韓要賓， 張 杰， 高衛(wèi)東， 潘如如， 張 寧

(江南大學(xué) 紡織技術(shù)研究所, 江蘇 無錫 214122)

基于生產(chǎn)實踐的噴氣織機主噴嘴氣壓優(yōu)選

韓要賓， 張 杰， 高衛(wèi)東， 潘如如， 張 寧

(江南大學(xué) 紡織技術(shù)研究所, 江蘇 無錫 214122)

為確定噴氣織機噴嘴氣壓，以JAT 710噴氣織機為例，采用最小二乘法確定了主噴嘴氣壓的計算公式。采集了512組織機的實際噴嘴氣壓配置數(shù)據(jù)，根據(jù)噴嘴氣壓配置理論，篩選出了76個合理的機臺噴嘴氣壓配置方案，從理論和數(shù)據(jù)2個方面分析并推導(dǎo)了噴嘴氣壓確定公式。根據(jù)織物品種的織造數(shù)據(jù)，使用逐步回歸法求解出噴嘴氣壓回歸方程，結(jié)果表明：94.67%的擬合主噴嘴氣壓與實際主噴嘴氣壓的偏差能保持在±15%以內(nèi)。使用18個合理的機臺噴嘴氣壓配置對回歸方程進行驗證，所有的主噴嘴預(yù)測氣壓與實際主噴嘴氣壓的偏差能保持在±15%以內(nèi)。證明該噴嘴氣壓回歸方程能準確預(yù)測合理的噴嘴氣壓配置方案，提高實際生產(chǎn)效率。

噴氣織機； 噴嘴氣壓； 逐步回歸法； 生產(chǎn)效率

噴氣織機屬自由端引緯，是以氣流作為引緯的柔性動力載體，依靠高速氣流引導(dǎo)緯紗穿越梭口來完成引緯。氣流引緯作為噴氣織機的核心部分，一直以來是國內(nèi)外學(xué)者的重點研究對象[1]。而噴氣織機主輔噴嘴的氣壓大小作為一個重要的織造工藝參數(shù)，直接決定了引緯過程中緯紗的飛行狀態(tài)。主噴嘴的噴射性能直接影響噴氣織機的效率及織物的質(zhì)量，其壓力值應(yīng)根據(jù)所用緯紗的纖維材料、線密度及幅寬、車速等綜合考慮[2]。輔助噴嘴擔(dān)負著將緯紗接力送過梭口的重要任務(wù)，其耗氣量在正常引緯時占整機耗氣量的 75%左右，且輔噴嘴的供氣壓力一般比主噴嘴的供氣壓力略大[3-4]。在滿足緯紗正常飛行要求的前提下，宜盡量減小主輔噴嘴的氣壓，以減少耗氣量，同時滿足緯紗的單紗強力要求。

在實際生產(chǎn)中，主輔噴嘴的氣壓大小主要靠技術(shù)工人憑經(jīng)驗在上機調(diào)試過程中逐步確定，這樣既費時費力，而且易造成噴嘴氣壓大小的調(diào)試誤差，影響織造效率。主輔噴嘴氣壓偏大，浪費織機能耗。為減少織機能耗，提高織造效率，有必要通過采集和分析實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，給出噴氣織機主輔噴嘴氣壓的確定方案[5]。

基于此，本文以JAT 710噴氣織機為例，采集并分析了某紡織廠實際生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，從理論和實踐數(shù)據(jù)2個方面推導(dǎo)出了噴氣織機新的主噴嘴氣壓影響因素，采用逐步回歸法對主噴嘴氣壓的確定進行了研究。

1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備為130臺日本豐田JAT 710噴氣織機，根據(jù)開口機構(gòu)區(qū)分，其中有64臺積極式凸輪式噴氣織機，有66臺電子多臂式噴氣織機。織機都配有2個主噴嘴，8組輔噴閥(每組有4個輔噴嘴)，同時配有投緯時間自動控制裝置(AFC)和緯紗飛行自動控制裝置(ATC)(優(yōu)先使用AFC裝置)。不同織物品種的后梁和停經(jīng)架位置、平穩(wěn)裝置的平穩(wěn)調(diào)節(jié)、墊片和織口板高度等上機工藝參數(shù)均按照JAT 710噴氣織機使用說明書設(shè)定。采集的織物品種為平紋、斜紋或小提花織物，通常使用的緯紗是純棉紗、滌/棉混紡紗或天絲/棉混紡紗等紗線。采集每個織物品種的上機幅寬、緯紗線密度及原料組成、織造的機臺編號及相應(yīng)的織機效率E、織機車速V、緯紗進口時間To、緯紗出口時間Tw、主噴嘴氣壓M1與M2、輔噴嘴氣壓S。其中：E、V、To、Tw這4個參數(shù)均可從JAT 710噴氣織機操控界面讀取，M1、M2、S這3個壓力均由氣壓壓力表實際測量而得。以1#織物為例， 幅寬L為1.648 cm，緯紗為12.96 tex的滌/棉(60/40)混紡紗，其織造機臺及相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。

