氣壓傳動(dòng)技術(shù)在漿紗機(jī)上的應(yīng)用

吳保平 王秋霞

摘 要：介紹氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)及其在漿紗機(jī)上的應(yīng)用。重點(diǎn)分析漿紗機(jī)經(jīng)軸退繞張力及壓漿力控制，系統(tǒng)介紹了經(jīng)軸退繞張力及壓漿力控制的原則及方法，比較氣動(dòng)控制技術(shù)與其他控制技術(shù)的特點(diǎn)，認(rèn)為氣動(dòng)控制技術(shù)與PLC及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，可以使?jié){紗的多項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)得到精確有效地控制。

關(guān)鍵詞：氣壓傳動(dòng)；漿紗機(jī)；退繞張力；壓漿力；電控比例閥

中圖分類號(hào)：TS112.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1009-265X（2018）06-0095-04

Abstract：The characteristics of air pressure transmission technology and its application in sizing machine were introduced. Unwinding tension of warp beam and squeezing force control of sizing machine was mainly analyzed. The principles and methods of unwinding tension of warp beam and squeezing force control were introduced systematically. The characteristics of pneumatic control technology were compared with other control technologies. It was considered that pneumatic control technology combined with PLC and computer control technology can effectively and accurately control multiple quality indexes of sizing yarn.

Key words：air pressure transmission； sizing machine； unwinding tension； squeezing force； electronic proportional valve

紡織行業(yè)近些年面臨的突出問(wèn)題是招工難，年輕人不愿接受一些高強(qiáng)度、低技能的工作，年齡大的人不能勝任上述工作。這就迫使企業(yè)通過(guò)更新改造提高設(shè)備的智能化程度來(lái)解決用工難的問(wèn)題。紡織機(jī)械智能化程度的提高，提升了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，對(duì)節(jié)省人工、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高速度、保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了重要的創(chuàng)新支持[1]。紡織機(jī)械的自動(dòng)化涵蓋了多學(xué)科多種技術(shù)的應(yīng)用，其中液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)占有相當(dāng)大的比重，由于液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)與電力拖動(dòng)及機(jī)械控制相比有較多優(yōu)勢(shì)，所以在紡織機(jī)械的控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，尤其是漿紗機(jī)的諸多控制項(xiàng)目中，氣壓傳動(dòng)技術(shù)（簡(jiǎn)稱氣動(dòng)技術(shù)）均擔(dān)當(dāng)重要角色。

1 氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

氣動(dòng)技術(shù)的介質(zhì)即空氣取自大氣，成本低，不存在氣源供應(yīng)問(wèn)題，工作以后排出的壓縮氣體處理方便，對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有污染。在工作壓力不太高的控制系統(tǒng)中，與機(jī)械裝置相比，氣動(dòng)技術(shù)操作方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間的自由度大，運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中反應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與電氣控制相配合，可以較方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序動(dòng)作。氣動(dòng)技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，工作環(huán)境適應(yīng)性好，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全[2]。

2 氣動(dòng)技術(shù)在漿紗機(jī)上的應(yīng)用

漿紗生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，需經(jīng)過(guò)經(jīng)軸退繞、上漿、烘燥及機(jī)前的分紗卷繞幾個(gè)階段，每個(gè)階段均有相應(yīng)的工藝控制項(xiàng)目，以滿足生產(chǎn)高質(zhì)量漿紗的需求?，F(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、液壓技術(shù)、氣動(dòng)加壓技術(shù)與先進(jìn)漿紗工藝技術(shù)的結(jié)合，使現(xiàn)代漿紗機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)控，且檢測(cè)水平高、傳動(dòng)技術(shù)先進(jìn)[3]。漿紗質(zhì)量控制所用方法有多種，氣動(dòng)控制即是其中之一，氣動(dòng)技術(shù)在現(xiàn)代漿紗機(jī)上的應(yīng)用體現(xiàn)在多方面，如經(jīng)軸退繞張力控制、壓漿輥壓力控制、漿槽及烘筒溫度、漿液液面高度、伸縮筘升降、噴墨打印、壓紗輥升降、織軸離合及上落軸等，其中經(jīng)軸退繞張力控制及壓漿輥壓力控制是較復(fù)雜的氣動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用。

