工業(yè)縫紉機用電機的發(fā)展方向及市場需求
鄭朝簡 （西安微電機研究所710077）
【摘 要】闡述工業(yè)縫紉機的生產(chǎn)現(xiàn)狀和電機在工業(yè)縫紉機中的應(yīng)用，指出交流伺服電動機及控制器是高檔工業(yè)縫紉機驅(qū)動的發(fā)展方向，并提出工業(yè)縫紉機對交流伺服系統(tǒng)的基本要求。
【敘 詞】／工業(yè)縫紉機電機發(fā)展交流伺服系統(tǒng)
1引 言
60年代和70年代曾是家用縫紉機蓬勃發(fā)展的年代。雖然曾經(jīng)一度開發(fā)電動家用機，但終因家用機的社會擁有量趨于飽和而使整個家用機的市場呈結(jié)構(gòu)性疲軟局面。80年代以來，隨著我國人民生活水平的提高，對服務(wù)款式和做工的要求愈來愈高，我國城市買成衣穿的例已由10年前的百分之二十，提高到目前的百分之四十五以上，成衣社會化已成為國內(nèi)服裝行業(yè)發(fā)展的大趨勢。結(jié)果，消費者對家用縫紉機的要求更為挑剔，新款、多功能、便攜式等實用性與裝飾性兼?zhèn)涞漠a(chǎn)品引入注目。值得注意的是，在國內(nèi)家用縫紉機需求大幅度下降的同時，適應(yīng)制衣行業(yè)大發(fā)展的工業(yè)縫紉機銷售額卻在迅速增長，作為微電機行業(yè)，應(yīng)對工業(yè)縫紉機用電機及控制器的發(fā)展和市場需求給予注意，爭取參與研制、開發(fā)和生產(chǎn)，利用自旁的條件和優(yōu)勢促進我國高性能工業(yè)縫紉機的發(fā)展，以滿足國內(nèi)需求，并參與國際市場的競爭。
2我國工業(yè)縫紉機生產(chǎn)與技術(shù)現(xiàn)狀
目前世界上工業(yè)縫紉機的品種多達4000余種，通用型1000余種。國內(nèi)生產(chǎn)的機型品種少、產(chǎn)量小，與國際先進水平差距達20—30年，工業(yè)縫紉機發(fā)展的滯后制約了我國各種縫制行業(yè)的發(fā)展。
據(jù)服裝行業(yè)的統(tǒng)計，目前使用的縫制設(shè)備水平屬50年代的占百分之六十，60年代的占百分之二十，70年代的占百分之十九，80年代初的占百分之一。需要更新改造的占總量百分之七十五。由于品種少，缺乏高、精、尖設(shè)備，不適應(yīng)****服裝制作要求，難以提高產(chǎn)品檔次。因此，國家在“七五”期間進口工業(yè)縫紉機81.6萬架，用匯達6. 12億美元。按10年折舊計，這些進口機也很快將面臨淘汰和更新。
紡織部“八五”期間要使服裝行業(yè)的成衣年產(chǎn)量達到50億件，創(chuàng)匯53億美元，為此將投入50億元用于改造服裝行業(yè)的裝備條件。國內(nèi)幾大工業(yè)縫紉機生產(chǎn)企業(yè)已在“七五”期間投資，進行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造，預(yù)計“八五”期間至“九五”期間，我國工業(yè)縫紉機制造行業(yè)將有一個較大發(fā)展。
國內(nèi)現(xiàn)有以生產(chǎn)工業(yè)縫紉機為主的專業(yè)廠近30家，其中，廣東華南縫紉機公司、中國標(biāo)準(zhǔn)縫紉機公同、上海工業(yè)縫紉機廠等幾家規(guī)模****。出品產(chǎn)品以高、中速工業(yè)平縫機為主（國際上屬低檔產(chǎn)品），也有少數(shù)性能較好的高速平縫機出口（國際上屬中檔產(chǎn)品），外銷東南亞、中東、中美洲等國家。
通過“引進、消化、出口”，國內(nèi)產(chǎn)品的水平已從過去20、30年代迅速躍進到國際80年代先進水平。上海縫紉機一廠成為同行業(yè)中系列品種最多、****的企業(yè)。上海縫紉機四廠和日本聯(lián)合設(shè)計的GN7系列高速包縫機達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。上海工業(yè)縫紉機廠出口的GC15 -1型高速平縫機獲同行業(yè)的全A級產(chǎn)品稱號。目前我國各大工業(yè)縫紉機廠及研究單位研制的工業(yè)縫紉機，一般為70年代中期至80年代初期的水平。如電子定位針電動機三自動高速平縫機（可自動剪線、自動停針、自動定針數(shù)）。現(xiàn)正向可編程序的工業(yè)縫紉機單機自動化方向發(fā)展。
