塑料扁（圆）丝整经机及技术

谈灵芝，刘勇俊，陈亚飞

（江苏省经编用高速整经设备工程技术研究中心/常州市第八纺织机械有限公司，江苏常州 213000）

塑料扁（圆）丝整经机及技术

谈灵芝，刘勇俊，陈亚飞

（江苏省经编用高速整经设备工程技术研究中心/常州市第八纺织机械有限公司，江苏常州 213000）

塑料扁丝广泛应用于户外运动网、仿藤物、绳索、渔具、人造草坪、建筑增强材料、门帘等人类日常生活。目前还没有哪一种产品能完全替代塑料扁丝产品。塑料扁丝整经机是为经编织造塑料扁丝织物的前道工艺设备。目前德国是扁丝整经机技术领先的国家，其价格较高，我国设备及技术还是空白。常州市第八纺织机械有限公司自主研制国内首台塑料扁丝整经机：研究了其工作原理；提出了机器的结构；创建其张力控制的数学模型；解决恒张力、大小纱筒混用、无加捻等技术难题。

扁丝分段整经机；大小纱筒混用张力控制；多控制轴伺服通信；主轴制动

1 工作原理

塑料扁（圆）丝整经机及技术关键是研究如何将塑料扁丝为原料进行整经，其原理是将平行伸直的塑料扁丝通过纱架安装在每个纱筒的伺服电机实现独立每个纱筒张力控制，创新设计了大小纱筒混用技术，从而实现了塑料单纱出纱张力的一致性，并通过径向主动放卷实现了纱线无加捻送纱控制，然后片纱经过集纱板，通过积极送经罗拉，控制片纱整体张力，最后经过车头夺辊装置，平直地无加捻的塑料扁丝均匀地卷绕到经轴上，这样形成一组经轴后（6-10个经轴），然后供经编编织使用。

2 研制的必要性与目标

2.1 研制的必要性

扁丝（flat filament）,截面呈扁平形的化学纤维单丝，塑编行业的简称，也有称为切割纤维，它是生产塑料编织物的基本材料，扁丝由特定品种的聚丙烯，聚乙烯树脂经熔融挤出成膜，然后，纵向分切成条，诸条同时加热牵伸取向后定型，最终卷绕成扁丝纱锭。

塑料扁（圆）丝广泛应用于制造袋或布类，还可用于仿藤物、绳索、渔具、人造草坪、建筑增强材料、门帘、工艺品、混纺织物、电缆填充等。而采用HDPE(高密度聚乙烯)作为原材料，专业生产绿色环保型遮阳网、防护网、阻沙网、固沙网、户外运动网等已广泛应用于人类日常生活。近年来，随着全球贸易的逐步深入，发达国家减少本国编织制品的生产规模，改在生产成本较低的中国等发展中国家采购，我国的塑料扁丝行业在此大形势下迅猛发展。从目前来看，还没有哪一种产品有能完全替代塑料扁丝产品的趋势。因此，从长远意义来说，塑料扁丝前景广阔。新型织物的开发、生产离不开织造设备的支持。而塑料扁丝整经机就是一种为经编机织造这些的前道工艺设备。国外扁丝整经机发展较快，其中德国是世界扁丝整经机技术领先的国家，目前国内有多家企业曾引进了德国的扁丝整经设备，但其价格相对较高，国外机型定价约为400万元人民币每台套。而国内塑料扁丝整经机销售还是空白。高速高精度塑料扁丝整经机，其开发研制技术难度较大，但为了填补国内空白，就必须开发我们具有自主知识产权的塑料扁丝整经机。塑料扁丝织物，如图1所示：

2.2 研制的目标

根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中优先发展的主题内容以及国务院《装备制造业调整和振兴规划》和《纺织工业调整和振兴规划》提出的产业调整和振兴的主要任务，在国家科技部科技支撑计划和新一代纺织设备产业技术创新联盟的组织和指导下，研制目标是填补国内塑料扁（圆）丝整经机及技术的空白。

3 研究内容

主要研究解决扁丝整经机的技术难点：随着高端塑料扁丝织物品质需求的逐步提高，特别是对塑料扁丝织物平整性均匀性也提高了要求。将主动放纱的纱架上的塑料扁丝纱线进行整经卷绕，在整经过程中要保证所有纱线的张力一致，并保证纱线在整入盘头平整而不扭曲、加捻是这一要求的技术难点。另外由于扁丝少有的42×42或42×30（可根据客户要求）的大经轴，研究一种响应速度快，制动力矩大 ，省时省力，且安装维护方便、可靠性高的全新的主轴制动技术就更犹为重要。

3.1 扁丝整经机概述

扁丝整经机有主机卷绕、加油器、张力罗拉、穿纱板、纱架五大部分组成；它有一根主轴、一根张力控制轴、左右纱架共520个放卷轴组成；控制系统有主机子控制系统、张力罗拉反馈子系统和每个纱筒张力独立控制子系统，其中纱架分为左、右两部分，纱架共配置520个纱筒每个纱筒均有独立的伺服驱动的放卷轴，这520个独立控制的放卷轴采用MODBUS网络进行通信，实现这些放卷轴实时同步恒张力运转。机器全长33.7米，如图2所示：

扁丝整经机由车头卷绕控制和纱架张力放卷两个子系统构成，其中纱架张力子系统分左、右纱架两部分,其中纱架控制框图，如图3所示：

扁丝整经机控制系统有两部分组成，其中主PLC控制主机与积极送经罗拉；另外第二个控制系统是纱架张力控制系统，主PLC控制器通过通讯总线将线速度信号送给张力控制PLC控制器1。其中张力控制系统由5个PLC组成，每个PLC有两个通讯端口，通过MODBUS网络控制520个伺服驱动器，平均每个通讯端口控制52个伺服驱动。