3 經(jīng)軸退繞張力控制

3.1 經(jīng)軸退繞張力控制原則

上漿過(guò)程中為了使紗線在漿槽內(nèi)吸漿充分，達(dá)到工藝要求的上漿率，進(jìn)入漿槽的張力不能過(guò)大；為了減少濕紗狀態(tài)下紗線的伸長(zhǎng)，預(yù)烘階段的張力不能過(guò)大；為了使紗線排列均勻，織軸卷繞緊密成形良好，分紗卷繞要有足夠的張力。由于上漿過(guò)程的上述要求，漿紗機(jī)上經(jīng)紗張力需采用多區(qū)段控制，分別為退繞區(qū)、喂入?yún)^(qū)、濕紗區(qū)、干紗區(qū)和卷繞區(qū)。根據(jù)多區(qū)段張力控制要求，現(xiàn)代漿紗機(jī)自喂入?yún)^(qū)至卷繞區(qū)，采用多單元傳動(dòng)，經(jīng)紗的運(yùn)行及張力控制均依靠主傳動(dòng)部件積極帶動(dòng)，通過(guò)變頻器調(diào)整前后電機(jī)轉(zhuǎn)速，可使其比值達(dá)到一定值，從而保持一定的張力和伸長(zhǎng)率。而退繞區(qū)段經(jīng)紗無(wú)主傳動(dòng)部件積極引導(dǎo)，廣泛采用經(jīng)軸消極式送出和經(jīng)軸摩擦制動(dòng)相結(jié)合的經(jīng)紗退繞方式。圖1為摩擦制動(dòng)方式之一的氣動(dòng)制動(dòng)。

退繞張力的基本要求是使紗線從整經(jīng)軸上引出時(shí)伸直，防止因捻縮糾纏而出現(xiàn)排列不勻現(xiàn)象，能克服制動(dòng)盤和導(dǎo)輥?zhàn)枇Γ谕死@直徑變化時(shí)保持恒張力運(yùn)行，防止減速停車時(shí)經(jīng)軸慣性超轉(zhuǎn)出現(xiàn)的“擁紗”現(xiàn)象，并避免張力過(guò)大引發(fā)斷頭[4]。

3.2 經(jīng)軸退繞張力控制方法

經(jīng)軸上紗線的退繞張力與退繞直徑成反比，退繞直徑逐漸減小，張力逐漸增大，退繞張力與直徑成雙曲線函數(shù)變化規(guī)律[5]。傳統(tǒng)漿紗機(jī)經(jīng)軸退繞張力采用千米夾紙條結(jié)合重錘或彈簧夾控制，多憑手感和經(jīng)驗(yàn)調(diào)整重錘的片數(shù)或彈簧夾的松緊度，由于重錘重量或彈簧夾緊力不一致，使不同經(jīng)軸經(jīng)紗的張力不一致。漿紗機(jī)突然停車時(shí)，重錘或彈簧夾緊力對(duì)經(jīng)軸制動(dòng)的摩擦力不能克服質(zhì)量較大的經(jīng)軸的慣性力，容易造成“擁紗”現(xiàn)象。同時(shí)經(jīng)軸在退繞過(guò)程中由滿軸到小軸的張力變化是逐漸進(jìn)行的，而重錘片數(shù)或彈簧夾松緊的改變是呈間歇階梯式完成，不能保持同步，因此造成各經(jīng)軸之間張力差異，使各軸上白回絲長(zhǎng)短不一致[6]。現(xiàn)代漿紗機(jī)經(jīng)軸的退繞張力主要采用氣動(dòng)控制。

3.3 經(jīng)軸退繞張力氣動(dòng)控制

為了避免經(jīng)軸退繞張力的間歇階梯式控制，依據(jù)經(jīng)紗退繞張力的變化規(guī)律，國(guó)內(nèi)外漿紗機(jī)的經(jīng)軸退繞多采用氣動(dòng)控制，將退繞張力檢測(cè)與氣動(dòng)控制調(diào)節(jié)相結(jié)合。早期的控制方式如圖2所示，圖2為德國(guó)祖克漿紗機(jī)回轉(zhuǎn)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)氣壓的原理圖，張力檢測(cè)機(jī)構(gòu)將張力變化的信息傳遞至機(jī)械式回轉(zhuǎn)閥，根據(jù)張力大小的變化控制回轉(zhuǎn)閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制進(jìn)入制動(dòng)氣缸的氣體壓力大小，以此調(diào)節(jié)制動(dòng)力而控制張力。在實(shí)際生產(chǎn)中“進(jìn)氣”與“排氣”通常要經(jīng)過(guò)幾次才能調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)。由此在車速變化時(shí)退繞張力有瞬時(shí)波動(dòng)[5]。這種退繞張力自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種模擬式線性系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)比較多，調(diào)整復(fù)雜，故障率較高[7]。

