雙針床經(jīng)編機間隔距離對紗線需求量的影響分析

徐云龍， 夏風(fēng)林

(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)編織造加工過程中的紗線張力控制尤為重要，張力過大易造成斷紗問題，嚴重時還會損傷織針，張力過小則無法正常墊紗和成圈[1]。為保證生產(chǎn)出質(zhì)地均勻、平滑的經(jīng)編面料，必須把紗線張力波動控制在規(guī)定的范圍內(nèi)[2]。經(jīng)編紗線張力產(chǎn)生波動的根本原因在于瞬時需紗量與送經(jīng)量之間的差值[3]。單個橫列內(nèi)的送紗均勻，但需紗不均，送紗量和實際需紗量之間會存在一定的差值，因此，導(dǎo)致實際生產(chǎn)中出現(xiàn)紗線張力不穩(wěn)定的問題[4-5]。

為控制紗線張力的波動，應(yīng)先研究紗線需求及其消耗規(guī)律。在成圈過程中，導(dǎo)紗針與織針的相對距離瞬息萬變[6-7]，導(dǎo)致成圈區(qū)域的需紗量急劇變化，而送經(jīng)量并不能和紗線的瞬時需求量實時吻合，因此，還需要張力補償裝置對缺失和多余的紗線進行調(diào)節(jié)。當需紗量大于送經(jīng)量時，張力補償裝置應(yīng)迅速通過改變位移來補償缺少的送經(jīng)量；當需紗量小于送經(jīng)量時，紗線余量也應(yīng)該及時被拉出，這樣才能減小紗線張力的波動[8]。

雙針床經(jīng)編機可生產(chǎn)不同厚度的間隔織物，其柵狀脫圈板的間隔距離(以下簡稱為“間隔距離”)往往不同[9]。當間隔距離較大時，其梳櫛擺幅也會相應(yīng)增加，這將增大成圈過程中紗線需求量的波動，并在很大程度上加劇紗線張力的波動，因此，間隔距離和梳櫛擺幅對雙針床經(jīng)編機的紗線穩(wěn)定具有很大的影響。目前國內(nèi)外學(xué)者對雙針床經(jīng)編機間隔距離與需紗量及紗線張力關(guān)系的研究較少，本文將雙針床經(jīng)編機間隔距離和梳櫛擺幅作為結(jié)構(gòu)變量，分析不同隔距的雙針床經(jīng)編機對紗線需求的影響，建立雙針床經(jīng)編機需紗波動量與間隔距離的數(shù)學(xué)模型，并提出應(yīng)對張力波動問題的方案。

1 實驗部分

1.1 設(shè)備與儀器

實驗測試平臺為德國卡爾邁耶RD6N E22型雙針床經(jīng)編機，機器幅寬為136 cm，脫圈板隔距為3 mm；以線密度為20 tex(36 f)陽離子滌綸紗作間隔紗線，墊紗工藝為1-0-1-0//；測試儀器為KEYENCE VW-6000型動態(tài)分析三維顯微系統(tǒng)(以下簡稱為“顯微系統(tǒng)”)，包括微距變焦鏡頭、鏡頭支架、動態(tài)三維分析儀和顯微系列軟件。

1.2 測試方法

測試時，將顯微系統(tǒng)各部分連接完畢，將鏡頭固定在機器尾部與織針處于同一高度。打開顯微系統(tǒng)進入“easy recording”界面并調(diào)焦，使成圈區(qū)域在視頻面板正中，同時使機器處于主軸0°。點擊顯微系統(tǒng)界面的“Rec Start”開始記錄，同時慢車運行雙針床經(jīng)編機。待機器主軸轉(zhuǎn)到360°時點擊記錄界面的“Stop”停止記錄。然后打開記錄視頻，使用動態(tài)分析功能追蹤織針和導(dǎo)紗針的位移，最后導(dǎo)出位移數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 織針位移曲線及模型建立

