滌綸熔體直紡復(fù)合絲生產(chǎn)的設(shè)備改造

江蘇恒力化纖股份有限公司 任懷林/文

1 引言

POY+FDY滌/滌復(fù)合絲不但有FDY的垂感，還有POY的絨感，配合下游織造、染整工藝，能使織物具有良好的懸垂性、毛感和麻感等特性，廣泛用于針織（大圓機(jī)）、機(jī)織（噴水、噴氣、劍桿）等各種紡織機(jī)械，主要用于仿毛、絨、麻類面料。如：氨綸汗布、套裝、褲料、復(fù)合雪紡、絨雪紡、水洗紡雪紡皺、法國(guó)絨亂麻、風(fēng)衣面料等；面料手感柔軟又富于彈性，不起皺且線條流暢，布面飽滿，懸垂性強(qiáng)，主要面對(duì)高檔女性時(shí)裝，出口日韓等國(guó)家。

以往POY+FDY滌/滌復(fù)合絲的生產(chǎn)方式分為兩個(gè)步驟，在滌綸紡絲工藝中，分別由POY設(shè)備和FDY設(shè)備生產(chǎn)出兩種絲后，再使用機(jī)械通過壓縮空氣加網(wǎng)絡(luò)復(fù)合而成?，F(xiàn)在，對(duì)現(xiàn)有的滌綸熔體直紡FDY生產(chǎn)線，通過改造紡絲上油系統(tǒng)及牽伸卷繞裝置，可完成在紡絲設(shè)備上同時(shí)制出POY絲和FDY絲，并將它們直接復(fù)合的一步POY/FDY復(fù)合紡絲法。本方法使原絲生產(chǎn)工程簡(jiǎn)單化，大幅降低成本,并能夠生產(chǎn)出品質(zhì)均一的產(chǎn)品。

2 卷繞設(shè)備的改造

2.1 熱箱底板設(shè)計(jì)

通過對(duì)本企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備的分析及生產(chǎn)復(fù)合絲工藝對(duì)設(shè)備的要求，得出結(jié)論：生產(chǎn)復(fù)合絲對(duì)設(shè)備的改造主要集中在牽伸卷繞設(shè)備上，而牽伸卷繞設(shè)備改造的核心主要是一熱箱內(nèi)的改造。生產(chǎn)復(fù)合絲工藝要求在一熱箱內(nèi)需要有熱牽伸輥、氣動(dòng)分離輥和導(dǎo)絲盤等，其在箱內(nèi)的位置自上而下也是熱牽伸輥、氣動(dòng)分離輥、導(dǎo)絲盤。而現(xiàn)有設(shè)備一熱箱內(nèi)是熱牽伸輥、分離輥，其在箱內(nèi)的位置自上而下分別是分離輥，熱牽伸輥。顯然，一熱箱內(nèi)的設(shè)備已不能滿足要求。經(jīng)過細(xì)致的分析探討，將分離輥馬達(dá)用作導(dǎo)絲盤馬達(dá)，并按熱牽伸輥、氣動(dòng)分離輥、導(dǎo)絲盤在熱箱內(nèi)的排布及安裝尺寸，重新設(shè)計(jì)熱箱底板。設(shè)計(jì)時(shí)，底板總體尺寸不變以保證熱箱能繼續(xù)使用。熱箱底板的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于熱牽伸輥、氣動(dòng)分離輥、導(dǎo)絲盤的安裝位置既要滿足工藝要求又要便于操作人員升頭。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，最終熱箱底板圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完畢。為驗(yàn)證熱箱底板設(shè)計(jì)是否合理，將熱牽伸輥、氣動(dòng)分離輥、導(dǎo)絲盤按設(shè)計(jì)圖紙的安裝尺寸進(jìn)行了模擬，模擬位置正確合理。

圖1 熱箱底板圖

2.2 導(dǎo)絲盤設(shè)計(jì)

導(dǎo)絲盤是生產(chǎn)復(fù)合絲的重要部件，它對(duì)POY絲有穩(wěn)定張力和導(dǎo)絲的作用，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮：

2.2.1 導(dǎo)絲盤的外形尺寸：通過分析導(dǎo)絲盤的安裝位置及周圍空間大小，確定導(dǎo)絲盤外形尺寸（￠200x110mm）。

2.2.2 導(dǎo)絲盤的表面鍍層及粗糙度問題：根據(jù)紡POY絲所需具備的導(dǎo)絲盤表面握持力，通過分析確定導(dǎo)絲盤表面鍍層及粗糙度。

2.2.3 導(dǎo)絲盤在高速運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲：為了降低導(dǎo)絲盤的重量，在其余結(jié)構(gòu)無法減輕的情況下，在支撐筋板上開孔，這些孔會(huì)使導(dǎo)絲盤在高速運(yùn)行中產(chǎn)生噪聲，再增加端蓋護(hù)板可避免噪聲產(chǎn)生，同時(shí)解決安全問題。

