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現代噴氣織機自動化特性及在高端品種上的應用(下)

6 噴氣織機的電子送經與電子卷取技術
            作為織造五大運動中的兩項送經與卷取,經歷了機械送經機械卷取、電子送經機械卷取、電子送經電子卷取的歷程。記得筆者2000年初在噴氣織機銷售過程中,還經常遇到日系織機給客戶的配置為電子送經機械卷取的例子。而電子送經與電子卷取隨著控制電機技術的發展,作為一種要求相對精密的運動控制系統,也分為不同的類型。與主傳動技術類似,也分為異步交流電動機、步進電機與無刷同步電機三代技術。而無刷電機由于可以閉環控制,無轉矩脈動屬于最領先的技術。目前畢加諾、斯密特采用步進電機技術,而舒美特由于在1993年開始就在劍桿織機上把無刷同步電機送經與卷取作為標準配置,結合專利的電子齒輪(電子同步連接器)軟件技術,在稀密路控制上處于世界領先。從而在真絲、細號棉、色織、寬幅雙軸等對送經卷取精度高的領域體現出明顯優勢,奠定了在劍桿織機領域的全球第一地位。步進電機系統與交流同步電機系統的對比見表1。
            表1 步進電機系統與交流同步電機系統的對比
            意達噴氣織機主軸、送經、卷取三個光電編碼器位置與轉速閉環反饋,后梁與卷取部位的張力傳感器轉距閉環反饋,雙閉環反饋信號經過電子齒輪送至中央CPU經DSP模塊處理。在全數字伺服系統中一般采用光電編碼器作為位置反饋信號，根據光電編碼盤器在電機轉過一圈時產生的脈沖數來對電機進行精確的定位。在實際應用中，電機與卷取送經裝置采用齒輪的連接方式，一旦固定連接后，電機每轉一圈產生的機械軸位移量一定。并且，在伺服控制系統中，位置控制通常由上位控制器產生一定頻率和個數的脈沖來決定電機的轉速和轉過的角度，當指令脈沖當量和位置反饋脈沖當量不一致時，就必須采用電子齒輪的方法來進行調節。MYTHOSETEC型織機采用2500線光電編碼器，由于驅動器內部采用了8倍頻技術，其脈沖當量為 360°/20000＝0.018°,達到每一轉20000分之一的控制精度。而電子齒輪軟件經15年左右的不斷積累,更趨完善。同時無刷電機的轉速范圍遠大于步進電機,所以緯密范圍達到4根/cm～200根/cm,最大經紗張力達到2000kg,遠大于步進電機方式的送經卷取。
            7 現代噴氣織機的氣動系統
            噴氣織機是由噴射具有一定壓力的氣流進行引緯的,引緯方式不同于有梭織機及其他無梭織機的機械引緯,機械引緯速度受機械運動的限制,速度不能提的很高。如劍桿織機實際引緯率最快也只有1500m/min,引緯頻率190幅寬達到750r/min。而噴氣織機的噴嘴噴射氣流的動作是經過電子計算機控制電磁閥的開閉運動完成的,更由于噴氣織機的主噴嘴已由單噴嘴改為雙噴嘴、四噴嘴、六噴嘴、八噴嘴。相對于一定的引緯率、織機轉速下,多噴嘴上電磁閥開閉運動的頻率可以相應降低。因此，噴氣織機主噴嘴噴射氣流的噴氣引緯頻率可大大提高。一般噴氣織機的實際引緯率已高達2400m／min。提高噴氣織機的引緯率,除了要解決好主輔噴嘴在計算機控制下電磁閥高頻率的開啟、閉合技術之外,貯緯器及停止指的停止與釋放動作也有了相應的改進與提高。在電子計算機的程序控制下,貯緯器停放緯紗的動作與主噴嘴噴射氣流的電磁閥的開啟與閉合動作十分協調。
            目前噴氣織機氣動系統的主要特點是:
            （1）多色緯,自由混緯,多臂織機的實用引緯達到6色(色織產品),電子大提花噴氣織機的實用引緯達到8色(商標產品)。