圖1示出成圈機件位移曲線，根據(jù)捕捉到的動畫和位移量繪出成圈機件運動模型，如圖2所示。坐標系中，以前后織針最低時針孔連線的中心為原點，垂直于針床的水平方向為x軸，平行于針床的方向為y軸，以原點的豎直方向為z軸，z軸以前后織針最低位移為O點。圖2(a)為全部梳櫛擺過織針時的最小安全擺幅；圖2(b)為在滿足工藝要求及織造前提下的最小安全擺幅。

圖1 成圈機件位移曲線Fig.1 Displacement curve of loop-forming parts

J—導(dǎo)紗針寬； j—梳櫛間隙； I—織針寬； i—擺出間隙； g—間隔距離； f—導(dǎo)紗針擺幅。圖2 機件運動示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement of parts. (a) All crossed knitting needle;(b) Partly crossed knitting needle

2.2 間隔距離對梳櫛擺幅的影響

編織經(jīng)編間隔織物時，采用GB1、GB2、GB5和GB6形成織物的兩表面層，GB3和GB4形成間隔層。實際生產(chǎn)中為減小擺幅造成的不良影響，編織前(后)表層的最外側(cè)導(dǎo)紗針可不必擺過后(前)針床的織針。當梳櫛數(shù)量為n時，圖2(a)梳櫛的擺幅見式(1)，圖2(b)梳櫛的擺幅見式(2)。

f=g+2I+2i+nJ+(n-1)j

(1)

f=g+2I+2i+(n-2)J+(n-3)j

(2)

式中：f為擺幅，mm；g為間隔距離，mm；I為織針寬，mm；i為擺出間隙[10]，mm；J為導(dǎo)紗針寬，mm；j為梳櫛間隙，mm。

以圖2(b)方式為例，討論梳櫛擺幅與間隔距離的配置關(guān)系。在該雙針床經(jīng)編機上，J為2.2 mm；j為1.5 mm；I為2.1 mm；i為3.0 mm。由于本文實驗機型的梳櫛數(shù)為6，則擺幅計算公式為

f=g+23.5

(3)

本文機型g為3.0 mm，f為26.5 mm。由于測試機型的梳櫛擺幅未必最小，因此，后文擺幅數(shù)值參照式(2)進行計算。

2.3 間隔距離對需紗波動的影響

從圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，前后針床的成圈過程相同、動作對稱，因此，只在0°～180°范圍內(nèi)討論間隔距離對需紗量的影響。由導(dǎo)紗針的運動規(guī)律可知，前針床成圈過程中導(dǎo)紗針擺向機后2次，擺向機前1次。這3次往復(fù)擺動一共包括6個分解動作，如表1所示。間隔層的成圈過程如圖3所示，圖中導(dǎo)紗針a距脫圈板19.0 mm，間隔距離為3.0 mm，梳櫛擺幅為26.5 mm，需紗量為導(dǎo)紗針紗線握持點a至舊線圈上紗線的連接點c之間的紗線量。

表1 前針床成圈分解動作及相關(guān)特征Tab.1 Knitting action of front needle bed and related feature

a—導(dǎo)紗針針孔坐標；b—前織針針頭坐標；c—后針床舊線圈坐標。圖3 間隔層成圈需紗圖Fig.3 Yarn demand of spacer layer

主軸位于0°時導(dǎo)紗針位于原點上方，織針處于最低位置狀態(tài)，如圖3(a)所示。導(dǎo)紗針擺動近似水平運動，a點坐標為(0，0，19)，此時成圈區(qū)域的需紗量為Lac，在直角△aoc中計算Lac為19.05 mm(后文的需紗量均以該基準位置時的19.05 mm為初始值進行分析)。

0°～30°成圈過程中，導(dǎo)紗針從原點上方向機后擺動，主軸位于30°時到達機后極限位置，前織針開始上升，但未達到最高狀態(tài)，如圖3(b)所示。此時導(dǎo)紗針紗線握持點a，與后針床舊線圈上紗線的連接點c的相對距離不隨柵狀脫圈板隔距變化而變化，可計算得需紗量Lac為22.3 mm。

30°～60°成圈過程中，織針從機后極限位置向前擺動，主軸位于60°時導(dǎo)紗針位于原點上方，前織針上升到最高位置，如圖3(c)所示。此時需紗量Lac為19.05 mm，a點坐標為(0，0，19)。

