青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司 國(guó)世光/文

1.前言

目前自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)在紗線張力控制方面一共有兩種控制方式：一種是張力盤(pán)加壓式控制方式，一種是柵式加壓控制方式。前者主要應(yīng)用于意大利薩維奧、德國(guó)賜來(lái)福和青島宏大設(shè)備上，后者主要應(yīng)用于日本村田設(shè)備上。

現(xiàn)在各大廠商都看到了柵式張力的優(yōu)越性，相繼也開(kāi)始開(kāi)發(fā)各自的柵式張力控制方式，像德國(guó)賜來(lái)福、意大利薩維奧也在2016年上海紡機(jī)展會(huì)上推出了采用不同控制方式的柵式張力控制裝置。青島宏大作為國(guó)內(nèi)制造自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的龍頭企業(yè)，也適時(shí)地推出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柵式張力控制裝置。

2.原理分析

盤(pán)式張力是利用左右兩個(gè)圓盤(pán)式裝置，通過(guò)電磁動(dòng)力對(duì)紗線進(jìn)行加壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紗線張力的控制。盤(pán)式張力分為左右兩個(gè)部分，其中左張力盤(pán)為固定式，右張力盤(pán)為活動(dòng)式（個(gè)別廠商左為活動(dòng)式，右為固定式）?；顒?dòng)端張力盤(pán)通過(guò)張力軸連接進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)張力盤(pán)的打開(kāi)和閉合，而活動(dòng)張力盤(pán)的軸向運(yùn)動(dòng)動(dòng)力源可采用電磁鐵方式和直線步進(jìn)電機(jī)方式，真正對(duì)紗線進(jìn)行加壓的時(shí)候均采用電磁鐵加壓，電磁鐵加壓的特點(diǎn)是可進(jìn)行無(wú)級(jí)加壓，加壓柔和，適紡性強(qiáng)。

因?yàn)閺埩ΡP(pán)的材料一般為鋼制或者鋁制加涂層，所以需要對(duì)張力盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以防止紗線長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)同一點(diǎn)而磨損張力盤(pán)，張力盤(pán)隨著張力電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，針對(duì)不同的紗線品種旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)。如圖1所示的意大利薩維奧的盤(pán)式張力結(jié)構(gòu)圖。

圖1 意大利薩維奧的盤(pán)式張力結(jié)構(gòu)圖

圖2 日本村田Qpro機(jī)型的柵式張力結(jié)構(gòu)[1]

圖3 意大利薩維奧的柵式張力

柵式張力是一種從原理上與盤(pán)式張力完全不同的紗線張力控制裝置。最早應(yīng)用柵式張力的絡(luò)筒機(jī)生產(chǎn)商是日本村田，其基本原理是利用左右兩側(cè)交錯(cuò)分布的柵欄，使紗線形成一段“之”字型路徑，通過(guò)和柵欄的摩擦與一定的卷繞速度而形成張力。因?yàn)闁攀綇埩Φ臇艡诓荒苄D(zhuǎn)，紗線會(huì)一直磨在同一個(gè)點(diǎn)上，所以柵欄一般采用硬度更高的陶瓷材料進(jìn)行制作。如圖2所示是日本村田Qpro機(jī)型的柵式張力結(jié)構(gòu)[1]。

柵式張力與盤(pán)式張力一樣，分為兩個(gè)部分，一部分是固定式柵欄，一部分為活動(dòng)式柵欄。以日本村田Qpro的其中一種配置為例，固定端采用7段柵欄，活動(dòng)端采用6段柵欄，其中活動(dòng)式柵欄采用旋轉(zhuǎn)式電磁加壓，能夠?qū)喚€施加靈敏的加壓力。

意大利薩維奧的柵式張力采用步進(jìn)電機(jī)加絲杠驅(qū)動(dòng)活動(dòng)端，如圖3所示。薩維奧的固定端在右側(cè)，活動(dòng)端在左側(cè)，其中固定端采用3點(diǎn)柵欄，活動(dòng)端采用兩點(diǎn)柵欄，比起日本村田，整體的柵欄數(shù)量減少很多，這就需要使左右柵欄的交叉進(jìn)深更大，才能獲得滿足加工范圍的張力施加，整體的活動(dòng)端打開(kāi)關(guān)閉由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，即使加工竹節(jié)紗等特殊品種的紗線也能保證全面的張力控制 [2]。

