細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展

劉榮清

（《棉紡手冊(cè)》編寫(xiě)組，上海 200092）

0 引言

棉紡細(xì)紗機(jī)是紡紗廠應(yīng)用最多的設(shè)備，是能耗、物耗最大，用工最多的機(jī)器。其耗電約占紡紗機(jī)總用電的10%～15%，對(duì)產(chǎn)品的成本影響最大。

細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵，但長(zhǎng)久以來(lái)，變化不大。全機(jī)由一臺(tái)交流感應(yīng)主電機(jī)傳動(dòng)牽伸、加捻、卷繞成形機(jī)構(gòu)運(yùn)行。系統(tǒng)由帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪等組成多級(jí)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低，能耗、物耗大、潤(rùn)滑要求高，不能滿(mǎn)足整機(jī)集中自動(dòng)控制、運(yùn)行同步協(xié)調(diào)、在線檢測(cè)調(diào)整等要求，創(chuàng)新潛力較大，也很迫切［1］。

1 現(xiàn)代細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)新理念

1.1 應(yīng)用新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)

新型電機(jī)發(fā)展較快，如稀土永磁同步電機(jī)，無(wú)電刷直流電機(jī)、伺服電機(jī)、變頻電機(jī)等技術(shù)都已成熟。使用新型電機(jī)，可節(jié)省電耗，適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化要求，投資回收周期短。

1.2 推行機(jī)電一體化實(shí)行多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)

采用各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，實(shí)行機(jī)電一體化，不僅簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，而且可提高傳動(dòng)效率，減少摩擦損耗，節(jié)省能耗。

1.3 采用變頻、伺服技術(shù)和無(wú)級(jí)調(diào)速

采用變頻、伺服技術(shù)和無(wú)級(jí)調(diào)速技術(shù)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械變速，更方便、精確地實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)控。

1.4 全機(jī)采用中央計(jì)算機(jī)程序控制

全機(jī)采用可編程計(jì)算機(jī)集中調(diào)控，觸摸屏操作，自動(dòng)顯示產(chǎn)量、質(zhì)量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)、故障原因等，還可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、儲(chǔ)存、分析、報(bào)警等。

2 主要傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展

2.1 牽伸羅拉部分

新型細(xì)紗機(jī)采用3列羅拉分別由3臺(tái)伺服或變頻電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，如圖1所示，俗稱(chēng)電子牽伸裝置。

圖1 Zinser 351型細(xì)紗機(jī)電子牽伸裝置

電子牽伸裝置有兩個(gè)特點(diǎn)。一是通過(guò)后羅拉轉(zhuǎn)速的變化和時(shí)間差異，可生產(chǎn)各類(lèi)竹節(jié)紗，其速度變化決定粗節(jié)的大小，速度變化的頻率決定粗節(jié)的間隔長(zhǎng)度和變化。如果控制一組有色粗紗從后羅拉間歇喂入，另一組粗紗從中羅垃連續(xù)喂入，即可生產(chǎn)段彩花色紗。一般可紡制圖2中5種形態(tài)的竹節(jié)花式紗。二是電子牽伸可以方便調(diào)整細(xì)紗總牽伸和牽伸分配，不用人工調(diào)換齒輪，并且可實(shí)現(xiàn)微調(diào)。電子牽伸已被廣泛應(yīng)用，豐田細(xì)紗機(jī)是最先使用的，它有花樣模擬軟件，可供多種選擇。Rieter K44、K45型細(xì)紗機(jī)設(shè)置Virospin系統(tǒng)，并有18種不同形式的花式設(shè)定。我國(guó)南通金馳JC型多功能細(xì)紗機(jī)，江陰昶振CZIF型打樣機(jī)也有類(lèi)似裝置?，F(xiàn)在花式紗產(chǎn)量約占全球紗總產(chǎn)量的10%。一般車(chē)間可配置適量電子牽伸的細(xì)紗機(jī)，這是適應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的上策［2－6］。

