彭來湖， 羅 昌， 牛 沖， 呂永法， 胡旭東， 戴 寧

(1. 浙江理工大學(xué) 浙江省現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018；2. 杭州旭仁自動(dòng)化有限公司， 浙江 杭州 310018； 3. 浙江日發(fā)紡機(jī)技術(shù)有限公司， 浙江 新昌 312500)

在服裝面料中加入適量的氨綸成分，可有效改善服裝的延伸性和回彈性，增加穿著舒適性，因此，氨綸在以內(nèi)衣為主的，強(qiáng)調(diào)保形性和貼身性的針織物中得到了普遍應(yīng)用。由于生產(chǎn)工藝的限制，傳統(tǒng)氨綸多以包芯紗或包覆紗的方式編入織物，現(xiàn)有氨綸裸絲的強(qiáng)度與張力特性已允許氨綸獨(dú)立參與編織,這樣可減少氨綸因包覆等方式增加的工序及成本，更重要的是可保持良好的彈性，避免因包覆而造成的彈性損失[1-3]。

氨綸裸絲的低模量及高彈性特點(diǎn)，使得其在許多高轉(zhuǎn)速、高響應(yīng)實(shí)時(shí)性要求的針織緯編設(shè)備上應(yīng)用還存在許多困難。周文勝等研究設(shè)計(jì)了應(yīng)變片型張力檢測裝置檢測紗線張力,進(jìn)而控制伺服電動(dòng)機(jī)速度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸送紗線張力的方案[2]。馬海鵬等在對(duì)圓緯機(jī)主動(dòng)式動(dòng)態(tài)送紗控制技術(shù)的研究中,提出了基于位置和速度實(shí)時(shí)控制的動(dòng)態(tài)送紗控制系統(tǒng)[3]。Chen等提出基于CAN總線和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簇絨地毯機(jī)送紗控制系統(tǒng)[4]。Kovar從不同角度介紹紗線輸送系統(tǒng)，描述了在送料過程中影響紗線速度和拉應(yīng)力變化的主要變量，并就針織生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性進(jìn)行了闡述[5]。這些研究對(duì)氨綸紗線的輸送控制有一定的指導(dǎo)意義，但并不能夠完全適用氨綸類高彈細(xì)紗的應(yīng)用[6]。

本文通過對(duì)氨綸應(yīng)力應(yīng)變模型以及編織工藝的研究，以快速響應(yīng)的積極式送紗器作為紗線動(dòng)態(tài)輸送的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件，采用可調(diào)占空比的PWM(Pulse Width Modulation)脈沖實(shí)現(xiàn)模擬量控制信號(hào)輸出的方式，結(jié)合針筒轉(zhuǎn)速及位置控制算法，提出基于針織緯編設(shè)備的積極送紗控制方案實(shí)現(xiàn)對(duì)氨綸的動(dòng)態(tài)輸送，使織物彈性均勻，布面平整無橫紋且局部彈性可調(diào)。

1 氨綸輸送原理及控制方案

針對(duì)不同的原料，針織緯編設(shè)備上使用的輸紗器主要分為積極式輸紗器和消極式輸紗器2種[5]。氨綸裸絲的初始模量小，具有低負(fù)荷、高伸長的特點(diǎn)，若采用消極式給紗方式，將造成易斷紗、給紗張力波動(dòng)嚴(yán)重、織物成圈不均勻等缺點(diǎn)。而積極式輸紗器能夠主動(dòng)向編織區(qū)輸送定長的紗線，即在單位時(shí)間內(nèi)給編織系統(tǒng)輸送一定長度的紗線，這種連續(xù)、均勻、恒定的供紗方式，使得各成圈系統(tǒng)的線圈長度趨于一致，給紗張力較均勻，織物紋路清晰，且能夠有效控制織物的密度和幾何尺寸[7]，因此，氨綸輸送宜采用積極式輸紗器。

