JSFA2188精梳機新高效能技術(shù)的探討

張海洋，張立彬

（江蘇凱宮機械股份有限公司，江蘇昆山 215300）

隨著全球精梳紗所占比重的不斷增大，精梳工序智能化加工設(shè)備的市場需求越來越多，對高效能精梳技術(shù)提出了新要求。中國紡織機械協(xié)會發(fā)布的《紡織機械行業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)性意見》提出了實現(xiàn)精梳設(shè)備連續(xù)化及智能化控制的重點任務(wù)，通過條并卷機與精梳機間實現(xiàn)棉卷自動運轉(zhuǎn)，采用智能化搬運機器人和運輸設(shè)備，實現(xiàn)工序間自動輸送。高速、高效、自動化、智能化是當(dāng)今精梳機械的發(fā)展方向[1-4]，為此，江蘇凱宮機械股份有限公司在系列精梳機的制造基礎(chǔ)上研究開發(fā)了具有新高效能特征的JSFA2188精梳機[5]，逐步滿足現(xiàn)代精梳工藝及技術(shù)對智能裝備的需求，在紡織企業(yè)技術(shù)升級改造中發(fā)揮更大的作用。

1 精梳機的新高效能性

1.1 高速化

高速化是指精梳機穩(wěn)定的生產(chǎn)速度越高，越有利于提高紡紗企業(yè)的產(chǎn)能，也是衡量其技術(shù)水平的重要標(biāo)志。精梳機的速度越高，產(chǎn)量越高，萬錠配臺越少，節(jié)約了設(shè)備的占地面積，減少了用工用時。目前，高效能精梳機的高速化，紡細(xì)絨棉時精梳速度應(yīng)達(dá)到450鉗次/min，紡長絨棉時速度應(yīng)到達(dá)400鉗次/min，紡棉型化纖或其它功能性纖維原料時速度應(yīng)達(dá)到300鉗次/min。

1.2 高效化

高效化是指精梳機穩(wěn)定的生產(chǎn)效率越高及梳理效能越好，越有利于提高紡紗企業(yè)的效能，也是衡量其技術(shù)水平的重要標(biāo)志。精梳機的生產(chǎn)效率越高，產(chǎn)能越高，減少了用工用時。精梳機的梳理效能越好，產(chǎn)品質(zhì)量越好，在市場競爭中越有優(yōu)勢。目前，精梳機的高效化主要體現(xiàn)在自動接頭、130°錫林、1 000mm條桶等方面。精梳機實現(xiàn)自動接頭，平均換卷接頭時間比手工接頭減少3min，總停車時間可減少5min，由此精梳機生產(chǎn)效率提高4%左右。精梳機采用130°錫林，相對于90°錫林梳理區(qū)域增加了44.44%，錫林總齒數(shù)最多可達(dá)到7萬齒，有利于提高錫林的梳理效能，提高梳理質(zhì)量。精梳機由600mm條桶大圈條型式更改為1 000mm小圈條型式，提高單只棉條桶容載量2倍以上，有效降低了操作人員的勞動強度，提高了條桶間接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.3 自動化

精梳機的自動化水平的高低是衡量其現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。精梳工序設(shè)備提高自動化水平，減輕了擋車工的勞動強度和看管負(fù)擔(dān)，減少了精梳機的開車故障、非正常停車時間。精梳機的自動化水平主要體現(xiàn)在精梳機原料的自動化搬運、自動接頭、監(jiān)控系統(tǒng)等方面。精梳機原料的自動化搬運，實現(xiàn)了條并卷機與精梳機間的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，提高精梳準(zhǔn)備機械與精梳機的運轉(zhuǎn)效率，不再依靠運棉小車進行人工管理及搬運。精梳機實現(xiàn)自動接頭，提高了接頭質(zhì)量及其穩(wěn)定性，減少廢棉量，減少了精梳機的閑置時間。精梳機的監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)對精梳機生產(chǎn)狀態(tài)、故障信息、運行效率、工藝參數(shù)設(shè)定等一些列數(shù)據(jù)的可視化遠(yuǎn)程管理，滿足人機對話等功能。