圖2 5種形態(tài)的竹節(jié)紗

2.2 加捻部分

幾十年來(lái)，細(xì)紗機(jī)一直沿用主電機(jī)拖動(dòng)滾筒，再由錠帶傳動(dòng)錠子加捻的模式。一般為四錠一組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多，錠子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，錠間捻差大，調(diào)整捻向很麻煩；改變捻度要人工調(diào)換齒輪?，F(xiàn)代細(xì)紗機(jī)有兩種新的錠子傳動(dòng)的方式。

2.2.1 采用龍帶傳動(dòng)錠子

龍帶傳動(dòng)已用于轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)和倍捻機(jī)。用一臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)一根龍帶和一組錠子，如圖3所示。為了保證錠速穩(wěn)定，需設(shè)張力調(diào)整裝置和壓輪。其優(yōu)點(diǎn)是錠速差異比錠帶傳動(dòng)小，傳動(dòng)效率高，用電一般比錠帶傳動(dòng)低5%。缺點(diǎn)是噪聲較大，龍帶保養(yǎng)費(fèi)用較高。目前細(xì)紗機(jī)僅Zinser系列仍在使用。龍帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可廢除傳統(tǒng)滾筒和錠帶等部件和器材。

圖3 龍帶傳動(dòng)

2.2.2 采用電錠直接驅(qū)動(dòng)錠子

關(guān)于電錠的發(fā)展和展望文獻(xiàn)［3］、［4］已有較詳細(xì)的評(píng)述。電錠具有省電，降低捻度不勻率，錠速穩(wěn)定，調(diào)速、變捻向方便，可以減少滾筒、錠盤(pán)等附件，縮短機(jī)幅或占地面積，降低噪聲，實(shí)行一機(jī)異捻多品種生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。存在的主要問(wèn)題是電機(jī)一次性投入價(jià)格較高，保養(yǎng)、維護(hù)、管理方面還有待實(shí)踐摸索。目前，倍捻機(jī)和轉(zhuǎn)杯紡已逐步擴(kuò)大電錠的應(yīng)用，前景看好。

2.3 卷繞成形部分

傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)采用主電機(jī)傳動(dòng)成形變換齒輪、成形凸輪、鋸齒撐牙等完成鋼領(lǐng)板升降，實(shí)現(xiàn)細(xì)紗卷繞成形，機(jī)構(gòu)復(fù)雜且易發(fā)故障。目前，已有細(xì)紗機(jī)采用電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，并用牽吊方式完成鋼領(lǐng)板的升降。

現(xiàn)代細(xì)紗機(jī)采用伺服或變頻電機(jī)、電子凸輪（eCAM），嚴(yán)格按預(yù)設(shè)的凸輪曲線軌跡，直接驅(qū)動(dòng)鋼領(lǐng)板運(yùn)動(dòng)，摒棄機(jī)械凸輪復(fù)雜機(jī)構(gòu)，精確完成鋼領(lǐng)板上下變速升降和始繞動(dòng)程遞增等成形要求。據(jù)介紹印度朗維公司LRS／AX型細(xì)紗機(jī)電子凸輪運(yùn)行效果良好，不僅節(jié)約電耗且調(diào)整方便，值得借鑒推廣［7］。

2.4 吸棉裝置的改進(jìn)

