不變捻度儲(chǔ)緯裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳彤 王方昌 周廣明 李德才 趙顯全 孫慶軍

摘要： 文章針對(duì)某些塑料扁絲和碳纖織物緯紗不能變化捻度的需求，改變常規(guī)儲(chǔ)緯器儲(chǔ)緯的方式，探索了多種退繞方案，發(fā)現(xiàn)徑向主動(dòng)退繞效果為最佳，同時(shí)為了使紗線不交纏，利用光電信號(hào)反饋給輸出馬達(dá)，保持一定的儲(chǔ)存量。結(jié)果表明：采用此裝置可滿足后續(xù)織造要求，緯紗保持原有形狀不變捻度，布面質(zhì)量達(dá)到了客戶要求。

關(guān)鍵詞： 儲(chǔ)緯裝置;退繞;不變捻度;碳纖維;塑料扁絲;光電信號(hào);織造

中圖分類號(hào)： TS103.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2021）08002404

引用頁碼： 081105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.005（篇序）

Structure design of weft accumulator without twist change

WU Tong1， WANG Fangchang1， ZHOU Guangming2， LI Decai1， ZHAO Xianquan3， SUN Qingjun1

（1.Shandong RIFA Textile Machinery Co.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 2.Shandong Liaocheng Siyuan Electric AutomationCo.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 3.Hebei Jigao Chemical Fiber Co.， Ltd.， Shijiazhuang 052160， China）

Abstract： To meet the requirement of changing the twist of weft yarn for some plastic flat yarn and carbon fiber fabric， transform the storage mode of conventional weft accumulator， this paper has explored a variety of unwinding plans， and found that the radial active unwinding effect was the optimal. In the meantime， in order to prevent the yarn from intertwining， the photoelectric signal was fed back to the output Marta to maintain a certain storage capacity. The results reveal that this device can meet the subsequent weaving requirements while maintaining the original shape of weft yarn without twist change. The fabric surface quality can also meet the customer requirements.

Key words： weft accumulator; unwinding; twist unchanged; carbon fiber; plastic flat yarn; photoelectric signal; weaving

收稿日期： 20210222;

修回日期： 20210707

基金項(xiàng)目：

作者簡(jiǎn)介： 吳彤（1973），男，工程師，主要從事紡織機(jī)械、織造設(shè)備的調(diào)試與織造工藝參數(shù)的研究。

2008年中國(guó)塑料扁絲及其制品的產(chǎn)量約177.18萬t，時(shí)至今日，其前景依然廣闊[1]。2020年國(guó)際市場(chǎng)的碳纖維同比增長(zhǎng)了3%，中國(guó)市場(chǎng)需求量在利好政策作用下強(qiáng)勁增長(zhǎng)了29%[2]。隨著以上兩種材料的普遍運(yùn)用，各個(gè)織造生產(chǎn)商都加大了對(duì)塑料扁絲織物及碳纖維織物的開發(fā)，以適應(yīng)不斷提高的客戶需求[3]，但當(dāng)前的設(shè)備其產(chǎn)量及質(zhì)量不能滿足客戶的需求。利用無梭織機(jī)織制塑料扁絲織物及碳纖維織物成為一種現(xiàn)實(shí)需求，但無梭織機(jī)必須配備儲(chǔ)緯器，目前常規(guī)的儲(chǔ)緯器類型都是在緯紗筒軸向引進(jìn)緯紗，儲(chǔ)存在紗鼓上，再?gòu)募喒妮S向引出，這樣在退繞和儲(chǔ)存的過程中均會(huì)使紗線捻度發(fā)生變化，并對(duì)緯紗造成不同程度的摩擦扭曲。因?yàn)樗芰媳饨z橫截面是長(zhǎng)和寬差值較大的形態(tài)，碳纖維紗線不耐磨且抗剪切性能差，使用這兩種原料織制的織物大多要求緯紗在織口內(nèi)是平展無扭曲的，緯紗亦不能有損傷[4]，故現(xiàn)有模式的儲(chǔ)緯器無法滿足織造需求。袁樹信等[5]在理論上描述了無捻度變化的一種儲(chǔ)緯裝置，使用馬達(dá)徑向退繞，把紗線吸進(jìn)透明硬管內(nèi)，再行引出，但該結(jié)構(gòu)使紗線彎曲太大，透明管空間分散，紗線可能交纏;袁天行[6]提出了使用同步帶帶動(dòng)滑塊上的儲(chǔ)緯輪，進(jìn)行儲(chǔ)緯和送緯，但儲(chǔ)緯輪頻繁運(yùn)動(dòng)不適用于織機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn);余用婷等[7]提出依靠轉(zhuǎn)杯的回轉(zhuǎn)來帶動(dòng)紗筒管的轉(zhuǎn)動(dòng)，使紗線能夠沿著紗筒外圓切線的方向引出，杜絕紗線因自然扭曲而產(chǎn)生捻度的現(xiàn)象，但緯紗的運(yùn)動(dòng)不是勻速的，轉(zhuǎn)杯速度的控制是一個(gè)難點(diǎn);紗線再引入儲(chǔ)緯器，從其儲(chǔ)紗鼓上引出時(shí)又會(huì)產(chǎn)生自然加捻的問題。圍繞無捻度變化的儲(chǔ)緯裝置已有如上技術(shù)人員的研究，但多是理論性描述或?qū)嶒?yàn)室階段的，需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)一種可市場(chǎng)化、連續(xù)化生產(chǎn)的不變捻度儲(chǔ)緯裝置。因此，本文在借鑒現(xiàn)有成熟儲(chǔ)緯器工作原理的基礎(chǔ)上，參考前人在這方面不同工作方式的研究，通過多次試驗(yàn)，開發(fā)了一種不變捻度儲(chǔ)緯裝置，以期滿足織造設(shè)備對(duì)緯紗輸入方式的不同需求。