1.4 智能化

精梳機的智能化是在其自動化的基礎(chǔ)上增加了智能工藝技術(shù)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)操作。精梳機智能化主要體現(xiàn)在精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定、智能工藝專家系統(tǒng)、ID智能搬運系統(tǒng)。精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定是集成應(yīng)用數(shù)學(xué)建模、機構(gòu)運動分析及計算機編程的方法，開發(fā)及編制纖維網(wǎng)精梳加工的計算機程序，計算精梳后棉網(wǎng)的均勻度質(zhì)量指標(biāo)及預(yù)測精梳條質(zhì)量指標(biāo)。精梳機智能工藝專家系統(tǒng)是針對不同品質(zhì)的精梳小卷，通過改變給棉方式、給棉長度、落棉隔距、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時等重要工藝參數(shù)，分別模擬其加工過程，在經(jīng)過精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定，優(yōu)化得出精梳質(zhì)量最佳時的工藝方案及參數(shù)，系統(tǒng)推薦一套最佳方案用于實際生產(chǎn)需要。智能工藝專家系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)采集功能，能不斷完善和豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，實現(xiàn)精梳工藝的智能化、快速化選擇，有利于紡紗企業(yè)更高效地使用精梳設(shè)備。ID智能搬運系統(tǒng)是集成控制及識別條并卷機與精梳設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，可進行空筒管和滿卷的智能搬運，提高管理效益。

2 JSFA2188精梳機的新高效能性

2.1 優(yōu)化精梳機傳動系統(tǒng)

精梳機工作機件中，分離羅拉、鉗板、錫林的傳動機構(gòu)是精梳機的核心機構(gòu)。JSFA2188精梳機的分離羅拉傳動機構(gòu)采用了差動輪系、齒輪機構(gòu)與平面連桿機構(gòu)相結(jié)合的傳動方式，對分離羅拉傳動七連桿機構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，在提高精梳機速度時可有效降低機構(gòu)的振動，減少構(gòu)件的磨損并延長了構(gòu)件的使用壽命。JSFA2188精梳機與凱宮系列精梳機[6]的分離羅拉速度曲線如圖1所示，JSFA2188精梳機的分離羅拉運動的速度曲線的峰值減少了25%，速度絕對值均值減少了18%，有利于精梳機的節(jié)能、降耗，并減少了對纖維網(wǎng)搭接質(zhì)量的不利影響。

圖1 分離羅拉運動速度曲線

JSFA2188精梳機優(yōu)化了分離羅拉差動輪系的齒輪，使有效輸出長度為26.48mm，有利于纖維叢的搭接，分離羅拉輸出的纖維網(wǎng)的質(zhì)量會更好。精梳機的鉗板機構(gòu)周期性的高速往復(fù)擺動會產(chǎn)生很大的慣性力，并通過錫林軸、鉗板擺軸、張力軸作用于機架，使整臺精梳機產(chǎn)生劇烈振動，引起噪音污染和環(huán)境惡化，導(dǎo)致零件的疲勞破壞加大和壽命變短，使精梳工藝質(zhì)量下降和紡企效益下降。JSFA2188精梳機優(yōu)化了鉗板機構(gòu)，其鉗板運動曲線如圖2所示，JSFA2188精梳機鉗板運動速度曲線的峰值降低了31.2%，速度絕對值均值減少了19%。JSFA2188精梳機采用了130°錫林，重新優(yōu)化設(shè)計了非圓形齒輪，使錫林運動速度的快慢周期性變化以滿足精梳梳理工藝的要求，最大可滿足137°錫林的工藝要求。重新設(shè)計了錫林平衡配重塊的形態(tài)和尺寸，減少錫林運動過程中的徑向跳動。JSFA2188精梳機經(jīng)過近一年的實紡，紡細(xì)絨棉可達(dá)到450鉗次/min的速度，紡長絨棉可達(dá)到400鉗次/min的速度，成紗質(zhì)量優(yōu)異。

圖2 鉗板運動速度曲線

2.2 開發(fā)自動接頭系統(tǒng)

