郭軒李，彭來湖，戴 寧,b，胡旭東

(浙江理工大學, a.浙江省現(xiàn)代紡織裝備技術重點實驗室;b.紡織科學與工程學院(國際絲綢學院)，杭州 310018)

無縫內衣機是生產(chǎn)無縫成型針織品的專用緯編紡織生產(chǎn)設備[1]，可用于各種基本服裝，同時也可以使用不同材質原料的紗線用來編織款式多樣的時裝[2]。由無縫內衣機調線機構決定的墊紗位置對其參與編織的穩(wěn)定性有著十分重要的作用，相關的墊紗工藝理論研究也不斷有成果出現(xiàn)。周羅慶[3]結合圓襪機的編織工藝，得到了圓襪機墊紗位置的工藝參數(shù)，為圓襪機確定可靠的墊紗橫縱角提供了理論計算公式。王智等[4]、顧媛菊等[5]和岑凌[6]具體分析了大圓機的墊紗工藝，為Z113型和UP372型大圓機推導出確定可靠的墊紗橫縱角，計算出墊紗高度的可靠范圍，并分析在不合適的墊紗高度對紗線的損壞情況。但上述研究僅限于圓襪機和部分老舊型號的大圓機，其調線機構從設備安裝后，墊紗位置便是固定的，可是無縫內衣機的調線手指是可以變換的，其具有8路調線器，每路調線器又有8只可供選擇的調線手指，不同號調線手指可以變換參與多樣的編織，可以在同一行編織多種顏色或者不同材質的紗線。不同號調線手指變換后的運動特性會顯著改變墊紗高度，墊紗高度直接決定了墊紗縱角，繼而影響墊紗的可靠性，織針要選擇合適的時機在調線手指墊紗高度平穩(wěn)在一定范圍內后開始參與編織，以保證紗線編織過程中不會漏紗，甚至是撞針的現(xiàn)象。

針對不同調線手指變換交替進入安全墊紗區(qū)域所需要的時間缺少量化研究的現(xiàn)狀，本文在深入理解無縫內衣機的墊紗工藝的基礎上，根據(jù)各號調線手指與紗線的幾何關系，計算出各調線手指可靠的墊紗高度范圍，搭建一種模擬實驗平臺，對各調線手指的運動學特性進行研究，采用高速相機來拍攝調線手指的縱向運動軌跡情況，確定不同調線手指變換交替進入安全墊紗區(qū)域所需要具體時間，并確定調線手指的合理搭配，為改進調線機構的結構提供了理論意見。

1 調線機構三維模型的建立

調線器主要由調線器底座組件、動作部件組件、兩位送紗器組件、開舌器探針組件和分配器及電磁閥組件這五部分組成，具體模型如圖1和圖2所示。

圖1 調線器組件

圖2 調線器動作部件三維模型

調線器底座主要由支架臂(底座)和護針板組成，通過支架臂可以將整個調線器機構固定在內衣機上，護針板有穩(wěn)定紗線運動及限制調線手指最低位置的作用。分配器及電磁閥組件主要負責控制調線器各個氣路的開閉，使調線手指可以根據(jù)預設的程序到達指定工位。

調線器動作部件組件一共有8組調線手指。8組調線手指都有各自的運動路線，在預設的編織程序下，8組調線手指可以兩兩相互配合，從而編織出不同花型組織的針織產(chǎn)品。如圖3所示，第1-3號調線手指主要負責輸送地紗面料，有A、B、C 3種不同的工位，B、C為工作工位，A為退出工位；第4-5號調線手指則有A、B、C、D 4種工位，此時A和B為工作工位，C和D為退出工位；第6號調線手指有A、B、C、D、E、F 6種不同的工位，其中，C、D、E、F為工作工位，A、B為退出工位，4-6號調線手指主要負責輸送面紗；最后的第7-8號調線手指主要負責輸送色紗面料，僅有A、C兩種不同的工位，C為工作工位，A為退出工位[7]。

圖3 調線手指工位

2 調線指喂紗關鍵工藝點計算

2.1 第1-3號調線手指墊紗位置確定

圖4 紗線運動軌跡示意

圖5 紗線運動軌跡俯視圖

(1)

(2)

則得到：

(3)

同理可得：

(4)

得出這一段折線總長L為：

(5)

式中：h1為調線手指末端(點A0)到護針板喂紗水平面垂直距離，mm；h2為實際喂紗點B0到織針針鉤內點所在水平面垂直距離，mm；RA為調線手指末端紗管(點A0)到針筒圓心O的半徑，mm；RB為護針板最外端圓弧半徑，mm；RM為針鉤內點到針筒圓心的半徑，mm；θA為調線手指末端(點A0)到針鉤內點M相對于針筒圓心O的轉角，(°)；θB為點B0到針鉤內點M相對于針筒圓心O的轉角，(°)。

