自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的應(yīng)用歷史和發(fā)展

崔建成

[史陶比爾（杭州）精密機(jī)械電子有限公司，浙江 杭州 310018]

眾所周知，在紡織行業(yè)，經(jīng)紗漿紗之后要從綜絲及鋼筘中穿好，然后掛好停經(jīng)片，才能上機(jī)織造。用綜框織造時(shí)，新品種的經(jīng)軸紗線要在上機(jī)前根據(jù)織造工藝要求穿過綜絲、鋼筘，這是織造廠織造前的準(zhǔn)備工作。

經(jīng)紗織造前的準(zhǔn)備工作對(duì)自動(dòng)化無梭織機(jī)的效率及織造質(zhì)量有顯著的影響，如噴氣織機(jī)、片梭織機(jī)及劍桿織機(jī)等，大多用于織造服裝用布或技術(shù)織物，需要高質(zhì)量的經(jīng)紗及穿經(jīng)來滿足不斷提高的織機(jī)速度及織物質(zhì)量要求。手工穿經(jīng)工作要求工人有一定的織造工藝基礎(chǔ)和紋織工藝知識(shí)，且過程非常耗時(shí)，人工效率普遍較低，現(xiàn)在鮮少有年輕人選擇這一工作。因此，越來越多的紡織廠引入穿經(jīng)機(jī)器代替人工。本研究主要介紹自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用歷史和發(fā)展趨勢(shì)。

1 全自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)器穿經(jīng)就是用機(jī)器把經(jīng)軸的紗線按工藝要求穿好停經(jīng)片、綜絲、鋼筘，屬于織造前準(zhǔn)備工作。早在20世紀(jì)50年代，工業(yè)最早起步發(fā)展的歐洲就已經(jīng)開始有人研制用于穿經(jīng)的機(jī)器。從第一臺(tái)穿經(jīng)機(jī)投入生產(chǎn)至今，已經(jīng)經(jīng)歷了60多年。目前應(yīng)用的穿經(jīng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 穿經(jīng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

2 主要穿經(jīng)機(jī)的歷史及發(fā)展

史陶比爾公司生產(chǎn)的序列穿經(jīng)機(jī)的發(fā)展最具代表性。

第一臺(tái)穿經(jīng)機(jī)出現(xiàn)在1958年，由瑞士薩爾甘斯的Zellweger Luwa AG公司制造，稱作Delta1（圖2），由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作，穿經(jīng)工藝由打孔紋板卡片控制，機(jī)器配有移動(dòng)紗架用于經(jīng)軸上機(jī)穿經(jīng)，設(shè)計(jì)最快穿入速度為180根紗/min，基本用于棉紡織廠，一直到1991年基本停產(chǎn)。國內(nèi)大概有兩臺(tái)該型號(hào)穿經(jīng)機(jī)，是由外資紡織廠引進(jìn)的舊設(shè)備。

圖2 Delta1

Zellweger公司在1991年推出了Delta200穿經(jīng)機(jī)（圖3），根據(jù)穿經(jīng)工作需要，機(jī)器分成了紗架車和機(jī)頭兩部分，經(jīng)軸由經(jīng)軸車搭載連接到紗架車，然后在紗架上搭好準(zhǔn)備穿入的紗片。機(jī)頭定義了四大功能模塊，分別為紗線模組、綜絲模組、鋼筘模組和停經(jīng)片模組。

圖3 Delta200

2.1 綜絲模組

綜絲分兩組排列在兩條綜絲庫導(dǎo)軌上。分綜裝置將綜絲一根一根分開，每根綜絲被傳送到旋轉(zhuǎn)式綜絲傳送帶上，傳送帶將綜絲送至穿經(jīng)的位置。在穿經(jīng)前，通過對(duì)中綜眼的中心將綜絲對(duì)齊。穿入經(jīng)紗后，綜絲被送往預(yù)期的綜框位置或綜條上。然后，排綜器根據(jù)穿綜循環(huán)將綜絲推往綜框或綜絲軌道。

2.2 紗線模組

從經(jīng)紗層到綜框分紗器，將經(jīng)紗分開并遞送給穿經(jīng)鉤。穿經(jīng)鉤穿過鋼箱、綜絲和停經(jīng)片的紗線孔，然后拉著紗線回到原位。經(jīng)紗穿入停經(jīng)片、綜絲和鋼筘之后，從穿經(jīng)鉤中被排出，由吸嘴吸住。經(jīng)紗傳感器檢查紗線是否已正確穿入。

