一種自動穿經機中停經片的處理優化研究

徐釗釗， 林富生， 黃豐毅， 胡學濤， 宋志峰， 劉泠杉， 龔小舟

（武漢紡織大學， 三維紡織湖北省工程研究中心， 湖北 武漢430200）

0 引言

隨著自動絡筒機、 整經機等織造關鍵技術的不斷進步，紡織行業的自動化程度也在不斷提高。穿經是織造過程中的準備工序，一直以來穿綜、穿筘都是由人工完成，速度慢、生產效率低、用工多、質量差，而且人工勞動強度大， 特別是穿經速度方面早已不能滿足現代織機的生產需求。 而自動穿經機作為一種新型的自動化程度較高的穿經設備，進一步改進了穿經速度和穿經質量，因此近幾年已經逐步應用于實際生產[1]。國內的自動穿經機市場廣闊，目前主要被國外的史陶比爾等公司壟斷。由于國外的穿經機價格昂貴，只有少數的紡織企業有實力購買[2]。 國產的穿經機價格相對便宜但穿經效果卻不夠好， 市場占有率不高。 因此，進一步發展自動穿經機將有利于解放勞動力，打破國外技術壟斷，提高工廠的生產效率。

自動穿經機有多道工序，主要包括分紗模塊，分停經片模塊，分綜絲模塊，穿筘模塊以及勾線裝置，通過各個模塊的配合運動，使紗線、停經片孔、綜絲眼以及筘隙在一條直線上，勾針伸出一次將經線拉過完成穿經過程[3]。本文針對現有自動穿經機中停經片存在卡頓和掉落的問題進行研究， 采用針型氣缸連接真空吸盤配合氣滑環的方式，對停經片進行處理，解決此類問題并能夠穩定可靠運行。

1 穿經機停經片的處理工藝及一般方法

1.1 停經片處理工藝

穿經工藝的經線來自于經軸， 每根經軸上有著許多經線，每根經線都需要穿過一個停經片孔。 停經片懸掛在掛梁上稱為停經片庫，停經片庫上存放待穿的停經片，每次穿經需要從中取出一片， 要求穩定準確的分離單個停經片。 停經片的處理有準備位置、取停經片位置、穿停經片位置、 排停經片位置等四個工位。 這是一個循環的過程，需要有相對應的運送裝置。停經片的處理難度在于停經片厚度較小只有0.1mm， 而每次只能從停經片庫中取出一個停經片， 沒有分出或者分出多個停經片都會導致穿經機停機。第二個問題在于變向的問題，因為停經片的孔要正對勾針才能順利完成穿經， 所以從停經片庫中分離的停經片需要旋轉90°，完成穿經后再旋轉90°排出。

圖1 分離停經片

1.2 現有分離停經片的方法

（1）電磁分離停經片：這是一種常見于半自動穿經機的分停經片方式，利用停經片由不銹鋼制作而成的屬性，采用電磁鐵吸取停經片來達到分離的目的。操作方法為使電磁鐵靠近停經片庫，通電吸取停經片后，傳送桿將停經片送到下個工序。由于停經片庫上的停經片緊挨在一起，當電磁鐵磁力較強時，會吸取多片停經片，而當電磁鐵磁力較弱時又會出現吸取不到停經片的現象，并且在運送的過程中停經片可能會脫落。 因此，分離效果不佳，分離出錯情況較多。

（2）分離刀分離停經片：采用特制的鋸齒狀分離刀，鋸齒的間距與停經片的厚度有關， 鋸齒狀的分離刀通過機構運動撥出停經片[4]。這種方式較電磁分離方式要穩定一些，可以快速分離單個停經片，但其結構非常復雜，傳動機構過多。因為機械式分離停經片，對停經片有一定的損傷，偶爾會出現卡停經片或者停經片掉落的情況。在自動穿經機上應用時出錯會導致停機，降低產能，不能與自動穿經機很好的適配。

圖2 停經片變向

（3） 真空吸盤分離： 真空吸盤的工作方式是負壓吸引，當吸盤貼近停經片時，吸盤會吸附停經片庫最外面的停經片[5]。 吸盤吸力大小與氣壓有關，當負壓大時吸力就大，對于停經片這種小型物體可保證穩定吸附不掉落，也不存在卡停經片的問題。同時，吸盤每次只會吸附最外面的一個停經片，不會出現吸取多片的現象，保證了分離的準確性。

