轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)及實(shí)踐

劉　紅　王　強(qiáng)　宋雅露

文章在分析了轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)的功能需求之后，對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出了基于RS–485總線結(jié)構(gòu)的帶智能接口的清紗系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路和解決方案，并對(duì)改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)進(jìn)行了紡紗對(duì)比實(shí)驗(yàn)，效果較理想。

After analyzing the functional requirement of yarn clearer system of rotor spinning machinery and improving the design of measuring part, the article put forwards the implementation idea and solution of the yarn clearer system with intelligent interface based on RS-485, and made a comparative experiment of spinning with the modified system.

在紡織生產(chǎn)中，疵點(diǎn)和不勻是經(jīng)常發(fā)生的，即使是使用最好的紡紗原料、最新的紡紗設(shè)備以及最優(yōu)的紡紗工藝，紗疵和不勻也不可避免。使用先進(jìn)的清紗設(shè)備能有效提高紗線質(zhì)量，但大多數(shù)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗設(shè)備使用的清紗器是從絡(luò)筒機(jī)清紗器改進(jìn)而來(lái)，效果不是十分理想。研制適合國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的電子清紗系統(tǒng)變得越來(lái)越迫切。

1轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)對(duì)清紗系統(tǒng)的要求

（1）轉(zhuǎn)杯紗的紗疵一般由短粗節(jié)、長(zhǎng)粗節(jié)、長(zhǎng)細(xì)節(jié)、木紋紗疵、扁平紗等構(gòu)成，必須清除。其中，前 4 種紗疵都可以利用普通的清紗器切除，而扁平紗的切除則需要采用新的設(shè)計(jì)思路來(lái)完成。

（2）轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)生產(chǎn)出的紗線成品是筒子紗，異纖的存在將直接影響后面的染色，因此，紗線生產(chǎn)企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)提出了異纖檢出的要求。

（3）轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的喂給、分梳、轉(zhuǎn)杯和卷繞速度會(huì)隨著紡紗工藝的要求發(fā)生變化，所以清紗系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù)最好能根據(jù)速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，以防止誤切和滿足低速運(yùn)行的清疵要求。

（4）清紗系統(tǒng)最好能形成網(wǎng)絡(luò)，以便將各類有害紗疵的統(tǒng)計(jì)結(jié)果迅速反饋給車(chē)間，協(xié)助工藝人員選擇合理工藝參數(shù)，減少有害紗疵的產(chǎn)生。

2轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)的改進(jìn)措施

由于紡紗車(chē)間環(huán)境的溫度和濕度會(huì)發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)成品筒子紗的毛羽少，捻度變化小，采用光電式清紗器比較合適。因此，在設(shè)計(jì)中針對(duì)光電式清紗器進(jìn)行改進(jìn)。

2.1清紗系統(tǒng)檢測(cè)頭的改進(jìn)

2.1.1增加雙光源，實(shí)現(xiàn)扁平紗的檢測(cè)

常用的光電式清紗器采用單光源檢測(cè)，由于單光源只能對(duì)紗線一個(gè)方向的粗細(xì)變化進(jìn)行檢測(cè)，從而出現(xiàn)扁平紗。本設(shè)計(jì)改為采用雙光源配置的檢測(cè)頭，采用X、Y兩個(gè)方向的紅外光源對(duì)紗線兩個(gè)方向的粗細(xì)變化進(jìn)行檢測(cè)，從而解決因扁平紗疵和捻度變化帶來(lái)的檢測(cè)誤差。

2.1.2增加摩擦傳感器，進(jìn)行異纖檢測(cè)

本設(shè)計(jì)采用摩擦電效應(yīng)方式鑒別丙綸等異纖。當(dāng)帶有異纖的紗線穿過(guò)傳感電極時(shí)，介電系數(shù)較高的棉纖維帶正電荷，介電系數(shù)較低的丙綸帶負(fù)電荷，較大的電位差將生成摩擦電流，通過(guò)設(shè)置電流大小來(lái)判別異纖的存在。

2.1.3清紗系統(tǒng)檢測(cè)部分電路改進(jìn)

改進(jìn)的紅外光電式清紗系統(tǒng)檢測(cè)部分電路原理框圖如圖 1 所示。

當(dāng)紗線通過(guò)相對(duì)封閉的光電檢測(cè)槽時(shí)，槽的X軸和Y軸兩個(gè)方向由紅外線發(fā)光管形成雙向光源，紗線上任一方向出現(xiàn)紗疵時(shí)，接收器的受光面積發(fā)生變化，其輸出光電流隨之變化，變化幅值與紗疵的直徑變化成正比；紗疵越長(zhǎng)，光電流變化的維持時(shí)間越長(zhǎng)。光電接收器輸出的電流信號(hào)經(jīng)放大及調(diào)理后，形成與紗疵形狀對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，兩個(gè)方向的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)比較篩選電路取出最大值送入鑒別電路。同時(shí)，當(dāng)紗線穿過(guò)傳感器的電極板槽時(shí)，丙綸等異纖和棉纖維發(fā)生摩擦形成摩擦電流，該電流經(jīng)放大也送入鑒別電路。兩種電信號(hào)與清紗單元設(shè)定的清紗參數(shù)進(jìn)行比較，在清紗范圍內(nèi)，則通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)給棉電磁鐵動(dòng)作，停止喂棉，完成對(duì)紗疵的清除功能。

