基于生产实践的喷气织机主喷嘴气压优选

韩要宾， 张 杰， 高卫东， 潘如如， 张 宁

(江南大学 纺织技术研究所, 江苏 无锡 214122)

基于生产实践的喷气织机主喷嘴气压优选

韩要宾， 张 杰， 高卫东， 潘如如， 张 宁

(江南大学 纺织技术研究所, 江苏 无锡 214122)

为确定喷气织机喷嘴气压，以JAT 710喷气织机为例，采用最小二乘法确定了主喷嘴气压的计算公式。采集了512组织机的实际喷嘴气压配置数据，根据喷嘴气压配置理论，筛选出了76个合理的机台喷嘴气压配置方案，从理论和数据2个方面分析并推导了喷嘴气压确定公式。根据织物品种的织造数据，使用逐步回归法求解出喷嘴气压回归方程，结果表明：94.67%的拟合主喷嘴气压与实际主喷嘴气压的偏差能保持在±15%以内。使用18个合理的机台喷嘴气压配置对回归方程进行验证，所有的主喷嘴预测气压与实际主喷嘴气压的偏差能保持在±15%以内。证明该喷嘴气压回归方程能准确预测合理的喷嘴气压配置方案，提高实际生产效率。

喷气织机； 喷嘴气压； 逐步回归法； 生产效率

喷气织机属自由端引纬，是以气流作为引纬的柔性动力载体，依靠高速气流引导纬纱穿越梭口来完成引纬。气流引纬作为喷气织机的核心部分，一直以来是国内外学者的重点研究对象[1]。而喷气织机主辅喷嘴的气压大小作为一个重要的织造工艺参数，直接决定了引纬过程中纬纱的飞行状态。主喷嘴的喷射性能直接影响喷气织机的效率及织物的质量，其压力值应根据所用纬纱的纤维材料、线密度及幅宽、车速等综合考虑[2]。辅助喷嘴担负着将纬纱接力送过梭口的重要任务，其耗气量在正常引纬时占整机耗气量的 75%左右，且辅喷嘴的供气压力一般比主喷嘴的供气压力略大[3-4]。在满足纬纱正常飞行要求的前提下，宜尽量减小主辅喷嘴的气压，以减少耗气量，同时满足纬纱的单纱强力要求。

在实际生产中，主辅喷嘴的气压大小主要靠技术工人凭经验在上机调试过程中逐步确定，这样既费时费力，而且易造成喷嘴气压大小的调试误差，影响织造效率。主辅喷嘴气压偏大，浪费织机能耗。为减少织机能耗，提高织造效率，有必要通过采集和分析实际生产数据，给出喷气织机主辅喷嘴气压的确定方案[5]。

基于此，本文以JAT 710喷气织机为例，采集并分析了某纺织厂实际生产的相关数据，从理论和实践数据2个方面推导出了喷气织机新的主喷嘴气压影响因素，采用逐步回归法对主喷嘴气压的确定进行了研究。

1 生产数据的采集与预处理

生产数据采集设备为130台日本丰田JAT 710喷气织机，根据开口机构区分，其中有64台积极式凸轮式喷气织机，有66台电子多臂式喷气织机。织机都配有2个主喷嘴，8组辅喷阀(每组有4个辅喷嘴)，同时配有投纬时间自动控制装置(AFC)和纬纱飞行自动控制装置(ATC)(优先使用AFC装置)。不同织物品种的后梁和停经架位置、平稳装置的平稳调节、垫片和织口板高度等上机工艺参数均按照JAT 710喷气织机使用说明书设定。采集的织物品种为平纹、斜纹或小提花织物，通常使用的纬纱是纯棉纱、涤/棉混纺纱或天丝/棉混纺纱等纱线。采集每个织物品种的上机幅宽、纬纱线密度及原料组成、织造的机台编号及相应的织机效率E、织机车速V、纬纱进口时间To、纬纱出口时间Tw、主喷嘴气压M1与M2、辅喷嘴气压S。其中：E、V、To、Tw这4个参数均可从JAT 710喷气织机操控界面读取，M1、M2、S这3个压力均由气压压力表实际测量而得。以1#织物为例， 幅宽L为1.648 cm，纬纱为12.96 tex的涤/棉(60/40)混纺纱，其织造机台及相应的统计数据如表1所示。

排除机台电磁阀芯可能磨损、技术人员调整喷嘴气压可能不合理等问题带来的不合理数据、机台效率不足85%的数据以及采集数据中不合理的主辅喷嘴气压配置，在采集的数据中筛选出合理的气压配置方案。首先删除织机效率不足85%的数据，得到161个初步筛选数据。然后，结合喷气织机的喷嘴气压配置理论，从主喷嘴和辅喷嘴2个方面进行分析与讨论[1]。

表1 用于1#织物的织机主辅喷嘴气压统计数据Tab.1 Statistics data of air pressure of main nozzles and subnozzles for fabric sample 1#

