馬顏雪， 李毓陵， 劉夢(mèng)佳， 李雅倩， 楊 馨

(1. 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東華大學(xué))， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620)

隨著人們消費(fèi)水平的提高及對(duì)審美追求的增強(qiáng)，紡織服裝市場(chǎng)從傳統(tǒng)的共性消費(fèi)逐漸轉(zhuǎn)向差異化消費(fèi)，越來越多的設(shè)計(jì)師在紡織產(chǎn)品開發(fā)中融入立體結(jié)構(gòu)的概念，增加產(chǎn)品的視覺美感和趣味性，以滿足消費(fèi)市場(chǎng)多樣化的需求。機(jī)織面料是一種常用的服裝和家紡原料，年產(chǎn)量巨大，但絕大部分是平面結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品附加值低，因此，從平面化向立體化發(fā)展是提升機(jī)織面料創(chuàng)新性的重要途徑之一。褶裥作為一種經(jīng)典的紡織立體結(jié)構(gòu)，具有顯著的肌理特征，節(jié)奏和韻律感強(qiáng)，對(duì)時(shí)裝、床品、飾品等具有極強(qiáng)的立體裝飾效果[1]。

褶裥面料通常采用裁剪縫制的方法制成，有研究從形態(tài)特征角度討論手工褶的肌理和設(shè)計(jì)特征，用于提升服裝設(shè)計(jì)的審美性[2]，但這種方法存在生產(chǎn)效率低、人工成本高、縫線處質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。為避免面料二次加工的弊端，有研究人員提出類似管狀織物的局部雙層褶裥結(jié)構(gòu)[3-5]：徐國(guó)平等[6]在局部管狀組織基礎(chǔ)上，采用間斷式停送停卷機(jī)構(gòu)進(jìn)行褶裥組織創(chuàng)新設(shè)計(jì)；彭浩凱[7]指出可通過紗線和組織配合及特殊后整理工藝，完成彈力雙層褶裥面料的開發(fā)；譚冬宜等[8]利用經(jīng)二重組織和雙層組織配合，在普通多臂織機(jī)上實(shí)現(xiàn)了褶裥機(jī)織料成形織造。此外，有學(xué)者采用氨綸包芯紗與其他非彈性紗間隔排列的緯紗配置，開發(fā)具有立體效果的褶裥機(jī)織面料[9-10]。國(guó)外也有學(xué)者對(duì)機(jī)織褶裥結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但主要是對(duì)制備設(shè)備的改進(jìn)，所開發(fā)的最大褶裥結(jié)構(gòu)寬度僅為6 mm[11]。

機(jī)織褶裥織造的相關(guān)研究已初步開展，但目前對(duì)機(jī)織整體褶裥成形機(jī)制分析不夠透徹，褶裥效果不明顯，織造效率較低，且品種單一。本文通過探究一次性成形的機(jī)織整體褶裥織造技術(shù)，提出了具有自適應(yīng)功能的送經(jīng)系統(tǒng)，以期突破整體褶裥的高效穩(wěn)定織造難題，顯著提高褶裥的立體效果。

1 整體褶裥的織造原理與過程

整體褶裥是指織造過程中,在織物的一面形成橫向褶裥,使織物具有一定的立體效果。圖1示出褶裥織物徑向截面結(jié)構(gòu)。根據(jù)織物經(jīng)向截面剖析可知，整體褶裥織物由連接部分和起褶部分組成，其中連接部分是單層織物，起褶部分是以雙層組織為基礎(chǔ)的上下層不等長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)，上層起褶長(zhǎng)度稱為褶裥長(zhǎng)度，下層長(zhǎng)度稱為底層長(zhǎng)度，且 2層長(zhǎng)度差異越大，起褶的立體效果越明顯。

