经编张力补偿装置对经纱张力的影响

张灵婕， 缪旭红， 蒋高明， 马丕波

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

经编张力补偿装置对经纱张力的影响

张灵婕， 缪旭红， 蒋高明， 马丕波

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

经纱张力影响经编生产顺利进行，为此，使用KARL MAYER的KS4EL型经编机进行实验。先对补偿装置的弹性元件进行弹性系数测试，然后分别选用张力补偿装置上的3组张力弹簧安装密度及张力弹簧规格，通过改变装置弹性系数进行经纱张力测试实验。分析实验结果可知，改变张力补偿装置的相关参数就可以改变张力补偿装置的弹性性能，进而调节补偿装置对经纱织造张力的补偿性能。研究结果表明，随着张力补偿装置弹性系数的增大，经纱动态张力最大值增大，最小值先增大后减小，平均值上升，变异系数增大，说明随着张力补偿装置弹性系数增大，其补偿效果下降。

经编； 经纱； 张力； 张力补偿装置

纱线张力是纺织生产中一项重要的参数，影响从纺纱到织造生产中的各个环节[1-2]。适度而稳定的纱线张力有助于生产的顺利进行并且能提高生产效率、稳定产品质量。在纺织生产过程中，如何控制纱线张力，稳定张力波动一直都是学者关注的重要课题[3-4]。查阅相关资料发现，有研究者已经对经纱消耗与张力之间的关系进行了研究，提出对张力补偿装置的要求及力学模型[5-6]；国外有学者[7-8]对经编纱线运动过程进行仿真，以经纱为主要对象进行张力的相关研究。国内也有学者[9-10]对张力补偿装置进行了动力学分析从而改善其性能。另外，就成圈运动[11]、生产工艺[12-13]等对经纱张力的影响也已做了相关研究。借助以往研究结论，目前对影响经纱张力的因素有了初步的判断，也对张力补偿装置的补偿机制[14]有了进一步了解，但以往的研究更多地停留在力学分析以及对经纱张力影响因素方面，本文希望通过实验改变经纱张力补偿装置的相关参数得到相应条件下经纱的织造张力，以此了解经编张力补偿装置对经纱张力的影响情况，从而有针对性地对张力补偿装置进行调整，满足不同种类的经纱需求，以减少织造中的断纱，并提高短纤纱在经编中的应用，推动经编产品的多元化发展。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

实验原料：采用3把梳进行编织，前2把梳采用73.8 dtex紧密赛络纺涤纶短纤纱(吴江鹰翔集团公司)，第3把梳采用55.5 dtex/24 f涤纶FDY丝。

实验仪器：KARL MAYER的KS4EL型经编机； 施密特接触式张力传感器；Hongnigmann DAQ型施密特分析仪； HCC Easy测试软件； 手持式电子称； 量尺。

1.2 实验方法

1.2.1 取样方法

本文主要研究不同张力补偿装置参数条件对经纱织造张力的影响。在其他工艺参数不变的情况下，改变张力补偿装置张力弹簧的安装密度以及张力弹簧的规格，分别选取机头、机中、机尾位置的1根纱线进行纱线张力测试。为保证实验数据可靠性，排除客观因素的影响，选取纱线时避开芝麻杆附近，并且尽量选择同一根纱线，待机器运行稳定后进行测试。

1.2.2 纱线织造张力测试

使用德国施密特SCHMIDT公司的在线电子式张力仪，三辊接触式测量，两侧为导向轮，中间为测量轮，纱线按要求方向绕在接触辊上，并配合Hongnigmann DAQ型施密特分析仪以及HCC Easy测试软件组成的测试系统进行实验。测试时数据采集频率为2 000 Hz，测试时间为1 min。

1.2.3 张力补偿装置弹性系数测试

为了对不同条件下张力补偿装置的补偿性能进行统一的比较，需要对张力补偿装置的弹性系数进行测定。

将1个张力弹簧按工作状态安装在机架上，测量初始状态张力弹簧的顶点高度，然后用手持电子称沿竖直方向拉动张力弹簧，记录质量与高度变化的对应数值，高度变化用△h表示。对张力弹簧相同变形情况下的质量进行测量，共测量10次取其平均值。