2.2.4 導(dǎo)絲盤動(dòng)平衡問題：導(dǎo)絲盤的前端面設(shè)計(jì)有分布均勻的平衡螺絲孔，用來解決導(dǎo)絲盤動(dòng)平衡問題（通過動(dòng)平衡儀檢測(cè)，用加減平衡螺絲的方法，使導(dǎo)絲盤動(dòng)平衡達(dá)到要求值：2000rpm時(shí)，0.1g以下）。

圖2 導(dǎo)絲盤圖

2.2.5 與原分離輥馬達(dá)匹配的問題：導(dǎo)絲盤直接裝配在馬達(dá)上，按照卷繞工藝要求，導(dǎo)絲盤應(yīng)保持穩(wěn)定勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證均勻的絲條速度，減少?gòu)埩Σ▌?dòng)，造成條干不勻。設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)其驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行計(jì)算。

①導(dǎo)絲盤正常運(yùn)行驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

在正常運(yùn)行中，導(dǎo)絲盤驅(qū)動(dòng)所需功率為：

Nd1=Nb+NT+Ng

式中，Nd1—正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)絲盤驅(qū)動(dòng)所需功率；Nb—導(dǎo)絲盤附加于馬達(dá)軸承上的所耗功率；NT—導(dǎo)絲盤牽引絲束用的功率；Ng—導(dǎo)絲盤旋轉(zhuǎn)空氣動(dòng)力阻力所損失功率

圖3 導(dǎo)絲盤系統(tǒng)受力簡(jiǎn)圖

I.導(dǎo)絲盤軸承摩擦轉(zhuǎn)矩和功率

導(dǎo)絲盤軸結(jié)構(gòu)可以模擬成如圖3所示的一端外懸的支梁。按靜力學(xué)平衡原理，計(jì)算軸承上作用力：

式中G—導(dǎo)絲盤質(zhì)量，為7.5kg；L1，L2距離分別為300mm和250mm.

每只軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩按下式得出：

式中da—導(dǎo)絲盤軸直徑，為43 mm；A—軸承系數(shù)，選取1.4；K—滾動(dòng)摩擦系數(shù)，選取0.002；Di—軸承滾道直徑，分別為45 mm和35 mm；db—滾動(dòng)體直徑，分別為8 mm和6 mm

導(dǎo)絲盤系統(tǒng)軸承摩擦耗用功率為：

式中n—為導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)速，5250rpm。

II.導(dǎo)絲盤牽拉絲束轉(zhuǎn)矩和功率

絲束牽引轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算：

式中PT—被牽引絲條張力，取10；e—自然對(duì)數(shù)的底數(shù)；a—絲條包角，取144度；f—絲條與導(dǎo)絲盤的摩擦系數(shù)，取0.2，查表得efa值為1.65；D—Mg=cpV2導(dǎo)絲盤直徑，為200 mm。

絲束牽引耗用功率為：

式中n—為導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)速，5250rpm。

III.導(dǎo)絲盤空氣動(dòng)力阻力矩和功率

導(dǎo)絲盤空氣動(dòng)力阻力矩按下式計(jì)算：

式中，c—阻力系數(shù)，取0.005；p—空氣密度，為9.81×1/8kg/m3；w—導(dǎo)絲盤的角速度，為550弧度/秒；D2—導(dǎo)絲盤圓盤部分直徑，為200 mm；Vs—卷取速度，為3350m/mim；n－為導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)速，為5250rpm。

空氣動(dòng)力耗用功率為：

式中n—為導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)速，5250rpm。

所以在正常運(yùn)行中，導(dǎo)絲盤驅(qū)動(dòng)所用功率為：

Nd1=Nb+NT+Ng=0.28kW

②導(dǎo)絲盤的起動(dòng)功率計(jì)算

在設(shè)計(jì)中，選用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)要考慮正常運(yùn)行情況，同時(shí)要考慮啟動(dòng)狀況。

慣性力矩計(jì)算：

式中，m—導(dǎo)絲盤的質(zhì)量，為7.5kg；Y—導(dǎo)絲盤比重，為7800kg/m3；g—重力加速度，為9.8N/kg；I—導(dǎo)絲盤長(zhǎng)度,為110 mm；R—導(dǎo)絲盤半徑，為100mm；r—圓孔半徑，為21.5mm；Vs—卷取速度，為3300m/min；T—起動(dòng)時(shí)間，為60s；D—導(dǎo)絲盤外徑，為212 mm。

導(dǎo)絲盤起動(dòng)慣性耗用功率為：

式中n—為導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)速，5250rpm。

導(dǎo)絲盤馬達(dá)采用變頻控制，通過把導(dǎo)絲盤正常運(yùn)行驅(qū)動(dòng)功率和啟動(dòng)功率相加等于0.32KW，說明導(dǎo)絲盤可與原有分絲輥馬達(dá)（0.1～1KW）配套使用；實(shí)際上機(jī)運(yùn)行也正常，能滿足紡絲工藝要求。