            （2）由于歐洲的專業化生產體系,啟動關鍵件基本來自同一家公司——荷蘭的TSTRICK公司,如主噴嘴、預噴嘴,而控制系統由各分別開發。主噴嘴噴管長度加長,加速度較小,對緯紗的作用力減弱,氣流集束性強,長短纖通用。主噴采用電磁銷自動調節方式與開度自動調節方式構成緯紗自動到達控制系統。通過快速放氣系統形成氣夾,減少混緯等待期間的退捻。
            （3）主噴嘴與預主噴嘴分段控制,壓力可以分別調節,有效減少緯縮及不同緯紗粗細差異較大的情況。
            （4）根據空氣動力學原理,輔助噴嘴由單孔發展為歐系噴氣織機的19孔設計,氣流集中度高,可采用低壓引緯,輔助噴嘴位置在改變品種時不需要調節,對緯紗的作用力柔和,加速比低,對緯紗單強及強力不勻要求降低,對細號產品的適應能力增強。輔助噴嘴供氣罐左右二節分離,通過CANBUS與DSP控制輔助噴嘴電磁筏的開啟時間,響應時間及故障率大為降低。同時優化輔助噴嘴電磁閥、管道等的幾何形狀及空間布置設計,使得壓縮空氣消耗量占噴氣織機70%以上的輔助噴嘴耗氣量大為降低。
            （5）儲緯器:由于現代噴氣織機的入緯率大為提高,尤其是緯紗制動噴氣織機要依賴于儲緯器的電磁銷,所以儲緯器與織機的協調尤其重要。目前國際能在高速噴氣應用的儲緯器制造商僅有IRO公司與LGL公司,其適用噴氣織機的儲緯器入緯率達到3000  m/min。日本噴氣的儲緯器由織機生產商自己制造。而IRO與LGL處于領先位置。其儲緯器主要特點:自動分紗、紗圈分離、氣動穿紗、帶有氣圈破裂罩。紗圈分離可減弱噴氣對原紗毛羽的要求,同時對花式紗的適應能力提高。氣圈破裂罩可減少緯紗的張力波動,而對于儲緯部分,尤其重要的是電子緯紗張力自動控制器,即我們形象稱為的ABS。目前國內噴氣的常規運行車速以190cm幅寬為例大概在720 r/min左右為例,入緯率1400 m/min,每一緯制動時相當與時速近90km的汽車急剎車。由于噴氣是自由端引緯,緯紗承受的張力突變在這個時候發生,存在強力弱環的緯紗斷頭或彈力紗的緯縮于是隨之發生,采用微型線性電機起平緩剎車的電子緯紗張力自動控制器的作用就非常重要。目前IRO與LGL都生產出配CANBUS連接具備實時控制功能的儲緯器,目前國內比較熱門的課題是家紡產品的多緯入一梭口織造。制造商也開發出了紗架張力位置的張力傳感器以探測單根緯紗在紗架與儲緯器之間的斷頭。緯紗到達處的光電管也是一個重要因素。目前有插筘式與筘前式兩種,插筘式采用體積測量，而筘前式采用光柵測量,因而前者靈敏度較高，而后者不會對筘造成損傷,維護保養方便。故除色織行業,筘前式已成為主流。但在浙江長絲嵌條產品遇到黑色絲時筘前式靈敏度不夠,舒美特經過攻關也解決了此問題。
            （6）牽伸噴嘴緊隨鋼筘可完全省去右側廢邊,對彈力產品適應性強,打緯時緯紗被夾持,有更好的右側布面質量,可與緯紗斷頭自動修補裝置聯合使用,但需截筘,適合大批量單一筘幅生產,但國內應用較少。
            8 現代噴氣織機的開口系統
            噴氣織機的開口裝置有連桿、消極踏盤、積極凸輪、電子多臂、電子大提花開口等幾種方式。噴氣織機運轉速度也要受到開口裝置與綜框材質的限制。連桿與消極踏盤在豐田和津田駒織機上還可選配,而歐洲織機基本只有積極凸輪和電子多臂與大提花開口。目前世界級的開口裝置制造商僅有瑞士STAUBLI和隸屬與意達集團的FIMTEXTILE。史陶比爾的多臂機型號有2861B/2871/2881,分別達到800/900/1000r/min的名義機械轉速,常規最大16片刀片。積極凸輪開口有1661、1771。而菲姆的多臂機有QJ/XJ,分別達到750/900r/min的名義機械轉速,最大16片刀片。積極凸輪開口有EP11,最高機械轉速1200r/min。積極凸輪開口最多達到10片刀片。史陶比爾雄居世界第一開口裝置制造商位置多年,有完善的售后服務體系。而菲姆電子多臂機采用單元式電磁鐵設計,一片損壞不影響織機運行;凸輪結合采用弧狀連接,接觸面大,穩定性更高,在技術上有獨到之處,近年通過與意達集團的PROMATECH、意達上海、SULTEX的內部緊密結合,銷量大幅增加,呈異軍突起之勢。豐田公司近年開發了電子開口,但由于成本高昂,未得到商業化應用。