注：纬纱进、出口时间以纬纱到达探纬器时的曲轴角度表征，(°)；△M为M1、M2之差，kPa。

1)设定主喷嘴的气流压力，应观察当纬纱的头部到达右端的经纱时，上层经纱和下层经纱与钢筘导气槽上、下唇之间的间隔是否在3 mm以上。主喷嘴气压应满足如下条件[6]：

M=P

(1)

式中：M为主喷嘴压力；P为使Tw值等于230°～240°时的压力。纬纱出口时间Tw是指储纬器测长板上的纬纱到达WF1探纬器时的曲轴角度。对于配有2个主喷嘴的织机，2个主喷嘴的气压应该一致，这样便于技术工人统一调节，同时能保证纬纱飞行速度的稳定，因此，2个主喷嘴气压应该满足以下条件[7]：

(2)

2)辅喷嘴的气流主要起维持纬纱飞行的作用，当主喷嘴为改变纬纱速度调整了供气压力以后，必然伴随着调整辅喷嘴供气压力的变化，以调整维持纬纱飞行的辅喷嘴气流速度。在设定辅喷嘴供气压力时，应避免飞行的纬纱出现前拥后挤现象，使纬纱处于伸直状态，在连续运转中不出现短纬、弯头纬、测长不匀或松纬等现象。在满足正常飞行条件下，辅喷嘴供气压力应尽量小，以减小耗气量。辅喷嘴的压力与主喷嘴的压力并行设定，辅喷嘴的压力一般比主喷嘴的压力高0.05～0.10MPa[7]。其关系为

S=M+(50～100 kPa)

(3)

所以，辅喷嘴与主喷嘴应该满足以下条件：

50≤△S≤100

(4)

△S=(2S-M1-M2)/2

根据上述公式，对1#织物所列数据进行筛选，其中机台编号为013、014、015、 070、083、097、100、102、117、118这10个机台的气压设定符合条件。将筛选出的数据进行均值化处理作为1#织物的标准化数值。依照相同的方法对其他品种织物的数据进行处理，共有76个合理的配置方案。

2 结果与讨论

2.1 理论分析

主喷嘴压力应综合考虑纬纱材料、线密度、幅宽、车速等因素。在满足纬纱正常飞行要求的前提下，尽量减小主喷嘴的气压。这样既能达到节约耗气与电能的目的，也能使纬纱飞行速度降低，减小纬纱在飞行过程中承受的张力[8]。

1)织机喷嘴的气压设定直接影响纬纱的飞行速度。织机喷嘴压力越大，气流流速越快，纬纱的飞行速度越大[9]。纬纱飞行的平均速度为

(5)

式中：V为织机车速，r/min；v为纬纱飞行的平均速度，cm/s；L为织物上机幅宽，cm。

喷嘴气压大小的调节与织物幅宽L、织机车速V等的关系很大，由式(5)可知，纬纱飞行的平均速度v由织机的车速V、织物的幅宽L以及纬纱的进出梭口时间To、Tw决定。当To、Tw、V等其他条件相同时，织物幅宽L越大，纬纱飞行距离与平均速度越大，喷嘴气压也越大。织机车速V越大，纬纱飞行时间越短，织机喷嘴气压越大。

(6)

式中：d为纱线直径mm；Ntex为纱线线密度，tex；δ为体积密度，g/cm3，涤/棉(65/35)纱线的δ值为0.80～0.95。

3)织机喷嘴的气压还与纬纱的状态有关， 在其他条件相同时，气流对纱线的摩擦因数Cf愈大的纱线，气流对纬纱的摩擦牵引力也大[6]。由于在实际生产中，Cf不易测量与确定，故本文不考虑纤维种类和纱线状态。

2.2 数据分析

表2中所示的织机主喷嘴压力M与纬纱直径d、纬纱飞行的平均速度v的关系如图1所示。由图可得：当纬纱直径d不变时，主喷嘴压力M随纬纱飞行的平均速度v的增大而增大；当纬纱飞行的平均速度v不变时，主喷嘴压力M随纬纱直径d的增大而增大，与理论分析得出的结论基本一致。

表2 不同品种织物的织机气压统计数据(部分)Tab.2 Statistics data of air pressure for different textile fabrics(partial)

图1 主喷嘴压力与纬纱直径、飞行速度的关系Fig.1 Relationship between main nozzles air pressure, weft diameter and weft flying speed

2.3 数据拟合

事实上，在多喷嘴+异形筘的引纬系统中，主喷嘴的主要作用是将纬纱带入梭口，而在梭口内的飞行主要依靠辅喷嘴来完成。然而，在满足正常飞行条件下，辅喷嘴供气压力应尽量小，以减小耗气量。一般辅喷嘴的供气压力比主喷嘴的供气压力略大(50～100 kPa)，因而，此次拟合的对象选取主喷嘴的供气压力。由2.2小节理论分析可知，影响织机喷嘴气压的因素主要有：纬纱的飞行速度、纬纱的直径。根据图1所示主喷嘴压力M与纬纱直径d、纬纱飞行的平均速度v的关系，考虑在工厂实际生产中，由于工人操作不当或其他因素也会引起机台效率的波动，为了发现准确的递归规律，消除实际生产效率波动的影响因素，本次拟合选择把相应的机台效率E作为拟合的权重，对数据进行逐步回归多项式拟合，求解的公式[11]为