現(xiàn)代漿紗機(jī)經(jīng)軸退繞張力的氣動(dòng)控制，主要采用電控比例閥取代回轉(zhuǎn)閥，由于電控比例閥可以按照輸入信號(hào)連續(xù)按比例地控制氣流的壓力和流量，受車速變化的影響小，控制精度高。以恒天重工的GA308、GA310等系列漿紗機(jī)為例，經(jīng)軸退繞區(qū)的經(jīng)紗張力采用以氣動(dòng)控制為主控系統(tǒng)，如圖3所示。工藝設(shè)定紗線退繞長(zhǎng)度并輸入計(jì)算機(jī)，隨著經(jīng)軸退繞長(zhǎng)度的增加，通過(guò)數(shù)控電路計(jì)算經(jīng)軸退繞直徑變化，由計(jì)算機(jī)的運(yùn)算來(lái)控制電控比例閥的閥口開度大小，以此控制進(jìn)入制動(dòng)氣缸的壓力（按比例減?。?，從而控制經(jīng)紗的退繞張力。張力檢測(cè)和控制作為微調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由張力輥的傳感反饋?zhàn)鳛閺埩Σ▌?dòng)的補(bǔ)充控制，主要由檢測(cè)、控制和執(zhí)行三部分組成?？蓴[動(dòng)的張力輥軸頭端安裝電位器檢測(cè)張力的變化；控制部分由計(jì)算機(jī)和電控比例閥組成，張力的變化使張力輥產(chǎn)生位移，由此轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢黄鞯淖兓?，由?jì)算機(jī)輸出4～20 mA電流信號(hào)給電控比例閥。這種方法由于采用了高精度的電控比例閥進(jìn)行制動(dòng)氣壓的靈敏調(diào)節(jié)，較回轉(zhuǎn)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)氣壓的控制方法精度高，使誤差降低到最小程度，退繞張力恒定[8]。執(zhí)行部分由制動(dòng)氣缸和剎車帶組成，制動(dòng)氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)低摩擦氣缸，摩擦阻力小、控制精確，剎車帶采用鏈條加裝摩擦塊形式[9]，制動(dòng)迅速。

4 壓漿輥壓漿力控制

4.1 壓漿力控制原則

上漿過(guò)程中，在漿液的粘度及溫度一定的條件下，紗線在漿槽浸漿后經(jīng)上漿輥與壓漿輥之間的擠壓作用，使部分漿液浸透至紗線內(nèi)部，部分漿液被覆在紗線表面，得到一定的壓出加重率，獲得工藝要求的上漿率，且整個(gè)上漿過(guò)程維持恒定。壓漿力的大小及壓漿力控制方式對(duì)上漿率的影響很大。在壓漿力不變的情況下，若漿紗運(yùn)行速度改變，壓出加重率有差異，得到的上漿率就不穩(wěn)定。為了獲得不同速度下穩(wěn)定的上漿率，壓漿力隨車速呈線性變化，保證紗線在任何車速下上漿率都保持不變[10]。如圖4所示，該曲線在漿紗機(jī)上一般是控制第二壓漿輥的壓力，車速較低即處于爬行狀態(tài)時(shí)，壓力恒定，當(dāng)車速超過(guò)一定值后，壓力隨車速呈線性變化。