2.2清紗系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2.2.1根據(jù)工藝特性自動(dòng)調(diào)整清紗參數(shù)

一般的電子清紗器主要功能是對(duì)設(shè)定的有害紗疵進(jìn)行檢測(cè)并切除，以保證成紗質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中清紗系統(tǒng)除了可以手動(dòng)設(shè)定清紗參數(shù)外，還增加了自動(dòng)調(diào)整清紗參數(shù)功能。通過(guò)檢測(cè)卷繞線速度，將清紗參數(shù)傳回主控PC，從而自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、校驗(yàn)和設(shè)置，以減少誤切。

2.2.2增加網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)紗線統(tǒng)計(jì)和定長(zhǎng)功能

本設(shè)計(jì)中，將紗疵信號(hào)回傳給主控PC，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，將每一錠、每一工作組、整臺(tái)車(chē)的紗線質(zhì)量信息在顯示屏上顯示出來(lái)，以便及時(shí)有效地找出各類有害紗疵的成因，協(xié)助工藝人員選擇合理工藝參數(shù)。利用每個(gè)清紗單元的計(jì)算功能，可以實(shí)現(xiàn)單錠的定長(zhǎng)控制。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，還可以將整個(gè)車(chē)間的紗線質(zhì)量信息進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，從而幫助相關(guān)人員找出減少紗疵的有效辦法，變被動(dòng)切除為主動(dòng)修復(fù)，使成紗質(zhì)量得到大幅度提高。

2.2.3清紗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖 2）設(shè)計(jì)

RS – 485總線具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它具有噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率高和長(zhǎng)距離通信能力，十分適合轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)采用。在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)中，一臺(tái)主控PC一般需帶 120 錠乃至 200錠的檢測(cè)頭，即有 120 ～ 200 個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、負(fù)載能力和擴(kuò)充能力角度考慮，將RS – 485接口擴(kuò)展為 4 個(gè)，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 4 組清紗單元，每個(gè)清紗單元帶 30 個(gè)檢測(cè)頭（可以擴(kuò)展），從而在硬件上將一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分解為 4 個(gè)同等的簡(jiǎn)單總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

從圖 2 中看出，整個(gè)清紗系統(tǒng)主控PC采用工控機(jī)（稱主機(jī)），通過(guò)IR – 1305A形成基于RS – 485物理協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線，IR – 1305A的 4 個(gè)擴(kuò)展RS – 485接口分別接 4 個(gè)清紗單元（稱從機(jī)）。從機(jī)核心為Intel 87C51單片機(jī)，利用8251芯片和主機(jī)通信，每個(gè)從機(jī)控制 30 個(gè)清紗檢查頭，采取主從應(yīng)答方式與主機(jī)進(jìn)行通信，接受主機(jī)發(fā)出的各種命令和參數(shù)，同時(shí)以中斷方式接受從檢查頭傳回的清紗數(shù)據(jù)，回傳給主機(jī)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)顯示。利用IR – 1305A提供的RS232接口可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和PC之間的互聯(lián)，從而完成整個(gè)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)車(chē)間的所有清紗系統(tǒng)的連接，便于對(duì)紗線質(zhì)量的總體監(jiān)測(cè)和控制。另外，通過(guò)將卷繞速度回傳給主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)清紗參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整，將調(diào)整結(jié)果通過(guò)從機(jī)傳遞給監(jiān)測(cè)頭，以減少誤切。

在總線硬件的具體設(shè)計(jì)上，針對(duì)清紗系統(tǒng)作一些特別說(shuō)明：第一，總線匹配問(wèn)題，比較適合清紗系統(tǒng)采用的匹配方案是RC匹配，可以減小系統(tǒng)功耗；第二，考慮總線隔離，RS – 485總線二線制接口A、B兩根線與總線之間各串一只 120 Ω的電阻；第三，正確接地，采用帶隔離的RS – 485芯片。

3改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)工藝實(shí)踐

改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)與國(guó)產(chǎn)清紗器的性能比較如表 1。

從表 1 中可以看出，改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)增加了異纖和扁平紗的檢測(cè)，檢測(cè)纖維范圍廣，檢測(cè)參數(shù)可以隨工藝自動(dòng)調(diào)整，具有統(tǒng)計(jì)和顯示功能，并可根據(jù)需要擴(kuò)充打印輸出功能。

使用本系統(tǒng)在FA601A轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上進(jìn)行紡紗實(shí)驗(yàn)，以紡 C 19.5 tex轉(zhuǎn)杯針織紗為例，清紗參數(shù)設(shè)置為棉結(jié) 270% × 1.0 cm，短粗節(jié) 160% × 3.6 cm，長(zhǎng)粗節(jié) 40% × 50 cm，長(zhǎng)細(xì)節(jié) －40% × 50 cm。經(jīng)與QS – 5清紗器對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如 表 2。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)筒子紗重量偏差減小，能檢測(cè)出成紗中的異纖和扁平紗，紗疵的誤切率低，基本實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)功能。

4結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)既可以切除已經(jīng)產(chǎn)生的紗疵，又可以對(duì)紡紗生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施監(jiān)控，達(dá)到減少紗疵產(chǎn)生、提高成紗質(zhì)量的目的。而且，后道工序生產(chǎn)效率和織物質(zhì)量也隨之提高，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。

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