胡學(xué)濤， 林富生， 黃豐毅， 徐釗釗， 宋志峰

（武漢紡織大學(xué)， 三維紡織湖北省工程研究中心， 湖北 武漢430200）

0 引言

隨著織機(jī)運(yùn)行速率的提高，經(jīng)紗很快就會(huì)織完，加上勞動(dòng)力緊張，熟練的穿經(jīng)工呈現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。在這種情況下，同一品種再次上機(jī)織造時(shí)，使用紗線焊接機(jī)進(jìn)行經(jīng)線焊接，然后再將經(jīng)線依次拉過停經(jīng)片、綜絲和扣板，這種方式是減少織機(jī)停車時(shí)間、 提高效率的最佳方式[1]。本文設(shè)計(jì)了一種新型的紗線焊接機(jī)， 該紗線焊接機(jī)的功能就是利用機(jī)械代替手工將上一批織完的經(jīng)線與新織軸的經(jīng)線一對(duì)一的焊接，達(dá)到不停機(jī)連續(xù)織造的目的。

1 紗線焊接機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)

目前，國內(nèi)外使用紗線結(jié)經(jīng)機(jī)較多，而紗線焊接機(jī)相對(duì)使用較少，結(jié)經(jīng)機(jī)的作用是將經(jīng)線逐根打結(jié)。當(dāng)前國產(chǎn)結(jié)經(jīng)機(jī)配合挑紗針的選擇與監(jiān)測(cè)功能的改善， 大大優(yōu)化了結(jié)經(jīng)機(jī)的接紗效果。 國外的自動(dòng)結(jié)經(jīng)機(jī)，已經(jīng)出現(xiàn)利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)施程序監(jiān)控， 為織造排花創(chuàng)造了更有利的條件[2]。

但是，自動(dòng)結(jié)經(jīng)機(jī)還是存在很多問題。 第一，大跨度的斜拉紗線較多，絞頭多，易造成斷頭多，停機(jī)頻繁，并且經(jīng)向形成筘路疵點(diǎn)較多。 嚴(yán)重影響織物的品相；第二，無論是國產(chǎn)的還是進(jìn)口的自動(dòng)結(jié)經(jīng)機(jī)，在使用過程中都或多或少地存在雙紗和多紗對(duì)接的現(xiàn)象[3]。 目前市場(chǎng)上有的紗線焊接機(jī)相對(duì)較少， 但還是存在一種手持式的紗線焊接機(jī)， 這種手持式紗線焊接機(jī)是對(duì)單一紗線進(jìn)行焊接，所以它的效率比較低。 本文提出的紗線焊接機(jī)能很好的解決這些問題， 具有很大的研究意義和實(shí)際使用價(jià)值。

2 紗線焊接機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計(jì)一臺(tái)紗線焊接機(jī)， 該機(jī)主要通過超聲波焊頭將織機(jī)上剩余紗線和新紗線焊接在一起， 這種方式是減少織機(jī)停車時(shí)間、提高效率的最佳方式。該紗線焊接機(jī)焊接牢靠，焊接效率高。

2.1 紗線焊接機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

該紗線焊接機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)表現(xiàn)在使用超聲波焊接的工藝， 使一整根經(jīng)軸上的紗線或者同一層的紗線同時(shí)焊接。這臺(tái)紗線焊接機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：①使用超聲波焊接技術(shù)同時(shí)焊接一整根經(jīng)軸的紗線，使紗線焊接牢靠；②使用圓形的刀輥機(jī)構(gòu)， 切割紗線焊接完后紗線之間的粘連部分， 有效解決了紗線之間的粘連問題； ③該機(jī)采用PLC 控制，控制氣缸和電機(jī)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。

2.2 紗線焊接機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案

該紗線焊接機(jī)主要包含五個(gè)部分：紗線張力機(jī)構(gòu)、刺輥毛刷機(jī)構(gòu)、鋼梳機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)構(gòu)、刀輥切割機(jī)構(gòu)，見圖1。

圖1 焊接機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖

該機(jī)開始焊接前，需做好準(zhǔn)備工作。 首先，需要將織機(jī)上剩余的紗線穿過紗線張力機(jī)構(gòu)上的重力擺桿， 接著穿過兩膠輥之間，然后要按順序依次穿過鋼梳1、兩個(gè)超聲波焊接頭和鋼梳2，最后將紗線拉到刺輥毛刷處，將紗線依次纏繞到刺輥毛刷上。 通過刺輥毛刷機(jī)構(gòu)上的搖桿順時(shí)針搖動(dòng)將紗線張緊。同樣的，新紗線按照反向的順序布完。 然后會(huì)在超聲波焊頭內(nèi)地槽板內(nèi)各布置一層熱塑性薄膜，接著氣缸推動(dòng)超聲波焊頭對(duì)接，將紗線焊接在熱塑性薄膜內(nèi)，完成焊接工作。 焊接完之后，將焊接完的紗線依次放入刀輥內(nèi)，啟動(dòng)刀輥將焊接的粘連部分切割開，最后再將兩端多余的線頭剪掉， 將焊接接頭部分依次拉過停經(jīng)片、綜絲和扣板，進(jìn)行新一輪的織造過程，這種方式既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了停機(jī)的時(shí)間，大大提高了織機(jī)的效率。 該機(jī)器的氣缸和伺服電機(jī)都是采用PLC 協(xié)調(diào)控制的。

現(xiàn)對(duì)該紗線焊接機(jī)的五大機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體分析：

