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摘要： 文章针对某些塑料扁丝和碳纤织物纬纱不能变化捻度的需求，改变常规储纬器储纬的方式，探索了多种退绕方案，发现径向主动退绕效果为最佳，同时为了使纱线不交缠，利用光电信号反馈给输出马达，保持一定的储存量。结果表明：采用此装置可满足后续织造要求，纬纱保持原有形状不变捻度，布面质量达到了客户要求。
关键词： 储纬装置;退绕;不变捻度;碳纤维;塑料扁丝;光电信号;织造
中图分类号： TS103.3
文献标志码： A
文章编号： 10017003（2021）08002404
引用页码： 081105
DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.005（篇序）
Structure design of weft accumulator without twist change
WU Tong1， WANG Fangchang1， ZHOU Guangming2， LI Decai1， ZHAO Xianquan3， SUN Qingjun1
（1.Shandong RIFA Textile Machinery Co.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 2.Shandong Liaocheng Siyuan Electric AutomationCo.， Ltd.， Liaocheng 252000， China; 3.Hebei Jigao Chemical Fiber Co.， Ltd.， Shijiazhuang 052160， China）
Abstract： To meet the requirement of changing the twist of weft yarn for some plastic flat yarn and carbon fiber fabric， transform the storage mode of conventional weft accumulator， this paper has explored a variety of unwinding plans， and found that the radial active unwinding effect was the optimal. In the meantime， in order to prevent the yarn from intertwining， the photoelectric signal was fed back to the output Marta to maintain a certain storage capacity. The results reveal that this device can meet the subsequent weaving requirements while maintaining the original shape of weft yarn without twist change. The fabric surface quality can also meet the customer requirements.
Key words： weft accumulator; unwinding; twist unchanged; carbon fiber; plastic flat yarn; photoelectric signal; weaving
收稿日期： 20210222;
修回日期： 20210707
基金项目：
作者简介： 吴彤（1973），男，工程师，主要从事纺织机械、织造设备的调试与织造工艺参数的研究。
