摘要：整经是重要的织前工艺，决定了织物的质量。与金属丝整经相关研究较少,本文特别针对金属丝整经装备及其发展现状，首先介绍了金属丝整经的工艺要求和整经设备的两个组成部分，具体分析了矩形金属丝整经筒子架和V形金属丝整经筒子架特点，并阐述了金属丝整经机架构成原理及片纱张力控制原理。然后总结了金属丝整经装备的国内外发展现状和发展趋势。
关键词：金属丝；整经；张力控制；整经装备
整经依据纱线类型主要分为棉纱整经、聚酯纤维整经、金属丝整经等。
（1）棉纱整经：以棉、麻、毛为主的纱线整经，发展时间较长，相关的整经技术已经非常成熟，相关设备不论从电气自动化程度，还是工艺先进程度都领先于其他两类整。
（2）聚酯纤维整经：纱线为聚酯纤维，特点是经纱极限应力大，整经中允许的经纱整经弹性变形量相对较大。
（3）金属丝整经：纱线包含铜丝、钛丝和不锈钢丝等。这类整经要求对纱线表面损伤及弹性变形量极小。而与之相关研究较少，相关技术资料也不全面，所以金属丝整经设备的自动化程度也相对落后，尤其是高精细金属丝整经设备发展缓慢。
1 金属丝整经装备
1.1 金属丝整经装备分类
机织金属丝网的特点是平面稳定性好，同时耐酸碱、耐高温，柔软性好。金属丝网在过滤器、印刷电路板装饰设计、智能设计等领域有广泛的应用。整经是金属丝网织造的一个重要织前工艺，它是将一定根数的经纱按照工艺设定的长度和幅宽，以适宜的、均匀的张力平行卷绕在经轴或织轴上的工艺过程，整经的质量直接决定了丝网的质量。金属丝整经主要分为分批整经、分条整经和其他整经方式。
1.1.1 分批整经
分批整经是将全幅织物所需的经纱根数分成几批，分别卷绕在若干个织轴上，再将这些经轴在并轴机上合并，卷绕成一定长度的织轴的方法。此方法生产效率高，适合大批量生产，但易产生长短码、回丝多的现象，因此较适合棉纱等原色或单色织物。
1.1.2 分条整经
分条整经是将全幅织物按经纱根数要求，依据筒子架容量，分成若干条带，再将这些条带按照工艺要求的长度和宽度依次平行卷绕在经轴上的过程。这种整经方式能直接获得织轴，回丝少，但片纱张力很难均匀，生产效率相对较低，这种方式适合小批量生产。
1.1.3 其他整经
球经整经适合牛仔布整经，分段整经适用于对称经编织物或特宽幅机织物的生产。
金属丝网织造幅宽一般较小，整经速度也不能太高，因此金属丝整经，尤其是不锈钢金属丝整经一般采用分条整经。这种金属丝分条整经装备主要分为两部分：整经筒子架和整经机架。
1.2 金属丝整经筒子架
整经机筒子架的作用是便于按一定规律放置筒子，可调节经纱张力，使纱线单丝及片纱张力均匀。筒子架要能够进行纱线单丝张力调节，同时还能实现断经监控。金属丝整经筒子架一般采用切向退绕式，按照筒子架外形分为矩形筒子架和V形筒子架。
矩形筒子架特点是每一列纱线在筒子架顶部的导向罗拉上集中，并形成分层排列的片纱。这种结构中，纱线所受的导纱摩擦力较大，较适合张力较大、精度要求不高的整经场合。
图1 是常见的金属丝整经矩形筒子架。筒子架 2 正反两面对称均布纱筒轴。筒子架顶部调整罗拉 3 距离地面高度按照前低后高次序要求等距减小，最终形成层状片纱。在整经过程中，筒子轴随纱管 1 被动退绕，纱线被向上引导聚拢后进入整经机架。
图1 常见矩形金属丝整经筒子架
图2 是另一种典型矩形金属丝整经机筒子架。在筒子架上端设置被动旋转导向罗拉 3，同一列纱管 1 依次错位排布。这种筒子架与图1 所示筒子架区别在于，筒子架上所有纱线均向上绕过同一个导向罗拉 3，然后进入整经机架。这类筒子架缺点是对纱线摩擦较大，筒子轴容量小。
图2 典型矩形金属丝整经筒子架
V形筒子架左右两部分呈V字形，优点在于不同区域引出纱线对导纱通道的摩擦包角差异很小，而且对纱线磨损较小，单丝之间的张力差异小，利于片纱张力均匀。缺点是占地面积大。因此特别适合微张力的整经场合。V形筒子架在整经过程中（图3），纱线在整经轴的牵引作用下切向退绕，并直接进入整经机的伸缩筘，可以没有中间调节机构。
图3 V形金属丝整经筒子架俯视图
1.3 金属丝整经筒子轴