3.2 主要技术指标

（1）经轴尺寸：42英寸（1070mm）

（边盘直径×总长度）

Φ1067mm×1067mm；Φ762mm×1067mm

（2）最大卷绕直径1066mm

（3）线速度：50-500米/分

（4）单丝张力：100CN

（5）最大片纱张力600N

（6）压辊最大压力500N

（7）筒子架锭数520（4层）

（8）筒子架形式：伺服控制径向退绕

3.3 研究内容

3.3.1 扁丝整经机控制技术研究

3.3.1.1 扁丝整经机扁丝张力控制的研究

为了实现纱架上每个纱筒的恒张力及纱筒从大到小变化过程中的恒张力，扁丝整经机的纱架是由520个独立控制的伺服电机进行单个纱筒的控制。如何保证这么多的纱筒从大至小张力恒定，方便大小纱筒混用，是控制第一个难点。由于纱筒数量较多，怎样保证控制稳定，协调一致，因此需创建新的控制方法，适应扁丝整经机多轴联动系统。

为了解决多轴联动控制，我们采取了多达6个PLC的通讯控制，每个PLC有两个通讯端口，通过采用MODBUS通讯协议，每个PLC的通讯端口可以控制多达40多个轴。具体控制如图4所示：

3.3.1.2 扁丝整经机扁丝防加捻装置的研究

纱线在整经过程中防扭曲、加捻、压边及塌边系统技术：因塑料扁丝整经的工艺特殊性，其在整经过程中特别容易发生扁丝扭转、加捻、压边及塌边现象，针对这一技术难题，通过“扁丝整经机的牵引罗拉”、“扁丝整经机的压辊”、“扁丝整经机的压辊调节机构”、“扁丝整经机的边纱装置”等，保证纱线最终整入盘头平整而不打转、塌边。调试现场，如图5所示：

3.3.1.3 闭环力矩误差控制系统的研究

为了降低生产成本，提高系统误差控制的稳定性，设计研究了一种闭环力矩误差控制系统。该系统采用PLC来进行米数和圈数的检测与记录。拷贝时将子盘数据与母盘数据进行比较，发生偏差时，如果子盘头当前的外周长比母盘头的大，则通过降低送经罗拉装置中主动罗拉变频器的输出力矩来降低主动罗拉电机的转矩，从而实现对纱线张力的微量增加；如果子盘头当前的外周长比母盘头的小，则通过提高送经罗拉装置中主动罗拉变频器的输出力矩来提高主动罗拉电机的转矩，从而实现对纱线张力的微量减小；最终达到子盘外周长与母盘外周长的一致，这样可整经出一组外周长相同的盘头。此方法直接通过PLC检测误差和自动输出控制罗拉变频器调节误差，不需要压力传感检测装置，简化了系统结构，提高了系统误差控制的稳定性，节约了生产成本，提高了效益。

3.3.2 全新的主轴制动技术

对于扁丝整经的大经轴，原有技术相对简单，通过手转动经轴，将经轴上的定位键槽与定位键对齐，操作费力且刹车时间长，现我们通过“经轴定位夹紧系统及其夹紧方法”，夹紧机构和控制机构控制经轴两端的左右定位键槽分别与左右顶紧轴头相应的左右定位键定位夹紧，采用汽缸带动增力杆直接制动的结构，响应速度快，制动力矩大 ，省时省力，且安装维护方便、可靠性高。

4 结束语

经历了1年多艰难的研制里程，自行研制我国首台塑料扁（圆）丝整经机，解决了扁（圆）丝整经机纱架多纱筒恒张力控制技术，大小纱张力控制方法，拉纱过程中防止纱线加捻等技术难题，并在纺织机械行业为发展新兴产业方面也进行了有益的探索。

[1] Jiang,GM, Miao,XH, Lee.D.Process of warp knitting mesh for hernia repair and its mechanical properties. FIBRES&TEXTILES IN EASTERN EUROPE.2005, 13(3): 44-46.

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Plastic flat (round) yarn warping machine and technology

TAN Ling-zhi, LIU Yong-jun,CHEN Ya-fei
(Jiangsu province with high speed warp warping equipment Engineering Technology Research Center/Changzhou the Eighth Textile Machinery Co., Ltd.,Jiangsu Changzhou 213000,China)

The plastic flat yarn is widely used in outdoor sports, rattan material, rope, fishing gear, artificial turf, building reinforced materials, curtain and so on human daily life. There is no one product can completely replace the plastic products. Plastic flat yarn warping machine is the process equipment for plastic knitting fabric. At present, Germany is the leading yarn warping machine technology in the country, its price is higher, China's equipment and technology is still blank. Changzhou Diba Textile Machinery Co., Ltd. independently developed the plastic flat yarn whole machine of the working principle; put forward the structure of the machine; create the tension control mathematical model, solve the problem of constant tension, both the big and small of the yarn bobbin mix, no twisting, etc..

flat sectional warping machine；both the big and small of the yarn bobbin mixed tension control；multi axis servo communication；spindle brake

TS183.2

A

投稿日期：2016-07-12

谈灵芝（1969-），女，常州市第八纺织机械有限公司总经理，研究方向：经编机、整经机等纺织机械的研究。通讯作者：刘勇俊（1975-），男，常州市第八纺织机械有限公司工程中心主任，研究方向：新产品开发的电气设计研发。