青島宏大VCRO系列的柵式張力是結(jié)合上述兩家公司結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)自主研發(fā)的新式張力加壓結(jié)構(gòu)，整體采用了一體式陶瓷設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，同樣采用了左三右二的柵欄結(jié)構(gòu)，活動(dòng)端在右側(cè)，采用直線型電磁加壓方式，如圖4所示。

3.輸出力分析

以上三家的柵式張力控制裝置雖然的結(jié)構(gòu)上有著不同的設(shè)計(jì)，但是其對(duì)紗線的加壓原理上是相同的，下面以青島宏大的柵式張力進(jìn)行說(shuō)明，從理論上分析柵式張力的加壓原理。

柵式張力的基本原理都是依靠左右柵欄對(duì)紗線夾持，使紗線在柵欄上形成一定角度的包圍角，紗線在這個(gè)包圍角上移動(dòng)，利用紗線與柵欄產(chǎn)生的的摩擦力而產(chǎn)生張力，如圖5所示。

包圍角的計(jì)算。紗線經(jīng)過(guò)柵式陶瓷片折壓后，在陶瓷片頂端形成一定角度的包圍角，在此包圍角范圍內(nèi)，紗線與陶瓷片進(jìn)行摩擦而形成張力，包圍角越大，接觸面越多，張力越大，而最大包圍角是在柵式最大進(jìn)深時(shí)產(chǎn)生的，經(jīng)過(guò)計(jì)算為92°，如圖6，其計(jì)算公式如下[3]：

F為紗線輸出張力，F(xiàn)0為紗線喂入柵式張力前的初始張力，f為紗線與陶瓷的摩擦系數(shù)，取值0.32， 為包圍角（弧度值），取值92°其弧度值為1.6，共4處包圍角。

圖4 青島宏大VCRO系列的柵式張力

圖5

圖6

通過(guò)公式可以計(jì)算出F=7.75F0，

可以看出，在柵式張力最大進(jìn)深時(shí)，柵式張力的輸出張力是初始喂入張力的7.75倍，能夠滿足絕大部分的紡紗需求。

以生產(chǎn)40支人棉紗為例，喂入初始張力為F0

F0取值4.0CN，則輸出張力最大為31CN。尾紗時(shí)，F(xiàn)0約為6.0CN，那輸出的最大張力為46.5CN，而正常絡(luò)筒工藝的輸出張力一般要求在15～20CN之間。

4.優(yōu)缺點(diǎn)分析

盤(pán)式張力與柵式張力各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)不同用戶對(duì)紗線成紗指標(biāo)的具體要求選擇不同的加壓方式。

盤(pán)式張力的張力盤(pán)表面光滑，過(guò)紗點(diǎn)少，對(duì)紗線的損傷少，適合對(duì)紗線毛羽指標(biāo)要求嚴(yán)格的高品質(zhì)紗，但是盤(pán)式張力盤(pán)自身帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，很容易纏繞回絲，同時(shí)，雖然現(xiàn)在各大絡(luò)筒機(jī)制造廠商都采用了柔性的張力盤(pán)結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)椴牧系脑颍瑥埩ΡP(pán)的閉合貼合性不是很好，進(jìn)而造成紗線加壓張力不穩(wěn)定，輸出張力波動(dòng)大，還容易出現(xiàn)柔性橡膠套的磨損問(wèn)題。

