談靈芝，劉勇俊，陳亞飛

（江蘇省經(jīng)編用高速整經(jīng)設(shè)備工程技術(shù)研究中心/常州市第八紡織機(jī)械有限公司，江蘇常州 213000）

塑料扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)及技術(shù)

談靈芝，劉勇俊，陳亞飛

（江蘇省經(jīng)編用高速整經(jīng)設(shè)備工程技術(shù)研究中心/常州市第八紡織機(jī)械有限公司，江蘇常州 213000）

塑料扁絲廣泛應(yīng)用于戶外運(yùn)動(dòng)網(wǎng)、仿藤物、繩索、漁具、人造草坪、建筑增強(qiáng)材料、門簾等人類日常生活。目前還沒(méi)有哪一種產(chǎn)品能完全替代塑料扁絲產(chǎn)品。塑料扁絲整經(jīng)機(jī)是為經(jīng)編織造塑料扁絲織物的前道工藝設(shè)備。目前德國(guó)是扁絲整經(jīng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家，其價(jià)格較高，我國(guó)設(shè)備及技術(shù)還是空白。常州市第八紡織機(jī)械有限公司自主研制國(guó)內(nèi)首臺(tái)塑料扁絲整經(jīng)機(jī)：研究了其工作原理；提出了機(jī)器的結(jié)構(gòu)；創(chuàng)建其張力控制的數(shù)學(xué)模型；解決恒張力、大小紗筒混用、無(wú)加捻等技術(shù)難題。

扁絲分段整經(jīng)機(jī)；大小紗筒混用張力控制；多控制軸伺服通信；主軸制動(dòng)

1 工作原理

塑料扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)及技術(shù)關(guān)鍵是研究如何將塑料扁絲為原料進(jìn)行整經(jīng)，其原理是將平行伸直的塑料扁絲通過(guò)紗架安裝在每個(gè)紗筒的伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立每個(gè)紗筒張力控制，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了大小紗筒混用技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了塑料單紗出紗張力的一致性，并通過(guò)徑向主動(dòng)放卷實(shí)現(xiàn)了紗線無(wú)加捻送紗控制，然后片紗經(jīng)過(guò)集紗板，通過(guò)積極送經(jīng)羅拉，控制片紗整體張力，最后經(jīng)過(guò)車頭奪輥裝置，平直地?zé)o加捻的塑料扁絲均勻地卷繞到經(jīng)軸上，這樣形成一組經(jīng)軸后（6-10個(gè)經(jīng)軸），然后供經(jīng)編編織使用。

2 研制的必要性與目標(biāo)

2.1 研制的必要性

扁絲（flat filament）,截面呈扁平形的化學(xué)纖維單絲，塑編行業(yè)的簡(jiǎn)稱，也有稱為切割纖維，它是生產(chǎn)塑料編織物的基本材料，扁絲由特定品種的聚丙烯，聚乙烯樹(shù)脂經(jīng)熔融擠出成膜，然后，縱向分切成條，諸條同時(shí)加熱牽伸取向后定型，最終卷繞成扁絲紗錠。

塑料扁（圓）絲廣泛應(yīng)用于制造袋或布類，還可用于仿藤物、繩索、漁具、人造草坪、建筑增強(qiáng)材料、門簾、工藝品、混紡織物、電纜填充等。而采用HDPE(高密度聚乙烯)作為原材料，專業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保型遮陽(yáng)網(wǎng)、防護(hù)網(wǎng)、阻沙網(wǎng)、固沙網(wǎng)、戶外運(yùn)動(dòng)網(wǎng)等已廣泛應(yīng)用于人類日常生活。近年來(lái)，隨著全球貿(mào)易的逐步深入，發(fā)達(dá)國(guó)家減少本國(guó)編織制品的生產(chǎn)規(guī)模，改在生產(chǎn)成本較低的中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家采購(gòu)，我國(guó)的塑料扁絲行業(yè)在此大形勢(shì)下迅猛發(fā)展。從目前來(lái)看，還沒(méi)有哪一種產(chǎn)品有能完全替代塑料扁絲產(chǎn)品的趨勢(shì)。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義來(lái)說(shuō)，塑料扁絲前景廣闊。新型織物的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)離不開(kāi)織造設(shè)備的支持。而塑料扁絲整經(jīng)機(jī)就是一種為經(jīng)編機(jī)織造這些的前道工藝設(shè)備。國(guó)外扁絲整經(jīng)機(jī)發(fā)展較快，其中德國(guó)是世界扁絲整經(jīng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家，目前國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)曾引進(jìn)了德國(guó)的扁絲整經(jīng)設(shè)備，但其價(jià)格相對(duì)較高，國(guó)外機(jī)型定價(jià)約為400萬(wàn)元人民幣每臺(tái)套。而國(guó)內(nèi)塑料扁絲整經(jīng)機(jī)銷售還是空白。高速高精度塑料扁絲整經(jīng)機(jī)，其開(kāi)發(fā)研制技術(shù)難度較大，但為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，就必須開(kāi)發(fā)我們具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的塑料扁絲整經(jīng)機(jī)。塑料扁絲織物，如圖1所示：

