孫 帥， 繆旭紅， 張 琦， 王 瑾

(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

一直以來(lái)織造中紗線張力波動(dòng)水平都是紡織領(lǐng)域人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。在早期紗線張力研究中，宗平生通過(guò)研究單個(gè)成圈周期內(nèi)經(jīng)紗的消耗規(guī)律，深化了對(duì)經(jīng)編送經(jīng)的認(rèn)識(shí)，為積極式送經(jīng)的研究奠定了基礎(chǔ)[2]；Porat等在研究經(jīng)紗張力時(shí)發(fā)現(xiàn)在單個(gè)成圈周期內(nèi)紗線張力存在較大的張力波動(dòng)，認(rèn)為導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因主要是成圈機(jī)構(gòu)對(duì)紗線需求量的不同，并且在張力補(bǔ)償方面提出了2種補(bǔ)償方式，即傳統(tǒng)張力桿式補(bǔ)償與氣壓式張力補(bǔ)償[3-5]；馮勛偉分析了機(jī)速對(duì)紗線張力的影響，認(rèn)為機(jī)速對(duì)消極式送紗影響較明顯，并提出了優(yōu)化紗線張力的措施[6]；胡瑜等測(cè)試了經(jīng)編低速生產(chǎn)狀態(tài)下的紗線張力，指出隨著機(jī)速的提高，紗線動(dòng)態(tài)張力分布更加均衡，不同時(shí)間段的紗線張力差異較小，織造穩(wěn)定性高[7]。以上理論研究對(duì)研究紗線張力波動(dòng)做出了重要貢獻(xiàn)，但是對(duì)高速狀態(tài)下紗線張力的研究較少，為此本文提出以500 r/min為一檔對(duì)機(jī)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)高速經(jīng)編機(jī)的生產(chǎn)速度進(jìn)行高頻動(dòng)態(tài)測(cè)試，探討高速狀態(tài)下速度改變對(duì)經(jīng)編織造紗線張力的影響，完善速度對(duì)紗線張力影響的理論。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

第1把梳：41.65 dtex(12 f)錦綸；第2把梳:41.65 dtex氨綸。

E36的HKS2-SE型經(jīng)編機(jī)(德國(guó)卡爾邁耶公司)；TS1-200-A2-CE1型張力儀(德國(guó)SCHMIDT公司)；SCM01型四通道聲振分析儀；LMS TEST.Lab配套分析軟件(LMS公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文主要研究高速狀態(tài)下機(jī)速的改變對(duì)紗線織造張力的影響。因?yàn)榧喚€補(bǔ)償裝置的剛度對(duì)紗線張力波動(dòng)存在影響，為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，在3臺(tái)生產(chǎn)年份、型號(hào)相同，補(bǔ)償裝置剛度不同(62.7、114、171 N/mm)的HKS2-SE型經(jīng)編機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先根據(jù)要求搭建由TS1-200-A2-CE1型張力儀、SCM01型四通道聲振分析儀、LMS TEST.Lab配套分析軟件組成的紗線張力高頻測(cè)試系統(tǒng)，使紗線按照張力儀要求的紗路經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輪和測(cè)試論，采樣間隔設(shè)置為0.05 s，采樣時(shí)長(zhǎng)為15 s。然后取第1把梳中間1根與彈性張力垂直的紗線根據(jù)張力儀要求的紗路繞在導(dǎo)向輪和測(cè)試輪上，測(cè)量時(shí)為保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，每組紗線張力信號(hào)至少采集3次。機(jī)器速度可調(diào)節(jié)范圍為1 000～4 000 r/min，且以500 r/min為一檔進(jìn)行調(diào)節(jié)為主，由于不同機(jī)器實(shí)際運(yùn)行的最高機(jī)速不同，部分測(cè)試區(qū)間小于500 r/min。

實(shí)驗(yàn)時(shí)相關(guān)工藝參數(shù)：第1把梳:2-3/1-0//，送紗量為1 360 mm/臘克；第2把梳:1-0/1-2//，送紗量為520 mm/臘克；牽拉密度為26.5 橫列/cm。

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線張力波動(dòng)曲線及其常規(guī)分析

2.1.1 紗線張力波動(dòng)曲線分析

不同剛度和不同速度條件下單周期紗線張力大小及其波動(dòng)形態(tài)如圖1所示。可以看出，不同補(bǔ)償裝置剛度下的紗線張力曲線趨勢(shì)接近，且隨著機(jī)速的增加，主軸角度為120°～240°(導(dǎo)紗梳針前橫移階段)處波峰降低顯著，紗線張力曲線存在較多的小范圍波動(dòng)。此外，主軸角度為330°～360°(導(dǎo)紗梳針背橫移階段)、60°～120°(導(dǎo)紗梳由針背向針前擺動(dòng)階段)、240°～330°(導(dǎo)紗梳由針前向針背擺動(dòng)階段)處波峰以及波峰的高度逐漸增大，導(dǎo)紗梳針前橫移階段波峰與其他3處波峰高度之間的差異逐漸降低，說(shuō)明隨著機(jī)速的增加，紗線織造張力波動(dòng)之間的差異逐漸降低，波動(dòng)狀態(tài)趨于穩(wěn)定。

