一种链条传动差速整纬器的设计

楼越升 祝成炎 郭振荣

【摘 要】提出了一种链条传动差速整纬方式，即利用八字形设置的传动链条产生的织物纬向拉力消除各种纬弯，及利用两条链条传动的差速消除织物纬斜。进一步设计了整个整纬器的系统结构，整个设计具有纬斜检测点少、机械结构简洁、检测与整纬精度高、整纬迅速、控制方便、速度调节范围大、适用织物种类广等优点。

【关键词】织物 整纬器设计 纬斜检测 差速整纬

1 概述

织物在生产、存储及加工过程中会发生形变，特别是在纬线方向的形变，包括纬斜、弧形纬弯、S型纬弯、弓形纬弯等等，需要用整纬器进行整纬处理。整纬器按照整纬原理分主要有两类，一类是辊式主动整纬[1]，市场上大多数产品都是这类；另一类是针轮整纬[2、3]，如日本的ME-2000。辊式整纬器根据检测到的纬斜情况，通过直辊、弯辊等调节走布行程来对纬斜、纬弯等情况进行纠正，这类整纬器首先需要检测多个点的纬斜，从而判断织物的整体形变情况，并需要通过多根直、弯辊对织物进行调节，机械结构较为复杂，控制也较为复杂。且整纬效果受织物传送速度的影响较大，适用于高速整纬，通常用于大型染整厂拉幅定型前的整纬处理。针轮整纬是一种被动式整纬机构，利用八字形排列的两个针轮对织物进行整纬。其原理是织物在针轮上传动的过程中，针轮八字形的排列方式将会给织物提供一个纬向的张力，该纬向的张力除了纠正织物的纬弯之外，其经向分量还能为针轮提供旋转力矩，使纬斜滞后端的针轮加速，纬斜超前端的针轮减速，从而纠正织物的纬斜。这类整纬方式能够有效的纠正纬弯，但是对于纬斜较小的情况，所提供的经向张力分量效小，需要较大的针轮半径以提供足够的转动力矩。盖种方式对针轮加工精度有较高要求，另外，由于织物在下针时的滞后会产生一定的纬弯，应用当中常辅以一定的直辊整纬和弯辊整纬才能达到理想的效果。

前述两类整纬方式中存在结构复杂、调节行程长、适用织物种类受限等缺陷，为此，本文在研究了这两种方式整纬的原理的基础上，提出了一种链条传动差速整纬的新方式，即利用织物纬向张力以及两条链条传动的差速来实现整纬，并进一步设计了整纬器的系统结构。

2 链条传动差速整纬原理

链条传动差速整纬的原理如图1所示。图中成八字形的粗黑线段表示两条传动链条，虚线箭头表示织物传动方向，即传动链条进布端的距离小于出布端的距离。织物的两侧边沿固定于两条传动链条上，由链条带动织物进行传动。由于两条传动链条成八字形设置，在织物传动的过程中，会把织物纬向拉升，从而产生拉力F，在拉力F的作用下，织物的各种纬弯会在传动过程中逐渐消失，变成单一的纬斜。此时，只要在靠近出布端检测织物的纬斜，根据纬斜情况来精确控制两条传动链条的传动速度 和 ，即可控制织物两侧传动的行程差，从而消除纬斜。比如图1中所示纬斜情况，假设织物幅宽为 ，纬斜角度为 ，则只需要在一段时间 内控制 ， 即整纬调节时间：

（1）

式中 即为纠正纬斜需要积累的行程差， 为左右链条传动的差速。

考虑到整纬调节时间应小于纬斜检测传感器的采样周期T，实际的整纬行程 应为：

（2）

式中 为设定的标准传动速度。

相较于已有的辊式整纬，差速整纬利用传动过程中产生的纬向拉力来消除各种纬弯情况，只需要检测单点的纬斜情况即可，也不需要利用弯辊来纠正纬弯，从而降低了整纬难度。而相较于针轮整纬，差速整纬的机械结构更为简单，整纬能力更强，其整纬精度完全取决于纬斜检测精度及对链条传动速度的控制精度。

