智能化高速喷气织机的设计

俞宝福 俞 凌 朱成龙 周 泓

（1．绍兴纺织机械集团有限公司，浙江 绍兴312065；2．绍兴市职教中心，浙江 绍兴312000；3．浙江大学仪器科学与工程学系，浙江 杭州310027）

0 引言

现代喷气织机具有速度快、自动化控制水平高、品种适应性强等优点，是纺织工业中最重要的设备之一。现介绍的喷气织机包括引纬机构、送经机构、开口机构、打纬机构、卷取机构、织边机构、经停机构和启制动机构等部件，采用嵌入式控制系统进行统一监测与控制，并通过织机内外网络接口功能，实现了喷气织机信息资源的共享与统一管理。

1 高速喷气织机的研发现状

经过十几年的不断改进，进入21世纪后，现代喷气织机已具有速度快、自动化控制水平高、品种适应性强等优点，成为无梭织机中发展最快的机型，并逐步替代传统的有梭织机。

喷气织机与其他织机一样，主要由开口机构、引纬机构、打纬机构、送经机构及卷取机构5个部分构成，所有机构和装置分别完成各自的工艺动作，相互协调配合使织机形成一个有机的整体，以完成织物的织造。喷气织机的最大特点是其引纬方式不同，将喷射压缩空气流作为引纬的柔性载体。目前，大多数喷气织机以主喷嘴喷射压缩空气，并以辅助喷嘴分组、顺序、定时喷射压缩空气来形成引纬气流场。通过对引纬气流场的研究进行合理的主喷嘴与辅助喷嘴的分组设计，以提高喷气织机运行速度，成为提升喷气织机质量的重要手段。

由于喷气织机具有高速、高效、高质的特点，国内纺织行业对其市场需求巨大。因此，开发具有自主知识产权、运行速度快、材料适应性广、具有网络扩展功能的智能化喷气织机产品，不仅能够提高纺织企业的竞争力，而且对国内喷气织机技术的研究具有重要的理论价值和现实意义，并将产生巨大的经济效益。

2 智能化高速喷气织机的设计方案

喷气织机的工作流程图如图1所示。

喷气织机包括引纬机构、送经机构、开口机构、打纬机构、卷取机构、织边机构、经停机构和启制动机构等部件，采用嵌入式控制系统进行统一监测与控制。

本智能化高速喷气织机的关键技术是高可靠性、智能化的电控系统，系统框图如图2所示。

图1 喷气织机工作流程图

图2 电控系统框图

采用基于ARM的嵌入式控制系统，首先通过对系统资源的分析为喷气织机各部件分配系统资源；然后为喷气织机自动控制的各种操作创建任务线程；通过传感器及摄像头采集的信号和图像，对喷气织机的工作情况进行实时监控。其次调用机器视觉相关技术算法对喷气织机生产作业进行智能检测；同时通过网络接口实现喷气织机信息资源的共享与统一管理。图3为基于ARM的核心处理器硬件系统资源配置，图4为基于ARM的控制系统应用软件系统架构。

图3 嵌入式控制系统硬件框图

图4 嵌入式控制系统软件框图

智能化织机控制系统具有以下功能：（1）实现多色任意选纬，使喷气织机具有更加广泛的通用性。根据纬纱种类的不同，启动时第一纬和正常运行时引纬系统的每路挡纱销、辅助主喷嘴、主喷嘴、剪切喷嘴及副喷嘴的工作时间均能单独设定，保证了织机的可靠启动，实现了不同种类、不同支数纬纱的多色稳定投纬，提高织物的质量，同时可节省织机的能量消耗。由投纬控制的操作界面可知，完善而直观的引纬监控手段使手动调整投纬角度有了更加可靠的参考。首先使所有电磁阀的工作区域均可在界面上实时直观地显示，同时配以纬纱飞行曲线，使引纬调整变得异常简单、方便；然后通过图示显示纬纱飞行状态是否稳定，引导正确的调整方向；最后实时显示纬纱释放、到达每组副喷嘴及纬纱完全到达的角度，实现纬纱飞行的数字化电子监控。（2）引纬参数自动设定系统。只需简单输入纬纱条件和引纬条件，系统即可自动设定引纬参数，提供可靠的参考数据，降低了引纬调整的难度。（3）自动补纬和手动换筒功能（相同品种和颜色纬纱的自动和手动替代功能）。可有效减少换筒和断头停机时间，提高织机运行效率，降低劳动强度。（4）双探纬装置，确保检测出纬纱失误。第一个探纬器检测纬纱是否到达织机右端，第二个探纬器检测纬纱是否断头，以防止织疵的出现。（5）自动对梭口功能。发生引纬失误时，织机在不引入下一根纬纱的状态下停止，进行自动反转，找出不良的梭口并停止。失误纬纱处理和再启动的操作非常容易，可以防止操作失误，并增加挡车工看车台数。（6）电子送经装置：该装置包括设置在张力辊处的测力传感器信号采集装置，信号检测精度可达0．03g，采用具有高精度、准确、反应迅速的交流伺服系统驱动送经装置，控制送经量，可随时保持均匀经纱张力，确保出色的织物产品质量。其次配备积极送经装置，对由于经纱的开口动作而产生的经纱长度变化，可以在开口时进行积极的补偿，有效稳定织口并保证打纬力度。同时配备了上机张力自动设定软件，通过操作盘输入经纱条件和织物组织，系统即可自动设定经纱上机张力。（7）电子卷取装置：采用交流伺服系统驱动卷取装置，通过电脑控制，使其与织机完全同步运转，控制打纬密度。打纬密度可在人机界面上进行设定，而不需要变换齿轮。同时通过与电子送经系统的联动操作，使上机工作更加容易进行。可根据不同的组织需要设定多个不同纬密，编排成一个织造程序，实现变纬密织造。（8）具有完善的防止停车档系统：该系统设置了电机启动方式的选择。选择三角形或星形启动方式可获得不同的启动转矩，以防止稀路和密路织疵。同时根据织物的不同品种和停车档的不同状态，可自由设定织机的停止及启动角度；根据织机停台时间和停台原因，在织机启动时，可自动调整织口至合适位置，进行高质量的织造。该系统也具备织口紧随功能，停车后立即向前移动织口，防止缓慢反转的钢筘接触织口，排除了诱发停车档的原因。再次启动时，自动调整织口以正常的位置开始打纬。