圖1 單個(gè)成圈周期的紗線張力波動(dòng)曲線Fig.1 Tension fluctuation curve of yarn in a single cycle

2.1.2 紗線張力波動(dòng)常規(guī)分析

經(jīng)編織造的過(guò)程中，由于橫移機(jī)構(gòu)的左右橫移運(yùn)動(dòng)使得紗線張力波動(dòng)存在大小周期，為了全面評(píng)定紗線張力，借助常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)紗線進(jìn)行分析，使用紗線張力的最大值、平均值描述紗線張力大小水平，使用標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)紗線張力之間的差異，具體如圖2所示。

圖2 不同速度下紗線張力評(píng)價(jià)指標(biāo)Fig.2 Yarn dynamic tension evaluation at different speeds

由圖2可知：隨著機(jī)速的提高，紗線張力的最大值整體呈逐漸下降的趨勢(shì)，與單個(gè)成圈周期紗線張力曲線得出的結(jié)論基本一致；紗線張力平均值逐漸減小，說(shuō)明機(jī)速提高，整體張力水平有所降低；標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小，表明隨著機(jī)速的提高，紗線張力大小之間的差異逐漸降低，有利于經(jīng)編生產(chǎn)織造。

在織造過(guò)程中經(jīng)紗張力是個(gè)復(fù)雜的變量，導(dǎo)紗帽界面如圖3(a)所示。紗線受到成圈機(jī)件的拉力F+Δf、導(dǎo)紗帽的支持力Fn、導(dǎo)紗帽對(duì)于紗線的摩檫力Ff、導(dǎo)紗帽上游盤(pán)頭的拉力F，具體如圖3(b)所示。其中：β為紗線張力與摩擦力之間的夾角；θ為紗線張力之間的夾角。當(dāng)經(jīng)編機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，梳櫛做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)而加速、時(shí)而減速并反復(fù)不斷變化，使得紗線在成圈過(guò)程中需紗量與送紗量之間差異急劇變化，瞬時(shí)需紗量與瞬時(shí)送紗量之間的差異導(dǎo)致紗線張力產(chǎn)生波動(dòng)[8]?，F(xiàn)代經(jīng)編機(jī)均配備有積極式送紗裝置以保證紗線均勻送出，并輔以張力補(bǔ)償裝置緩解紗線張力波動(dòng)，調(diào)節(jié)紗線張力的波動(dòng)大小。為了適應(yīng)高速條件下的需求，HKS2-SE型經(jīng)編機(jī)上配備有EBC電子送紗裝置，可以實(shí)現(xiàn)多速送紗，有利于減少織造過(guò)程中紗線張力之間的差異。

圖3 紗線動(dòng)力學(xué)分析Fig.3 Yarn dynamics analysis. (a) Interface graphs;(b) Schematic graphs

送紗量的改變可以較大范圍調(diào)節(jié)紗線張力，張力補(bǔ)償裝置剛度的改變則可以實(shí)現(xiàn)紗線張力的微調(diào)。經(jīng)紗與張力補(bǔ)償裝置構(gòu)成張力補(bǔ)償系統(tǒng)，分析時(shí)將其視為單自由度線性系統(tǒng)，經(jīng)紗作為線彈性體。張力補(bǔ)償裝置通常由1根導(dǎo)紗帽與若干個(gè)張力元件組成。在經(jīng)編機(jī)編織的過(guò)程中，導(dǎo)紗帽一方面受到來(lái)自成圈區(qū)域紗線拉力的驅(qū)動(dòng)與制約，其受迫運(yùn)動(dòng)的頻率與紗線的喂入速度有關(guān)，隨著機(jī)速的提高，導(dǎo)紗帽受迫運(yùn)動(dòng)頻率越高；另一方面同時(shí)受到來(lái)自張力元件的彈力制約與驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)與補(bǔ)償裝置的剛度有關(guān)。張力補(bǔ)償裝置補(bǔ)償量大小與補(bǔ)償系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度、阻尼系數(shù)及激勵(lì)力有關(guān)。HKS2-SE型高速經(jīng)編機(jī)張力補(bǔ)償裝置配備有輕質(zhì)高模量的張力片，其具有較好的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性。在其他條件不變的條件下，隨著機(jī)速的提高，導(dǎo)紗帽上下擺幅增大，將更多的紗線輸送至成圈區(qū)域，緩解經(jīng)紗張力大小及波動(dòng)之間的差異。且機(jī)速越高越有利于張力補(bǔ)償裝置“削峰補(bǔ)谷”作用的發(fā)揮，以及紗線張力波動(dòng)的穩(wěn)定。

