一种自动穿经机中停经片的处理优化研究

徐钊钊， 林富生， 黄丰毅， 胡学涛， 宋志峰， 刘泠杉， 龚小舟

（武汉纺织大学， 三维纺织湖北省工程研究中心， 湖北 武汉430200）

0 引言

随着自动络筒机、 整经机等织造关键技术的不断进步，纺织行业的自动化程度也在不断提高。穿经是织造过程中的准备工序，一直以来穿综、穿筘都是由人工完成，速度慢、生产效率低、用工多、质量差，而且人工劳动强度大， 特别是穿经速度方面早已不能满足现代织机的生产需求。 而自动穿经机作为一种新型的自动化程度较高的穿经设备，进一步改进了穿经速度和穿经质量，因此近几年已经逐步应用于实际生产[1]。国内的自动穿经机市场广阔，目前主要被国外的史陶比尔等公司垄断。由于国外的穿经机价格昂贵，只有少数的纺织企业有实力购买[2]。 国产的穿经机价格相对便宜但穿经效果却不够好， 市场占有率不高。 因此，进一步发展自动穿经机将有利于解放劳动力，打破国外技术垄断，提高工厂的生产效率。

自动穿经机有多道工序，主要包括分纱模块，分停经片模块，分综丝模块，穿筘模块以及勾线装置，通过各个模块的配合运动，使纱线、停经片孔、综丝眼以及筘隙在一条直线上，勾针伸出一次将经线拉过完成穿经过程[3]。本文针对现有自动穿经机中停经片存在卡顿和掉落的问题进行研究， 采用针型气缸连接真空吸盘配合气滑环的方式，对停经片进行处理，解决此类问题并能够稳定可靠运行。

1 穿经机停经片的处理工艺及一般方法

1.1 停经片处理工艺

穿经工艺的经线来自于经轴， 每根经轴上有着许多经线，每根经线都需要穿过一个停经片孔。 停经片悬挂在挂梁上称为停经片库，停经片库上存放待穿的停经片，每次穿经需要从中取出一片， 要求稳定准确的分离单个停经片。 停经片的处理有准备位置、取停经片位置、穿停经片位置、 排停经片位置等四个工位。 这是一个循环的过程，需要有相对应的运送装置。停经片的处理难度在于停经片厚度较小只有0.1mm， 而每次只能从停经片库中取出一个停经片， 没有分出或者分出多个停经片都会导致穿经机停机。第二个问题在于变向的问题，因为停经片的孔要正对勾针才能顺利完成穿经， 所以从停经片库中分离的停经片需要旋转90°，完成穿经后再旋转90°排出。

图1 分离停经片

1.2 现有分离停经片的方法

（1）电磁分离停经片：这是一种常见于半自动穿经机的分停经片方式，利用停经片由不锈钢制作而成的属性，采用电磁铁吸取停经片来达到分离的目的。操作方法为使电磁铁靠近停经片库，通电吸取停经片后，传送杆将停经片送到下个工序。由于停经片库上的停经片紧挨在一起，当电磁铁磁力较强时，会吸取多片停经片，而当电磁铁磁力较弱时又会出现吸取不到停经片的现象，并且在运送的过程中停经片可能会脱落。 因此，分离效果不佳，分离出错情况较多。

（2）分离刀分离停经片：采用特制的锯齿状分离刀，锯齿的间距与停经片的厚度有关， 锯齿状的分离刀通过机构运动拨出停经片[4]。这种方式较电磁分离方式要稳定一些，可以快速分离单个停经片，但其结构非常复杂，传动机构过多。因为机械式分离停经片，对停经片有一定的损伤，偶尔会出现卡停经片或者停经片掉落的情况。在自动穿经机上应用时出错会导致停机，降低产能，不能与自动穿经机很好的适配。

图2 停经片变向

（3） 真空吸盘分离： 真空吸盘的工作方式是负压吸引，当吸盘贴近停经片时，吸盘会吸附停经片库最外面的停经片[5]。 吸盘吸力大小与气压有关，当负压大时吸力就大，对于停经片这种小型物体可保证稳定吸附不掉落，也不存在卡停经片的问题。同时，吸盘每次只会吸附最外面的一个停经片，不会出现吸取多片的现象，保证了分离的准确性。