排除機臺電磁閥芯可能磨損、技術(shù)人員調(diào)整噴嘴氣壓可能不合理等問題帶來的不合理數(shù)據(jù)、機臺效率不足85%的數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)中不合理的主輔噴嘴氣壓配置，在采集的數(shù)據(jù)中篩選出合理的氣壓配置方案。首先刪除織機效率不足85%的數(shù)據(jù)，得到161個初步篩選數(shù)據(jù)。然后，結(jié)合噴氣織機的噴嘴氣壓配置理論，從主噴嘴和輔噴嘴2個方面進行分析與討論[1]。

表1 用于1#織物的織機主輔噴嘴氣壓統(tǒng)計數(shù)據(jù)Tab.1 Statistics data of air pressure of main nozzles and subnozzles for fabric sample 1#

注：緯紗進、出口時間以緯紗到達探緯器時的曲軸角度表征，(°)；△M為M1、M2之差，kPa。

1)設(shè)定主噴嘴的氣流壓力，應(yīng)觀察當(dāng)緯紗的頭部到達右端的經(jīng)紗時，上層經(jīng)紗和下層經(jīng)紗與鋼筘導(dǎo)氣槽上、下唇之間的間隔是否在3 mm以上。主噴嘴氣壓應(yīng)滿足如下條件[6]：

M=P

(1)

式中：M為主噴嘴壓力；P為使Tw值等于230°～240°時的壓力。緯紗出口時間Tw是指儲緯器測長板上的緯紗到達WF1探緯器時的曲軸角度。對于配有2個主噴嘴的織機，2個主噴嘴的氣壓應(yīng)該一致，這樣便于技術(shù)工人統(tǒng)一調(diào)節(jié)，同時能保證緯紗飛行速度的穩(wěn)定，因此，2個主噴嘴氣壓應(yīng)該滿足以下條件[7]：

(2)

2)輔噴嘴的氣流主要起維持緯紗飛行的作用，當(dāng)主噴嘴為改變緯紗速度調(diào)整了供氣壓力以后，必然伴隨著調(diào)整輔噴嘴供氣壓力的變化，以調(diào)整維持緯紗飛行的輔噴嘴氣流速度。在設(shè)定輔噴嘴供氣壓力時，應(yīng)避免飛行的緯紗出現(xiàn)前擁后擠現(xiàn)象，使緯紗處于伸直狀態(tài)，在連續(xù)運轉(zhuǎn)中不出現(xiàn)短緯、彎頭緯、測長不勻或松緯等現(xiàn)象。在滿足正常飛行條件下，輔噴嘴供氣壓力應(yīng)盡量小，以減小耗氣量。輔噴嘴的壓力與主噴嘴的壓力并行設(shè)定，輔噴嘴的壓力一般比主噴嘴的壓力高0.05～0.10MPa[7]。其關(guān)系為

S=M+(50～100 kPa)

(3)

所以，輔噴嘴與主噴嘴應(yīng)該滿足以下條件：

50≤△S≤100

(4)

△S=(2S-M1-M2)/2

根據(jù)上述公式，對1#織物所列數(shù)據(jù)進行篩選，其中機臺編號為013、014、015、 070、083、097、100、102、117、118這10個機臺的氣壓設(shè)定符合條件。將篩選出的數(shù)據(jù)進行均值化處理作為1#織物的標(biāo)準化數(shù)值。依照相同的方法對其他品種織物的數(shù)據(jù)進行處理，共有76個合理的配置方案。