從三種方法上分析， 真空吸盤既保證了停經片分離的準確性，又保證了穩定性。 同時，使用真空吸盤在停經片運送時可以保證其不會掉落， 減少了傳送時的夾持裝置，取、排停經片都很實用，效果比較理想。

2 真空吸盤分離方式介紹

2.1 分離方式

由于停經片緊挨著掛在掛梁上，每次需從中取出一片停經片，而停經片表面平整且整體輕便采用吸盤的方式吸取，可保證每次只吸出最外的一片停經片。 吸盤可牢牢吸附停經片在傳送時不會脫落， 結構也十分簡單，效果較好。 真空吸盤裝置包括電磁閥，真空發生器和吸盤組成。 電磁閥通電，真空吸盤產生真空氣壓，吸盤中帶有負壓， 吸盤靠近停經片庫時可吸取最外的停經片，對下一個停經片不會有任何影響。 可很好的解決停經片分離問題。

圖3 吸盤裝置

圖4 穿停經片裝置

2.2 傳送裝置

本裝置有四個工位，分別為準備位、分離位、穿經位和排出位。 在準備位置吸盤沒有吸附停經片。 在分離位置，針型氣缸伸出，吸盤吸取停經片，針型氣缸縮回。在穿經位置，勾針從停經片孔穿過勾取經線。在排出位置將停經片排出。由于采用了氣缸和吸盤等氣動元件，而且在停經片三個工位循環動作， 在轉變工位時會導致氣管纏繞的問題， 這里使用氣滑環元件。 氣滑環分為定子和轉子兩部分， 定子和轉子有一一對應等數量的氣管接頭。 在轉子旋轉時， 對應的氣管接頭氣路始終聯通。 因此，氣滑環可解決氣管纏繞的問題。

圖5 穿停經片裝置圖

圖6 停經片工位圖

3 自動控制系統設計

自動穿經機的優點在于提高了穿經的效率， 解放生產力。不僅在機械結構上進行優化，在控制程序上也需要盡可能優化，與機械配合提高工作效率，使整體運行更加流暢，穩定和高效。

3.1 控制對象

自動穿經機模塊控制對象包括：

（1）四個取停經片氣缸。 為了穩定高效，盡可能讓停經片庫靠近氣滑環部分。選用針型氣缸，動作快，效率高。四個氣缸分別取名1，2，3，4。 當1 號氣缸伸出取停經片時，2 至4 號是縮回狀態，取完后1 號縮回。當1 號運動到工位2 時，4 號氣缸伸出取停經片，然后縮回。當1 號運動到工位3 時，3 號氣缸伸出取停經片，然后縮回。當1 號運動到工位4 時，4 號氣缸伸出取停經片， 然后縮回。 在穿當前停經片時下一個停經片已準備就緒。

（2）四個真空吸盤。 當真空吸盤隨著氣缸伸出時，吸盤吸住停經片。 在1 號工位吸取，在2 號工位完成穿經，在3 號工位真空吸盤斷氣， 停經片排出進入下個處理階段，在工位4 進入準備階段。

（3）伺服電機。伺服電機通過聯軸器連接氣滑環轉子，伺服電機運動帶動轉子每次旋轉90°改變工位。 每個工位設有傳感器。 當工位到達時傳感器發出信號，電機停止。

3.2 控制流程

控制系統的CPU 選用西門子S7-200PLC。 西門子PLC 既支持橫向編程又支持縱向編程， 可在子程序中使用中間變量， 對編程有很大的幫助。 采用梯形圖語言編程，對氣缸，吸盤和伺服進行控制。在1 號工位，對應位置的氣缸伸出，氣缸軸端部連接的吸盤吸取停經片，然后氣缸縮回。 在2 號工位，氣桿保持縮回狀態，吸盤繼續吸住停經片，勾針在這個位置勾取經線。 在3 號工位，氣桿保持縮回狀態，吸盤停止吸氣，停經片排出。 在四號工位進入準備階段，氣桿保持縮回狀態，吸盤停止吸氣。 當穿經完成后，伺服電機旋轉90°，氣缸對應的工位發生改變，氣缸和繼續執行對應工位的動作。 整個穿停經片模塊取、穿、排動作可以在同一時間完成，保持較高的效率工作。

4 結論

本文對自動穿經機停經片的處理工藝、控制對象、實現方法以及控制系統介紹。采用吸盤分離停經片方法，對整個停經片模塊的分、穿、排停經片提出了解決方案。 解決了停經片分離出錯的問題。整個穿停經片模塊流暢、高效，有利于提高自動穿經機的整體運行效率，有望促進自動穿經機的發展。