2.3 停經(jīng)片模組

停經(jīng)片模組的準(zhǔn)備工作是在停經(jīng)片倉庫里進(jìn)行的。停經(jīng)片分離器將停經(jīng)片分離，然后一個(gè)停經(jīng)片旋轉(zhuǎn)頭抓住停經(jīng)片，將其帶至穿經(jīng)位置。穿入經(jīng)紗后，停經(jīng)片由停經(jīng)片分配器按收、彈出并被排列在預(yù)期的停經(jīng)桿上。

2.4 鋼筘模組

鋼筘安裝在鋼筘運(yùn)輸車上，穿經(jīng)時(shí)，鋼筘的光學(xué)監(jiān)視和控制系統(tǒng)根據(jù)鋼筘的細(xì)度和預(yù)期的穿筘來檢查鋼筘的運(yùn)送情況。1片進(jìn)入筘齒，穿經(jīng)鉤將經(jīng)紗穿入筘齒，筘齒的開口足夠大以便穿經(jīng)鉤和紗線順利通過。

機(jī)器各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元由氣動(dòng)裝置或獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。紗線模組采用機(jī)械式分紗裝置，由挑紗針抓取紗線，并開始具備根據(jù)壓力傳感器原理形成的雙經(jīng)自停功能，測(cè)量被分離紗線上的力，遇到雙經(jīng)時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置使穿綜機(jī)停機(jī)。鋼筘模組后期采用光學(xué)技術(shù)，用相機(jī)監(jiān)測(cè)鋼筘縫隙及其位置，停經(jīng)片模組采用與綜絲模組一樣的氣缸推出掛針加滾輪排出到導(dǎo)軌的方案，電控采用微電腦處理器控制DOC工作界面，穿綜工藝紋板在機(jī)器操作臺(tái)上現(xiàn)場(chǎng)輸入和編輯，也可以用軟驅(qū)拷貝用于其他機(jī)器。穿入速度后期達(dá)200根紗/min，產(chǎn)量可以達(dá)到40 000根紗/8 h，機(jī)器整體比較大，國內(nèi)大約有10臺(tái)，主要是臺(tái)資企業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移時(shí)搬過來的。

1994年，史陶比爾收購了Zellweger Luwa AG織造系統(tǒng)和制造工廠，并于1995年開發(fā)了專門用于處理長纖的Delta100（圖4），1997年開始銷售Delta110（圖5），這兩款機(jī)型的差別就是Delta110增加了停經(jīng)片模組。與Delta200相比，Delta110機(jī)器趨向于緊湊，基本沿用Delta200的技術(shù)，綜絲模組的綜絲分配進(jìn)入掛針采用電位檢測(cè)，停經(jīng)片模組改進(jìn)為由帶角度傳感器的伺服電機(jī)逐個(gè)分配穿完紗線的停經(jīng)片到停經(jīng)條排入位，然后由氣缸推動(dòng)打入相應(yīng)的停經(jīng)條，控制系統(tǒng)為微電腦DOC系統(tǒng)操作界面，有故障代碼顯示便于維護(hù)，采用大量的氣動(dòng)裝置、小型步進(jìn)電機(jī)和帶角度編碼器的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最快速度為140根紗/min，但是生產(chǎn)效率大大提高了，所以產(chǎn)量也能達(dá)到42 000根紗/8 h。

圖4 Delta100

圖5 Delta110

穿經(jīng)機(jī)真正被中國紡織廠引進(jìn)并投入使用是在2003年左右，高效的工作能力吸引了越來越多的色織面料廠家，由于棉類短纖工藝要求使用停經(jīng)片，基本上都引進(jìn)Delta110，而且色織經(jīng)軸穿綜前必須先分絞。

技術(shù)應(yīng)用到此時(shí)，機(jī)器的功能能滿足絕大部分綜框紡織廠的需求，如棉、毛服裝面料和床上用品面料，特別適合色織廠及玻璃纖維基布織造廠。機(jī)器具備雙經(jīng)自停檢測(cè)、紋板循環(huán)停車檢查等功能。

2007年開始，史陶比爾推出的Safir序列全新系列穿經(jīng)機(jī)（圖6），更加全面并細(xì)化了不同的使用環(huán)境功能。首先出來的S80填補(bǔ)了Delta系列沒有的兩個(gè)經(jīng)軸的兩個(gè)獨(dú)立紗片同時(shí)穿入一個(gè)織造工藝品種的功能要求，拓展了穿經(jīng)機(jī)的使用場(chǎng)景，特別是毛巾織機(jī)的織造前準(zhǔn)備。穿經(jīng)速度最快為160根紗/min，產(chǎn)量為4~5萬根/8 h。

