006,27(8):19-21. CHENG Ling,LIANG Yinzheng. The dynamic mechanical properties of yarns [J]. Journal of Textile Research,2006, 27 (8): 19-21.

[5] 宗平生. 經(jīng)編送經(jīng)研究[J]. 針織工業(yè)，1980(1):23-29. ZONG Pingsheng. Warp let-off mechanism study [J]. Knitting Industries, 1980(1):23-29.

[6] METZKES K, SCHMIDT R, MRTIN J, et al. Simulation of the yarn transportation dynamics in a warp knitting machine[J]. Textile Research Journal, 2013, 83(12): 1251-1262.

[7] HETZLER H. On moving continua with contacts and sliding friction: modeling, general properties and examples[J]. International Journal of Solids and Structures, 2009, 46(13): 2556-2570.

[8] BEITELSCHMIDT M. Simulation of warp and cloth forces in weaving machines[J]. Melliand Textilberichte, 2000, 81: 45-48.

[9] 池洪，胡允祥. 紗路張力補(bǔ)償系統(tǒng)的動力學(xué)分析[J]. 中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào)，1990，16(1):33-42. CHI Hong, HU Yunxiang. Yarn tension compensation system of road dynamic analysis [J]. Journal of China Textile University, 1990, 16(1):33-42.

[10] 李明. 在Z303-3型經(jīng)編機(jī)上增設(shè)張力補(bǔ)償裝置[J]. 針織工業(yè)，1985(5):30-31. LI Ming. In the warp knitting machine add Z303-3 type tension compensation device [J]. Knitting Industries, 1985(5):30-31.

[11] 劉鑫,胡旭東,陳洪立. 經(jīng)編機(jī)成圈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析[J]. 針織工業(yè),2012(2):3-5.

LIU Xin, HU Xudong, CHEN Hongli. Warp knitting machine knitting mechanism kinematics analysis [J]. Knitting Industries,2012(2):3-5.

[12] 湯振民. 經(jīng)編工藝中減少經(jīng)紗張力波動的研究[J]. 國外紡織技術(shù)(針織、服裝分冊),1985(14):8-11. TANG Zhenmin. Warp knitting process to reduce the warp tension wave research [J]. Foreign Textile Technology (Knitting, Clothing Branch), 1985(14):8-11.

[13] 馮勛偉. 經(jīng)編機(jī)經(jīng)紗張力分析及合理上機(jī)條件探討[J]. 紡織學(xué)報(bào),1989,10(7):25-28. FENG Xunwei. Investigation on reasonable working condition and warp tension analyzing of warp knitting machine[J]. Journal of Textile Research,1989, 10(7):25-28.

[14] 張靈婕, 繆旭紅. 經(jīng)編經(jīng)紗張力補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)展[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2016 (5): 64-66. ZHANG Lingjie, MIAO Xuhong. Warp knitting warp tension compensation technology progress [J]. China Textile Leader, 2016 (5):64-66.

Influence of warp knitting tension compensation device on warp tension

ZHANG Lingjie， MIAO Xuhong， JIANG Gaoming, MA Pibo

(Engineering Research Center for Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University,Wuxi, Jiangsu 214122, China)

Based on the significant influence of warp tension on warp knitting production, the KARL MAYER KS4EL type warp knitting machine was used to carry out the experiments. Firstly, the elasticity coefficient of elastic element for the compensation device was tested, and then three groups of tension spring installation density and tension spring specifications were selected, the warp tension test experiments were carried out by changing the elastic coefficient. The experiment data analysis shows that by changing the tension compensation device related parameters, the elastic properties of compensation device could be changed, which can adjust the compensation on warp knitting tension. The results show that the maximum dynamic tension of warp increases with the elasticity coefficient of tension compensation device, and the minimum value first increases then decreases. The average dynamic tension of warp rises, and the variation coefficient increases. This indicates that with the elastic coefficient increase of tension compensation device, the compensation effects decreases.

warp knitting； warp； tension； tension compensation device

10.13475/j.fzxb.20151204705

2015-12-31

2016-08-09

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(JUSRP5140A); 江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20140161);江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015019-20)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015019-01)

張靈婕(1992—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榧徔棽牧吓c紡織品設(shè)計(jì)?？娦窦t，通信作者，E-mail:miaoxuhong@163.com。

TS 184

A