1 工作原理

工作原理如圖1所示。用馬達(dá)帶動(dòng)紗筒軸，緯紗筒套在紗筒軸上，與紗筒軸一起聯(lián)動(dòng)，紗線從緯紗筒的徑向脫離，脫離的過程中緯紗沒有扭曲，故沒有變化捻度;為了促使紗線順利脫離緯紗筒，使用噴嘴以適當(dāng)?shù)拇盗恳喚€，儲(chǔ)緯箱底部有吸風(fēng)口，紗線受重力及吸力作用而下垂至儲(chǔ)緯箱內(nèi);利用光纖傳感器[8]能夠?qū)⒈粶y(cè)物體的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，使用2對(duì)對(duì)射式光纖傳感器探測(cè)紗線的位置，發(fā)出反饋信號(hào)給儲(chǔ)緯裝置控制器，儲(chǔ)緯裝置控制器經(jīng)過判斷給馬達(dá)發(fā)出低速、高速或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)，以此保持儲(chǔ)緯箱內(nèi)始終有適當(dāng)長(zhǎng)度的緯紗，再把緯紗通過瓷環(huán)和張力夾引出至織機(jī)。這樣在退繞、存儲(chǔ)和引出的過程中，緯紗捻度保持不變且紗線受到的磨損很輕，達(dá)到了使用要求。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置主要由退繞裝置、吹風(fēng)裝置、存儲(chǔ)裝置、導(dǎo)出裝置等組成。

2.1 退繞裝置

退繞裝置主要由紗筒軸、連接桿、馬達(dá)、軸承座和小離合等組成，其中紗筒軸（圖2）由一個(gè)頂端呈錐形的移動(dòng)軸、一個(gè)固定軸及其中間放置的環(huán)狀漲緊彈簧構(gòu)成，借鑒油封彈簧的結(jié)構(gòu)，利用彈簧被由內(nèi)向外擠壓時(shí)環(huán)狀直徑變大的方式把彈簧與緯紗筒內(nèi)壁連接在一起，進(jìn)而把緯紗筒與紗筒軸固定在一起運(yùn)動(dòng)。通過旋轉(zhuǎn)手柄把移動(dòng)軸左右擺動(dòng)，擠壓或放松彈簧，固定或者拆下緯紗筒。

2.2 吹風(fēng)裝置

緯紗筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為了使緯紗順利脫離緯紗筒，設(shè)計(jì)了吹風(fēng)裝置，如圖3所示。通過噴嘴以適當(dāng)?shù)拇盗恳暭喢撾x緯紗筒，為了減輕壓縮空氣對(duì)紗線的傷害，設(shè)置一個(gè)控制閥，當(dāng)退繞裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，關(guān)閉壓縮空氣的噴出。根據(jù)紗線的不同，采用手動(dòng)閥門對(duì)壓縮空氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 存儲(chǔ)裝置

采用兩塊4 mm×300 mm×1 300 mm的有機(jī)玻璃板，用兩根20 mm×10 mm×1 300 mm的木條或鋁條連接起來組成一個(gè)長(zhǎng)方體中空形狀的儲(chǔ)緯箱，透明的有機(jī)玻璃板利于觀察緯紗的運(yùn)行狀態(tài)，儲(chǔ)緯箱底部安裝帶有吸風(fēng)口的底座，吸風(fēng)馬達(dá)與吸風(fēng)口之間通過塑料管連接。為了防止斷裂的紗線被吸入吸風(fēng)馬達(dá)，在儲(chǔ)緯箱底部吸風(fēng)口的上方布置過濾網(wǎng)。箱體兩側(cè)安裝三組光纖傳感器，光纖傳感器的高低位置根據(jù)織機(jī)筘幅設(shè)定。