2008年中国塑料扁丝及其制品的产量约177.18万t，时至今日，其前景依然广阔[1]。2020年国际市场的碳纤维同比增长了3%，中国市场需求量在利好政策作用下强劲增长了29%[2]。随着以上两种材料的普遍运用，各个织造生产商都加大了对塑料扁丝织物及碳纤维织物的开发，以适应不断提高的客户需求[3]，但当前的设备其产量及质量不能满足客户的需求。利用无梭织机织制塑料扁丝织物及碳纤维织物成为一种现实需求，但无梭织机必须配备储纬器，目前常规的储纬器类型都是在纬纱筒轴向引进纬纱，储存在纱鼓上，再从纱鼓轴向引出，这样在退绕和储存的过程中均会使纱线捻度发生变化，并对纬纱造成不同程度的摩擦扭曲。因为塑料扁丝横截面是长和宽差值较大的形态，碳纤维纱线不耐磨且抗剪切性能差，使用这两种原料织制的织物大多要求纬纱在织口内是平展无扭曲的，纬纱亦不能有损伤[4]，故现有模式的储纬器无法满足织造需求。袁树信等[5]在理论上描述了无捻度变化的一种储纬装置，使用马达径向退绕，把纱线吸进透明硬管内，再行引出，但该结构使纱线弯曲太大，透明管空间分散，纱线可能交缠;袁天行[6]提出了使用同步带带动滑块上的储纬轮，进行储纬和送纬，但储纬轮频繁运动不适用于织机的高速运转;余用婷等[7]提出依靠转杯的回转来带动纱筒管的转动，使纱线能够沿着纱筒外圆切线的方向引出，杜绝纱线因自然扭曲而产生捻度的现象，但纬纱的运动不是匀速的，转杯速度的控制是一个难点;纱线再引入储纬器，从其储纱鼓上引出时又会产生自然加捻的问题。围绕无捻度变化的储纬装置已有如上技术人员的研究，但多是理论性描述或实验室阶段的，需要设计、生产一种可市场化、连续化生产的不变捻度储纬装置。因此，本文在借鉴现有成熟储纬器工作原理的基础上，参考前人在这方面不同工作方式的研究，通过多次试验，开发了一种不变捻度储纬装置，以期满足织造设备对纬纱输入方式的不同需求。
1 工作原理
工作原理如图1所示。用马达带动纱筒轴，纬纱筒套在纱筒轴上，与纱筒轴一起联动，纱线从纬纱筒的径向脱离，脱离的过程中纬纱没有扭曲，故没有变化捻度;为了促使纱线顺利脱离纬纱筒，使用喷嘴以适当的吹力牵引纱线，储纬箱底部有吸风口，纱线受重力及吸力作用而下垂至储纬箱内;利用光纤传感器[8]能够将被测物体的状态转变为可测信号的特点，使用2对对射式光纤传感器探测纱线的位置，发出反馈信号给储纬装置控制器，储纬装置控制器经过判断给马達发出低速、高速或停止运转的信号，以此保持储纬箱内始终有适当长度的纬纱，再把纬纱通过瓷环和张力夹引出至织机。这样在退绕、存储和引出的过程中，纬纱捻度保持不变且纱线受到的磨损很轻，达到了使用要求。 2 機械结构设计
本装置主要由退绕装置、吹风装置、存储装置、导出装置等组成。
2.1 退绕装置
退绕装置主要由纱筒轴、连接杆、马达、轴承座和小离合等组成，其中纱筒轴（图2）由一个顶端呈锥形的移动轴、一个固定轴及其中间放置的环状涨紧弹簧构成，借鉴油封弹簧的结构，利用弹簧被由内向外挤压时环状直径变大的方式把弹簧与纬纱筒内壁连接在一起，进而把纬纱筒与纱筒轴固定在一起运动。通过旋转手柄把移动轴左右摆动，挤压或放松弹簧，固定或者拆下纬纱筒。
2.2 吹风装置
纬纱筒转动时，为了使纬纱顺利脱离纬纱筒，设计了吹风装置，如图3所示。通过喷嘴以适当的吹力牵引纬纱脱离纬纱筒，为了减轻压缩空气对纱线的伤害，设置一个控制阀，当退绕装置停止转动时，关闭压缩空气的喷出。根据纱线的不同，采用手动阀门对压缩空气的压力进行调节。
2.3 存储装置
采用两块4 mm×300 mm×1 300 mm的有机玻璃板，用两根20 mm×10 mm×1 300 mm的木条或铝条连接起来组成一个长方体中空形状的储纬箱，透明的有机玻璃板利于观察纬纱的运行状态，储纬箱底部安装带有吸风口的底座，吸风马达与吸风口之间通过塑料管连接。为了防止断裂的纱线被吸入吸风马达，在储纬箱底部吸风口的上方布置过滤网。箱体两侧安装三组光纤传感器，光纤传感器的高低位置根据织机筘幅设定。
2.4 导出装置
瓷环安装在储纬箱顶部右侧，三组张力夹采用夹纱片结构，如图4所示。根据纱线原料、粗细、剑头型号[9]及布面工艺要求，可调整夹纱片间距，以达到合适的纬纱张力。
3 电气控制设计
3.1 电气原理
控制系统由控制器、马达、放大器、光纤传感器、开关电源等组成，原理如图5所示。
3.2 工作方式
放大器A连接的光纤传感器安装在高处，放大器C连接的光纤传感器安装在低处，纱线受重力及吸力的影响，会穿过光纤传感器探测区域，此时会有4种不同的工作方式，见表1。
一般不会出现放大器A没有探测到纱线信号而放大器B和放大器C探测到纱线信号的情况，如果出现则马达停止，同时显示报警，此时应查找故障原因，进行排故。速度1、速度2的设置和织机筘幅、织机速度、纬纱筒直径、纬纱粗细有关，根据实际运行效果进行调整。喷气织机储纬器具有纬纱定长的特点[10]，本装置没有采用把纱线绕在具有定长功能的储纱鼓上的方式，故不可用于喷气织机、喷水织机等要求纬纱定长的无梭织机，仅适应于剑杆织机、片梭织机等不需要纬纱定长的无梭织机。根据纱筒轴转速（r/min）×纬纱筒直径（cm）=织机织造门幅（cm）×织机速度（r/min），按纬纱筒最小直径8.3 cm，计算得到储纬装置上配置的不同转速马达、织机织5造门幅与织机最大速度的关系，如图6所示。在马达最高转速确定的情况下，织造门幅越宽，织机所能达到的最高速度越低。