圖1 經(jīng)向截面結(jié)構(gòu)Fig.1 Cross-sectional shape of filling yarns

在普通雙經(jīng)軸織造過程中，地軸(下經(jīng)軸)一般采用主動(dòng)送經(jīng)裝置，花軸(上經(jīng)軸)是被動(dòng)送經(jīng)。在整體褶裥織物織造時(shí)，上下2層經(jīng)紗的織口、開口、引緯和打緯之間存在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，其成形步驟如圖2所示?？芍涸谄瘃薏糠挚椩鞎r(shí)，若上下層緯紗按3∶1引緯，下層引1緯后，織口位置保持不變，織機(jī)停止送經(jīng)卷取，而上層的花經(jīng)持續(xù)引緯，上經(jīng)軸被動(dòng)送經(jīng)，隨著上層長(zhǎng)度逐漸增大，花經(jīng)織口不斷向機(jī)后移動(dòng)，但在打緯運(yùn)動(dòng)作用下，花經(jīng)產(chǎn)生往復(fù)移動(dòng)，使得花經(jīng)張力出現(xiàn)大幅波動(dòng)。上下2層長(zhǎng)度差異越大，經(jīng)紗張力波動(dòng)幅度越大，織造無法進(jìn)行；因此，本文的研究重點(diǎn)是在經(jīng)紗張力穩(wěn)定的條件下，以實(shí)現(xiàn)整體褶裥機(jī)織高效生產(chǎn)。

圖2 整體褶裥成形步驟Fig.2 Steps of integral pleated structure. (a) Beat-up(Ⅰ); (b) Shedding(Ⅰ) and picking(Ⅰ); (c) Beat-up(Ⅱ); (d) Shedding(Ⅱ) and picking(Ⅱ); (e) Beat-up(Ⅲ)

2 機(jī)織整體褶裥的高穩(wěn)定織造技術(shù)

為提高整體褶裥的立體效果，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)機(jī)織褶裥的織造特點(diǎn)，在普通多臂織機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了具有自適應(yīng)功能的送經(jīng)系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)由彈性后梁和“氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置組成。在普通雙經(jīng)軸織機(jī)上，將花軸的消極送經(jīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在拉簧、氣缸等簡(jiǎn)單力學(xué)原件的作用下，實(shí)現(xiàn)雙經(jīng)軸的異步送經(jīng)和花軸的自動(dòng)反轉(zhuǎn)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)張力變化，保持大褶裥織造時(shí)的經(jīng)紗張力相對(duì)穩(wěn)定。

圖3 自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)示意圖Fig.3 Diagram of self-adaptive warp let-off system

2.1 彈性后梁設(shè)計(jì)

在花軸的后梁上安裝壓縮彈簧，彈簧一端與后梁相連，另一端固定在機(jī)架上，將常規(guī)固定的后梁變成彈性后梁，其示意圖如圖4所示。經(jīng)紗從花軸退繞出來經(jīng)過后梁，在起褶部分織造過程中，隨著上層經(jīng)紗張力的變化，壓縮彈簧的壓縮量發(fā)生變化，可緩解打緯引起的花經(jīng)張力瞬間上升。當(dāng)經(jīng)紗張力變大時(shí)，后梁向右壓縮彈簧，經(jīng)紗張力相應(yīng)減少；當(dāng)經(jīng)紗張力變小時(shí)，彈簧推動(dòng)后梁向左，經(jīng)紗張力相應(yīng)增大，從而在上下層長(zhǎng)度差異不大的褶裥織物織造時(shí)，對(duì)花軸的經(jīng)紗張力波動(dòng)起到一定調(diào)節(jié)作用。