壯藥戰(zhàn)骨總黃酮提取物經(jīng)皮給藥對(duì)大鼠/小鼠的抗炎、鎮(zhèn)痛作用研究 ……………………………………… 葉 勇等（15）：2090

圖6 Safir系列穿經(jīng)機(jī)

于2010年試用并于2012年正式推向市場(chǎng)的S30，特別針對(duì)化纖織造去掉了停經(jīng)片模組，將穿經(jīng)速度提到了200根紗/min，后期通過優(yōu)化控制軟件和改進(jìn)單元驅(qū)動(dòng)，將速度提到了230根紗/min，產(chǎn)量為7~8萬根/8 h。同時(shí)，基于操作方便和化纖織造的工藝特點(diǎn)，為減少使用場(chǎng)地和后續(xù)輔助配套設(shè)備的費(fèi)用投入，開創(chuàng)了固定紗架作為工作站，移動(dòng)機(jī)頭在兩個(gè)站點(diǎn)輪回穿入作業(yè)的設(shè)計(jì)大大方便了織造廠家的使用。2014年，根據(jù)這一理念開發(fā)了用于較簡單織造廠需要同時(shí)穿入停經(jīng)片的S40穿綜機(jī)。S30適用于O型綜絲，S40適用于C、J、O型綜絲。

2015年推出S60，使用功能是替代Delta110，Delta機(jī)型于2018年后期正式停產(chǎn)。

Safir系列穿經(jīng)機(jī)同樣也定義為四大功能模塊：紗線模組、綜絲模組、鋼筘模組、停經(jīng)片模組。紗線模組新開發(fā)了一種紗線處理方式：真空吸嘴取紗和光學(xué)相機(jī)監(jiān)測(cè)紗線，待穿入的紗線由位于兩個(gè)角度的相機(jī)檢測(cè)，通過軟件控制判斷該紗線是否符合該穿入位置的設(shè)定要求，大大拓展了各種紗線的使用環(huán)境，不僅監(jiān)測(cè)了雙紗問題，還可以根據(jù)紗線的粗細(xì)、顏色、捻向要求定義穿入要求，防止雙紗并消除穿經(jīng)圖案中重復(fù)出現(xiàn)的疵點(diǎn)，提高了織造前準(zhǔn)備工作的質(zhì)量。紗線模組還開發(fā)了雙層紗功能，使有兩種不同紗的經(jīng)軸不通過分絞處理也可以直接上機(jī)用吸嘴模組穿綜。綜絲模組和鋼筘模組沿用Delta技術(shù)，綜絲打入掛針，采用紅外線檢測(cè)技術(shù)，使塑料綜絲得以全面使用穿經(jīng)機(jī)，綜眼在紗線穿入位設(shè)置上下位置的光纖監(jiān)測(cè)，以保證紗鉤通過時(shí)不損壞綜眼。綜絲推出氣缸由原來的單個(gè)氣缸改進(jìn)為4個(gè)一組的連體，大大提高了易操作保養(yǎng)性。停經(jīng)片模組采用光纖監(jiān)測(cè)穿入位的正確性，保證所有動(dòng)作安全，采用雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)停經(jīng)片分配概念（主電機(jī)驅(qū)動(dòng)，副電機(jī)補(bǔ)償），由導(dǎo)輪檢測(cè)每一個(gè)停經(jīng)片的厚度是否符合要求，為后續(xù)的織造品質(zhì)提供保障。

電氣控制上：（1）采用Linux操作系統(tǒng)和人機(jī)界面的工控顯示屏、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（局域網(wǎng)，電腦連接），穿綜工藝紋板可以現(xiàn)場(chǎng)編制，也可以在電腦上用專用軟件編制，然后通過USB拷貝或網(wǎng)絡(luò)傳送，操作設(shè)計(jì)更加人性化，發(fā)生故障時(shí)操作屏顯示故障說明和指導(dǎo)措施，方便越來越復(fù)雜的工藝管理，提高了機(jī)器的工作效率。（2）分散控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)功能單元由獨(dú)立的模塊驅(qū)動(dòng)，所以沒有龐大的電控柜，相互控制由光纜傳輸控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)。