2 結(jié)果與討論

2.1 理論分析

主噴嘴壓力應(yīng)綜合考慮緯紗材料、線密度、幅寬、車速等因素。在滿足緯紗正常飛行要求的前提下，盡量減小主噴嘴的氣壓。這樣既能達到節(jié)約耗氣與電能的目的，也能使緯紗飛行速度降低，減小緯紗在飛行過程中承受的張力[8]。

1)織機噴嘴的氣壓設(shè)定直接影響緯紗的飛行速度?？棛C噴嘴壓力越大，氣流流速越快，緯紗的飛行速度越大[9]。緯紗飛行的平均速度為

(5)

式中：V為織機車速，r/min；v為緯紗飛行的平均速度，cm/s；L為織物上機幅寬，cm。

噴嘴氣壓大小的調(diào)節(jié)與織物幅寬L、織機車速V等的關(guān)系很大，由式(5)可知，緯紗飛行的平均速度v由織機的車速V、織物的幅寬L以及緯紗的進出梭口時間To、Tw決定。當(dāng)To、Tw、V等其他條件相同時，織物幅寬L越大，緯紗飛行距離與平均速度越大，噴嘴氣壓也越大?？棛C車速V越大，緯紗飛行時間越短，織機噴嘴氣壓越大。

(6)

式中：d為紗線直徑mm；Ntex為紗線線密度，tex；δ為體積密度，g/cm3，滌/棉(65/35)紗線的δ值為0.80～0.95。

3)織機噴嘴的氣壓還與緯紗的狀態(tài)有關(guān)， 在其他條件相同時，氣流對紗線的摩擦因數(shù)Cf愈大的紗線，氣流對緯紗的摩擦牽引力也大[6]。由于在實際生產(chǎn)中，Cf不易測量與確定，故本文不考慮纖維種類和紗線狀態(tài)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

表2中所示的織機主噴嘴壓力M與緯紗直徑d、緯紗飛行的平均速度v的關(guān)系如圖1所示。由圖可得：當(dāng)緯紗直徑d不變時，主噴嘴壓力M隨緯紗飛行的平均速度v的增大而增大；當(dāng)緯紗飛行的平均速度v不變時，主噴嘴壓力M隨緯紗直徑d的增大而增大，與理論分析得出的結(jié)論基本一致。

表2 不同品種織物的織機氣壓統(tǒng)計數(shù)據(jù)(部分)Tab.2 Statistics data of air pressure for different textile fabrics(partial)

圖1 主噴嘴壓力與緯紗直徑、飛行速度的關(guān)系Fig.1 Relationship between main nozzles air pressure, weft diameter and weft flying speed

2.3 數(shù)據(jù)擬合

事實上，在多噴嘴+異形筘的引緯系統(tǒng)中，主噴嘴的主要作用是將緯紗帶入梭口，而在梭口內(nèi)的飛行主要依靠輔噴嘴來完成。然而，在滿足正常飛行條件下，輔噴嘴供氣壓力應(yīng)盡量小，以減小耗氣量。一般輔噴嘴的供氣壓力比主噴嘴的供氣壓力略大(50～100 kPa)，因而，此次擬合的對象選取主噴嘴的供氣壓力。由2.2小節(jié)理論分析可知，影響織機噴嘴氣壓的因素主要有：緯紗的飛行速度、緯紗的直徑。根據(jù)圖1所示主噴嘴壓力M與緯紗直徑d、緯紗飛行的平均速度v的關(guān)系，考慮在工廠實際生產(chǎn)中，由于工人操作不當(dāng)或其他因素也會引起機臺效率的波動，為了發(fā)現(xiàn)準確的遞歸規(guī)律，消除實際生產(chǎn)效率波動的影響因素，本次擬合選擇把相應(yīng)的機臺效率E作為擬合的權(quán)重，對數(shù)據(jù)進行逐步回歸多項式擬合，求解的公式[11]為

M=f(x,y)=P00+P01y+P20x2+P11xy

(7)