1.3 测试工艺参数

使用E28的KS4 EL型高速特里科经编机，用3把梳进行编织，考虑到采样的便利性，对GB1即前梳纱线进行采样，改变张力弹簧的安装密度以及张力弹簧规格进行实验，分别按相隔10、7、5个/m 3种情况安装，张力弹簧半径R分别按15.0、17.5、20.0 mm。其他参数设定为：机速600 r/min，机上纵密19横列/cm，组织结构GB1:1-0/1-2//、GB2:1-2/1-0//、GB3:1-0/0-1//。送经量GB1、GB2、GB3分别为1 420、1 400、1 200 mm/腊克。具体测试工艺参数见表1。

表1 测试工艺参数Tab.1 Test parameters

2 结果与讨论

2.1 弹性系数测量结果

测试张力补偿装置弹性系数，得到张力弹簧变形与所受质量之间的关系，结果如表2所示。

表2 张力弹簧所受质量与变形关系Tab.2 Relationship between weight of tension spring and deformation

根据重力公式G=mg(g=9.8 N/kg),将质量值转换成重力，得到张力弹簧变形与重力的对应关系，如图1所示。

从图1可看出张力弹簧的变形与所施加的重力呈明显的线性关系。当R=15.0 mm时，张力弹簧受力y与变形x之间的关系为y=1.481 9x-0.533 8;R=17.5 mm时，则y=3.356 5x-0.09 8;R=20.0 mm时，y=7.914 6x-0.177 5;据此可知，R=15.0 mm时，张力弹簧弹性系数k1=1.481 9；R=17.5 mm时，张力弹簧弹性系数k2=3.356 5；R=20.0 mm时，张力弹簧弹性系数k3=7.914 6。

张力弹簧半径R可以确定对应张力弹簧的弹性系数k，根据张力弹簧安装密度ρ(安装长度为1 m)可以计算出张力补偿装置的弹性系数：

K=(1/ρ)×k

根据表1设计的5次实验，对应的张力补偿装置弹性系数K见表3。

表3 测试工艺与其对应K值Tab.3 Testing technology and its corresponding K values

2.2 经纱张力测试结果

对织造过程中的经纱张力进行监测，并计算张力值的最大值、最小值、平均值以及变异系数，以此对张力补偿装置的补偿效果进行综合评价，结果见表4。张力补偿装置的补偿能力可以从经纱织造张力值的变化进行评价，张力过大则易发生断纱，而张力过小又易造成垫纱困难，形成疵点；另一方面可以从织造时经纱张力的波动来进行评判，张力波动过大易造成纱线疲劳，形成断纱。

表4 经纱织造张力值及变异系数随K值变化Tab.4 Warp knitting tension values and variation coefficient changing with K value

从表4可看出经纱织造张力最大值随着K值增大而增大，且增大幅度越来越大。这是由于当需纱量LX大于送纱量LS时，其差值△L需要依靠纱线本身弹性伸长L1以及张力补偿装置的变形L2来综合补偿。即：

△L=LX-LS=L1+L2

L1=F/μ

L2=F/K

F=μ△L/(1+μ/K)

式中：μ为纱线自身模量；F为纱线张力。

当K值增大，为实现△L的综合补偿量，F值增大，因此经纱张力随着K值增大呈上升趋势(由于纱线张力方向并不是完全垂直方向，存在一个角度，但其对于分析中趋势变化影响不大，故为简化分析在此忽略)。

表4显示经纱张力最小值随着K值增大先略有上升，再下降。根据振动原理可知，弹性元件的补偿运动与经纱织造张力间存在一定的滞后现象[13]。这是因为张力杆发生摆动，其弹性系统振动导致不能与经纱织造张力同步变化，而滞后的程度与弹性元件的转动惯量及外力作用频率等因素有关。K值一开始增大，经纱张力依然符合F=μ△L/(1+μ/K),因而随着K值增大而增大；当K值增大到一定程度时，张力补偿装置的补偿比例减小，主要依靠纱线自身弹性伸长实现△L补偿。因此时需纱量LX与送纱量LS的差值△L较小，张力补偿装置补偿所占比例的下降对经纱织造张力的影响很小，反而因其K值的增大，削减了张力补偿装置本身弹性振动而导致的滞后程度，使此刻的经纱织造张力呈现下降趋势。