（1）紗線張力機(jī)構(gòu)。 圖2 中，兩根包膠輥上下分布，兩端通過連接件連接一根不銹鋼重力擺桿， 紗線通過這根不銹鋼擺桿，然后再穿過兩根包膠輥。紗線經(jīng)過包膠輥會(huì)增加一定的摩檫力， 同時(shí)張力擺桿通過自身的重力把紗線往下壓，從而使紗線一端張緊。

圖2 紗線張力機(jī)構(gòu)

（2）刺輥毛刷機(jī)構(gòu)。 如圖3 所示，該刺輥毛刷機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器將刺輥軸和渦輪蝸桿減速機(jī)連接， 此外渦輪蝸桿減速機(jī)上還裝有一個(gè)手搖手柄。 刺輥是一種特制的帶刺的輥?zhàn)?，該刺輥可以起到梳理紗線的作用，而且還可以將紗線纏繞在刺輥上，起到固定紗線的作用。 搖動(dòng)手柄，通過蝸輪蝸桿減速器，可以起到張緊紗線的作用。蝸輪蝸桿減速器既可以改變搖桿手柄的方向， 同時(shí)也有利于紗線張緊，使紗線更容易張緊。

圖3 刺輥毛刷機(jī)構(gòu)

（3）鋼梳機(jī)構(gòu)。鋼梳機(jī)構(gòu)包括一排鋼梳嵌置在鋼梳槽中，內(nèi)測(cè)固定一根導(dǎo)向桿，整個(gè)裝置固定在兩根滑動(dòng)導(dǎo)軌上，中間位置固定一個(gè)推動(dòng)氣缸。鋼梳可以將織機(jī)上剩余紗線和新紗線放置在同一齒間， 這樣保證需要焊接的兩根紗線在同一齒間，見圖4。

圖4 鋼梳機(jī)構(gòu)

（4）焊接機(jī)構(gòu)。焊接機(jī)構(gòu)主要包括上超聲波焊接頭和下超聲波焊接頭， 如圖5 所示該機(jī)構(gòu)龍門架上固定上超聲波焊接頭，其中上焊接頭外有一層鈑金，該鈑金連接著一對(duì)小型的伸縮氣缸， 其作用是將一層薄熱塑性塑料放置在上焊接頭下，當(dāng)氣缸回縮時(shí)，鈑金會(huì)使薄熱塑性塑料貼緊。整個(gè)上焊接頭通過兩個(gè)同步氣缸，在升降導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)整體升降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)下焊接頭外側(cè)也有鈑金，也有兩個(gè)小型的伸縮氣缸控制它的上下運(yùn)動(dòng)。在焊接時(shí)，也會(huì)在下焊接頭上布置一層熱塑性塑料，在紗線布完之后，上焊接頭與下焊接頭對(duì)接， 通過上下兩層熱塑性塑料將紗線焊接在中間，完成整體焊接過程。

圖5 焊接機(jī)構(gòu)

（5）刀輥切割機(jī)構(gòu)。圖6 為刀輥切割機(jī)構(gòu)，這個(gè)整體的切割平臺(tái)通過兩個(gè)同步氣缸實(shí)現(xiàn)水平方向上的運(yùn)動(dòng)，而上放的平臺(tái)通過刀輥升降氣缸實(shí)現(xiàn)上下升降運(yùn)動(dòng)。紗線焊接之前，刀輥是位于下焊接頭的下方的，當(dāng)紗線焊接完成后，刀輥上升到紗線的高度，通過電機(jī)帶動(dòng)刀輥旋轉(zhuǎn)，通過水平伸縮氣缸推動(dòng)刀輥前進(jìn)，從而完成切割動(dòng)作。

圖6 刀輥切割機(jī)構(gòu)

3 實(shí)驗(yàn)分析

該實(shí)驗(yàn)主要在一個(gè)如圖7 所示的超聲波焊接平臺(tái)上，布置幾組石英纖維紗線，利用鋼梳將每組紗線均勻分布開， 選擇幾種常見的熱塑性塑料薄膜： 聚乙烯薄膜（PE）、聚丙烯薄膜（PP）、聚氯乙烯薄膜（PVC），布置在上下焊接頭處，通過超聲波焊接裝置完成焊接，焊接完成后的紗線如圖8 所示， 最后利用切割裝置將幾組紗線均勻切割開，切割后的紗線如圖9 所示。通過拉力器測(cè)試每組紗線焊接處的失效拉力。 該實(shí)驗(yàn)針對(duì)每種材料測(cè)試了5組紗線焊接處的失效拉力，得出數(shù)據(jù)見表1。

圖7 焊接平臺(tái)

圖8 焊接完成的紗線

圖9 切割后的紗線

表1 三種常見熱塑性塑料薄膜焊接紗線的失效拉力表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析， 這三種熱塑性塑料薄膜的焊接效果存在一定的差異，從表中可以看出，聚丙烯的效果尤為突出，可達(dá)到30.7N 的拉力，一般將紗線拉過綜絲、筘板所需要的拉力在10.0N 左右。通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該焊接機(jī)構(gòu)焊接紗線的可靠性，焊接的紗線在焊接處的牢固性。

4 結(jié)束語

本文主要研究了一種新型的紗線焊接機(jī)， 主要解決經(jīng)紗打結(jié)的問題， 使同一規(guī)格的經(jīng)紗在連續(xù)織造的情況下，不需要重復(fù)穿綜、穿筘，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。 這種新型的紗線焊接機(jī)不僅能夠有效解決經(jīng)線的焊接問題，還能應(yīng)用于各種紗線焊接的場(chǎng)合，大大擴(kuò)大了該紗線焊接機(jī)的應(yīng)用范圍。 但該紗線焊接機(jī)還存在一些不足，就是沒有達(dá)到百分百自動(dòng)化，還是需要人工完成一些輔助工作，還需進(jìn)一步完善。