ELAN-30型輸紗器是一種新型的氨綸彈性紗專用積極式輸紗器，該輸紗器內(nèi)部以無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾軸，外部驅(qū)動(dòng)輥滾動(dòng)帶動(dòng)紗線退繞。本文以ELAN-30型輸紗器作為氨綸紗線輸送執(zhí)行器，研究氨綸的動(dòng)態(tài)輸送控制技術(shù)，其輸送過程如圖1所示。氨綸紗線從輸紗器的驅(qū)動(dòng)輥上退繞，經(jīng)過電子眼斷紗報(bào)警器的檢測孔位，再穿進(jìn)機(jī)器的喂紗裝置紗嘴導(dǎo)紗孔。當(dāng)編織開始時(shí)針筒運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)輸紗器驅(qū)動(dòng)輥滾動(dòng)帶動(dòng)彈性紗筒跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，將紗線積極地喂入針織機(jī)編織區(qū)域，最終經(jīng)過編織系統(tǒng)的編織形成氨綸針織物。

1—紗架； 2—電子眼； 3—氨綸輸紗器； 4—導(dǎo)紗孔； 5—紗嘴； 6—針筒； 7——氨綸紗線。

針筒的轉(zhuǎn)速以及工藝文件中的送紗參數(shù)共同決定了氨綸紗線的消耗量。氨綸紗線的實(shí)際輸送量由ELAN-30型輸紗器的驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，因此，氨綸紗線的輸送需要ELAN-30型輸紗器在依據(jù)送紗參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)輸送的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)跟隨針筒轉(zhuǎn)速。圖2示出針織緯編設(shè)備氨綸輸送控制技術(shù)方案圖。

圖2 氨綸送紗控制技術(shù)方案

人機(jī)交互界面解析工藝文件并下傳送紗參數(shù)至送紗控制器,送紗控制器采集針織設(shè)備的編碼零位信號(hào)計(jì)算出針筒當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)位置及速度，然后根據(jù)相應(yīng)的位置與速度控制算法調(diào)整輸紗器的送紗速度，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送紗量。

2 氨綸送紗工藝分析

2.1 針筒輸紗器轉(zhuǎn)比參數(shù)分析

針織緯編設(shè)備在編織氨綸產(chǎn)品時(shí)，氨綸以某種速度和拉伸條件與主紗一起形成織物。在這個(gè)動(dòng)態(tài)輸送過程中，編織速度與送紗量有著直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于針織緯編設(shè)備，針筒轉(zhuǎn)速即表示編織速度。在同一拉伸條件下，即動(dòng)態(tài)輸送時(shí)氨綸紗線保持同一張力的條件下，輸紗器的輸送速度決定了氨綸送紗量的大小。ELAN-30型輸紗器送紗速度與針筒轉(zhuǎn)速存在一定的比例關(guān)系。緯編設(shè)備針筒、ELAN-30型輸紗器驅(qū)動(dòng)輥示意圖如圖3所示。

圖3 針筒和輸紗器驅(qū)動(dòng)輥示意圖

假設(shè)針筒轉(zhuǎn)速為ω1(r/min)，半徑為R1(mm)；輸紗器驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速為ω2，半徑為R2。不計(jì)紗線彎紗成圈所需要的長度，則單位時(shí)間t內(nèi)的針筒上紗線消耗量Q1(mm)為

Q1=ω1R1t

而單位時(shí)間t內(nèi)輸紗器驅(qū)動(dòng)輥上的送紗量Q2為

Q2=ω2R2t

當(dāng)紗線進(jìn)入編織區(qū)域時(shí)，織針隨著針筒作圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí),在成圈機(jī)構(gòu)的作用下沿豎直方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)并鉤取紗線。由于織物組織結(jié)構(gòu)不同，彎紗深度不同，紗線的用量也就不同[8]。