            電子大提花世界上有STAUBLI、BONUS與GROSS三家制造商。目前在國內主要用于純棉床單大提花,主要集中在山東，浙江也有兩家寧波維科和舟山弘生。門幅以340cm與360 cm為主,車速在450 r/min左右。而目前浙江一些中長仿毛產品企業選用小針數的國產提花裝置制織邊字,速度可達到600r/min左右。
            由于噴氣織機的速度高,對綜框的要求比較高,目前能適應寬幅高轉速全系列的的制造商僅有瑞士GROB，而車速在950r/min以上最好配用碳纖維綜框。目前可以提供的有SCHMEING、STAUBLI和GROB。而開口又分為更換品種時不脫卸綜框的C型脫卸綜框和J型兩種。不脫卸綜框需采用綜絲夾,操作方便,但布面易出條影,不利于高速,所以歐洲織機普遍采用了J型。
            9 現代噴氣織機的電子控制系統
            現代噴氣織機近年來經歷了多個單片機系統的模擬量控制到基于數字信號處理,新一代控制電機與CANBUS系統的全數字控制的革命性變化,結合以太網與ERP,CAD/CAM等全系列的軟件處理方案，可以作到實時控制與遠程診斷，由設計、生產、銷售、售前后等整個工廠全流程的網絡化管理，可以完全做到與信息革命大潮同步。
            CAN（Controller Area Network——控制器局域網）是一種由CAN控制器組成的高性能串行數據局域通信網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它最早由德國Bosch公司于1984年推出，最初用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信，96最早由VAMATEX在LENORO箭桿織機上采用后,在國際無梭織機行業得到廣泛應用。目前CANBUS已成為判斷一臺織機是不是數字化的重要標志。CANBUS系統在噴氣織機上應用的主要優點:
            （1）摒棄了傳統電控系統通過電平與電壓控制的接觸點與線路老化、信號干擾等缺點,通過把織機各部位的電信號轉變為編碼數字信號,不需要給出信號接收者的地址，信號發送者就可以將安全編碼后的數據發送給所有的接收者，以短幀多發的方式實現數據的高實時性。高速的CANBUS每毫秒內可以傳送32字節的有效數據，每個信號接收者從總線上自行讀取其所需的數據。采用CANbus能大幅縮減電線的使用量，用光纖替代傳統電線,傳輸速率高,相對的也減少了許多線路上的接點，線路板個數減少,織機的電控柜體積大大減小,織機電氣發熱量減少,織機的電氣故障率大大降低,織機控制的精確度大大提高,耗氣量減少,布面質量會大大改進。
            （2）CANbus可以更簡單、迅速地實現在線編程、在線診斷,多個控制器共同作用等新功能,可以設立優先級,最先保障對織機運行最關鍵數據的處理;同時可對織機運行的各部位實行在線監控和自診斷功能,織機停臺時可立即給出故障原因,使得維修更加簡單方便。
            （3）織機控制通過編碼后可以標準化管理,便于與外部各種接口通訊,同時預留足夠接口,內部功能可以很方便的擴展;如織機購置運行以后一段時間根據市場需要:雙噴變為四噴,添置機外大卷裝,另加布面在線監測系統,氣動折入邊等在電氣系統上都很容易實現;而且機器的升級將主要發生在軟件的改革上,織機新的進步可以很容易在老的機型上擴展,織機象軟件一樣具備了也可以不斷升級,織機的技術劣化程度將大大降低。