當(dāng)前，國內(nèi)高速平縫機供不應(yīng)求，其原因之一是，國內(nèi)企業(yè)過去縫紉設(shè)備以進口為主，現(xiàn)在則以國產(chǎn)為主。其質(zhì)量已接近國外同類產(chǎn)品水平，價格僅為國外機的1/2。為此，國家已對進口工業(yè)縫紉機采取限制措施，從而進一步刺激了國內(nèi)市場。
據(jù)統(tǒng)計，1993年全國服裝機械年產(chǎn)值接近50億元，出口1億元左右，高速平縫機產(chǎn)量達50萬架左右。1993年上半年四大縫紉機公司生產(chǎn)的高、中速平縫機一直供不應(yīng)求。8月份南京全國服裝機械訂貨會上，供需雙方成交意向達35億元，比1992年訂貨會增長百分之二十以上。行家預(yù)測，90年代是我國縫制設(shè)備上質(zhì)量、上品種、上水平的大好時期。服裝機械行業(yè)正抓住時機，調(diào)整結(jié)構(gòu)，壓縮長線，開發(fā)適銷對路產(chǎn)品。
3工業(yè)縫紉機用電機的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向
工縫機用電機已發(fā)展四代產(chǎn)品，即摩擦片式、渦流式、混合步進電機和交流伺服電動機。
摩擦片式電子定位針電動機起步快，但速度和針位控制精度差，且摩擦片的摩損會影響定位可靠性，需經(jīng)常保養(yǎng)和維修。
渦流式電子定位針電動機雖定位精度較高，但起步慢，噪聲和振動大，不受制衣行業(yè)的歡迎。
混合式步進電機定位系統(tǒng)雖具有控制方便的優(yōu)點，但起動頻率、運行頻率達不到高速工縫機的要求，定位精度仍不理想。
交流伺服電動機系統(tǒng)是國外80年代后期開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品。1986年以來，以日本工縫機行業(yè)，如重機公司、兄弟公司等，已把交流伺服電機運用到各類微電腦控制的高性能、高速平縫機、多功能電腦繡花機等縫紉設(shè)備中（如重機公司的PI。M系列中厚料高速平縫機，兄弟公司的BAS-326型筒式平縫機等），并以每年百分之十二的遞增速度取代原有的摩擦片或渦流式電子定位針電動機。這類交流伺服電機采用釹鐵硼永磁轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)細長，在非軸伸端裝有光學(xué)編碼器，因而轉(zhuǎn)動慣量小、體積小、重量輕、動態(tài)性能好，調(diào)速比達1：10000，且有高精度定位、效率高、痔命長、免維修、能在惡劣環(huán)境條件下使用等特點。該類電機在高速自動工業(yè)縫紉機上使用操縱自如，無噪聲污染，給人以舒適的工作環(huán)境。
鑒于帶微電腦控制的交流伺服系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，國內(nèi)工業(yè)縫紉機行業(yè)對它產(chǎn)生了極大的興趣和國產(chǎn)化配套的迫切性。有關(guān)專家指出，“我們制造高檔工業(yè)縫紉機，在機械和電子控制方面沒有問題，只是當(dāng)前電機性能不過關(guān)，一時還沒有合適的電機能替代。我們現(xiàn)在很需要交流伺服電機。隨著高檔機的研制和生產(chǎn)，今后交流伺服電機需求量是相當(dāng)大的”。