4.2 壓漿力的控制方法

壓漿力是由壓漿輥的重量與加壓裝置產(chǎn)生的附加壓力組成，老式低速漿紗機(jī)不設(shè)加壓裝置，壓漿輥的自重即是壓漿力，其大小不能隨車速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，尤其車速差異變化大時(shí)，易產(chǎn)生輕漿或上漿過(guò)重，壓漿力大小無(wú)法觀察，漿紗擋車工只能憑手感與經(jīng)驗(yàn)感知漿出紗線的上漿率大小，不易做到穩(wěn)定的上漿率控制，更不利于品種翻改。隨著漿紗機(jī)速度的提高，品種增多，不設(shè)加壓裝置的壓漿方法漿出的紗線難以滿足織造的要求。早期采用彈簧式和重錘杠桿式加壓裝置作用于壓漿輥兩端，但由于這兩種方法壓力的改變成階梯式，不能實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，仍不利于上漿率的穩(wěn)定。高速漿紗機(jī)均設(shè)置不同類型的自動(dòng)控制加壓裝置，如電動(dòng)式、液壓式和氣動(dòng)式。電動(dòng)式加壓方法是在電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，通過(guò)壓漿輥兩端軸心的機(jī)械作用使壓漿輥上升與下降，以此控制壓漿力。由于電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)僅在漿紗速度上升或下降到一定程度才發(fā)生，所以不能做到均勻控制壓漿力，也就不能穩(wěn)定控制上漿率。由于氣動(dòng)控制較液壓控制有較大優(yōu)勢(shì)，所以無(wú)論進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)漿紗機(jī)基本都采用氣動(dòng)控制壓漿力。

4.3 壓漿力氣動(dòng)控制

早期的氣動(dòng)控制方法中，壓漿力隨車速而變化，但由于控制精度不高，依然會(huì)產(chǎn)生上漿率的差異。隨著漿紗機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步與提高，漿紗機(jī)的車速與壓漿力成線性函數(shù)變化規(guī)律的控制方法在祖克、津田駒及澤爾等進(jìn)口漿紗機(jī)和國(guó)產(chǎn)漿紗機(jī)上體現(xiàn)，如澤爾漿紗機(jī)壓漿力的大小是通過(guò)進(jìn)入控制壓漿輥氣缸的氣體壓力大小實(shí)現(xiàn)?？刂圃碇饕窃O(shè)置氣體壓力與車速檢測(cè)傳感器，氣體壓力通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)，速度是通過(guò)裝在壓漿輥頭端的測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)。壓力傳感器輸出壓力信號(hào)與測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓信號(hào)傳入控制箱，兩種信號(hào)在控制箱內(nèi)的運(yùn)算電路進(jìn)行比較，看是否符合事先設(shè)定輸入的壓力——速度線性函數(shù)的關(guān)系。如果符合設(shè)定值，壓漿力不變。否則控制箱輸出信號(hào)給氣動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行壓漿力的增大或減小控制[11]。

采用上述壓力傳感器及測(cè)速發(fā)電機(jī)共同作用的控制方法使壓漿力呈線性變化，控制精度在一定程度上有所改進(jìn)。但由于測(cè)速發(fā)電機(jī)的精確度有限，使控制精度有待提高，該方法依然滿足不了多品種高質(zhì)量織物漿紗及織造的需求。近些年的漿紗機(jī)普遍采用PLC程序控制模式，使?jié){紗車速與壓漿力呈線性變化，實(shí)現(xiàn)壓漿力與漿紗速度的自動(dòng)調(diào)整與匹配，在漿紗速度和壓漿力的綜合作用下，保證了上漿率的穩(wěn)定。這種壓力的設(shè)計(jì)也確實(shí)減輕或消弱了車速變化時(shí)對(duì)上漿率的影響[12]。具有代表性的國(guó)產(chǎn)恒天重工GA310漿紗機(jī)，全機(jī)采用基于人工智能的控制系統(tǒng)、高精度的伺服控制器和高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在控制上漿輥的變頻電機(jī)軸端，測(cè)速精度高[13]。氣動(dòng)控制系統(tǒng)采用電控比例閥與電磁閥結(jié)合，當(dāng)車速發(fā)生改變時(shí)，由控制系統(tǒng)通過(guò)比較運(yùn)算，輸出一定的電流給電控比例閥，并結(jié)合電磁閥的動(dòng)作，使進(jìn)入壓漿輥控制氣缸的壓力得到精確控制，從而實(shí)現(xiàn)在不同車速情況下穩(wěn)定的上漿率[14]。