            （4）采用CANBUS后顯示屏可以放置到織機的任何位置,容易實現大屏幕圖解顯示。
            （5）織機可以采用微處理器等通用電子器件,對于意達這樣的企業,可以在劍桿、噴氣、片梭等不同品牌不同型號的織機上采用相同界面,便與統一管理。
            隨著主控系統的進步,目前許多電子技術在噴氣織機得到可靠方便的應用。如電子絞邊。其閉口時間可以隨緯紗的不同而每一緯編程控制,對于彈力產品由為適合;不像機械行星絞邊需占用織機的有效筘幅,可采用常規筒子,減少了絞邊更換占用的停臺時間，基本不需維修保養。又如電子獨立織邊,在凸輪機上可以節省綜框占用。電子剪刀通過步進電機作到幾緯一剪,沖力大,延長剪刀使用壽命,布邊質量好。電子驅動積極后梁,后梁擺動的幅度和周期可以根據布面組織編程控制。
            10 現代噴氣織機的本土化趨勢
            任何技術的發展如果離開市場都將成為無本之源。現代噴氣織機向簡明化、數字化等發展的同時,在制造上如何更貼近市場已成為生存與發展的關鍵。中國是國際最大的無梭織機市場,歐洲最大的兩家織機制造商都在國內設立了獨資企業，意達上海和蘇州畢加諾,通過關鍵件引進和配套件國產的方式組裝噴氣織機,目前意達的L88和畢加諾的OMNIJET應該是中國本土能夠生產的最先進的噴氣織機,在技術水平上已領先日本原裝機,與國內噴氣織機拉開了相當大的距離。
            意達的L88是以蘇爾壽L5500與PROMATEC的MYTHOSETEC為原型,結合中國國情開發的現代噴氣織機,由于K88作為國內最先進的劍桿織機03年以來在商業上取得成功,意達準備沿用該路線制造出同樣水平的噴氣織機。該機型的主要特點:
            （1）采用數碼驅動,共軛凸輪打緯,織機無須與地面固定。
            （2）噴射系統與L5500與MYTHOSETEC采用同樣配置:主噴嘴分離控制,19孔輔助噴嘴;使用LGL原裝儲緯器,具備氣動穿紗,防氣圈罩與緯紗張力自動程控裝置。
            （3）送經卷取與MYTHOS ETEC采用同樣的無刷電機與電子齒輪技術,CANBUS系統,大屏幕彩顯觸摸屏。
            （4）在影響織機性能的瓶頸:開口裝置上,意達由于擁有FIMTEXTILE排名世界第二的開口裝置制造商,所以在L88上配置了FIM的積極凸輪開口,首批10臺190門幅織機已在紹興慶茂作純棉品種以800r/min的速度穩定運轉了一年。
            11 現代噴氣織機性能優勢在高難品種上的應用(略)
            12 結束語
            進入21世紀以來,噴氣織機技術取得了長足進步,主要體現在機械結構，氣動系統，交流同步電機及電機控制系統及CANBUS的的應用,開口裝置如高速電子多臂機,積極凸輪,高速大提花開口的技術發展,新材料如綜框，輔助系統如儲緯器等的協同發展,已成為無梭織機最有發展前途的門類。國內噴氣織機開發的織物品種在國際上已處于領先水平,近年來隨著勞動力成本、土地資源、電力短缺、外貿補貼政策的變化,周邊低成本國家競爭的加強,我國紡織工業面臨越來越大的挑戰。如何發揮科技是第一生產力的要訣,在我國織造業無梭化的進程中少走彎路,是我們紡織從業者必須面對的重要課題,由于本人時間與水平有限,上述觀點拋磚引玉,歡迎大家不吝指正。希望紡織界同仁能夠集思廣益,共同為國家紡織工業從大國向強國的轉化作出貢獻。

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