假設(shè)某一組織編織工藝下參與編織成圈的針數(shù)為n枚，單個(gè)線圈總長度為l(mm,去除線圈橫向間距)，則單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際送紗量關(guān)系為

Q2=Q1+nl

某一時(shí)刻參與編織的針數(shù)可由機(jī)器總針數(shù)以及控制器解析鏈條中設(shè)定的出針方式來獲取。采用B樣條的針織物緊密結(jié)構(gòu)模型可依據(jù)紗線直徑近似計(jì)算單個(gè)線圈長度。由此可得出針筒與輸紗器轉(zhuǎn)速關(guān)系為

由于nl遠(yuǎn)小于R2，因此，二者轉(zhuǎn)速比關(guān)系主要取決于針筒與輸紗器驅(qū)動(dòng)輥半徑比。

假設(shè)在一定轉(zhuǎn)速比下，氨綸紗線以伸長率為100%的情況下進(jìn)行輸送。在其他伸長率情況下，針筒與輸紗器的轉(zhuǎn)比關(guān)系將非線性變化，這與紗線的應(yīng)力-應(yīng)變模型有關(guān)。

2.2 氨綸應(yīng)力-應(yīng)變模型分析

緯編氨綸織物彈性大都來自包覆在各種纖維內(nèi)部的氨綸，而織物中氨綸的含量主要取決于氨綸的線密度、牽伸比以及織物密度。針對(duì)同一種氨綸原料，在不考慮織物密度變化的情況下，氨綸在編織過程中的牽伸比是影響織物彈性的關(guān)鍵因素。在同一編織速度下，若要調(diào)節(jié)某步段氨綸織物的彈性，那么就要改變喂入紗線的牽伸比。對(duì)于積極式輸紗器來說，即要主動(dòng)調(diào)節(jié)送紗量的大小，因而緯編氨綸織物的彈性與氨綸的送紗量之間有著較為密切的關(guān)系[9]。

氨綸送紗量對(duì)織物彈性回復(fù)率的影響并不是線性關(guān)系。牽伸倍數(shù)增大，氨綸絲的彈力發(fā)揮較大的作用，使織物的彈性回復(fù)率較好；氨綸絲的牽伸倍數(shù)太大超出其最佳彈性區(qū)域時(shí)，織物的彈性回復(fù)率開始變小，因此，尋求氨綸牽伸比與送紗量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系尤為重要。本文針對(duì)一種氨綸原料進(jìn)行研究，通過定負(fù)荷拉伸實(shí)驗(yàn)得出該氨綸紗線的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。拉伸實(shí)驗(yàn)在電子式萬能試驗(yàn)機(jī)、稱重傳感器、用于稱重傳感器的變送器TM50、NIcRI0-9022及N19215采集板卡搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行，采用的氨綸試樣長度(L)為85 mm，拉伸速度(V)為5 mm/s,測試20次，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析并用Origin軟件進(jìn)行曲線擬合,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。曲線以紗線的伸長率為橫坐標(biāo)，拉伸時(shí)紗線上的相應(yīng)拉力為縱坐標(biāo)。

圖4 氨綸紗線應(yīng)力-應(yīng)變曲線

氨綸紗線張力與伸長率之間呈非線性關(guān)系，假設(shè)氨綸紗線在張力f下的伸長率為α(%)，采用多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行回歸分析，建立二者之間相關(guān)關(guān)系的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式：

f=p1α5+p2α4+p3α3+p4α2+p5α+p6

其中：p1=7.518×10-13；p2=-7.788×10-10；p3=3.188×10-7；p4=-5.972×10-5；p5=-5.22×10-3；p6=5.750×10-3。該擬合方程相關(guān)系數(shù)為0.997，擬合程度最好，其擬合曲線走勢符合氨綸拉伸曲線規(guī)律。