2.2 研制的目標(biāo)

根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中優(yōu)先發(fā)展的主題內(nèi)容以及國(guó)務(wù)院《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》和《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》提出的產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興的主要任務(wù)，在國(guó)家科技部科技支撐計(jì)劃和新一代紡織設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟的組織和指導(dǎo)下，研制目標(biāo)是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)塑料扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)及技術(shù)的空白。

3 研究?jī)?nèi)容

主要研究解決扁絲整經(jīng)機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)：隨著高端塑料扁絲織物品質(zhì)需求的逐步提高，特別是對(duì)塑料扁絲織物平整性均勻性也提高了要求。將主動(dòng)放紗的紗架上的塑料扁絲紗線進(jìn)行整經(jīng)卷繞，在整經(jīng)過(guò)程中要保證所有紗線的張力一致，并保證紗線在整入盤頭平整而不扭曲、加捻是這一要求的技術(shù)難點(diǎn)。另外由于扁絲少有的42×42或42×30（可根據(jù)客戶要求）的大經(jīng)軸，研究一種響應(yīng)速度快，制動(dòng)力矩大 ，省時(shí)省力，且安裝維護(hù)方便、可靠性高的全新的主軸制動(dòng)技術(shù)就更猶為重要。

3.1 扁絲整經(jīng)機(jī)概述

扁絲整經(jīng)機(jī)有主機(jī)卷繞、加油器、張力羅拉、穿紗板、紗架五大部分組成；它有一根主軸、一根張力控制軸、左右紗架共520個(gè)放卷軸組成；控制系統(tǒng)有主機(jī)子控制系統(tǒng)、張力羅拉反饋?zhàn)酉到y(tǒng)和每個(gè)紗筒張力獨(dú)立控制子系統(tǒng)，其中紗架分為左、右兩部分，紗架共配置520個(gè)紗筒每個(gè)紗筒均有獨(dú)立的伺服驅(qū)動(dòng)的放卷軸，這520個(gè)獨(dú)立控制的放卷軸采用MODBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)這些放卷軸實(shí)時(shí)同步恒張力運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器全長(zhǎng)33.7米，如圖2所示：

扁絲整經(jīng)機(jī)由車頭卷繞控制和紗架張力放卷兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，其中紗架張力子系統(tǒng)分左、右紗架兩部分,其中紗架控制框圖，如圖3所示：

扁絲整經(jīng)機(jī)控制系統(tǒng)有兩部分組成，其中主PLC控制主機(jī)與積極送經(jīng)羅拉；另外第二個(gè)控制系統(tǒng)是紗架張力控制系統(tǒng)，主PLC控制器通過(guò)通訊總線將線速度信號(hào)送給張力控制PLC控制器1。其中張力控制系統(tǒng)由5個(gè)PLC組成，每個(gè)PLC有兩個(gè)通訊端口，通過(guò)MODBUS網(wǎng)絡(luò)控制520個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，平均每個(gè)通訊端口控制52個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)。

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）經(jīng)軸尺寸：42英寸（1070mm）

（邊盤直徑×總長(zhǎng)度）

Φ1067mm×1067mm；Φ762mm×1067mm

（2）最大卷繞直徑1066mm

（3）線速度：50-500米/分

（4）單絲張力：100CN

（5）最大片紗張力600N

（6）壓輥?zhàn)畲髩毫?00N

（7）筒子架錠數(shù)520（4層）

（8）筒子架形式：伺服控制徑向退繞

3.3 研究?jī)?nèi)容

3.3.1 扁絲整經(jīng)機(jī)控制技術(shù)研究

3.3.1.1 扁絲整經(jīng)機(jī)扁絲張力控制的研究

為了實(shí)現(xiàn)紗架上每個(gè)紗筒的恒張力及紗筒從大到小變化過(guò)程中的恒張力，扁絲整經(jīng)機(jī)的紗架是由520個(gè)獨(dú)立控制的伺服電機(jī)進(jìn)行單個(gè)紗筒的控制。如何保證這么多的紗筒從大至小張力恒定，方便大小紗筒混用，是控制第一個(gè)難點(diǎn)。由于紗筒數(shù)量較多，怎樣保證控制穩(wěn)定，協(xié)調(diào)一致，因此需創(chuàng)建新的控制方法，適應(yīng)扁絲整經(jīng)機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

為了解決多軸聯(lián)動(dòng)控制，我們采取了多達(dá)6個(gè)PLC的通訊控制，每個(gè)PLC有兩個(gè)通訊端口，通過(guò)采用MODBUS通訊協(xié)議，每個(gè)PLC的通訊端口可以控制多達(dá)40多個(gè)軸。具體控制如圖4所示：