经纱织造张力的平均值随K值增大而增大，一定程度上反映了张力补偿装置对整个成圈周期的补偿能力，其与K值存在明显的线性关系F均=0.085 3K+1.360 9(R2=0.987 7)。说明随着张力补偿装置的弹性系数增大，其对经纱织造张力的补偿能力下降。经纱织造张力的最大值和最小值的变化同样也验证了这个结论。

经纱织造张力的变异系数反映了成圈周期内经纱张力的波动程度。从图2可看出，其值随K值增大而增大。这是因为随着K值的增大，张力补偿装置的模量增大，装置形变的补偿量L2占△L的比例下降，从而削弱了张力装置“削峰补谷”的补偿能力，使经纱织造张力两极化增大，造成波动性增强，因此，张力补偿装置的补偿能力随着其K值的增大而降低。

但张力补偿装置K值不是越小越好。K值过低，张力补偿装置的模量过小，弹性过大，具有共振频率低的特征[13]，一方面可能造成经纱张力在△L值较小时，张力装置的回弹力过低不足以使经纱顺利实现垫纱成圈等过程，造成织疵甚至断纱；另一方面，过小的模量会因其本身的弹性振动无法及时与经纱张力变化同步，使滞后现象加剧，造成张力波动加剧。由此，为了提高装置的共振频率，必须减小系统的惯性并且增加模量，显然K值并非越小越好，因此，合理选择张力补偿装置的K值对其补偿能力十分重要，K值的选取要根据所用原料、织造工艺等综合考虑，以实现最佳的补偿性能。

3 结 论

张力补偿装置使用的张力弹簧的弹性系数与其半径尺寸有关，半径越大，弹性系数越大。实验测得半径分别为15.0、17.5、20.0 mm张力弹簧的弹性系数分别为1.481 9、3.356 5、7.914 6。

张力补偿装置弹性系数增大，张力值开始呈上升趋势，张力补偿装置因弹性振动存在补偿滞后性，弹性系数增大到一定程度，补偿装置在纱线小张力状态下滞后性下降反而使张力下降，整体上显示经纱动态张力平均值上升，张力两极化加剧，张力补偿装置的补偿性能下降。

经纱动态张力的变异系数随弹性系数增大而增大，即经纱动态张力的波动性加剧，不利于顺利织造，张力补偿装置的补偿性能下降。

张力补偿装置弹性系数值不是越小越好，其值过小，共振频率过低，导致滞后现象加剧，造成张力波动加剧，补偿性能反而下降，因此要根据原料、工艺等合理选择弹性系数值，以实现最佳的张力补偿性能。

FZXB

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Influence of warp knitting tension compensation device on warp tension

ZHANG Lingjie， MIAO Xuhong， JIANG Gaoming, MA Pibo

(Engineering Research Center for Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University,Wuxi, Jiangsu 214122, China)

Based on the significant influence of warp tension on warp knitting production, the KARL MAYER KS4EL type warp knitting machine was used to carry out the experiments. Firstly, the elasticity coefficient of elastic element for the compensation device was tested, and then three groups of tension spring installation density and tension spring specifications were selected, the warp tension test experiments were carried out by changing the elastic coefficient. The experiment data analysis shows that by changing the tension compensation device related parameters, the elastic properties of compensation device could be changed, which can adjust the compensation on warp knitting tension. The results show that the maximum dynamic tension of warp increases with the elasticity coefficient of tension compensation device, and the minimum value first increases then decreases. The average dynamic tension of warp rises, and the variation coefficient increases. This indicates that with the elastic coefficient increase of tension compensation device, the compensation effects decreases.

warp knitting； warp； tension； tension compensation device

10.13475/j.fzxb.20151204705

2015-12-31

2016-08-09

中央高校基本科研业务费专项资金项目(JUSRP5140A); 江苏省自然科学基金项目(BK20140161);江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2015019-20)；江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2015019-01)

张灵婕(1992—)，女，硕士生。研究方向为纺织材料与纺织品设计。缪旭红，通信作者，E-mail:miaoxuhong@163.com。

TS 184

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