从三种方法上分析， 真空吸盘既保证了停经片分离的准确性，又保证了稳定性。 同时，使用真空吸盘在停经片运送时可以保证其不会掉落， 减少了传送时的夹持装置，取、排停经片都很实用，效果比较理想。

2 真空吸盘分离方式介绍

2.1 分离方式

由于停经片紧挨着挂在挂梁上，每次需从中取出一片停经片，而停经片表面平整且整体轻便采用吸盘的方式吸取，可保证每次只吸出最外的一片停经片。 吸盘可牢牢吸附停经片在传送时不会脱落， 结构也十分简单，效果较好。 真空吸盘装置包括电磁阀，真空发生器和吸盘组成。 电磁阀通电，真空吸盘产生真空气压，吸盘中带有负压， 吸盘靠近停经片库时可吸取最外的停经片，对下一个停经片不会有任何影响。 可很好的解决停经片分离问题。

图3 吸盘装置

图4 穿停经片装置

2.2 传送装置

本装置有四个工位，分别为准备位、分离位、穿经位和排出位。 在准备位置吸盘没有吸附停经片。 在分离位置，针型气缸伸出，吸盘吸取停经片，针型气缸缩回。在穿经位置，勾针从停经片孔穿过勾取经线。在排出位置将停经片排出。由于采用了气缸和吸盘等气动元件，而且在停经片三个工位循环动作， 在转变工位时会导致气管缠绕的问题， 这里使用气滑环元件。 气滑环分为定子和转子两部分， 定子和转子有一一对应等数量的气管接头。 在转子旋转时， 对应的气管接头气路始终联通。 因此，气滑环可解决气管缠绕的问题。

图5 穿停经片装置图

图6 停经片工位图

3 自动控制系统设计

自动穿经机的优点在于提高了穿经的效率， 解放生产力。不仅在机械结构上进行优化，在控制程序上也需要尽可能优化，与机械配合提高工作效率，使整体运行更加流畅，稳定和高效。

3.1 控制对象

自动穿经机模块控制对象包括：

（1）四个取停经片气缸。 为了稳定高效，尽可能让停经片库靠近气滑环部分。选用针型气缸，动作快，效率高。四个气缸分别取名1，2，3，4。 当1 号气缸伸出取停经片时，2 至4 号是缩回状态，取完后1 号缩回。当1 号运动到工位2 时，4 号气缸伸出取停经片，然后缩回。当1 号运动到工位3 时，3 号气缸伸出取停经片，然后缩回。当1 号运动到工位4 时，4 号气缸伸出取停经片， 然后缩回。 在穿当前停经片时下一个停经片已准备就绪。

（2）四个真空吸盘。 当真空吸盘随着气缸伸出时，吸盘吸住停经片。 在1 号工位吸取，在2 号工位完成穿经，在3 号工位真空吸盘断气， 停经片排出进入下个处理阶段，在工位4 进入准备阶段。

（3）伺服电机。伺服电机通过联轴器连接气滑环转子，伺服电机运动带动转子每次旋转90°改变工位。 每个工位设有传感器。 当工位到达时传感器发出信号，电机停止。

3.2 控制流程

控制系统的CPU 选用西门子S7-200PLC。 西门子PLC 既支持横向编程又支持纵向编程， 可在子程序中使用中间变量， 对编程有很大的帮助。 采用梯形图语言编程，对气缸，吸盘和伺服进行控制。在1 号工位，对应位置的气缸伸出，气缸轴端部连接的吸盘吸取停经片，然后气缸缩回。 在2 号工位，气杆保持缩回状态，吸盘继续吸住停经片，勾针在这个位置勾取经线。 在3 号工位，气杆保持缩回状态，吸盘停止吸气，停经片排出。 在四号工位进入准备阶段，气杆保持缩回状态，吸盘停止吸气。 当穿经完成后，伺服电机旋转90°，气缸对应的工位发生改变，气缸和继续执行对应工位的动作。 整个穿停经片模块取、穿、排动作可以在同一时间完成，保持较高的效率工作。

4 结论

本文对自动穿经机停经片的处理工艺、控制对象、实现方法以及控制系统介绍。采用吸盘分离停经片方法，对整个停经片模块的分、穿、排停经片提出了解决方案。 解决了停经片分离出错的问题。整个穿停经片模块流畅、高效，有利于提高自动穿经机的整体运行效率，有望促进自动穿经机的发展。