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。目前德國是扁絲整經(jīng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)先的國家，其價格較高，我國設(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內(nèi)首臺塑料扁絲整經(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

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紗架安裝在每個紗筒的伺服電機(jī)實現(xiàn)獨(dú)立每個紗筒張力控制，創(chuàng)新設(shè)計了大小紗筒混用技術(shù)，從而實現(xiàn)了塑料單紗出紗張力的一致性，并通過徑向主動放卷實現(xiàn)了紗線無加捻送紗控制，然后片紗經(jīng)過集紗板，通過積極送經(jīng)羅拉，控制片紗整體張力，最后經(jīng)過車頭奪輥裝置，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，聚乙烯樹脂經(jīng)熔融擠出成膜，然后，縱向分切成條，諸條同時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)保型遮陽網(wǎng)、防護(hù)網(wǎng)、阻沙網(wǎng)、固沙網(wǎng)、戶外運(yùn)動網(wǎng)等已廣泛應(yīng)用于人類日常生活。近年來，隨著全球貿(mào)易的逐步深入，發(fā)達(dá)國家減少本國編織制品的生產(chǎn)規(guī)模，改在生產(chǎn)成本較低的中國等發(fā)展中國家采購，我國的塑料扁絲行業(yè)在此大形勢下迅猛發(fā)展。從目前來看，還沒有哪一種產(chǎn)品有能完全替代塑料扁絲產(chǎn)品的趨勢。因此，從長遠(yuǎn)意義來說，塑料扁絲前景廣闊。新型織物的開發(fā)、生產(chǎn)離不開織造設(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。國外扁絲整經(jīng)機(jī)發(fā)展較快，其中德國是世界扁絲整經(jīng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)先的國家，目前國內(nèi)有多家企業(yè)曾引進(jìn)了德國的扁絲整經(jīng)設(shè)備，但其價格相對較高，國外機(jī)型定價約為400萬元人民幣每臺套。而國內(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)，其開發(fā)研制技術(shù)難度較大，但為了填補(bǔ)國內(nèi)空白，就必須開發(fā)我們具有自主知識產(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)《國家中長期科學(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)，在國家科技部科技支撐計劃和新一代紡織設(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)國內(nèi)塑料扁（圓）絲整經(jīng)機(jī)及技術(shù)的空白。

3 研究內(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，特別是對塑料扁絲織物平整性均勻性也提高了要求。將主動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，制動力矩大 ，省時省力，且安裝維護(hù)方便、可靠性高的全新的主軸制動技術(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)、張力羅拉反饋子系統(tǒng)和每個紗筒張力獨(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個紗筒每個紗筒均有獨(dú)立的伺服驅(qū)動的放卷軸，這520個獨(dú)立控制的放卷軸采用MODBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實現(xiàn)這些放卷軸實時同步恒張力運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器全長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；另外第二個控制系統(tǒng)是紗架張力控制系統(tǒng)，主PLC控制器通過通訊總線將線速度信號送給張力控制PLC控制器1。其中張力控制系統(tǒng)由5個PLC組成，每個PLC有兩個通訊端口，通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)控制520個伺服驅(qū)動器，平均每個通訊端口控制52個伺服驅(qū)動。

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）壓輥最大壓力500N

（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 研究內(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

為了實現(xiàn)紗架上每個紗筒的恒張力及紗筒從大到小變化過程中的恒張力，扁絲整經(jīng)機(jī)的紗架是由520個獨(dú)立控制的伺服電機(jī)進(jìn)行單個紗筒的控制。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)動系統(tǒng)。

為了解決多軸聯(lián)動控制，我們采取了多達(dá)6個PLC的通訊控制，每個PLC有兩個通訊端口，通過采用MODBUS通訊協(xié)議，每個PLC的通訊端口可以控制多達(dá)40多個軸。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，針對這一技術(shù)難題，通過“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，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來進(jìn)行米數(shù)和圈數(shù)的檢測與記錄?？截悤r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，如果子盤頭當(dāng)前的外周長比母盤頭的大，則通過降低送經(jīng)羅拉裝置中主動羅拉變頻器的輸出力矩來降低主動羅拉電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)對紗線張力的微量增加；如果子盤頭當(dāng)前的外周長比母盤頭的小，則通過提高送經(jīng)羅拉裝置中主動羅拉變頻器的輸出力矩來提高主動羅拉電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)對紗線張力的微量減?。蛔罱K達(dá)到子盤外周長與母盤外周長的一致，這樣可整經(jīng)出一組外周長相同的盤頭。此方法直接通過PLC檢測誤差和自動輸出控制羅拉變頻器調(diào)節(jié)誤差，不需要壓力傳感檢測裝置，簡化了系統(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 全新的主軸制動技術(shù)

對于扁絲整經(jīng)的大經(jīng)軸，原有技術(shù)相對簡單，通過手轉(zhuǎn)動經(jīng)軸，將經(jīng)軸上的定位鍵槽與定位鍵對齊，操作費(fèi)力且剎車時間長，現(xiàn)我們通過“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，采用汽缸帶動增力桿直接制動的結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，制動力矩大 ，省時省力，且安裝維護(hù)方便、可靠性高。

4 結(jié)束語

經(jīng)歷了1年多艱難的研制里程，自行研制我國首臺塑料扁（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)品開發(fā)的電氣設(shè)計研發(fā)。