我國(guó)紡紗廠多數(shù)采用總風(fēng)管分機(jī)集體吸棉，其優(yōu)點(diǎn)是車(chē)間開(kāi)車(chē)時(shí)，可先開(kāi)吸風(fēng)，減少開(kāi)車(chē)時(shí)的飄斷頭。缺點(diǎn)是不同機(jī)位的機(jī)臺(tái)，風(fēng)量、風(fēng)壓差異較大，不能滿(mǎn)足不同品種細(xì)紗對(duì)吸風(fēng)的不同要求，而且單機(jī)火患容易波及其它機(jī)臺(tái)?，F(xiàn)在的新型細(xì)紗機(jī)已采用變頻電機(jī)單獨(dú)吸棉系統(tǒng)，可根據(jù)所紡品種的纖維種類(lèi)（如化纖、純棉）和纖維的長(zhǎng)度、剛性、線密度等特性，預(yù)先設(shè)定負(fù)壓真空度，通過(guò)負(fù)壓傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)控，保持負(fù)壓穩(wěn)定，并及時(shí)發(fā)出回棉箱儲(chǔ)量信號(hào)，及時(shí)清除飛花，達(dá)到能耗低、斷頭少、效率高的效果。Zinser351型細(xì)紗機(jī)可在Easyspin觸摸屏上直接完成負(fù)壓參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)可在開(kāi)車(chē)前預(yù)先打開(kāi)吸風(fēng)。Rieter K45型細(xì)紗機(jī)在設(shè)置ELEXIStart功能時(shí)，可根據(jù)需要選擇開(kāi)放1／4或1／2機(jī)臺(tái)的吸風(fēng)。近期，Rieter公司又推出了Ecoried吸棉笛管，其控制片僅在斷頭時(shí)自動(dòng)打開(kāi)，可減少吸風(fēng)50%。

3 整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)

整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用可編程計(jì)算機(jī)集中調(diào)控，其數(shù)控程序系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖4。

整機(jī)采用PLC集中控制，使各部分傳動(dòng)集中在一個(gè)平臺(tái)，自動(dòng)按程序驅(qū)動(dòng)，觸摸屏顯示、儲(chǔ)存、調(diào)控有關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。整機(jī)程控的主要內(nèi)容有：① 根據(jù)一落紗斷頭分布或紡紗張力變化規(guī)律，設(shè)定大、小紗車(chē)速自動(dòng)調(diào)整，使斷頭穩(wěn)定、生產(chǎn)正常、平均產(chǎn)量有所提高；② 利用變頻或伺服調(diào)速，對(duì)前羅拉和錠子的開(kāi)關(guān)車(chē)時(shí)間實(shí)行微調(diào)（不同步），可減少開(kāi)關(guān)車(chē)斷頭及小辮子紗形成；③ 實(shí)現(xiàn)管紗落紗、定長(zhǎng)、定位三自動(dòng)關(guān)車(chē)［8］。

圖4 細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)數(shù)控框圖

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 隨著細(xì)紗機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以主電機(jī)拖動(dòng)的細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)模式必將改變，多電機(jī)、多軸、單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)將逐步推廣。

4.2 應(yīng)充分利用新型電機(jī)、變頻及伺服控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)細(xì)紗機(jī)節(jié)能，降耗，降低成本。

4.3 細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展，需要實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算機(jī)程序控制，以節(jié)省能耗、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、擴(kuò)大產(chǎn)品開(kāi)發(fā)功能為目標(biāo)。

［1］中國(guó)紡織大學(xué)棉紡教研室，棉紡學(xué)：下冊(cè)［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1988.

［2］劉榮清，張易.現(xiàn)代細(xì)紗機(jī)的創(chuàng)新和發(fā)展［M］.紡織器材，2011，38（6）：58－61.

［3］劉榮清.細(xì)紗機(jī)在線檢測(cè)和電錠的發(fā)展和展望［C］／／2012’全國(guó)細(xì)紗技術(shù)研討會(huì)論文集.北京：中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)，2012.

［4］倪遠(yuǎn).電錠驅(qū)動(dòng)管理技術(shù)的應(yīng)用與展望［C］／／2012’全國(guó)細(xì)紗技術(shù)研討會(huì)論文集.北京：中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)，2012.

［5］Oerlikon schlafhorst zinser 351／361細(xì)紗機(jī)樣本［Z］.

［6］Rieter K44／K45樣本［Z］.

［7］陳春紅，張慧芳，何勇.電子凸輪在高速精梳機(jī)上的應(yīng)用［J］.紡織器材，2013，40（4）：53－54.

［8］劉榮清.變頻技術(shù)在紡織機(jī)械上的應(yīng)用［J］.紡織器材，2013，40（3）：57－59.