4 实践操作
在GA731-Ⅱ幅宽为230 cm的织机上做对比试验，速度调节为150 r/min，织物工艺参数如下：经纱为11英支棉、经密26.2 根/cm，纬纱为2.8 mm×0.2 mm塑料扁平丝、纬密3.5 根/cm，组织为3/1斜纹。储纬装置参数如下：压缩空气压力8 kPa、马达转速893 r/min、纱筒轴转速893 r/min。先采用常规方式供纬，后织入一根白色纬纱作为标记，之后增加上不变捻度储纬装置进行织造，以标记线为中间位置取44根纬纱长度的布样，在布样中间部位拍照片，如图7所示。经检验，在第7、第8、第11、第14、第15、第16、第20、第24纬纱处发现捻度变化，其中常规方式供纬出现7次，采用不变捻度储纬装置后出现1次，部分捻度变化放大细节如图8所示。
根据上述织造扁平丝的经验，针对碳纤维的特点调整了个别参数进行织造，速度调节为140 r/min，纬纱为12 K碳纤维、纬密改为3.75 根/cm，织物组织改为平纹。储纬装置中压缩空气压力改为4 kPa、马达转速改为834 r/min。
5 结 语
采用此装置织造塑料扁丝织物，纬纱保持原有形状不变捻度，减少了打折起捻的情况，确保了布面的平整，纬纱排列整齐，经纬纱之间缝隙均匀，布面质量得到提高;织造碳纤维织物时，有利于提高碳纤维在长度方向的抗拉伸强度，极大降低纤维扭曲，进而提高了整个碳纤维织物布面的使用需求，扩大了碳纤维织物的使用范围。
参考文献：
[1]段为， 朱卫平， 戴文利. 塑料扁丝研究进展[J]. 塑料制造， 2010（7）： 64-67.
DUAN Wei， ZHU Weiping， DAI Wenli. Research progress of plastic film tape[J]. Plastics Manufacture， 2010（7）： 64-67.
[2]林刚. 碳纤维产业“聚”变发展： 2020全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 纺织科学研究， 2021（5）： 27-49.
LIN Gang. The development of carbon fiber industry： report on the global carbon fiber composite market in 2020[J]. Textile Science Research， 2021（5）： 27-49.
[3]张健， 揣雪冰. 碳纤维的发展及其应用现状[J]. 化工管理， 2017（23）： 60.
ZHANG Jian， CHUAI Xuebing. Development and application of carbon fiber[J]. Chemical Management， 2017（23）： 60. [4]KERRI M， HOFFMANN G， CHERIF C， 等. 剑杆织机上无捻扁丝纬纱的无捻织造[J]. 国际纺织导报， 2014， 42（4）： 14-15.
KERRI M， HOFFMANN G， CHERIF C， et al. Twistless weaving of flat filament weft yarn on rapier loom[J]. International Textile Guide， 2014， 42（4）： 14-15.
[5]袁树信， 李伟， 余文斌， 等. 无捻度变化储纬装置： 201220143688.5[P]. 2012-11-07.
YUAN Shuxin， LI Wei， YU Wenbin， et al. Weft storage device without twist change： 201220143688. 5[P]. 2012-11-07.
[6]袁天行. 碳纤维平纹展纤织物剑杆织机引纬及打纬系统的优化设计[D]. 上海： 东华大学， 2019.
YUAN Tianxing. Optimization Design of Weft Insertion and Beating up System of Carbon Fiber Plain Weave Spreading Fabric Rapier Loom[D]. Shanghai： Donghua University， 2019.