60°～90°成圈過程中，前織針從原點上方向機前擺動，主軸位于90°時織針達到機前極限位置，如圖3(d)所示。此時需紗量Lac為24.0 mm。

織針墊紗時，織針上升到最高位置，其針孔和導(dǎo)紗針針孔處于同一水平線。圖3(d)處梳櫛橫移，當橫移針數(shù)為1時，紗線在織針處僅輕微彎曲，并沒有明顯的轉(zhuǎn)向。主軸角度在110°位置時，導(dǎo)紗針與織針平齊，其針孔恰好對應(yīng)織針針孔，織針墊紗時紗線落在針鉤處，此時可視織針針孔為墊紗點，如圖3(e)所示。

在120°時導(dǎo)紗針擺到原點上方，織針墊紗結(jié)束，如圖3(f)所示。根據(jù)織針位移曲線可知，主軸位于120°時織針距脫圈板仍為19.0 mm，則此時需紗量為Labc，計算為20.73 mm。

120°～150°成圈過程中，前織針開始成圈，導(dǎo)紗針繼續(xù)后擺，主軸位于150°時到達機后極限位置，如圖3(g)所示。根據(jù)位移曲線，主軸位于120°之前織針沒有下降，主軸位于150°時織針下降約5.0 mm。此時需紗量Labc為30.57 mm。

150°～180°成圈過程如圖3(h)所示。主軸位于180°時前織針完成成圈并下降到最低形成1個線圈，舊線圈握持點c′到針鉤b的距離Lbc′為 2.0 mm，則線圈的紗線量為4.0 mm，此時需紗量為Lac′c加上舊線圈紗線量，即26.0 mm。

由于后針床的成圈動作與前針床對稱，成圈過程和前針床相同，所以二者需紗量的波動趨勢一致，因此，通過以上方法可得到后針床的需紗量。同理，當間隔距離分別為6、9、12、15 mm時，也可得出相應(yīng)的需紗量。表2示出5種隔距(3、6、9、12、15 mm)典型位置間隔層的需紗量，分別為L1、L2、L3、L4、L5。

分析圖3和表2的需紗量可見，梳櫛在1個成圈過程中做3次往返擺動，但每次擺動引起需紗量的波動都不同。其中前針床在圖3(e)～(g)過程中

表2 不同隔距典型位置的需紗量Tab.2 Requirement of yarn in typical position of different spacing

會出現(xiàn)需紗量波動的最大值，這里稱為最大波動量。前針床最大波動量是主軸位于150°與120°時的需紗量之差，而后針床最大波動量則為主軸位于330°與300°時需紗量的差值，且前、后針床最大波動量相等。根據(jù)以上分析得出，5組需紗量波動的最大值分別為9.85、11.40、13.10、14.73、16.56 mm，趨勢如圖4所示。成圈區(qū)域最大波動量與間隔距離的函數(shù)關(guān)系為

S1=0.55g+8.199

(4)

式中，S1為導(dǎo)紗針與舊線圈的最大波動量，mm。

圖4 成圈區(qū)域最大需紗波動量Fig.4 Maximum fluctuation of yarn demand in loop-forming region

在適當?shù)尼槾哺艟喾秶鷥?nèi)，根據(jù)式(4)可求出其他不同間隔距離雙針床的最大波動量。

2.4 梳櫛擺動對需紗波動的影響

間隔層需紗量的波動受到導(dǎo)紗針與舊線圈距離的影響，還可受到分紗筘與張力桿間距的影響。圖5示出梳櫛分紗筘與張力桿間紗線長度的關(guān)系。可知，假設(shè)c點固定，梳櫛擺幅為f，梳櫛擺動時只有bc線段發(fā)生變化，這段長度的變化可反映部分需紗量的變化，因此，除成圈區(qū)域外，線段bc的變化也是造成需紗量波動的重要因素。在圖5(b)中，b點是梳櫛在針床中間時分紗筘的位置，可以看作固定點，b1和b2分別是梳櫛向后和向前擺動時分紗筘的位置。線段bd和bc的夾角近似為120°。當導(dǎo)紗針從a1擺到a2，分紗筘從b1擺到b2，擺弧a1a2、b1b2可近似看作直線，b為b1b2的中點。由幾何定理得