近年來，微電機及伺服系統(tǒng)研制和生產(chǎn)廠對工業(yè)縫紉機行業(yè)的技術(shù)發(fā)展給予了重視，并已有產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用。如常州電機電器總廠與清華大學(xué)聯(lián)合研制的SC - 300交流伺服系統(tǒng)已研制成功。該系統(tǒng)可以取代相應(yīng)功率的直流伺服電動機和離合器電動機，消除了直流電動機低速時的發(fā)熱和高速時的換向惡化，以及離合器電動機壽命短、體積大、效率低的缺點，具有調(diào)速范圍寬、快速響應(yīng)和準(zhǔn)確定位的優(yōu)點，瞬時加速轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的工業(yè)縫紉機用電機的發(fā)展方向及市場需求5.6倍，并可改變定子繞組磁場方向進行反接制動，也可直接使用電機內(nèi)部的單片電磁制動器進行制動，實現(xiàn)大負載瞬時起停，無級調(diào)速驅(qū)動和位置伺服控制。該電機為三相星形連接的四極永磁同步電動機，輸入直流電壓0～340V，PWM額定電流3.IA，短時連續(xù)電流20A，輸出轉(zhuǎn)速0～3350r/min時的額定轉(zhuǎn)矩為1. 6Nm，****轉(zhuǎn)矩9Nm，額定功率550W，****轉(zhuǎn)速達4000r/min。帶電磁制動器，制動力矩大于12Nm(200r/min)。該機主要為上海協(xié)昌縫紉機廠生產(chǎn)的高速平縫機配套使用，為盡快使技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，常州電機電器總廠與上海協(xié)昌縫紉機廠共同投資5000萬元在浦東成立“上海蝴蝶電腦電器設(shè)備公司”，專門生產(chǎn)這種伺服系統(tǒng)及其他中、高檔縫紉設(shè)備電腦電器。
目前，國內(nèi)工縫機用電機仍以渦流式和摩擦式電子定位針電動機為主。有的廠家采用臺灣、日本三菱電機。國內(nèi)生產(chǎn)縫紉機電機的廠家有蕪湖微型電機廠、上海電器二廠、上海高橋電器廠、陜西秦嶺機械廠、上海微型電機廠、萬里電機廠、武漢微型電機廠、北京市微電機總廠、天津市第二微電機廠、閩東電機廠等。
蕪湖微型電機廠是國內(nèi)****的縫紉機電機坐產(chǎn)廠，年產(chǎn)能力50萬臺以上，產(chǎn)品按NEMA標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，大部分出口，部分供應(yīng)國內(nèi)，也生產(chǎn)摩擦片式電子定位針電動機，基本全部-出口。
上海電器二廠生產(chǎn)的渦流式電子定位針電動機為三自動高速平縫機、高速針?biāo)土掀娇p機配套。
上海高橋電器廠生產(chǎn)自動平縫機用摩擦式電子定位針電動機。
陜西秦嶺機械廠試制的渦流式電子針電動機已投小批，其技術(shù)性能指標(biāo)已達到日本三菱公司同類產(chǎn)品水平，產(chǎn)量逾千臺。
上海微型電機廠也已開展渦流式電子定位針電動機的研制．進行小批量生產(chǎn)。
但工業(yè)縫紉機用交流伺服電機及控制器僅個別品種規(guī)格開發(fā)，尚未批量供應(yīng)和應(yīng)用。
由此可見，要參與國際競爭，必須推出中、高檔機型，而沒有先進的交流伺服電機及控制系統(tǒng)相應(yīng)配套，并形成規(guī)模生產(chǎn)，要想在****服裝和工業(yè)縫紉機產(chǎn)品方面打入國際市場只能“望洋興嘆”。
4工業(yè)縫紉機對交流伺服系統(tǒng)的基本要求
現(xiàn)以SC300型尊動工業(yè)縫紉機交流伺服系統(tǒng)為例，說明工縫機對交流伺服驅(qū)動的基本要求。
該系統(tǒng)為高速自動平縫機開發(fā)的專用電腦控制系統(tǒng)，主要部件有模式盒、伺服控制箱、機頭同步器、交流伺服電動機。前三者主要完成編程、速度伺服、針位及速度反饋。系統(tǒng)采用三片微機進行控制，形成主機、從機結(jié)構(gòu)的逮度伺服全數(shù)字控制，提高可靠性、節(jié)省硬件，并具有拓展功能的裕度。由于平縫機調(diào)速系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，工作功能要求苛刻，同時還要求控制方案簡單、價格便宜。工作中負載力矩變化較大，如切線機構(gòu)產(chǎn)生的突加力矩較正常驅(qū)動力矩高3～5倍，這就要求調(diào)速系統(tǒng)有快的反應(yīng)速度，低速下仍有很大的驅(qū)動力矩，對于交流伺服電機而言，這些要求簋能較好地滿足。