金属丝整经筒子轴结构决定了整经过程单丝张力控制方式，常见的筒子轴结构有 3 种。
1.3.1 轴向退绕式
如图4 所示，这种方式只适用于锥形纱管整经。纱管被完全固定在纱筒轴上，在牵引力作用下，经纱沿纱管轴向退绕。穿过磁眼后，纱线进入张力器。这种方式避免不了退绕气圈对纱线张力的影响。因此，这种方式更适合棉纱整经。
图4 轴向退绕型筒子轴
1.3.2 重锤式
如图5 所示，筒子轴上设置直径较大的摩擦盘，在整经过程中，纱线绕过重锤的杠杆端部，利用重锤使纱线绷紧。通过调整重锤位置，可调节纱线单丝张力大小。停车时，重锤所在连杆末端的摩擦片和筒子轴上的摩擦盘接触，阻止了纱线继续退绕。这种机械式张力调整方式的特点是：可调整范围大，能保持刹车。但这种方式产生的变形量大，张力误差大，一般适用于线径较大的金属丝整经和聚酯丝整经。
图5 重锤式筒子轴
1.3.3 电磁阻尼式
如图6 所示，电磁阻尼为非接触式阻尼，且阻尼大小可通过调节线圈电流控制，能精确控制单丝微张力，是理想的高精细金属丝网整经单丝张力器。图6 中 3 是电磁阻尼张力器，纱筒轴与之固连，通过调整输入电流，调节纱筒轴阻力。
图6 电磁阻尼式筒子轴
1.4 金属丝整经机架
金属丝整经机架是整经机的主体部分，主要包括整经罗拉等组成的闭环整经张力机构和收卷机构。典型的金属丝整经原理如图7 所示，纱线在整经机架的前端被横向和纵向聚拢，经过罗拉 7、8、9 后，在整经轴12上收卷。整经机架需要完成的工艺是片纱张力控制、整经长度测量、整经横移量控制等。
图7 整经工艺原理图
1.4.1 张力控制
可在图7 中罗拉 8 上经行片纱张力检测，张力信号传输至PLC，通过一定算法对罗拉 5 进行调节。影响整经张力的因素主要有整经轴锥度角和整经速度。片纱张力控制方式分为以下 3 种。
（1）伺服张力控制：应用伺服电机为执行器，通过旋转编码器采集罗拉 5 和整经轴的线速度，PLC进行算法处理，然后调整罗拉 5 转速，进而调节片纱张力；
（2）变频张力控制：以变频电机为控制对象，应用PLC进行卷径演算，计算所需转速，并控制激励电流或者电压，从而改变电机转速；
（3）磁粉张力控制：被控对象为磁粉制动器。张力信号采集输入PLC后，经过算法，PLC输出 0～10 V模拟量电压，控制磁粉制动器的输出扭矩，从而控制罗拉 5 的阻尼来动态控制张力大小。
1.4.2 整经长度测量
整经长度测量是为了满足整经长度要求，也是该条带整经完成的标志。如图5 所示，测速罗拉与整经轴线速度相同，非接触式脉冲传感器将信号传输给高速脉冲计数器，并显示整经长度。
图8 整经长度测量原理
1.4.3 整经横移量控制
为了保证经纱整经过程中两端纱线不会脱落，必须控制横移量。主要有 2 种控制方式。
（1）整经轴位置不变，移动定幅筘
伺服电机通过联轴器驱动丝杠转动，丝杠螺母带动定幅筘固定座水平移动，从而控制横移量。这种方式的不足之处在于，当进行不同条带的整经时，必须调整筒子架的位置，以免因为整经机架和整经筒子架中轴线不共线导致张力不均匀。
（2）定幅筘位置不变，整经轴水平移动
将整经轴安装在水平滑台上。除了驱动整经轴收卷电机外，单独设置一个伺服电机驱动水平滑台移动。整经轴旋转 1 周，滑台水平移动一个微小距离。这种方式可以达到高的控制精度，但是功率损耗较大。
2 金属丝整经的工艺要求
整经质量的好坏直接决定了金属丝网的品质，对金属丝整经装备所达到的工艺要求如下：
（1）要求经纱张力、排布、卷绕密度达到均匀；
（2）整经根数、长度符合工艺要求；
（3）应保持纱线物理特性不破坏；
（4）能够完成分绞等工艺要求；
（5）整经纱线接头使用拼接接头，不要打结接头，否则会增加织造断线率。
3 金属丝整经装备发展现状
3.1 国内金属丝整经现状
国内金属丝网生产厂家比较集中，例如河北安平、江苏江阴、河南沈丘等。各个厂家使用的整经设备也较为相似。有不少厂家依旧使用结构简单的整经设备，这种设备筒子架容量小，没有单丝张力控制及片纱张力控制，横移量控制精度低。近几年由于金属丝网，尤其是高精细金属丝网的使用日渐广泛，为了提高产品质量及产量，国内企业及高校针对上述问题对现有金属丝整经设备进行了创新改进，整体的整经水平有了明显提高。