由式(5)可以推理出，在合理安裝的情況下，像h1、h2及θA等都是有確定尺寸的，測量出L和θA之后便可以據(jù)式(5)計算出第1-3號調線手指所對應的轉角θB，從而得出實際喂紗點B0的位置。具體數(shù)值由表1所示(此處調線手指到達最低的工作工位C處)。

表1 1-3號調線手指主要參數(shù)數(shù)值

2.2 第4-6號以及7-8號調線手指墊紗位置確定

由實際工藝可知，紗線從第4-6號以及7-8號調線手指(設點B0)導出之后，如圖6所示，紗線不需要經(jīng)過護針板，直接折向握持點處織針針鉤內點(點M)，即調線手指末端紗管位置就是實際喂紗點的位置。

圖6 紗線軌跡

(6)

式中：h2為實際喂紗點B0到織針針鉤內點所在水平面垂直距離，mm；RB為護針板最外端圓弧半徑，mm；RM為針鉤內點到針筒圓心的半徑，mm；θB為點B0到針鉤內點M相對于針筒圓心O的轉角，(°)。

測量出紗線長度后，可以據(jù)式(6)推出，從而得出實際喂紗點的位置。具體數(shù)值如表2所示(此處調線手指到達最低工作工位F處)。

表2 4-8號調線手指主要參數(shù)數(shù)值

2.3 喂紗高度區(qū)域確定

根據(jù)《針織學》[8]中67頁中關于墊紗角度的內容可知，實際喂紗點的高度決定了墊紗的可靠性，由圖7所示幾何關系可得墊紗縱角β：

圖7 墊紗縱角投影

(9)

以針筒直徑355.6 mm無縫內衣機為例，針筒半徑R針筒=177.8 mm，彎紗角γ=42.935°，針鉤內點到針舌銷距離Zeo=3.98 mm，M0(ε0,η0)和M(εq,ηq)分別為紗線進入織針針鉤內的兩點極限位置，墊紗縱角β繼續(xù)增加時，如圖8所示，M0位置會離開針鉤，容易勾不住紗線，墊紗縱角β繼續(xù)減小時，Mq位置會下降，舌針的閉合會夾持損壞紗線。經(jīng)過測量M0(0.203 mm,0.363 mm)，Mq(-0.403 mm，2.849 mm)。

圖8 織針針鉤平面

根據(jù)《針織學》[8]中70與71頁中關于墊紗角度范圍的研究可知，墊紗橫角與墊紗縱角必須滿足：

(10)

(11)

根據(jù)實際工藝可知，調線器組件按照工藝要求，調線手指碰撞回彈的過程中，實際喂紗點主要是喂紗高度(h2)發(fā)生過大的變化，由式(12)可知h2的變化，將影響墊紗縱角β的大小，如果調線手指因為碰撞還在抖動時織針開始參與編織，容易導致針鉤勾不住紗線造成漏紗翻紗等情況，甚至于造成調線手指的導紗管與織針發(fā)生碰撞。

由式(11)計算可得：

βmax=34.52°,βmin=15.04°，

由式(9)轉換可得：

(12)

當實際喂紗點B0在護針板上時，當調線手指導出的紗線需經(jīng)過護針板外邊緣折向針鉤內。經(jīng)過測量正常安裝時，RB=182 mm，將最大和最小墊紗縱角數(shù)值代入式(11)和式(12)可得，具體數(shù)值如 表3 所示。

表3 1-3號調線手指喂紗高度范圍

當實際喂紗點不在護針板上時，紗線不經(jīng)過護針板直接折向針鉤內，如圖3所示，當4-6號調線手指紗管在前置位時(工位D和F)前端伸入針鉤內，此時RB=179.5 mm，將最大和最小墊紗縱角代入式(11)和式(12)可得，如表4所示。

表4 4-8號調線手指喂紗高度范圍

2.4 不同調線手指的合理搭配建議

第1-8號調線手指的墊紗縱角大小分別為31.14°，25.06°，19.74°，19.69°，17.34°，15.34°，16.11°，15.10°。根據(jù)墊紗工藝理論，面紗的喂紗張力得大于地紗，面紗的墊紗橫角和縱角小于地紗，即“一大兩小的墊紗理論”[10]，如圖9所示，依據(jù)傳統(tǒng)墊紗工藝理論，面紗進入針鉤所處位置的高度要低于地紗，并且面紗要比地紗更靠近針桿；地紗和面紗的墊紗角相差越大越可以減少跳紗的產(chǎn)生，墊紗效果越好。據(jù)此可得面紗盡量使用墊紗角較小的6號調線手指，地紗盡量使用墊紗角較大的1號或者2號調線手指，3號的調線手指輸送地紗面料和4號調線手指墊紗角相差很小，不適合搭配在一起使用。