[7]余用婷， 金子敏， 鄭智毓， 等. 扁平丝退绕装置的应用研究[J]. 丝绸， 2010（2）： 31-33.
YU Yongting， JIN Zhimin， ZHEN Zhiyu， et al. Application and research on weft let-off device of flat filament[J]. Journal of Silk， 2010（2）： 31-33.
[8]吴伟龙. 光纤传感器在YL-335B自动化生产线中的应用[J]. 科学技术创新， 2020（30）： 18-19.
WU Weilong. Application of optical fiber sensor in YL-335b automatic production line[J]. Science and Technology Innovation， 2020（30）： 18-19.
[9]周香琴， 顾叶琴， 吴震宇. 可简便调幅的剑杆织机引纬机构参数特征[J]. 纺织学报， 2019， 40（9）： 173-179.
ZHOU Xiangqin， GU Yeqin， WU Zhenyu. Parameter characteristics of weft insertion mechanism of rapier loom capable of simply adjusting reed width[J]. Journal of Textile Research， 2019， 40（9）： 173-179.
[10]郑舟. 喷气织机储纬器控制系统研制究[D]. 杭州： 浙江理工大学， 2011： 1-4.
ZHENG Zhou. Development of Weft Storage Control System for Air Jet Loom[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2011： 1-4.
关键词： 储纬装置;退绕;不变捻度;碳纤维;塑料扁丝;光电信号;织造
中图分类号： TS103.3
文献标志码： A
文章编号： 10017003（2021）08002404
引用页码： 081105
DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.005（篇序）
Structure design of weft accumulator without twist change
WU Tong1， WANG Fangchang1， ZHOU Guangming2， LI Decai1， ZHAO Xianquan3， SUN Qingjun1
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Abstract： To meet the requirement of changing the twist of weft yarn for some plastic flat yarn and carbon fiber fabric， transform the storage mode of conventional weft accumulator， this paper has explored a variety of unwinding plans， and found that the radial active unwinding effect was the optimal. In the meantime， in order to prevent the yarn from intertwining， the photoelectric signal was fed back to the output Marta to maintain a certain storage capacity. The results reveal that this device can meet the subsequent weaving requirements while maintaining the original shape of weft yarn without twist change. The fabric surface quality can also meet the customer requirements.
Key words： weft accumulator; unwinding; twist unchanged; carbon fiber; plastic flat yarn; photoelectric signal; weaving
收稿日期： 20210222;
修回日期： 20210707
基金项目：