含氨綸織物伸長率與紗線伸長率呈線性回歸關(guān)系，氨綸紗線動(dòng)態(tài)輸送時(shí)的伸長率直接影響了織物的彈性指標(biāo)[10]。為定量分析織物彈性要求與氨綸送紗速度的關(guān)系，采用數(shù)學(xué)歸納法進(jìn)一步研究二者的關(guān)系表達(dá)式。

假設(shè)氨綸在預(yù)設(shè)張力f0(N)下單位時(shí)間的送紗長度為L0，在另一較大張力f1條件下單位時(shí)間的送紗長度為L1，且此時(shí)伸長率為α1：

L1=L0α1

紗線張力變大，則伸長率變大，那么輸紗器減少送紗量，轉(zhuǎn)速變慢。送紗量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為

ω1R1=ω2R2+(L1-L0)

可得到

在緯編氨綸織物編織過程中，需要實(shí)時(shí)改變織物局部彈性,可在工藝文件中設(shè)定好步段的張力需求，控制器通過工藝文件中的參數(shù)推導(dǎo)出相應(yīng)的紗線伸長率，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸紗器的送紗速度達(dá)到目標(biāo)張力。即通過調(diào)節(jié)輸紗器送紗量達(dá)到所需要的織物彈性需求。

2.3 轉(zhuǎn)速控制

ELAN-30型輸紗器是一種電壓控制型積極式輸紗器，其送紗速度與工作參考電壓成正比關(guān)系。設(shè)定電壓范圍為0～10 V，轉(zhuǎn)速范圍為0～4 000 r/min,ELAN-30型輸紗器目標(biāo)轉(zhuǎn)速為ω,則設(shè)定電壓值V為

綜合機(jī)器針筒輸紗器轉(zhuǎn)速比關(guān)系、氨綸紗線延伸特性，在使用某一氨綸紗線編織氨綸產(chǎn)品時(shí)，假設(shè)實(shí)時(shí)針筒轉(zhuǎn)速為ωt，目標(biāo)紗線張力ft條件下伸長率為αt，那么輸紗器的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速ωd為

在該轉(zhuǎn)速下送紗控制器輸出的控制電壓Vt應(yīng)為

3 送紗控制器硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件總體設(shè)計(jì)方案

圖5示出針織緯編設(shè)備氨綸紗線輸送控制系統(tǒng)硬件電路整體結(jié)構(gòu)，主要包括人機(jī)交互模塊、主控制模塊、斷紗報(bào)警模塊。人機(jī)交互模塊支持工藝文件的拷貝與解析，實(shí)現(xiàn)氨綸參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)編織信息的顯示等功能。主控制模塊采用高性能高級(jí)精簡指令集機(jī)制advanced RISC machines(ARM)處理器作為控制核心，集成編碼信號(hào)采集功能、零位信號(hào)捕獲、ELAN-30型輸紗器驅(qū)動(dòng)功能。該模塊與人機(jī)交互模塊之間通過高速現(xiàn)場總線CAN總線通信，人機(jī)將解析好的氨綸輸紗器的控制參數(shù)下傳至控制模塊，控制模塊實(shí)時(shí)將當(dāng)前的編織位置信息、速度信息、報(bào)警信息反饋至人機(jī)。氨綸紗線導(dǎo)紗器裝有電子眼感應(yīng)裝置，能夠檢測到是否斷紗;斷紗報(bào)警模塊將讀取感應(yīng)到的斷紗信號(hào)傳遞給送紗控制器，實(shí)現(xiàn)斷紗檢測及時(shí)停機(jī)。