相比盤(pán)式張力，柵式張力就有效地解決了盤(pán)式張力存在的各種缺陷，因?yàn)闁攀綇埩Σ淮嬖谛D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所以就有效地杜絕了纏繞回絲的情況，大大減少了維修工的保養(yǎng)強(qiáng)度，同時(shí)因?yàn)闆](méi)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，還有效地降低了整機(jī)的功耗。柵式張力因?yàn)槎帱c(diǎn)壓紗，比起盤(pán)式張力能夠更為有效地穩(wěn)定住紗線的輸出抖動(dòng)，使紗路更為穩(wěn)定，特別是在需要較小的張力輸出時(shí)，柵式張力能夠做到張力值和紗線抖動(dòng)的雙重保證。但是缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，柵式張力的多點(diǎn)接觸紗線會(huì)對(duì)紗線的毛羽產(chǎn)生消極影響，這也是為什么意大利薩維奧和青島宏大VCRO采用少柵欄大進(jìn)深的柵式結(jié)構(gòu)來(lái)減輕對(duì)紗線的損傷。

不管是盤(pán)式張力還是柵式張力，張力控制器的最重要作用就是輸出穩(wěn)定的張力。

柵式張力還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紗線張力波動(dòng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而實(shí)現(xiàn)這一方式的原理就是利用了電磁鐵加壓，意大利薩維奧設(shè)備是利用步進(jìn)直線電機(jī)外加彈簧實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)紗線張力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，柵式張力的活動(dòng)端能夠根據(jù)紗線張力的波動(dòng)實(shí)時(shí)的通過(guò)被動(dòng)的振動(dòng)動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償輸出張力，當(dāng)管紗退繞張力出現(xiàn)突變時(shí)，活動(dòng)端能夠被動(dòng)的左右輕微串動(dòng)，這也是為什么直線式電磁加壓的柵式張力結(jié)構(gòu)在正常紡紗時(shí)，活動(dòng)端一直在不停抖動(dòng)的原因，例如青島宏大的VCRO系列絡(luò)筒機(jī)。

表1

表2

以下是青島宏大VCRO系列柵式張力和盤(pán)式張力的一組紗線成紗指標(biāo)的對(duì)比數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，柵式張力對(duì)于紗線毛羽的增長(zhǎng)控制不如盤(pán)式張力，但隨著各大廠商對(duì)柵欄過(guò)紗點(diǎn)材料的繼續(xù)優(yōu)化，過(guò)紗表面越來(lái)越光滑，如今的柵式張力結(jié)構(gòu)在這一指標(biāo)上與盤(pán)式張力越來(lái)越接近了。

表2是柵式張力對(duì)比旋轉(zhuǎn)盤(pán)式張力的輸出張力波動(dòng)折線表。

通過(guò)表2的折線圖可以明顯看出，柵式張力能夠在很大程度上改善紗線的張力波動(dòng)，能夠輸出較為平穩(wěn)的紗線張力。

綜合以上分析，可以簡(jiǎn)單總結(jié)一下柵式張力的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

1）不會(huì)纏繞回絲，減輕維修工的保養(yǎng)強(qiáng)度；

2）能夠動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償張力波動(dòng)，輸出張力穩(wěn)定，優(yōu)秀的筒紗成型；

3）取消旋轉(zhuǎn)電機(jī)，降低整機(jī)能耗；

4）機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)方便；

5）張力調(diào)節(jié)精度高，可滿足不同筒紗成型的品種。

缺點(diǎn)：

過(guò)紗點(diǎn)多，易對(duì)紗線產(chǎn)生較多的毛羽。

5.結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)屬于紡織機(jī)械領(lǐng)域中高自動(dòng)化產(chǎn)品,作為紡紗工序中的最后一道工序,在整個(gè)紡織生產(chǎn)中起著重要的作用，能充分滿足高速整經(jīng)、無(wú)梭織機(jī)、針織紗和出口紗的需要,隨著中國(guó)紡織品的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，紡織廠對(duì)自動(dòng)絡(luò)筒體的成紗指標(biāo)的要求也不斷增加，柵式張力在整個(gè)張力控制中屬于關(guān)鍵性部件之一，在良好的筒紗成型和優(yōu)良的成紗指標(biāo)中起著至關(guān)重要的作用。各家紡織機(jī)械廠在張力控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，相互借鑒，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同為紡織行業(yè)提供最優(yōu)秀的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)，促進(jìn)紡織行業(yè)的整體進(jìn)步。