作者简介： 吴彤（1973），男，工程师，主要从事纺织机械、织造设备的调试与织造工艺参数的研究。
2008年中国塑料扁丝及其制品的产量约177.18万t，时至今日，其前景依然广阔[1]。2020年国际市场的碳纤维同比增长了3%，中国市场需求量在利好政策作用下强劲增长了29%[2]。随着以上两种材料的普遍运用，各个织造生产商都加大了对塑料扁丝织物及碳纤维织物的开发，以适应不断提高的客户需求[3]，但当前的设备其产量及质量不能满足客户的需求。利用无梭织机织制塑料扁丝织物及碳纤维织物成为一种现实需求，但无梭织机必须配备储纬器，目前常规的储纬器类型都是在纬纱筒轴向引进纬纱，储存在纱鼓上，再从纱鼓轴向引出，这样在退绕和储存的过程中均会使纱线捻度发生变化，并对纬纱造成不同程度的摩擦扭曲。因为塑料扁丝横截面是长和宽差值较大的形态，碳纤维纱线不耐磨且抗剪切性能差，使用这两种原料织制的织物大多要求纬纱在织口内是平展无扭曲的，纬纱亦不能有损伤[4]，故现有模式的储纬器无法满足织造需求。袁树信等[5]在理论上描述了无捻度变化的一种储纬装置，使用马达径向退绕，把纱线吸进透明硬管内，再行引出，但该结构使纱线弯曲太大，透明管空间分散，纱线可能交缠;袁天行[6]提出了使用同步带带动滑块上的储纬轮，进行储纬和送纬，但储纬轮频繁运动不适用于织机的高速运转;余用婷等[7]提出依靠转杯的回转来带动纱筒管的转动，使纱线能够沿着纱筒外圆切线的方向引出，杜绝纱线因自然扭曲而产生捻度的现象，但纬纱的运动不是匀速的，转杯速度的控制是一个难点;纱线再引入储纬器，从其储纱鼓上引出时又会产生自然加捻的问题。围绕无捻度变化的储纬装置已有如上技术人员的研究，但多是理论性描述或实验室阶段的，需要设计、生产一种可市场化、连续化生产的不变捻度储纬装置。因此，本文在借鉴现有成熟储纬器工作原理的基础上，参考前人在这方面不同工作方式的研究，通过多次试验，开发了一种不变捻度储纬装置，以期满足织造设备对纬纱输入方式的不同需求。
1 工作原理
工作原理如图1所示。用马达带动纱筒轴，纬纱筒套在纱筒轴上，与纱筒轴一起联动，纱线从纬纱筒的径向脱离，脱离的过程中纬纱没有扭曲，故没有变化捻度;为了促使纱线顺利脱离纬纱筒，使用喷嘴以适当的吹力牵引纱线，储纬箱底部有吸风口，纱线受重力及吸力作用而下垂至储纬箱内;利用光纤传感器[8]能够将被测物体的状态转变为可测信号的特点，使用2对对射式光纤传感器探测纱线的位置，发出反馈信号给储纬装置控制器，储纬装置控制器经过判断给马達发出低速、高速或停止运转的信号，以此保持储纬箱内始终有适当长度的纬纱，再把纬纱通过瓷环和张力夹引出至织机。这样在退绕、存储和引出的过程中，纬纱捻度保持不变且纱线受到的磨损很轻，达到了使用要求。 2 機械结构设计
本装置主要由退绕装置、吹风装置、存储装置、导出装置等组成。
2.1 退绕装置
退绕装置主要由纱筒轴、连接杆、马达、轴承座和小离合等组成，其中纱筒轴（图2）由一个顶端呈锥形的移动轴、一个固定轴及其中间放置的环状涨紧弹簧构成，借鉴油封弹簧的结构，利用弹簧被由内向外挤压时环状直径变大的方式把弹簧与纬纱筒内壁连接在一起，进而把纬纱筒与纱筒轴固定在一起运动。通过旋转手柄把移动轴左右摆动，挤压或放松弹簧，固定或者拆下纬纱筒。
2.2 吹风装置
纬纱筒转动时，为了使纬纱顺利脱离纬纱筒，设计了吹风装置，如图3所示。通过喷嘴以适当的吹力牵引纬纱脱离纬纱筒，为了减轻压缩空气对纱线的伤害，设置一个控制阀，当退绕装置停止转动时，关闭压缩空气的喷出。根据纱线的不同，采用手动阀门对压缩空气的压力进行调节。
2.3 存储装置
采用两块4 mm×300 mm×1 300 mm的有机玻璃板，用两根20 mm×10 mm×1 300 mm的木条或铝条连接起来组成一个长方体中空形状的储纬箱，透明的有机玻璃板利于观察纬纱的运行状态，储纬箱底部安装带有吸风口的底座，吸风马达与吸风口之间通过塑料管连接。为了防止断裂的纱线被吸入吸风马达，在储纬箱底部吸风口的上方布置过滤网。箱体两侧安装三组光纤传感器，光纤传感器的高低位置根据织机筘幅设定。
2.4 导出装置
瓷环安装在储纬箱顶部右侧，三组张力夹采用夹纱片结构，如图4所示。根据纱线原料、粗细、剑头型号[9]及布面工艺要求，可调整夹纱片间距，以达到合适的纬纱张力。
3 电气控制设计
3.1 电气原理
控制系统由控制器、马达、放大器、光纤传感器、开关电源等组成，原理如图5所示。
3.2 工作方式
放大器A连接的光纤传感器安装在高处，放大器C连接的光纤传感器安装在低处，纱线受重力及吸力的影响，会穿过光纤传感器探测区域，此时会有4种不同的工作方式，见表1。