圖5 系統(tǒng)硬件電路整體框架圖

3.2 編碼零位信號(hào)采集模塊

3.2.1 編碼位置信息同步原理

在針織緯編設(shè)備上，氨綸產(chǎn)品的編織有著特殊的制版工藝。編織過程中需要采用合適的氨綸輸紗器啟動(dòng)和退出角度。合適的工作角度可有效防止啟動(dòng)落后造成的斷紗和啟動(dòng)超前造成的返紗。在工藝文件中插入氨綸工作參數(shù)，包括起始步、終止步、初值和終值。由于工藝要求，氨綸參數(shù)依據(jù)步段間的循環(huán)圈在初值和終值間漸變遞增或遞減，這樣才能保證氨綸送紗量符合織物的筒徑變化要求[11],因此，由于氨綸產(chǎn)品特殊的工藝要求，氨綸紗線輸送控制系統(tǒng)需要采集計(jì)算當(dāng)前針筒的編織位置信息及速度信息。機(jī)器編碼信號(hào)及零位信號(hào)檢測示意圖如圖6所示。

圖6 機(jī)器針筒編碼及零位信號(hào)檢測示意圖

本文設(shè)計(jì)利用機(jī)器的編碼脈沖以及零位信號(hào)進(jìn)行機(jī)器位置信息的計(jì)算。機(jī)器計(jì)算位置信息的過程如下：1)首先找到機(jī)械零位與傳感器零位之間的脈沖偏差值,即為零位脈沖值；2)機(jī)器開始工作時(shí)先找到傳感器零位，找到之后將實(shí)時(shí)脈沖值清零,然后繼續(xù)運(yùn)行;3)當(dāng)實(shí)時(shí)脈沖值達(dá)到零位脈沖值時(shí)，再將實(shí)時(shí)脈沖值清零，這個(gè)點(diǎn)即為機(jī)械零點(diǎn)，以此點(diǎn)為基準(zhǔn)，將實(shí)時(shí)脈沖值轉(zhuǎn)換為當(dāng)前編織角度或針位即獲得了實(shí)時(shí)編織圈位置信息。每次達(dá)到周總脈沖值時(shí)將當(dāng)前脈沖值清零重新計(jì)數(shù)，同時(shí)編織圈數(shù)累加，依據(jù)編織圈數(shù)即可計(jì)算機(jī)器的步驟及循環(huán)信息。

3.2.2 編碼零位采集電路設(shè)計(jì)

針織緯編設(shè)備通常采用正交編碼器捕獲針筒的轉(zhuǎn)動(dòng)信息，采用零位傳感器獲取針筒的圈零位信號(hào)。正交編碼器輸出的差分信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可有效保證編碼信號(hào)的完整性[12]。由于差分信號(hào)不能直接輸入到ARM處理器中，本文設(shè)計(jì)采用高速光耦對(duì)編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和隔離。由于圈零位信號(hào)頻率較低，采用普通光耦對(duì)其進(jìn)行隔離與轉(zhuǎn)換即可。

編碼器信號(hào)采集模塊如圖7所示。差分脈沖信號(hào)與零位信號(hào)經(jīng)過光耦轉(zhuǎn)換后能夠與ARM控制器的I/O(input/output)口進(jìn)行匹配。配置ARM處理器定時(shí)器為正交編碼模式捕獲編碼脈沖數(shù)，使用外部中斷快速捕獲零位信號(hào)輸入。ARM控制器對(duì)采集到的編碼零位信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理。

圖7 編碼零位脈沖采集電路

3.3 輸紗器驅(qū)動(dòng)電路

ELAN-30型輸紗器內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，以無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾軸，速度可達(dá)4 000 r/min。外部控制只需提供使能及參考電壓信號(hào)，參考電壓與轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系，控制方式簡單方便。本文研究以PWM占空比調(diào)壓輸出模擬量控制信號(hào)的方案實(shí)現(xiàn)速度控制，該方案驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示。

圖8 PWM調(diào)壓輸出模擬量控制信號(hào)