5 噴墨打印及壓紗輥升降控制

噴墨打印早期采用電動(dòng)式，現(xiàn)代漿紗機(jī)多采用氣動(dòng)控制噴墨打印，可以避免采用電動(dòng)打印打斷紗線的弊端，也可避免因機(jī)械故障導(dǎo)致流印的現(xiàn)象產(chǎn)生，漿紗質(zhì)量得以提高。在上落軸過(guò)程中，值車工需要調(diào)整壓紗輥與漿軸盤邊之間的位置，早期壓紗輥氣動(dòng)控制回路未設(shè)單向節(jié)流閥，壓紗輥升降速度較快，尤其是升起時(shí)，有時(shí)值車工還未來(lái)得及調(diào)整，壓紗輥就很快升起觸及織軸，這樣就存在安全隱患，對(duì)值車工的安全構(gòu)成了較大的威脅[15]。在氣動(dòng)回路中加裝單向節(jié)流閥，其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)節(jié)流閥的流量控制，可以有效地控制運(yùn)動(dòng)部件的速度，使壓紗輥上升平穩(wěn)，操作方便，消除了安全隱患。

6 結(jié) 語(yǔ)

除了上述分析的經(jīng)軸退繞張力控制、壓漿輥壓力控制、噴墨打印及壓紗輥升降外，漿槽及烘筒溫度、漿液液面高度、伸縮筘升降、織軸離合及上落軸等均采用氣動(dòng)控制。由于氣壓傳動(dòng)技術(shù)與電力拖動(dòng)及機(jī)械控制相比有較多優(yōu)勢(shì)，且能夠通過(guò)單向節(jié)流閥、電磁閥、電控比例閥等不同的氣動(dòng)控制元件，與計(jì)算機(jī)及人工智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)漿紗機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的多項(xiàng)自動(dòng)控制，確保漿紗質(zhì)量能夠滿足工藝要求。氣壓傳動(dòng)技術(shù)所用壓縮空氣由同一個(gè)壓縮空氣處理系統(tǒng)提供，根據(jù)控制過(guò)程的需要經(jīng)調(diào)壓閥輸送至車頭、漿槽、溫控及退卷氣動(dòng)系統(tǒng)，方便可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚穆.紡織產(chǎn)業(yè)智能化的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].棉紡織技術(shù)，2016，44（2）：1-3.

[2] 左健民.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：4-6.

[3] 紀(jì)信德.高壓上漿中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].棉紡織技術(shù)，2015，43（8）：6-8.

[4] 蕭漢濱.漿紗張力與伸長(zhǎng)率的計(jì)算及調(diào)控原則探討[J].棉紡織技術(shù)，2017，45（6）：1-6.

[5] 杜拱立.AB型退繞張力自調(diào)裝置的工作原理[J].棉紡織技術(shù)，1983（8）：29-33.

[6] 羅國(guó)安，王思裕，石東兵.漿紗機(jī)HT961氣動(dòng)恒張力裝置的研制及使用[J].上海紡織科技，1998，26（1）：26-27.

[7] 王國(guó)祥，束長(zhǎng)青，朱成山.漿紗機(jī)經(jīng)紗電子式退繞裝置及控制系統(tǒng)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2006，35（2）：89-91.

[8] 湯其偉.GA308型漿紗機(jī)的原理及使用[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2005：10-15.

[9] 雷明陽(yáng).GA310軸染型漿紗機(jī)的功能研究及應(yīng)用[J].紡織機(jī)械，2014（1）：24-27.

[10] 代愛麗.卡爾瑪耶漿紗機(jī)控制系統(tǒng)的改造[J].天津紡織科技，2016（2）：40-42.

[11] 鄭來(lái)久.德國(guó)ZELL漿紗機(jī)壓漿輥氣動(dòng)原理的分析[J].紡織機(jī)械，1997（4）：33-34.

[12] 郭圈勇，崔秀艷.穩(wěn)定漿紗上漿率的控制措施[J].棉紡織技術(shù)，2017，45（7）：60-63.

[13] 楊娜，韓愛國(guó).GA310型漿紗機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用[J].紡織機(jī)械，2012（1）：13-16.

[14] 梁睦，李鉻，崔運(yùn)喜.GA310新型漿紗機(jī)技術(shù)性能分析[J].紡織機(jī)械，2012（3）：23-26.

[15] 王素玲.GA333-S型漿紗機(jī)壓紗裝置氣路加裝節(jié)流閥[J].棉紡織技術(shù)，2007，35（8）：8.