圖4 彈性后梁裝置示意圖Fig.4 Diagram of elastic rear beam

2.2 “氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

隨著起褶部分上下層長(zhǎng)度差異的不斷增加，彈性后梁的經(jīng)紗張力調(diào)節(jié)作用已無法滿足織造時(shí)經(jīng)紗的張力要求，因此，設(shè)計(jì)了“氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置，如圖5所示。該裝置通過收緊因花經(jīng)織口回退而導(dǎo)致的松弛經(jīng)紗，達(dá)到保證開口清晰，消除糾纏斷頭目的。在起褶部分的上層織造時(shí)，下層經(jīng)紗停止送經(jīng)，上層經(jīng)紗被動(dòng)地從上經(jīng)軸送出，隨著上層起褶長(zhǎng)度不斷增加，開口時(shí)經(jīng)紗張力逐漸增大，但是打緯時(shí)鋼筘推著緯紗和上層經(jīng)紗向前移動(dòng)，使上層經(jīng)紗產(chǎn)生松弛。當(dāng)經(jīng)紗張力變大時(shí)，彈性后梁連接的彈簧向右壓縮，同時(shí)向花經(jīng)織口釋放出部分經(jīng)紗，起到一定調(diào)節(jié)張力作用，“氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置中的彈簧拉伸變形，氣缸壓縮，花軸與皮帶一起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，送出部分經(jīng)紗，起到降低經(jīng)紗張力的作用；當(dāng)經(jīng)紗張力瞬間降低時(shí)，彈性后梁連接的彈簧向左推動(dòng)，從花經(jīng)織口回收部分經(jīng)紗，同時(shí)“氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置中的彈簧也回縮，氣缸拉伸，通過皮帶帶動(dòng)花軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步回收一部分經(jīng)紗，從而使花經(jīng)織口處的經(jīng)紗保持一定張力，處于張緊狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)氣缸的壓力，可調(diào)節(jié)經(jīng)紗張力和經(jīng)紗的回縮量。氣缸的彈性調(diào)節(jié)還避免了打緯時(shí)的剛性沖擊，且增加了經(jīng)紗回退量。此外，通過花軸套筒設(shè)計(jì)，增大了皮帶與花軸的摩擦力，使二者不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，花軸在氣缸與彈簧的共同作用下，隨著花經(jīng)織口的往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的送經(jīng)和一定量的回退。

圖5 “氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置示意圖Fig.5 Diagram of air cylinder and spring linkage

3 機(jī)織整體褶裥織造裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐

為驗(yàn)證本文研發(fā)的自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)在機(jī)織整體褶裥織造過程中的有效性，以ZAX-N系列噴氣織機(jī)的送經(jīng)機(jī)構(gòu)改進(jìn)為例，展示其主要零部件設(shè)計(jì)及整體褶裥織造效果。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格選擇

噴氣織機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件主要包括拉伸和壓縮彈簧、氣缸以及調(diào)壓閥。在充分考慮氣缸調(diào)節(jié)作用及其安裝位置、經(jīng)濟(jì)成本等因素后，選擇氣缸動(dòng)程為 25 mm，缸徑為40 mm,調(diào)壓閥型號(hào)為BR4000。根據(jù)彈簧的安裝空間及工作力大小，確定彈簧規(guī)格如表1所示。

表1 彈簧規(guī)格Tab.1 Spring specification

3.2 機(jī)械件設(shè)計(jì)

根據(jù)自適應(yīng)送經(jīng)裝置的特點(diǎn)及ZAX-N型噴氣織機(jī)設(shè)備的特點(diǎn)，利用Auto CAD軟件和UG4.0設(shè)計(jì)軟件對(duì)機(jī)械件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括機(jī)架、橫梁和花軸套筒。

3.2.1機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架的主要作用是托撐花軸，以保證機(jī)架的整體穩(wěn)定。圖6示出機(jī)架設(shè)計(jì)圖：在機(jī)架中間設(shè)計(jì)支撐鋼板，起加固作用；鋼板上設(shè)計(jì)孔眼，用于與橫梁的連接。

圖6 機(jī)架設(shè)計(jì)圖Fig.6 Design of body frame

3.2.2橫梁設(shè)計(jì)

橫梁是整個(gè)送經(jīng)裝置的重要組成部分，用于拖持后梁。由于經(jīng)紗張力受后梁高度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)將花軸后梁兩端的軸套倒置安裝在橫梁槽內(nèi)，以降低花軸后梁高度。圖7示出橫梁設(shè)計(jì)圖。圖中：位置1處的矩形槽用于后梁安裝，后梁軸套可在壓縮彈簧的作用下沿孔眼運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)經(jīng)紗張力；位置2處的孔眼用于壓縮彈簧一端的擋板安裝；位置3處是彈簧拉架，均勻排列的小孔用于彈簧個(gè)數(shù)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同品種的褶裥織物織造。

1—矩形槽； 2—孔眼； 3—彈簧拉架。圖7 橫梁設(shè)計(jì)圖Fig.7 Design of beam

3.2.3花軸套筒設(shè)計(jì)