3.3.1.2 扁絲整經(jīng)機(jī)扁絲防加捻裝置的研究

紗線在整經(jīng)過(guò)程中防扭曲、加捻、壓邊及塌邊系統(tǒng)技術(shù)：因塑料扁絲整經(jīng)的工藝特殊性，其在整經(jīng)過(guò)程中特別容易發(fā)生扁絲扭轉(zhuǎn)、加捻、壓邊及塌邊現(xiàn)象，針對(duì)這一技術(shù)難題，通過(guò)“扁絲整經(jīng)機(jī)的牽引羅拉”、“扁絲整經(jīng)機(jī)的壓輥”、“扁絲整經(jīng)機(jī)的壓輥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)”、“扁絲整經(jīng)機(jī)的邊紗裝置”等，保證紗線最終整入盤頭平整而不打轉(zhuǎn)、塌邊。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)，如圖5所示：

3.3.1.3 閉環(huán)力矩誤差控制系統(tǒng)的研究

為了降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)誤差控制的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)研究了一種閉環(huán)力矩誤差控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC來(lái)進(jìn)行米數(shù)和圈數(shù)的檢測(cè)與記錄。拷貝時(shí)將子盤數(shù)據(jù)與母盤數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)生偏差時(shí)，如果子盤頭當(dāng)前的外周長(zhǎng)比母盤頭的大，則通過(guò)降低送經(jīng)羅拉裝置中主動(dòng)羅拉變頻器的輸出力矩來(lái)降低主動(dòng)羅拉電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紗線張力的微量增加；如果子盤頭當(dāng)前的外周長(zhǎng)比母盤頭的小，則通過(guò)提高送經(jīng)羅拉裝置中主動(dòng)羅拉變頻器的輸出力矩來(lái)提高主動(dòng)羅拉電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紗線張力的微量減??；最終達(dá)到子盤外周長(zhǎng)與母盤外周長(zhǎng)的一致，這樣可整經(jīng)出一組外周長(zhǎng)相同的盤頭。此方法直接通過(guò)PLC檢測(cè)誤差和自動(dòng)輸出控制羅拉變頻器調(diào)節(jié)誤差，不需要壓力傳感檢測(cè)裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)誤差控制的穩(wěn)定性，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了效益。

3.3.2 全新的主軸制動(dòng)技術(shù)

對(duì)于扁絲整經(jīng)的大經(jīng)軸，原有技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，通過(guò)手轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)軸，將經(jīng)軸上的定位鍵槽與定位鍵對(duì)齊，操作費(fèi)力且剎車時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)我們通過(guò)“經(jīng)軸定位夾緊系統(tǒng)及其夾緊方法”，夾緊機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)控制經(jīng)軸兩端的左右定位鍵槽分別與左右頂緊軸頭相應(yīng)的左右定位鍵定位夾緊，采用汽缸帶動(dòng)增力桿直接制動(dòng)的結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，制動(dòng)力矩大 ，省時(shí)省力，且安裝維護(hù)方便、可靠性高。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)歷了1年多艱難的研制里程，自行研制我國(guó)首臺(tái)塑料扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)，解決了扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)紗架多紗筒恒張力控制技術(shù)，大小紗張力控制方法，拉紗過(guò)程中防止紗線加捻等技術(shù)難題，并在紡織機(jī)械行業(yè)為發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)方面也進(jìn)行了有益的探索。

[1] Jiang,GM, Miao,XH, Lee.D.Process of warp knitting mesh for hernia repair and its mechanical properties. FIBRES&TEXTILES IN EASTERN EUROPE.2005, 13(3): 44-46.

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Plastic flat (round) yarn warping machine and technology

TAN Ling-zhi, LIU Yong-jun,CHEN Ya-fei
(Jiangsu province with high speed warp warping equipment Engineering Technology Research Center/Changzhou the Eighth Textile Machinery Co., Ltd.,Jiangsu Changzhou 213000,China)

The plastic flat yarn is widely used in outdoor sports, rattan material, rope, fishing gear, artificial turf, building reinforced materials, curtain and so on human daily life. There is no one product can completely replace the plastic products. Plastic flat yarn warping machine is the process equipment for plastic knitting fabric. At present, Germany is the leading yarn warping machine technology in the country, its price is higher, China's equipment and technology is still blank. Changzhou Diba Textile Machinery Co., Ltd. independently developed the plastic flat yarn whole machine of the working principle; put forward the structure of the machine; create the tension control mathematical model, solve the problem of constant tension, both the big and small of the yarn bobbin mix, no twisting, etc..

flat sectional warping machine；both the big and small of the yarn bobbin mixed tension control；multi axis servo communication；spindle brake

TS183.2

A

投稿日期：2016-07-12

談靈芝（1969-），女，常州市第八紡織機(jī)械有限公司總經(jīng)理，研究方向：經(jīng)編機(jī)、整經(jīng)機(jī)等紡織機(jī)械的研究。通訊作者：劉勇?。?975-），男，常州市第八紡織機(jī)械有限公司工程中心主任，研究方向：新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的電氣設(shè)計(jì)研發(fā)。