2.3 各種導(dǎo)絲器安裝支架、導(dǎo)絲支架、網(wǎng)絡(luò)支架及氣動(dòng)分離輥安裝底座、導(dǎo)絲盤馬達(dá)安裝底座、網(wǎng)絡(luò)器用底板等的設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)復(fù)合絲的絲路走向，絲束未進(jìn)入新網(wǎng)絡(luò)器（即FDY絲與POY絲合股網(wǎng)絡(luò)器）前，F(xiàn)DY絲和POY絲均按各自不同的絲路走動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析和測(cè)量，在不破壞原有設(shè)備的前提下，本著節(jié)約改造成本和保持設(shè)備、絲路美觀的原則，在充分利用現(xiàn)場(chǎng)原有固定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)了FDY絲的預(yù)網(wǎng)絡(luò)器前置支架、POY/FDY各自的導(dǎo)絲器安裝架、導(dǎo)絲架和合股網(wǎng)絡(luò)器支架等。新設(shè)計(jì)的氣動(dòng)分離輥安裝底座、導(dǎo)絲盤馬達(dá)安裝底座、網(wǎng)絡(luò)器用底板：分別為氣動(dòng)分離輥、導(dǎo)絲盤馬達(dá)、FDY絲與POY絲復(fù)合網(wǎng)絡(luò)器量身定制，設(shè)計(jì)尺寸都經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算、比對(duì)，成功解決了復(fù)合絲的絲路問題。

3 紡絲上油系統(tǒng)的改造、壓空的選擇及現(xiàn)場(chǎng)安裝試驗(yàn)

根據(jù)生產(chǎn)復(fù)合絲的工藝，不用油輪上油；另POY絲也需上油，所以紡絲上油采用的是油架雙油嘴上油，即在油架上新增一倍的油嘴給POY絲上油。所以需重新設(shè)計(jì)上油裝置，要具備：

3.1 可調(diào)整性：上下、前后、左右及15°以內(nèi)的角度方向均可調(diào)整，另需粗調(diào)和精調(diào)。

3.2 牢固性：上油要具有一定的強(qiáng)度，保證不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。

3.3 購(gòu)置精度高的1進(jìn)24出的德國(guó)Mahr油劑上油泵等。

3.4 生產(chǎn)復(fù)合絲所需改造的物品都準(zhǔn)備齊全后，按計(jì)劃一一拆除現(xiàn)場(chǎng)不用的設(shè)備，然后裝上設(shè)計(jì)加工的零部件。整個(gè)改造安裝過程進(jìn)行的很順利。改造安裝完后，通過工藝試紡和工藝調(diào)整后，改造試驗(yàn)成功。但仍存在一個(gè)問題：每次斷頭時(shí)導(dǎo)絲盤電機(jī)轉(zhuǎn)子都易纏絲，為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)增加防護(hù)罩，成功的避免了導(dǎo)絲盤馬達(dá)轉(zhuǎn)子纏絲問題。

4 壓縮空氣供給系統(tǒng)改造問題

由于FDY絲與POY絲合股用的網(wǎng)絡(luò)器和氣動(dòng)分離輥都需要較大的壓空用量，單個(gè)位可臨時(shí)用卷繞壓空和剪刀壓空。但批量改造時(shí)，穩(wěn)定且能滿足生產(chǎn)復(fù)合絲的壓空來源就成了關(guān)鍵。為了能獲得滿足FDY絲與POY絲合股網(wǎng)絡(luò)器和氣動(dòng)分離輥的壓空，從壓縮空氣站引來足量的壓空并建造了空壓過濾、調(diào)壓系統(tǒng)，通過壓空管道把過濾、調(diào)壓后的壓空輸送到每個(gè)需要改造的紡位，并且供FDY絲與POY絲復(fù)合網(wǎng)絡(luò)器的壓空和氣動(dòng)分離輥的壓空都能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)壓控制。

5 總結(jié)

對(duì)卷繞設(shè)備及紡絲上油系統(tǒng)的改造，本著滿足生產(chǎn)復(fù)合絲工藝條件為宗旨，以不破壞或少破壞原有設(shè)備和節(jié)約改造成本為前提，認(rèn)真設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)尺寸，認(rèn)真檢測(cè)每一個(gè)外出加工零部件，從而使設(shè)備改造既經(jīng)濟(jì)又成功，為公司新品POY+FDY滌/滌復(fù)合絲的成功開發(fā)奠定了基石。至目前為止，12頭、20頭、24頭FDY設(shè)備均成功改造，累計(jì)改造復(fù)合絲紡位996個(gè)，產(chǎn)量達(dá)18.65萬噸/年，新增經(jīng)濟(jì)效益37300萬元/年,提升了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。