另外，为了避免织物径向张力对整纬过程的影响，织物应该以超喂的方式送入，这样才能够保证在纬向拉力的作用下消除所有纬弯。而为了保持整纬效果，在整纬结束之后，应该保持适当的织物径向张力进行收卷。

3 整纬器的系统组成

本文根据差速整纬的原理设计了整纬器的系统结构。如图2所示为差速整纬器的系统组成框图。整个系统由四个模块：纬斜检测模块、整纬控制模块、电机驱动模块以及整纬执行模块组成。纬斜检测模块以一定的采样周期T获得织物的纹理信息，经处理后得到得到织物的纬斜角度，并将其送入整纬控制模块的整纬控制器中，整纬控制器则根据纬斜角度按照一定的算法得到控制信号，将控制信号发送给电机驱动模块中的伺服驱动器，由私服驱动器来驱动伺服电机，实现对链条行程差的调整。整个过程在一个采用周期内完成，并不断循环，从而实现整纬目的。

纬斜角度的检测是整纬的关键环节之一，目前整纬器的纬斜自动检测方式主要包括光电式检测和图像式检测两大类。光电式检测采用固定狭缝和旋转狭缝等方式，通过检测获得最强光线时狭缝的倾斜角度来获得纬斜角度，检测精度受狭缝条数或者旋转精度限制。另外，由于检测时要求光线能够透射织物，检测精度受织物种类的影响较大。因此，本文采用图像式检测作为所设计整纬器的纬斜检测方式。

图像式纬斜检测方式针对采集织物的纹理图像，通过一定的图像处理算法，如二维傅里叶变换、hough变换等得到织物纹理的方向信息，从而得到织物的纬斜角度。该纬斜检测方式的精度较高，且不受织物种类限制，对于厚实的不透光织物以及织纹布等纹理复杂的织物皆可适用。整纬器的纬斜检测模块包括图像采集器和数据处理器两部分。图像采集器负责按一定频率采集织物的纹理图像。数据处理器则负责对织物文理图像进行处理，得到织物的纬斜角度，并送入整纬控制器中。

整纬的执行是另一个关键环节，因此采用两台高精度的伺服电机作为两条传动链条的驱动。两条传动链条水平布置，进布端和出布端之间的距离可由两个门幅调节器调节，以适应不同的织物门幅以及调整织物纬向作用力的大小。

4 设计特点

本文设计的链条传动差速整纬器具有以下特点：

（1）采用链条传动的差速整纬，利用八字形设置的传动链条产生织物纬向拉力来消除各种纬弯，利用两条传动链条的差速来消除织物纬斜，具有纬斜检测点少、机械结构简单，整纬迅速，便于控制的特点。

（2）采用图像式纬斜检测方式，检测精度高，且适用于各种厚度与纹理的织物。

（3）通过伺服电机驱动两条传动链条的设计方式，传动速度调节范围广，速度控制精度高。

（4）水平布置的链条传动方式，可使整纬过程方便与织物处理的其它工序同时进行，如进行拉幅、干燥等，使用非常灵活。

5总结和展望

本文提出了一种链条传动的差速整纬方式，这种整纬方式不需要直辊、弯辊或者针轮，采用图像式纬斜检测以及链条传动差速整纬，整纬精度完全取决于纬斜检测精度及链条传动速度的控制精度。在此基础上进一步设计了整纬器的系统结构。整个整纬器的设计具有纬斜检测点少、机械结构简洁、检测与整纬精度高、整纬迅速、控制方便、调节速度范围大、适用织物种类广等优点，且方便与织物处理的其它工序相结合，设备改造方便，使用灵活，更兼成本比较低廉，特别适合用于中小型企业的小规模整纬情况，若能投放市场，有望为各纺织企业带来可观的经济效益，从而促进我国纺织行业的蓬勃发展。

参考文献：

[1]赵奇志，朱亦军.论整纬器在染整行业的作用和前景[J].轻纺工业与技术，2011，4：112-113.

[2]王省，李大裕.针轮整纬器[J].印染，1990，3：39-42.

[3]马时中，周宝群.针轮整纬的理论与实践[J].染整技术，1996，6：31-34.