式中：x=d；y=v。

使用逐步回歸法進行多項式系數(shù)求解，回歸方程的系數(shù)和顯著性結(jié)果如表3所示。

表3 回歸方程的系數(shù)和顯著性Tab.3 Coefficient and significance of regression equation

由表3可知，每個回歸系數(shù)都<0.01，表明參數(shù)對回歸方程的影響高度顯著?；貧w方程的R2為0.965 7，表明擬合效果具有較好的可信度；p<2.2×16-16，表明回歸方程高度顯著。該公式適用于線密度為7～39 tex的純棉紗、滌/棉混紡紗或天絲/棉混紡紗等緯紗織物品種。該多項式回歸方程的二維擬合結(jié)果如圖2所示。圖中黑色圓點表示原數(shù)據(jù)點?？煽闯觯跀M合結(jié)果中，當(dāng)緯紗直徑d不變時，黑色原點對應(yīng)的主噴嘴壓力M隨緯紗飛行平均速度v的增大而增大；當(dāng)緯紗飛行平均速度v不變時，主噴壓力M隨緯紗直徑d的增大而增大，與初始理論和數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論基本一致。

為進一步比較擬合結(jié)果與實際數(shù)據(jù)的誤差，對實際主噴嘴壓力M與擬合主噴嘴壓力的對比用圖3(a)表示。在圖3中，灰色虛線表示實際主噴嘴壓力M的15%波動范圍，即擬合主噴嘴壓力M′只要符合：0.85M≤M′≤1.15M，就能滿足織物的實際上機要求。通過對表2中數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，94.67%的織物品種擬合主噴嘴壓力處于實際主噴嘴壓力的15%波動范圍內(nèi)，如圖3(a)所示。從工廠隨機抽取機臺數(shù)據(jù)，依據(jù)噴嘴氣壓理論，篩選出相應(yīng)的機臺噴嘴氣壓配置，對回歸方程進行驗證，100%的預(yù)測主噴嘴氣壓與實際主噴嘴氣壓的偏差能保持在 15%以內(nèi)，結(jié)果如圖3(b)所示。由此可知，所有的主噴嘴預(yù)測氣壓與實際主噴嘴氣壓的偏差能保持在±15%以內(nèi)，證明噴嘴氣壓回歸方程能準確地預(yù)測合理的噴嘴氣壓配置方案。

圖2 主噴嘴壓力與緯紗直徑、飛行速度的關(guān)系擬合Fig.2 Relationship between main nozzles air pressure, weft diameter and weft flying speed

圖3 實際與擬合主噴嘴壓力的對比關(guān)系Fig.3 Contrast between main and fitting nozzles air pressure. (a) Training set；(b) Validation set

3 結(jié) 語

通過理論和數(shù)據(jù)分析，使用逐步回歸法可確定噴氣織機的噴嘴氣壓設(shè)定公式。在訓(xùn)練集中，94.67%以上的織物品種織造時的擬合噴嘴氣壓大小與實際噴嘴氣壓的偏差能保持在±15%以內(nèi)；在驗證集中，所有織物品種的擬合噴嘴氣壓大小與實際噴嘴氣壓的偏差能保持在±15%以內(nèi)，能滿足實際生產(chǎn)要求。同時該噴嘴氣壓回歸方程能準確預(yù)測合理的噴嘴氣壓配置方案，從而提高實際生產(chǎn)效率，本文擬合噴嘴氣壓指的是通過逐步回歸擬合出的公式計算出的噴嘴氣壓。

由于不同的企業(yè)其織物織造機臺以及織造環(huán)境中的溫濕度存在差異，因此，要使用本文中的結(jié)論公式，需要重新計算噴嘴氣壓設(shè)定公式的參數(shù)變量，才能保證擬合噴嘴氣壓大小與實際噴嘴氣壓的偏差保持在±15%內(nèi)。FZXB

[1] 劉磊，田偉，祝成炎，等．噴氣織機優(yōu)化引緯工藝參數(shù)的研究[J]．絲綢，2010(5)：30-34. LIU Lei, TIAN Wei, ZHU Chengyan， et al. Study on optimizing weft insertion parameters on air-jet loom [J]. Journal of Silk, 2010(5):30-34.

[2] 董騰中, 馮志華, 王衛(wèi)華,等. 噴氣織機主噴嘴引緯流場數(shù)值模擬與實驗驗證[J]. 紡織學(xué)報, 2014,35(5):126-131. DONG Tengzhong，F(xiàn)ENG Zhihua，WANG Weihua，et al. Numerical simulation and experimental verification of weft insertion flow field of main nozzle in air-jet loom [J].Journal of Textile Research, 2014, 35(5): 126-131.

[3] NIHAT Celik，OSMAN Babaarslan. Mathematical model for numerical simulation of weft insertion on an airjet weaving machine [J]. Textile Research Journal，2004(3): 236-240.