3 智能化高速喷气织机的设计特点及创新点

本智能化高速喷气织机具有以下设计特点：（1）建立了引纬气流场仿真模型，确定固定主喷、摆动主喷、辅助喷嘴与异形筘结合的引纬方式，保证引纬任务可靠完成。由气流喷射方式与气流引导方式来控制气流场截面积；合理分布喷射压力，以保证纬纱伸直与顺利引入；喷嘴分组、喷射定时、合理启闭喷嘴，在顺利完成引纬任务的前提下降低能耗。（2）研究了引纬控制主辅喷嘴喷射的电磁阀特性并进行智能化控制，保证高速引纬工作模式。通过研究控制主辅喷嘴定时喷射的电磁阀的高速响应特性和准确时间控制特性，设计电磁阀的智能化随动工作方式，实时采集织机运行速度从而实时调节电磁阀工作时间，确保阀动作时间可随织机转速的变动而自行调整。设计把高性能的电磁阀与主喷嘴直接连接在一起，以加快喷射空气的反应速度，不致产生不必要的残留压缩空气，减少和防止吹断纬纱。同时，缩短电磁阀至辅喷嘴间的距离，提高辅喷喷射反应速度。（3）研究开发了基于嵌入式系统的一体化控制系统，实现引纬、打纬、送经、卷取及参数设置的图形化控制功能。基于嵌入式处理器与实时操作系统设计开发图形化嵌入式控制系统，通过对系统资源的分析为喷气织机各部件分配系统资源；创建喷气织机自动控制的各种操作任务线程；通过多传感器采集信号，对喷气织机的工作情况进行实时监控。（4）研究开发了织机内外网络接口功能，实现喷气织机信息资源的共享与统一管理。通过局域网络接口，实现一个应用现场多台织机的联网工作，实现任务集中调度与网络下传以及多台织机的工作状况与故障信息上传；通过广域网络接口，实现织机生产厂家对应用于各个纺织企业的织机的远程维护。

本智能化高速喷气织机在设计方面具有以下创新点：（1）根据空气场理论进行喷嘴分组，组数与引纬色纱数相同，每组设置各自的固定主喷嘴、摆动主喷嘴和电子储纬器，并配置一个独立的高速电磁阀，采用随动方式控制喷嘴中某色主喷嘴的电磁阀及其储纬器进行喷射引纬，就可实现某色纬纱引进梭口。该方法可有效提高多色引纬过程中的运行速度，并实现系统节能。（2）提出张力控制自适应与反馈控制方法。通过对不同织物的判别，自动设置张力预定值；对双轴送经机构的张力差异进行实时检测，一旦检测到左右两侧存在差异，控制系统分别调整2个伺服电动机的速度，使两侧一致，实现张力的自动调节。（3）提出基于织机故障电子病历的诊断方法，对监测到的织机故障先在嵌入式病历数据库中进行匹配搜索，一旦发现同类故障首先进行提示以加快诊断过程。一旦故障定位处理完成，将故障信息与处理方法自动存储到电子病历中。（4）提出织机内外网络接口方式，织机不再是一个独立的工作单元，其可通过局域网络接口，实现一个应用现场多台织机的联网工作，实现任务集中调度与网络下传及多台织机的工作状况与故障信息上传；或可通过广域网络接口，实现织机生产厂家对应用于各个纺织企业的织机的远程维护。该方式在最大程度上实现了信息共享，可有效提升科学化管理水平。

4 结语

本智能化高速喷气织机已研发完成，并通过了专业权威机构测试，主要实现了织机转速可调，最大转速可达1 000r／min；可实现最多8色选色；采用主辅喷嘴与异型钢筘组合引纬方式，并采用电磁阀控制引纬与电控式储纬器；采用探纬器自动检测纬纱断头与经纱断头，自动实现停车。本智能化高速喷气织机功能与性能指标均达到了预期设计要求，本文介绍的技术方案对于织机设备的研发具有很好的借鉴意义。

［1］洪海沧．国产喷气织机技术选型的几个问题探析［J］．纺织导报，2008（7）：117～118

［2］洪海沧．近期国内织造技术的进步与发展方向［J］．纺织导报，2011（2）：44～49

［3］赵芳．喷气织机电气控制系统的相关技术研究［D］．浙江大学，2009

［4］何佳锋．喷气织机引纬控制系统的优化设计［D］．青岛大学，2013

［5］邓玉文．基于CAN总线和Web技术的智能喷气织机网络管控系统的研发［D］．青岛大学，2014

［6］谭保辉．喷气织机辅助喷嘴流场分析及结构参数优化［D］．苏州大学，2012

［7］袁曾燕．高速喷气织机定张力卷取机构优化及其改进设计［D］．苏州大学，2008