圖9 紗線在針鉤中的理想配置

3 實 驗

實際生產(chǎn)過程中，無縫內衣機由于其緊密復雜的機械結構與線路排布，一般無法直接在無縫內衣機上拍攝紗線的運動過程，為了便于實驗設計了以下用于模擬實驗測試設備來模仿無縫內衣機的生產(chǎn)過程，如圖10所示，所用輸紗器、調線器組件、斷線觸發(fā)裝置、槽筒、筒子沿著紗線的走線方向依次布置。

1.儲紗器；2.調線器；3.斷紗觸發(fā)器；4.槽筒；5.紗筒子；6.槽筒電機；7.高速相機；8.紗線

無縫內衣機調線機構的八組調線手指固定在調線器組件上，并可以繞定軸轉動，傳統(tǒng)的基于加速度計等接觸式運動測量方法并不可以使用，因此本實驗使用高速相機來拍攝調線手指的縱向運動，并設計示蹤調線手指配合同步標記紙實現(xiàn)調線手指處的縱向運動的捕捉。

調整高速相機的幀率為7000幀/s，設定鏡頭焦距為100 mm，如圖11所示，定位點1和定位點2的連線為Y軸，并設定定位點1和定位點2之間的距離為5 mm。標記點3標記在調線手指的陶瓷管上，隨調線手指的運動而運動，即標記點3的運動反映的是調線手指的運動。

圖11 高速相機拍攝界面

實驗時使用空氣壓縮機控制輸入氣壓的氣壓大小，氣壓大小控制在60 kPa之間，觀察調線手指的運動，分析調線手指落下后碰撞回轉抖動的過程；對得到的數(shù)據(jù)利用Matlab強大的運算效率，得到調線手指末端縱向碰撞抖動的運動軌跡圖12。

如圖12中所示，各組調線手指變換到達工位后，調線手指繼續(xù)運動與護針板發(fā)生碰撞回彈，不會馬上穩(wěn)定在工位上，正是回彈抖動過程引起墊紗位置的不穩(wěn)定，因此確定調線手指進入安全墊紗區(qū)域所需時間對無縫內衣機的編織工藝具一定參考價值。

圖12 調線手指運動軌跡

兩條虛線為最大和最小墊紗縱角所對應的喂紗高度，在兩條虛線之間的區(qū)域為之前理論計算所得安全喂紗高度，虛線與紗嘴運動軌跡線的交點M所對應的橫坐標代表著在調線手指變換后進入安全墊紗區(qū)域所需要的時間?？梢缘贸龅?-8號調線手指變換后分別需要19.76、14.90、13.50、23.50、24.86、33.50、14.88、15.20 ms后才能保證墊紗的可靠性，考慮到1-3號手指輸送的地紗面料需要和 4-8 號手指的輸送面紗色紗面料兩兩搭配，可以得出在調線手指變換大約35 ms之后其墊紗角度趨于穩(wěn)定，此時織針開始參與編織，可以保證墊紗的可靠性。

4 結 論

調線器組件作為包括無縫內衣機的主要喂紗機構，研究其運動學特性豐富了墊紗工藝理論。結合通過調線機構的幾何關系計算出的實際喂紗高度可靠區(qū)域和實驗測試平臺捕捉到的調線手指運動軌跡，得到調線手指變換后保證墊紗可靠性所需要的時間。通過對無縫內衣機的調線機構的深入研究，得出以下結論。

a)第1-8號調線手指安全進入墊紗區(qū)域分別需要19.76、14.90、13.50、23.50、24.86、33.50、14.88、15.20 ms，無縫內衣機編織添紗組織要同時使用地紗和面紗面料，這便要求調線手指兩兩搭配使用，大體上調線手指換紗后35 ms，其墊紗角度趨于穩(wěn)定，織針開始參與編織，可以保證墊紗的可靠性，減少翻紗等情況的發(fā)生。

b)根據(jù)墊紗工藝理論，即“一大兩小的墊紗理論”結合數(shù)學模型計算出第1-8號調線手指的墊紗縱角大小分別為31.14°、25.06°、19.74°、19.69°、17.34°、15.34°、16.11°、15.10°。根據(jù)研究結果可知，面紗可以多使用6號手指，地紗多使用1號或者2號手指，3號手指和4號手指墊紗角相差很小，不建議一同使用。

c)1-3號調線手指的實際喂紗點都在護針板上，但其各自的墊紗縱角各不相同，可以適當增加2和3號手指喂紗點所在的護針板厚度(以不漏紗為基礎)，使護針板喂紗平面呈階梯狀分布，可以減少織物跳紗現(xiàn)象的產(chǎn)生。