利用ARM控制器的定時(shí)器模塊實(shí)現(xiàn)PWM輸出，再經(jīng)過RC電路(resistor-capacitance circuit)濾波以及運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行放大跟隨，實(shí)現(xiàn)參考電壓的輸出。所選ARM控制器定時(shí)器資源豐富，足以實(shí)現(xiàn)多路的輸出控制。PWM載波頻率約為10 kHz,RC濾波模塊選擇容值為200 nF的電容，可有效提高波形上升速度，平滑輸出波形。選擇1%的精密電阻可有效提高輸出電壓的精度。利用LM358通道1放大一定倍數(shù)的PWM輸入電壓，通道2進(jìn)行跟隨輸出一方面可起到電壓的緩沖和隔離效果，另一方面可起到阻抗匹配的作用。

ELAN-30型輸紗器使能控制電壓為5～12 V，高電平使能，低電平失能。本文研究利用三極管開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)使能控制。

4 送紗控制器軟件開發(fā)

4.1 人機(jī)驅(qū)動(dòng)交互程序設(shè)計(jì)

人機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊需要進(jìn)行信息交互，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性。主要信息包括機(jī)器參數(shù)設(shè)定、氨綸工作參數(shù)傳輸、實(shí)時(shí)針位信息傳遞等。機(jī)器參數(shù)包括機(jī)器尺寸、總針數(shù)、圈總脈沖數(shù)；氨綸工作參數(shù)即工藝文件中所設(shè)定的步段控制參數(shù)；零位設(shè)定用來做零位校準(zhǔn)，同步編織位置信息?；鶞?zhǔn)微調(diào)即可對(duì)每路的輸出做誤差調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)模塊采集編碼零位信號(hào)并計(jì)算出針位角度上傳給人機(jī)顯示編織位置信息，實(shí)時(shí)采集報(bào)警信號(hào)，如有異常則停機(jī)并上傳至人機(jī)顯示相應(yīng)報(bào)警信息，人機(jī)驅(qū)動(dòng)交互示意框圖如圖9所示。

圖9 人機(jī)驅(qū)動(dòng)交互示意圖

4.2 送紗控制程序設(shè)計(jì)

4.2.1 速度位置跟隨主程序

送紗控制器主要任務(wù)是實(shí)時(shí)控制輸紗器的運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)紗線的穩(wěn)定輸送。控制器主程序?qū)崟r(shí)計(jì)算針筒位置及轉(zhuǎn)速，匹配工藝參數(shù)跟隨轉(zhuǎn)速。主控制程序主流程圖如圖10所示。

圖10 氨綸送紗調(diào)節(jié)流程圖

主控制器實(shí)時(shí)采集編碼脈沖和零位信號(hào)，并根據(jù)機(jī)器操作計(jì)算編織位置信息，同時(shí)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的編碼脈沖數(shù)計(jì)算針筒轉(zhuǎn)速。按照工藝文件中提取的送紗工作參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描,匹配到相應(yīng)路數(shù)的步數(shù)、角度則執(zhí)行相應(yīng)進(jìn)入或退出動(dòng)作，并按照送紗參數(shù)和針筒轉(zhuǎn)速計(jì)算實(shí)時(shí)的送紗速度。

4.2.2 速度漸變處理程序

根據(jù)氨綸織物工藝要求，氨綸參數(shù)依據(jù)步段間的循環(huán)圈在初值和終值間漸變遞增或遞減，所以氨綸輸紗器在編織過程中送紗速度也是一個(gè)漸變的過程。圖11示出氨綸紗線輸送漸變調(diào)節(jié)程序流程。其中:d為圈累加量，其大小等于終值與初始值之差；c為變化圈數(shù)，每經(jīng)過1次零位其值加1。

圖11 氨綸紗線輸送漸變調(diào)節(jié)流程

5 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及裝機(jī)測試

5.1 模擬量控制信號(hào)輸出波形測試

氨綸送紗控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要取決于送紗速度的調(diào)節(jié)是否迅速，滿足高速編織下的實(shí)時(shí)性要求。對(duì)于電壓控制型的輸紗器，本文設(shè)計(jì)采取的PWM調(diào)壓輸出模擬控制信號(hào)方案的響應(yīng)速度、波形穩(wěn)定性具有關(guān)鍵的影響。通過示波器對(duì)PWM調(diào)壓輸出的波形進(jìn)行捕獲，觀察控制電壓信號(hào)是否符合要求，捕獲波形如圖12所示。

