在高性能经编机上加工低弹纱线

C. Franz， G. Hoffmann， C. Cherif

德累斯顿工业大学 纺织机械和高性能材料技术研究所(德国)

经编技术能够生产高质量的纺织品。然而，要提高和推进经编机的生产速度还需进一步的研发。德累斯顿工业大学纺织机械和高性能材料技术研究所(ITM)正在研究一种具有成本效益的纱线长度主动驱动补偿系统的解决方案。

在纺织行业的纱线加工中，以极高质量和性能及附加功能为特点的尖端纺织品的开发和生产技术不断增强，这要求所用纱线材料的性能具有更广泛的适用范围。低弹纱材料如短纤维或高强力纱线的加工具有挑战性，尤其是在高速生产条件下，需对纺织机的导纱机件进行具体调整和进一步研发。在特里科经编机上编织高性能经编织物时，只有准确理解线圈成型过程及其与编织机部件的相互作用和依赖关系，才能完成经编任务。由于特里科经编机针织线圈成型过程非常复杂，这是一个相当大的挑战。在经编机上，经纱连续供给编织区域的织针，被编织成型的经编织物不断地脱圈。在针织过程中，为防止因纱线消耗不连续导致不同的纱线长度，必须使用纱线张力补偿器来均衡。但在目前使用的送经系统中，随着机器转速的增加，激振发生在其固有频率范围内，易导致过度振动和相位位移。其结果是，纱线长度差异的精确补偿不再可行，这可能导致低弹纱材料加工期间的定位错误或纱线断裂，使经编机上的低弹纱的加工速度非常有限。为此，在德国联邦工业合作研究会(AiF)资助下，ITM开展相关研究，精确分析特里科经编机上的线圈形成过程，开发高度动态主动驱动解决方案，用以准确补偿纱线长度差异。

1 线圈形成过程分析

ITM使用一台幅宽为2.36 m(93 in)、机号为20针、3梳栉的、最高机速为3 000 r/min的特里科经编机分析线圈的形成过程。如图1所示，此经编机上纱线通过导纱器、纱线梳栉和纱线张力补偿器2从经轴1进入到编织点，经由导纱梳栉3、沉降片4、闭口针5和织针6形成线圈并串套在一起。由卷取辊7从机器上移除所生产的针织物，并储存在卷布轴上。研究团队对其进行综合分析，利用机器主轴上的转角传感器、高动态纱线张力传感器对编织过程中的纱线张力进行测定，并采用激光三角仪记录纱线张力补偿器的运动。结果表明，在机器转速为2 400 r/min时，纱线张力提高了35%，张力补偿器的运动增加了50%，这导致低弹纱加工期间的不稳定性。此外，通过高速照相机记录和评价编织机的运动。将位移测量标记贴附在编织机件上，在不同的速度(25、 100、 500、 1 000和2 000 r/min)下，通过2台摄像机进行光学记录，并使用动态三维分析软件进行评价(图2)。由此可非常精确地描述机件运动路径，并确定在线圈成型过程中的影响因素。

图1 特里科经编机上的纱线路径

图2 编织机件的运动记录

2 纱线消耗建模

基于上述纱线路径的确定，对线圈形成过程中的纱线消耗进行建模，并将线圈形成过程分为6个工作步骤(AS1～AS6，表1)。每个工作步骤均有一个旋转角度范围，起始点是织针的下死点。

表1 工作步骤

根据编织机件的路径进行矢量计算，可得出每个线圈单独工作步骤所需纱线。将每个独立部分通过随后采用的开放多边形路径组合在一起，建立一个光学试验台来验证模型的纱线消耗。在此情况下，长度测量标记附着于纱线并由照相机进行光学记录(图3)。在线圈形成过程中，利用GOM公司的GOM相关分析软件对记录路径进行评价，并与理论推导的纱线路径进行比较。

对于纱线消耗情况，建模计算值和实测值之间存在良好的相关性。通过建模，确定了影响纱线用量的主要因素为导纱梳栉的摆动运动和织针的升降运动。

3 纱线长度主动补偿系统的研发

根据线圈成型过程中纱线消耗运动曲线，ITM开发出一套可编程主动驱动的纱线长度补偿系统。该系统位于导纱针床区域内，导纱针床摆动影响驱动装置，因此其运动轨迹约70%可获得，剩余的差异主要由织针升降造成，采用异形轴补偿。试验标准样机如图4所示。

图3 纱线路径的记录

图4 试验标准样机

该试验台和纱线消耗模型的建立，为开发高动态纱线长度主动补偿系统奠定了基础。其作为一种成本效益高的传输解决方案，可以单独集成，也可以对现有的特里克经编机进行改造更新。通过这种方法，可以降低纱线在生产过程中的张力，使纱线均匀化，并使低弹纱线(如短纤纱)或高强力纱线在高生产速度(≥2 500 r/min)下，能够在特里克经编机上安全有效地加工。使用该系统，可显著提高产品质量和机器性能。