(5)

a—導(dǎo)紗針坐標；b—分紗筘坐標；c—張力桿坐標；d—梳櫛擺軸坐標。圖5 梳櫛擺動與經(jīng)紗線路Fig.5 Guide-bar swing and path of yarn. (a) Yarn path;(b) Yarn path with guide-bar swinging

S2=0.6g+14

(6)

式中，S2為經(jīng)軸與導(dǎo)紗針間的最大波動量，mm。

3 紗線波動量的補償

由以上分析可知：主軸位于150°和330°時，成圈區(qū)域需紗波動量均達到最大值S1。分析圖5可得，梳櫛從O點上方擺到機后極限位置(150°)過程中，線段bc增加S2/2；梳櫛從O點上方擺到機前極限位置(330°)過程中，線段bc減小S2/2。綜上可得，總體波動量在主軸位于150°時為S1與S2/2之和，在主軸位于330°時為S1與S2/2之差。式(7)為機器總體需紗量的最大波動量與間隔距離的函數(shù)關(guān)系，不同隔距的總體最大波動量如圖6所示。

(7)

式中,S為機器總體的最大波動量，mm。

圖6 整體需紗波動量Fig.6 Overall fluctuation demand of yarn demand

送經(jīng)量是根據(jù)工藝計算和生產(chǎn)調(diào)節(jié)總結(jié)出來的相對理想的紗線喂送量，其實質(zhì)是紗線的實際消耗量。在1個編織橫列內(nèi)，送經(jīng)量和平均需紗量相等，但與瞬時需紗量具有實時變動的差值，也正是由于這個差值導(dǎo)致了紗線張力的波動，是自身位移量的2倍，因此，減小張力波動的本質(zhì)就是調(diào)節(jié)送紗量與需紗量的差值。當瞬時需紗量大于送經(jīng)量時，紗線暫時出現(xiàn)不足，此時需要利用張力桿的位移來補償缺失的紗線量；瞬時需紗量小于送經(jīng)量時，張力桿必須能夠及時拉出多余的紗線，以保證紗線量和需紗量的一致，因此，當隔距較大時，要求張力桿具備較大的補償能力。普通彈簧片張力桿的補償范圍較小，體積較大，只適合于單針床或隔距較小的雙針床經(jīng)編機。圖7示出活動桿式張力桿模型，其原理基于整經(jīng)機張力裝置和張力盤[11]。

圖7 活動桿張力桿及其補償原理Fig.7 Tension rod of spring piece(a) and principle of compensation (b)

相比于普通彈簧片張力桿，活動桿式張力桿具有體積小、補償范圍大的優(yōu)勢。由圖7(b)可知，假設(shè)圖7(b)左側(cè)導(dǎo)紗桿與紗線相對靜止，當活動桿向上移動的距離為L時，其兩側(cè)紗線長度的減小量約為L，則右側(cè)紗線拉動的距離約為2L，即該裝置可以補償約2L的紗線量，因此，活動桿式張力桿能夠滿足需紗量和紗線張力波動較大的機型紗線補償?shù)囊蟆?/p>

4 結(jié) 論

通過對柵狀脫圈板間距和需紗量波動的分析研究，得出以下結(jié)論。

1)根據(jù)導(dǎo)紗針的位移曲線建立梳櫛擺動的幾何模型，并通過計算推導(dǎo)出雙針床經(jīng)編機梳櫛擺幅計算公式，得出擺幅大小與經(jīng)編機梳櫛數(shù)和間隔距離有關(guān)。

2)根據(jù)幾何模型和位移數(shù)據(jù)計算出雙針床成圈機件不同運動狀態(tài)的需紗量，得出成圈區(qū)域和機器整體的需紗波動量與間隔距離的數(shù)學(xué)模型。充分證明了機器最大需紗波動量和柵狀脫圈板間距具有良好的線性關(guān)系。

3)針對大隔距雙針床間隔層需紗波動造成的不良問題，提出了一種活動桿式張力桿，該裝置的補償范圍是自身位移量的2倍，可有效減少紗線張力波動的問題。

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