4.1系統(tǒng)的基本技術(shù)參數(shù)
環(huán)境條件0～40℃，工作電壓交流220K，額定電流0.5A（控制器），3A(電機)，電機額定轉(zhuǎn)矩1.6Nm，電機最寸轉(zhuǎn)矩9Nm，電機額定功率550W，同步器分勢率24脈沖/r，停針精度不大于±8度，****裂制速度5000針/min，加固縫速度1700針/min，剪線速度200針/min，堵轉(zhuǎn)保護時間大于2s，皮帶脫落保護時間不大于2s，手廊倒縫保護時間12s。
4.2系統(tǒng)速度控制特性
縫紉速度可在200～5000針/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，步進速度調(diào)整旋鈕與平滑調(diào)速旋鈕相配合，可獲得多種腳踏板速度控制特性，以適應(yīng)不同熟練程度的操作者。
4.3系統(tǒng)控制縫紉的基本自動功能
自動剪線，自動拔線，自動倒縫，自動抬壓腳。
4.4系統(tǒng)控制的基本模式
起針及收針帶自動倒縫的自由縫，倒回縫針數(shù)可設(shè)定O～9針，專用加固縫，線跡可設(shè)置0～9針。程序縫可設(shè)定0～15個程序段，每段可設(shè)定0～99針，每段縫制結(jié)束時可選擇停針、壓腳及是否剪線等狀態(tài)。
4.5其他控制功能
通電時自動停上針位，停針位置調(diào)整。倒回縫線跡修正，提針，程序縫補針，程序縫再縫制，剪線后倒轉(zhuǎn)30。，針棒停****點，手觸倒縫，高速縫時的輕柔起動，模式盒損壞時自動降檔使用，拔線選擇，自動抬壓腳及自動抬壓腳時間選擇。
4.6系統(tǒng)自檢功能
檢查并顯示****縫制速度、****縫制速度、剪線速度、加固縫速度、輕柔起動速度等速度自檢。起動、停止、剪線、抬壓腳等腳踏板控制器信號自檢。32位功能選擇開關(guān)自檢。10檔步進調(diào)速編碼開關(guān)自檢。上、下針位信號自檢。機頭速度反饋信號自檢。系統(tǒng)保護功能過壓、欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)、皮帶脫落、手觸倒縫12s保護等。
以上功能例舉說明自動工業(yè)縫紉機是一種復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，其機構(gòu)動作及相互配合稍有差錯便不能正常工作，需要電機、電機抱閘、電磁鐵及縫紉機件之間各種運動的準(zhǔn)確配合，并進行測速、位置檢測，計算機運算、顯示等實時多功能控制，因此應(yīng)用較強的軟件功能和高性能的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)才可能滿足高、中檔工縫機的要求。
5結(jié) 語
a．隨著人民生活水平的提高、服裝出口的不斷增長，制衣行業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)有設(shè)備的更新改造的需要，相應(yīng)擴大了對各類工業(yè)縫紉機的需求，市場前景看好。
b．國產(chǎn)工業(yè)縫紉機品種、規(guī)格與國外相比差距很大，微電機行業(yè)有條件發(fā)揮自身優(yōu)勢，積極參與工業(yè)縫紉機制造行業(yè)的產(chǎn)品更新與開發(fā)，研制、生產(chǎn)高性能工縫機用電機系列產(chǎn)品，加強行業(yè)間的技術(shù)合作和信息交流。
c．交流伺服電機及控制器是高檔工業(yè)縫紉機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展方向。微電機行業(yè)應(yīng)不斷開發(fā)，并建立工業(yè)縫紉機專用的交流伺服電機系列，為推出國產(chǎn)高檔工業(yè)縫紉機、參與國際競爭作出有益的貢獻。
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