[4] 張平國．噴氣織機引緯原理與工藝 [M]．北京：中國紡織出版社, 2005: 28． ZHANG Pingguo. Principle and Technology of Weft Insertion in an Air-Jet Loom [M]．Beijing：China Textile & Apparel Press, 2005: 28.

[5] 袁淵, 馮志華, 梁林祖, 等. 噴氣織機主噴嘴氣壓的測量系統(tǒng)與數(shù)據(jù)測量的實現(xiàn)[J]. 蘇州大學(xué)學(xué)報(工科版), 2008, 28(1): 55-58. YUAN Yuan, FENG Zhihua, LIANG Linzu, et al. The air-pressure test system for main nozzle of air-jet loom and the achievement of data measurement[J]. Journal of Soochow University(Engineering Science Edition), 2008, 28(1): 55-58.

[6] 高衛(wèi)東, 王鴻博, 陳正明. 棉織手冊[M]. 北京：中國紡織出版社，2006: 739-740. GAO Weidong, WANG Hongbo, CHEN Zhengming. Cotton Handbook [M]. Beijing: China Textile & Apparel Press，2006: 739-740.

[7] 高衛(wèi)東, 王鴻博, 牛建設(shè). 機織工程[M]. 北京：中國紡織出版社，2014: 228-229. GAO Weidong, WANG Hongbo, NIU Jianshe. Woven Engineering[M]. Beijing: China Textile & Apparel Press，2014: 228-229.

[8] 瞿建新, 馬順彬. 噴氣織機引緯工藝參數(shù)的設(shè)定 [J]. 棉紡織技術(shù), 2012, 40(3): 61-63. DI Jianxin, MA Shunbin. Configuration of weft insertion processing parameters on air jet loom [J]. Cotton Textile Technology, 2012, 40(3): 61-63.

[9] 徐存強. 氣流引緯主噴嘴內(nèi)緯紗牽引及飛行速度研究[D]. 蘇州：蘇州大學(xué), 2013：7-10. XU Cunqiang. Analysis of the drag force of weft yarns and the flight velocity in main nozzles during weft insertion [D]. Suzhou: Soochow University, 2013:7-10.

[10] 楊元.測定紗線直徑方法的比較[J].上海紡織科技, 2004(6):58-62. YANG Yuan. Comparison of yarn diameter measuring methods [J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2004(6):58-62.

[11] 高輝. 基于多個回歸方程擬合的數(shù)據(jù)挖掘方法研究與設(shè)計[D]. 長春：東北師范大學(xué), 2012：5-6. GAO Hui. The data mining method and design based on the multiple regression equation fitting[D]. Changchun: Northeast Normal University, 2012:5-6.

Optimization of air-jet loom main nozzle air pressure based on production practice

HAN Yaobin, ZHANG Jie, GAO Weidong, PAN Ruru, ZHANG Ning

(InstituteforSpinningandWeavingTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To confirm the actual air pressures of the main nozzles and vice-nozzles for air jet loom, this paper developed an air pressure formula by using the least square method and taking JAT 710 air-jet loom as an example. Based on the allocation principle of the air-jet loom′s nozzle air pressure, 76 reasonable pieces of statistics of its actual air pressure allocations were selected from 512 ones. According to the theoretic and data analysis, the formula of the nozzle air pressure was deduced. The stepwise regression method was applied to figure out the regression equation of the main nozzles′ air pressure based on the weaving parameters of the woven fabrics. The deviations between the predicted and the actual air pressures of 94.67% main nozzles are within ±15%. Then another 18 allocations of reasonable nozzle air pressure are used to verify the regression equation. It turned out that their deviations are all within ±15%. The experimental results demonstrate that the regression equation can predict the allocation of nozzles air pressure reasonably and accurately so that productions efficiency is improved.

air-jet loom; jet nozzle pressure; stepwise regression method; production efficiency

10.13475/j.fzxb.20160101906

2016-01-13

2016-10-18

2014江蘇省研究生創(chuàng)新計劃(KYLX_1132)；教育部博士點基金項目(20120093130001)；國家博士后基金項目(2013M541602)；江蘇省博士后基金項目(1301075C)

韓要賓(1990—)，男，碩士生。主要研究方向為新型紡織技術(shù)。高衛(wèi)東，通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。

TS 105.1

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