M=f(x,y)=P00+P01y+P20x2+P11xy

(7)

式中：x=d；y=v。

使用逐步回归法进行多项式系数求解，回归方程的系数和显著性结果如表3所示。

表3 回归方程的系数和显著性Tab.3 Coefficient and significance of regression equation

由表3可知，每个回归系数都<0.01，表明参数对回归方程的影响高度显著。回归方程的R2为0.965 7，表明拟合效果具有较好的可信度；p<2.2×16-16，表明回归方程高度显著。该公式适用于线密度为7～39 tex的纯棉纱、涤/棉混纺纱或天丝/棉混纺纱等纬纱织物品种。该多项式回归方程的二维拟合结果如图2所示。图中黑色圆点表示原数据点。可看出，在拟合结果中，当纬纱直径d不变时，黑色原点对应的主喷嘴压力M随纬纱飞行平均速度v的增大而增大；当纬纱飞行平均速度v不变时，主喷压力M随纬纱直径d的增大而增大，与初始理论和数据分析得出的结论基本一致。

为进一步比较拟合结果与实际数据的误差，对实际主喷嘴压力M与拟合主喷嘴压力的对比用图3(a)表示。在图3中，灰色虚线表示实际主喷嘴压力M的15%波动范围，即拟合主喷嘴压力M′只要符合：0.85M≤M′≤1.15M，就能满足织物的实际上机要求。通过对表2中数据进行统计分析，94.67%的织物品种拟合主喷嘴压力处于实际主喷嘴压力的15%波动范围内，如图3(a)所示。从工厂随机抽取机台数据，依据喷嘴气压理论，筛选出相应的机台喷嘴气压配置，对回归方程进行验证，100%的预测主喷嘴气压与实际主喷嘴气压的偏差能保持在 15%以内，结果如图3(b)所示。由此可知，所有的主喷嘴预测气压与实际主喷嘴气压的偏差能保持在±15%以内，证明喷嘴气压回归方程能准确地预测合理的喷嘴气压配置方案。

图2 主喷嘴压力与纬纱直径、飞行速度的关系拟合Fig.2 Relationship between main nozzles air pressure, weft diameter and weft flying speed

图3 实际与拟合主喷嘴压力的对比关系Fig.3 Contrast between main and fitting nozzles air pressure. (a) Training set；(b) Validation set

3 结 语

通过理论和数据分析，使用逐步回归法可确定喷气织机的喷嘴气压设定公式。在训练集中，94.67%以上的织物品种织造时的拟合喷嘴气压大小与实际喷嘴气压的偏差能保持在±15%以内；在验证集中，所有织物品种的拟合喷嘴气压大小与实际喷嘴气压的偏差能保持在±15%以内，能满足实际生产要求。同时该喷嘴气压回归方程能准确预测合理的喷嘴气压配置方案，从而提高实际生产效率，本文拟合喷嘴气压指的是通过逐步回归拟合出的公式计算出的喷嘴气压。

由于不同的企业其织物织造机台以及织造环境中的温湿度存在差异，因此，要使用本文中的结论公式，需要重新计算喷嘴气压设定公式的参数变量，才能保证拟合喷嘴气压大小与实际喷嘴气压的偏差保持在±15%内。FZXB

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Optimization of air-jet loom main nozzle air pressure based on production practice

HAN Yaobin, ZHANG Jie, GAO Weidong, PAN Ruru, ZHANG Ning

(InstituteforSpinningandWeavingTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To confirm the actual air pressures of the main nozzles and vice-nozzles for air jet loom, this paper developed an air pressure formula by using the least square method and taking JAT 710 air-jet loom as an example. Based on the allocation principle of the air-jet loom′s nozzle air pressure, 76 reasonable pieces of statistics of its actual air pressure allocations were selected from 512 ones. According to the theoretic and data analysis, the formula of the nozzle air pressure was deduced. The stepwise regression method was applied to figure out the regression equation of the main nozzles′ air pressure based on the weaving parameters of the woven fabrics. The deviations between the predicted and the actual air pressures of 94.67% main nozzles are within ±15%. Then another 18 allocations of reasonable nozzle air pressure are used to verify the regression equation. It turned out that their deviations are all within ±15%. The experimental results demonstrate that the regression equation can predict the allocation of nozzles air pressure reasonably and accurately so that productions efficiency is improved.

air-jet loom; jet nozzle pressure; stepwise regression method; production efficiency

10.13475/j.fzxb.20160101906

2016-01-13

2016-10-18

2014江苏省研究生创新计划(KYLX_1132)；教育部博士点基金项目(20120093130001)；国家博士后基金项目(2013M541602)；江苏省博士后基金项目(1301075C)

韩要宾(1990—)，男，硕士生。主要研究方向为新型纺织技术。高卫东，通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。

TS 105.1

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