功能覆蓋了所有紡織需求，從棉、毛等短纖到各類化纖及真絲，經(jīng)紗規(guī)格為20~600 D或3~250 tex，綜框數(shù)量最多28片（S30為綜條16根），鋼筘密度為20~350齒/10 cm。能耗最大為1.5 kW，壓縮空氣為6 bar，1 000標(biāo)準(zhǔn)L/min。所以，目前穿綜機(jī)的最大能耗產(chǎn)生于壓縮空氣。

早年還有其他國外穿經(jīng)機(jī)，如GROZ-BECKETT的WarpMaster穿經(jīng)機(jī)，是通過單個(gè)紗筒供紗并將紗線穿過停經(jīng)片、綜絲和鋼筘，操作和設(shè)置非常方便。根據(jù)這種設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于經(jīng)軸的穿經(jīng)流程。但上機(jī)還是要在織機(jī)上通過結(jié)經(jīng)，理念類似的還有日本藤堂生產(chǎn)的穿經(jīng)機(jī)。這些穿經(jīng)機(jī)不是直接將經(jīng)軸穿好，整體操作降低了織造效率，并且限制了部分經(jīng)紗品種的適應(yīng)性，由于使用上的種種原因，使用廠家很少。

3 國內(nèi)穿經(jīng)機(jī)的開發(fā)

（1）永旭晟機(jī)電科技（常州）有限公司，2014年開始開發(fā)YXS-A型自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)，穿經(jīng)速度最快可達(dá)140根/min，可將經(jīng)紗一次性穿入停經(jīng)片、綜絲及鋼筘；機(jī)器和Staubli的Delta110完全一樣；面向棉紡廠推廣。

（2）阿歷達(dá)（常州）智能科技有限公司，2018年開始生產(chǎn)自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)，機(jī)器也幾乎和Delta110一樣。

（3）蘇州捷速爾紡織科技有限公司，根據(jù)Staubli S30機(jī)型生產(chǎn)穿經(jīng)機(jī)，2019年開始在長纖織造廠使用。

（4）深圳海弘裝備技術(shù)有限公司，2015年開始開發(fā)用于化纖織造的穿經(jīng)機(jī)，有HDS5800（12/8組綜條）和HDS6800（16組綜條）機(jī)型，機(jī)器結(jié)構(gòu)及操作和Staubli的S30一樣，速度最快為200（220）根紗/min，并在一些功能單元有自己的科技創(chuàng)新，如綜絲分離，更便于維護(hù)保養(yǎng)。但是其操作系統(tǒng)基于Windows系統(tǒng)，在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)意外故障，比如意外斷電，導(dǎo)致整個(gè)穿經(jīng)工序無法在重啟后繼續(xù)，只能重新穿經(jīng)。2019年開始開發(fā)有停經(jīng)片穿入功能的HDS8800機(jī)型，停經(jīng)片部分與Delta200類似，速度為16根紗/min。

4 后續(xù)的技術(shù)發(fā)展

自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)是一個(gè)集電腦程序控制、光學(xué)成像技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、步進(jìn)及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、光纖通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。缺點(diǎn)是易損件較多，特別是化纖原料，很多與紗接觸的零件易磨損、使用壽命短，所以維護(hù)要求及費(fèi)用較高，需要提高零件的耐用性。

由于織造工藝的復(fù)雜性和多變性，穿經(jīng)機(jī)的控制應(yīng)用軟件也在根據(jù)不同的需求不斷改進(jìn)?，F(xiàn)在，越來越多的工廠運(yùn)用ERP企業(yè)管理系統(tǒng)，所以需要工藝資料和穿經(jīng)機(jī)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，穿經(jīng)機(jī)要有這些數(shù)據(jù)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)共享功能，以大大減少中間管理人工，達(dá)到現(xiàn)代化高效生產(chǎn)管理的要求。目前，壓縮空氣是穿經(jīng)機(jī)最大的能耗來源，主要表現(xiàn)為壓縮空氣氣壓要求在6 bar以上，而一般噴氣織造車間只要求4 bar，并且噴水或箭桿織造廠為了穿經(jīng)機(jī)配備壓縮空氣站，所以后面的技術(shù)更新應(yīng)該是電機(jī)驅(qū)動(dòng)替代氣動(dòng)單元發(fā)展，可以取得較好的節(jié)能效果，而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)的速度、穩(wěn)定性以及使用壽命的表現(xiàn)比氣缸好得多，可以減少維修成本。