一般不会出现放大器A没有探测到纱线信号而放大器B和放大器C探测到纱线信号的情况，如果出现则马达停止，同时显示报警，此时应查找故障原因，进行排故。速度1、速度2的设置和织机筘幅、织机速度、纬纱筒直径、纬纱粗细有关，根据实际运行效果进行调整。喷气织机储纬器具有纬纱定长的特点[10]，本装置没有采用把纱线绕在具有定长功能的储纱鼓上的方式，故不可用于喷气织机、喷水织机等要求纬纱定长的无梭织机，仅适应于剑杆织机、片梭织机等不需要纬纱定长的无梭织机。根据纱筒轴转速（r/min）×纬纱筒直径（cm）=织机织造门幅（cm）×织机速度（r/min），按纬纱筒最小直径8.3 cm，计算得到储纬装置上配置的不同转速马达、织机织5造门幅与织机最大速度的关系，如图6所示。在马达最高转速确定的情况下，织造门幅越宽，织机所能达到的最高速度越低。
4 实践操作
在GA731-Ⅱ幅宽为230 cm的织机上做对比试验，速度调节为150 r/min，织物工艺参数如下：经纱为11英支棉、经密26.2 根/cm，纬纱为2.8 mm×0.2 mm塑料扁平丝、纬密3.5 根/cm，组织为3/1斜纹。储纬装置参数如下：压缩空气压力8 kPa、马达转速893 r/min、纱筒轴转速893 r/min。先采用常规方式供纬，后织入一根白色纬纱作为标记，之后增加上不变捻度储纬装置进行织造，以标记线为中间位置取44根纬纱长度的布样，在布样中间部位拍照片，如图7所示。经检验，在第7、第8、第11、第14、第15、第16、第20、第24纬纱处发现捻度变化，其中常规方式供纬出现7次，采用不变捻度储纬装置后出现1次，部分捻度变化放大细节如图8所示。
根据上述织造扁平丝的经验，针对碳纤维的特点调整了个别参数进行织造，速度调节为140 r/min，纬纱为12 K碳纤维、纬密改为3.75 根/cm，织物组织改为平纹。储纬装置中压缩空气压力改为4 kPa、马达转速改为834 r/min。
5 结 语
采用此装置织造塑料扁丝织物，纬纱保持原有形状不变捻度，减少了打折起捻的情况，确保了布面的平整，纬纱排列整齐，经纬纱之间缝隙均匀，布面质量得到提高;织造碳纤维织物时，有利于提高碳纤维在长度方向的抗拉伸强度，极大降低纤维扭曲，进而提高了整个碳纤维织物布面的使用需求，扩大了碳纤维织物的使用范围。
参考文献：
[1]段为， 朱卫平， 戴文利. 塑料扁丝研究进展[J]. 塑料制造， 2010（7）： 64-67.
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[2]林刚. 碳纤维产业“聚”变发展： 2020全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 纺织科学研究， 2021（5）： 27-49.
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[3]张健， 揣雪冰. 碳纤维的发展及其应用现状[J]. 化工管理， 2017（23）： 60.
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YUAN Shuxin， LI Wei， YU Wenbin， et al. Weft storage device without twist change： 201220143688. 5[P]. 2012-11-07.
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YUAN Tianxing. Optimization Design of Weft Insertion and Beating up System of Carbon Fiber Plain Weave Spreading Fabric Rapier Loom[D]. Shanghai： Donghua University， 2019.
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WU Weilong. Application of optical fiber sensor in YL-335b automatic production line[J]. Science and Technology Innovation， 2020（30）： 18-19.
[9]周香琴， 顾叶琴， 吴震宇. 可简便调幅的剑杆织机引纬机构参数特征[J]. 纺织学报， 2019， 40（9）： 173-179.
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[10]郑舟. 喷气织机储纬器控制系统研制究[D]. 杭州： 浙江理工大学， 2011： 1-4.
ZHENG Zhou. Development of Weft Storage Control System for Air Jet Loom[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2011： 1-4.