国内早期的金属丝分条整经设备筒子架容量小，没有单丝张力控制和片纱张力控制，横移量控制精度低，只能完成线径比较大的金属丝整经。（1）筒子架：正反两面均焊接有一定斜度的纱筒轴，在纱筒轴上套一个橡木的芯轴，纱筒直接套在橡木芯轴上，筒子架容量300只纱筒左右；(2)整经机架：收卷电机和控制横移量的电机为同一个三相异步电机。三相异步电机通过减速机后带动棘轮间歇机构，从而带动整经机头横移一段距离。整经速度约14 m/min，在整经过程中，整经张力通过橡木和纱筒轴之间的摩擦力产生。停车后，纱筒和橡木之间的摩擦力迫使纱筒停止退绕。整经张力是靠纱筒轴和橡木之间的摩擦力产生，但这个摩擦力不可控，因此单丝张力也不能达到一致。而且该设备自动化程度低，整经效率低。
图9 是参考文献[15]所述的金属丝整经机。该设备的筒子架和早期的筒子架结构类似。其特点在于，整经机架在罗拉 4 上设置了片纱张力检测环节，张力控制环节通过自动调整张力罗拉 3 的上下位置来调整，使得片纱张力保持均匀。整经横移量由一个电机驱动定幅筘来控制。经轴收卷和整经横移量由 2 个电机分开控制，减少了中间机构，从而提高了机构的运动精度。
图9 金属丝整经机原理图
参考文献[16]介绍了一种新型金属丝分条整经机。它的创新点有：（1）采用了 3 个筒子架呈一定角度摆放，提高容量；（2）纱筒轴被固定在一个L形板上，L形板通过两个螺钉固定在筒子架上，这种单独结构便于安装和维修；（3）纱筒轴一端连接有电磁阻尼张力器，在整经过程中，对单丝纱线施加一个反向的阻力，使纱线张力保持一致。刹车时，电磁阻尼器输出一个较大阻尼，避免纱管由于惯性继续退绕。该设备通过电磁阻尼器进行单丝张力控制，并对片纱张力也进行反馈控制，使得片纱张力恒定且均匀。它不仅能对较大直径的纱线进行整经，还能对特细金属丝进行整经，并满足不同整经张力要求。
3.2 国外金属丝整经装备现状
国外金属丝整经应用先进的电、液、气和计算机控制技术，整经装备的自动化程度高。不仅片纱张力能精确控制，且单丝张力也能进行实时控制，从而使整经轴上的经纱张力达到稳定且均匀。此外，国外在监控界面进行不同颜色渲染和实时监控，降低了对工人操作技能的要求，减小了劳动强度。
瑞士BOPP公司拥有120多年的高精细不锈钢丝网织造经验，该公司自主研发的整经机如图10所示。该设备特色是：（1）采用V形筒子架，在筒子轴尾端设置电磁张力器，可以动态调整单丝张力；（2）在筒子架两侧设置旋转立杆进行张力调节。整套设备自动化程度高，张力稳定，操作便捷。
图10 BOPP公司金属丝整经装备
德国GKD公司的整经织造设备先进（图11），能够织造从重载过滤网到每毫米内有100根丝，每根丝只有发丝1/4粗细的超精细网。GKD公司整经设备采用矩形筒子架结构，整经机架横移方式控制横移量。它的优势是可以完成大幅宽、超长金属丝整经。
图11 GKD公司金属丝整经机
日本ASADA（浅田株式会社）专注于不锈钢金属丝网生产，在超高强度不锈钢丝网和高精细不锈钢丝网领域处于领先地位。该公司优点是，有一套严格的质量管理体系，每一个环节都保证品质：严格遵循张力检查－线径检查－外观检查－整经流程。该公司整经筒子架容量大（图12），对单丝张力精确控制，织造出的金属丝网网格规则均匀，网面平整，在印刷丝网中应用广泛。
图12 ASADA公司金属丝整经机筒子架
4 总结
随着金属丝网的应用领域越来越广泛，特别是高精细金属丝网需求量越来越大，对金属丝网质量的要求也越来越高，整经作为金属丝网织造的重要织前工艺，整经设备也必须有较高品质。一方面，张力控制必须做到单丝张力与片纱张力同时精确控制，以保证每一根经纱的张力保持一致；另一方面，要不断优化筒子架结构和整经机架结构，以满足高目数金属丝网织造要求。最后，要应用电、液、气和计算机一体化技术，提高金属丝整经装备的自动化程度及控制精度。