2.4 導(dǎo)出裝置

瓷環(huán)安裝在儲(chǔ)緯箱頂部右側(cè)，三組張力夾采用夾紗片結(jié)構(gòu)，如圖4所示。根據(jù)紗線原料、粗細(xì)、劍頭型號(hào)[9]及布面工藝要求，可調(diào)整夾紗片間距，以達(dá)到合適的緯紗張力。

3 電氣控制設(shè)計(jì)

3.1 電氣原理

控制系統(tǒng)由控制器、馬達(dá)、放大器、光纖傳感器、開關(guān)電源等組成，原理如圖5所示。

3.2 工作方式

放大器A連接的光纖傳感器安裝在高處，放大器C連接的光纖傳感器安裝在低處，紗線受重力及吸力的影響，會(huì)穿過光纖傳感器探測(cè)區(qū)域，此時(shí)會(huì)有4種不同的工作方式，見表1。

一般不會(huì)出現(xiàn)放大器A沒有探測(cè)到紗線信號(hào)而放大器B和放大器C探測(cè)到紗線信號(hào)的情況，如果出現(xiàn)則馬達(dá)停止，同時(shí)顯示報(bào)警，此時(shí)應(yīng)查找故障原因，進(jìn)行排故。速度1、速度2的設(shè)置和織機(jī)筘幅、織機(jī)速度、緯紗筒直徑、緯紗粗細(xì)有關(guān)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行調(diào)整。噴氣織機(jī)儲(chǔ)緯器具有緯紗定長(zhǎng)的特點(diǎn)[10]，本裝置沒有采用把紗線繞在具有定長(zhǎng)功能的儲(chǔ)紗鼓上的方式，故不可用于噴氣織機(jī)、噴水織機(jī)等要求緯紗定長(zhǎng)的無梭織機(jī)，僅適應(yīng)于劍桿織機(jī)、片梭織機(jī)等不需要緯紗定長(zhǎng)的無梭織機(jī)。根據(jù)紗筒軸轉(zhuǎn)速（r/min）×緯紗筒直徑（cm）=織機(jī)織造門幅（cm）×織機(jī)速度（r/min），按緯紗筒最小直徑8.3 cm，計(jì)算得到儲(chǔ)緯裝置上配置的不同轉(zhuǎn)速馬達(dá)、織機(jī)織5造門幅與織機(jī)最大速度的關(guān)系，如圖6所示。在馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速確定的情況下，織造門幅越寬，織機(jī)所能達(dá)到的最高速度越低。

4 實(shí)踐操作

在GA731-Ⅱ幅寬為230 cm的織機(jī)上做對(duì)比試驗(yàn)，速度調(diào)節(jié)為150 r/min，織物工藝參數(shù)如下：經(jīng)紗為11英支棉、經(jīng)密26.2 根/cm，緯紗為2.8 mm×0.2 mm塑料扁平絲、緯密3.5 根/cm，組織為3/1斜紋。儲(chǔ)緯裝置參數(shù)如下：壓縮空氣壓力8 kPa、馬達(dá)轉(zhuǎn)速893 r/min、紗筒軸轉(zhuǎn)速893 r/min。先采用常規(guī)方式供緯，后織入一根白色緯紗作為標(biāo)記，之后增加上不變捻度儲(chǔ)緯裝置進(jìn)行織造，以標(biāo)記線為中間位置取44根緯紗長(zhǎng)度的布樣，在布樣中間部位拍照片，如圖7所示。經(jīng)檢驗(yàn)，在第7、第8、第11、第14、第15、第16、第20、第24緯紗處發(fā)現(xiàn)捻度變化，其中常規(guī)方式供緯出現(xiàn)7次，采用不變捻度儲(chǔ)緯裝置后出現(xiàn)1次，部分捻度變化放大細(xì)節(jié)如圖8所示。

根據(jù)上述織造扁平絲的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)碳纖維的特點(diǎn)調(diào)整了個(gè)別參數(shù)進(jìn)行織造，速度調(diào)節(jié)為140 r/min，緯紗為12 K碳纖維、緯密改為3.75 根/cm，織物組織改為平紋。儲(chǔ)緯裝置中壓縮空氣壓力改為4 kPa、馬達(dá)轉(zhuǎn)速改為834 r/min。

5 結(jié) 語

采用此裝置織造塑料扁絲織物，緯紗保持原有形狀不變捻度，減少了打折起捻的情況，確保了布面的平整，緯紗排列整齊，經(jīng)緯紗之間縫隙均勻，布面質(zhì)量得到提高;織造碳纖維織物時(shí)，有利于提高碳纖維在長(zhǎng)度方向的抗拉伸強(qiáng)度，極大降低纖維扭曲，進(jìn)而提高了整個(gè)碳纖維織物布面的使用需求，擴(kuò)大了碳纖維織物的使用范圍。

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