2.2 紗線張力概率密度及峰度和偏度分析

2.2.1 紗線張力概率密度曲線分析

為了更加準(zhǔn)確地分析機(jī)速的提高對(duì)紗線張力的影響，取紗線補(bǔ)償裝置剛度為171 N/mm，借助概率密度曲線定性地描述和比較紗線張力整體波動(dòng)趨勢(shì)[9]，由于測(cè)試組數(shù)較多，以1 000 r/min為一檔進(jìn)行劃分，如圖4所示?？梢钥闯?，隨著機(jī)速的提高，概率密度曲線的寬度逐漸變窄，概率密度曲線的波峰點(diǎn)的位置與張力概率密度最大值之間的距離減小，這意味著紗線張力之間的差異減少，紗線張力大小趨于一致。

2.2.2 紗線張力峰度和偏度分析

使用峰度、偏度2個(gè)統(tǒng)計(jì)量定量地表征不同剛度和機(jī)速條件下紗線張力整體波動(dòng)情況，如圖5所示。

圖4 不同機(jī)速概率密度曲線Fig.4 Probability density curves at different machine speeds

圖5 紗線張力波動(dòng)峰度和偏度Fig.5 Kurtosis (a) and skewness (b) of yarn fluctuation

由圖5可知，不同補(bǔ)償裝置剛度條件下紗線張力的峰度和偏度變化趨勢(shì)一致。峰度小于0，當(dāng)機(jī)速增大至一定程度后，隨著機(jī)速的增大，峰度絕對(duì)值呈減少趨勢(shì)，說(shuō)明平均值附近數(shù)據(jù)分部較集中，這與標(biāo)準(zhǔn)差、概率密度曲線得出的結(jié)論一致；偏度大于0，表明極大值數(shù)據(jù)分布相比正態(tài)分布為右偏，在速度為1 000～2 500 r/min之間，隨著機(jī)速的提高，峰度、偏度整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明紗線張力波動(dòng)曲線頂端較平緩，張力平均值左右數(shù)據(jù)分布較分散，張力數(shù)據(jù)右側(cè)分布有較多的極大值，表明此速度區(qū)間范圍內(nèi)紗線張力波動(dòng)較大。此外，當(dāng)速度小于2 500 r/min時(shí)，由于單個(gè)成圈周期中針前橫移形成的紗線張力波峰較大，導(dǎo)致紗線張力峰度、偏度變化的斜率較大，而當(dāng)速度大于2 500 r/min時(shí)，紗線張力波動(dòng)相對(duì)較穩(wěn)定。

當(dāng)速度在2 500～3 000 r/min范圍內(nèi)時(shí)，偏度、峰度均不斷增大，表明紗線張力平均值附近的數(shù)據(jù)集中程度逐漸增大，紗線張力平均值右側(cè)的數(shù)值較分散。機(jī)速由3 000 r/min提高至3 500 r/min的過(guò)程中，對(duì)于剛度較大的補(bǔ)償裝置而言，偏度逐漸降低，峰度繼續(xù)增大，表明紗線張力分布曲線的頂端陡峭程度持續(xù)增大，紗線張力分布曲線右側(cè)的拉長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸減弱，紗線張力波動(dòng)相對(duì)較低。當(dāng)機(jī)速由3 500 r/min增加至4 000 r/min時(shí)，峰度與偏度逐漸減小，說(shuō)明紗線張力分布曲線頂端逐漸變緩，紗線張力分布曲線右端的數(shù)據(jù)逐漸集中，紗線張力波動(dòng)呈增大的趨勢(shì)。由此可知，當(dāng)機(jī)速在2 500～3 500 r/min之間時(shí)紗線張力波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，可為同一型號(hào)的經(jīng)編機(jī)在生產(chǎn)時(shí)提供參考。

3 結(jié) 論

本文在HKS2-SE型經(jīng)編機(jī)上測(cè)試并分析了機(jī)速對(duì)紗線張力的影響，主要得出以下結(jié)論。

1)經(jīng)編機(jī)由低速提高至高速的過(guò)程中，紗線張力的最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差均減小，紗線張力大小趨于一致。機(jī)速的提高增大了成圈部件對(duì)紗線的拉力，增大彈性張力桿張力補(bǔ)償?shù)姆龋瑫r(shí)增大了其工作頻率，降低了紗線張力。

2)當(dāng)機(jī)速在2 500～3 500 r/min之間時(shí)，張力分布曲線平均值附近數(shù)據(jù)分布較集中, 紗線張力波動(dòng)程度較弱，而機(jī)速過(guò)大或過(guò)小均不利于紗線張力波動(dòng)，這一速度范圍可為相同機(jī)型經(jīng)編機(jī)的生產(chǎn)提供參考。