在“氣-簧”聯(lián)動(dòng)裝置對(duì)花軸經(jīng)紗張力調(diào)節(jié)作用下，為防止皮帶與花軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，特別設(shè)計(jì)了花軸套筒，利用凹槽設(shè)計(jì)，限制皮帶的滑落和移動(dòng)。圖8示出其設(shè)計(jì)圖，套筒邊緣分布著圓形小孔，起到固定作用，防止套筒與花軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖8 花軸設(shè)計(jì)圖Fig.8 Design of upper warp beam

3.2.4整體褶裥機(jī)織物織造的經(jīng)紗張力分析

采用研發(fā)的自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了系列機(jī)織整體褶裥織物。以整體褶裥的色織織物為例，介紹其織造情況。整體褶裥織物的組織圖由蜂巢組織和雙層組織配合而成，如圖9所示。其中：連接部分采用蜂巢組織(見圖9(a))，圖中黑色方框表示蜂巢組織的經(jīng)組織點(diǎn)，具有豐富的外觀紋理；而起褶部分以雙層組織為基礎(chǔ)(見圖9(b))，上層與下層的緯紗配比是3∶1，均采用方平組織。圖9(b)中黑色方格表示雙層組織中上層的經(jīng)組織點(diǎn)，黑色圓圈表示雙層組織中下層的經(jīng)組織點(diǎn)。在一個(gè)完整的組織循環(huán)中，蜂巢組織循環(huán) 3次，上下層不等長(zhǎng)的雙層組織循環(huán)11次或34次，形成不同立體效果的起褶結(jié)構(gòu)。

圖9 整體褶裥織物的組織圖Fig.9 Weave structure of integral pleated fabrics.(a) Nest weave of connecting part; (b) Unequal length double layer weave of pleating part

原料選擇及織造上機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 原料及織造參數(shù)Tab.2 Material selection and weaving parameters

圖10示出機(jī)織整體褶裥織物實(shí)物圖。由于上下層不等長(zhǎng)的雙層組織循環(huán)次數(shù)分別為11次和 34次，形成2種長(zhǎng)度的起褶結(jié)構(gòu)，經(jīng)測(cè)量，織物的褶裥長(zhǎng)度分別為 8 mm和23 mm。在實(shí)際應(yīng)用過程中，褶裥長(zhǎng)度可根據(jù)設(shè)計(jì)需求自由變換，目前所研發(fā)的自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)可織造的最大褶裥長(zhǎng)度為23 mm，具有較強(qiáng)的立體效果。

圖10 機(jī)織整體褶裥織物實(shí)物圖Fig.10 Integral pleated woven fabric

在該織物織造過程中，采集地軸和花軸不同區(qū)域的經(jīng)紗張力值，以測(cè)試所研發(fā)的自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)是否具有張力調(diào)節(jié)作用。表3示出采集連續(xù)50 s內(nèi)不同區(qū)域經(jīng)紗的300個(gè)張力值平均值。可知：在非褶裥部分織造時(shí)，地經(jīng)張力基本維持在 40 cN左右；在褶裥部分織造時(shí)，地經(jīng)停止送經(jīng)，但受花經(jīng)打緯時(shí)鋼筘往復(fù)移動(dòng)的影響，張力在45 cN上下波動(dòng)；褶裥部分織造時(shí)的花經(jīng)張力波動(dòng)略大，但整個(gè)織造過程的張力在 20 cN上下浮動(dòng)，可滿足褶裥織造要求，說明本文設(shè)計(jì)的自適應(yīng)送經(jīng)系統(tǒng)起到了較好的張力調(diào)節(jié)作用，保證了整體褶裥的順利高效織造。

表3 經(jīng)紗張力波動(dòng)情況Tab.3 Variation of warp tension

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)機(jī)織整體褶裥的成形原理和過程深入分析，明確了整體褶裥織造過程中的技術(shù)難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研發(fā)了具有自適應(yīng)功能的送經(jīng)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的主要零部件，有效地控制了整體褶裥織造過程中的張力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)織整體褶裥的高效穩(wěn)定織造，且突破了整體褶裥起褶寬度的限制，增強(qiáng)了褶裥立體效果。

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