圖12 PWM調(diào)壓輸出前后端波形圖

圖12(a)示出ARM定時(shí)器輸出的PWM波形，其幅值為3.3 V,占空比為50%,脈沖周期為70 μs。圖12(b)示出經(jīng)過LM358放大電路輸出的波形，縱向柵格代表電壓(2 V/格)，橫向柵格代表時(shí)間(5 ms/格)?？梢钥吹剑瑥? V調(diào)壓輸出到5 V，經(jīng)過了約5 ms的爬升，最終趨于平滑穩(wěn)定在5 V。

針對(duì)針織緯編設(shè)備編織速度，以TOP2無縫內(nèi)衣機(jī)52.8 cm機(jī)型為例，其編織最大速度約為80 r/min，即0.48 (°)/ms，則5 ms最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為2.4°。2.4°的轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的吃紗長度為8.5 mm，這樣的拉伸長度顯然不會(huì)超出氨綸紗線的伸長率范圍，也不會(huì)對(duì)布面品質(zhì)產(chǎn)生明顯不良影響，因此，本文設(shè)計(jì)所采用的氨綸送紗速度控制方案能夠滿足針織緯編設(shè)備高速編織下的實(shí)時(shí)性要求。

5.2 布面平整性驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)控制技術(shù)的可行性，在TOP2無縫內(nèi)衣機(jī)上進(jìn)行了編織測試。實(shí)際裝機(jī)調(diào)試表明，本文設(shè)計(jì)氨綸送紗控制技術(shù)能夠有效地滿足氨綸送紗的控制需求。

為驗(yàn)證織物成圈均勻、布面平整，在已經(jīng)運(yùn)用本技術(shù)的義烏市某廠商抽取10個(gè)試樣，每個(gè)試樣在不同時(shí)段隨機(jī)抽取，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在給予試樣一定拉力的條件下，利用超景深三維顯微系統(tǒng)對(duì)試樣的線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察測量,每個(gè)試樣觀測多個(gè)線圈并標(biāo)注其圈距和圈高。圖13示出試樣1織物線圈參數(shù)測量圖。其余試樣在實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下按試樣1方法進(jìn)行測量。

圖13 織物線圈參數(shù)測量圖

對(duì)獲取的10個(gè)試樣織物的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。表中圈距、圈高均為多次測量值的算數(shù)平均值，并利用貝塞爾公式求取多次測量的標(biāo)準(zhǔn)差?？梢钥闯?，各織物試樣線圈參數(shù)接近，偏差極小，從而驗(yàn)證了在本文系統(tǒng)送紗控制技術(shù)下織物成圈的均勻性。

表1 織物試樣線圈參數(shù)的測量數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果表明，織物成圈均勻，布面平整無橫紋?？椢锢鞙y試下彈性良好、回復(fù)性能優(yōu)良，符合市場對(duì)氨綸產(chǎn)品的工藝要求。

6 結(jié)束語

本文介紹了針織緯編設(shè)備氨綸纖維技術(shù)方案，從工藝角度進(jìn)行研究分析，提出了基于速度和位置的氨綸纖維輸送控制技術(shù)。采用高性能ARM處理器，快速響應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制輸出控制方案以及高精度的編碼信號(hào)采集方案，滿足了針織緯編設(shè)備氨綸產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低且適用于頻繁變速及急停等運(yùn)行狀況。有效解決了氨綸裸絲紗線輸送困難，易發(fā)生斷紗、布面不良等問題。通過理論分析和上機(jī)測試，該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理，可擴(kuò)展應(yīng)用到無縫內(nèi)衣機(jī)、絲襪機(jī)、大圓機(jī)等多類機(jī)型，具有良好的工程應(yīng)用前景。