對JSFA2188精梳機開發(fā)設(shè)計了精梳機自動接頭系統(tǒng)，在JSFA2188精梳機的承卷羅拉部分，設(shè)計開發(fā)了筒管纖維卷尾卷清理機構(gòu)、纖維卷頭尾搭接機構(gòu)、筒管搬運機構(gòu)、翻卷機構(gòu)等，用于清潔尾卷、處理新卷、新舊卷的搭接，并把搭接好的纖維卷順利的喂入到鉗板給棉羅拉鉗口，實現(xiàn)精梳機智能自動生頭與連續(xù)生產(chǎn)。經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實踐應(yīng)用，JSFA2188精梳機的自動接頭系統(tǒng)穩(wěn)定，成功率高，提高了生產(chǎn)效率和接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)用130°錫林

精梳錫林作為精梳梳理機構(gòu)中重要的梳理元件，影響著半成品及最終產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)[7-10]。精梳錫林齒面圓心角是決定錫林總齒數(shù)、齒密排列的重要因素，影響著錫林的梳理效能。JSFA2188型精梳機擴展了精梳錫林齒面圓心角的范圍，90°、110°、130°錫林均可使用，適用于精梳機對梳理質(zhì)量和產(chǎn)量的綜合性目標(biāo)要求，是增加精梳產(chǎn)品品種及其附加值、拓展利潤空間的有效措施。研究表明，精梳機采用130°錫林在保證其它精梳工藝條件不變的情況下，能大幅提高錫林的梳理效能和半成品、產(chǎn)品的質(zhì)量。在保證精梳梳理效能的情況下，可提高半成品、產(chǎn)品的產(chǎn)能，130°錫林有利于提高梳理效果和產(chǎn)能。在JSFA2188型精梳機上分別進行90°、110°、130°錫林對比實驗，為保證相同的精梳落棉率，實驗方案如表1所示，所得實驗結(jié)果如表2所示。

表1 實驗方案

表2 實驗結(jié)果

實驗可知：（1）1606錫林比9606錫林的齒面圓心角增大了24.44%，1363錫林比9606錫林的齒面圓心角增大了50%；1606錫林比9606錫林的總齒數(shù)增大了21.27%，1363錫林比9606錫林的總齒數(shù)增大了28.29%；隨著錫林的齒面圓心角增加，錫林的總齒數(shù)增加。（2）隨著錫林的齒面圓心角增加，精梳條的纖維棉結(jié)數(shù)、短絨含量指標(biāo)逐步變優(yōu)。（3）隨著錫林的齒面圓心角增加，成紗的條干CV、強力、粗細(xì)節(jié)及棉結(jié)指標(biāo)參數(shù)逐步變優(yōu)。因此，130°錫林有利于提高梳理效果和產(chǎn)能。

2.4 開發(fā)模塊化的條桶機構(gòu)

JSFA2188精梳機改進了車尾出桶及喂入機構(gòu)，設(shè)計了600mm條桶大圈條型式和1 000mm小圈條型式的兩種條桶機構(gòu)，用于滿足客戶的需求。1 000mm條桶能提高產(chǎn)能和質(zhì)量水平，減少換桶次數(shù)，能有效降低操作人員的勞動強度，提高條桶間的接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性，并可使梳棉機到自調(diào)勻整并條機的條桶大小得到統(tǒng)一。JSFA2188精梳機分別采用600mm、1 000mm的條桶進行實驗對比，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同直徑條桶的實驗參數(shù)

由表3可知：（1）采用不同的條桶直徑對精梳條條干CV參數(shù)沒有影響。（2）1 000mm條桶滿桶計長比600mm條桶的提高了108%，減少了一半的換桶次數(shù)。

2.5 自動化輸送系統(tǒng)

JSFA2188精梳機針對紡織企業(yè)追求產(chǎn)能、智能、性價比多目標(biāo)的要求，開發(fā)了2套自動化輸送系統(tǒng)，即KBK桁架輸送系統(tǒng)和AGV智能小車導(dǎo)航輸送系統(tǒng)。依賴于集成監(jiān)控及調(diào)配智能系統(tǒng)，完成KBK桁架輸送系統(tǒng)和AGV智能小車導(dǎo)航輸送系統(tǒng)對滿卷及空筒管的配送工作。KBK桁架輸送系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了運輸支架機構(gòu)、吊卷機構(gòu)等機械機構(gòu)及嵌入式吊卷系統(tǒng)控制程序，進行8個滿卷為一組的條并卷機至精梳機的輸送，或8個空筒管為一組的精梳機至條并卷機的回送，實現(xiàn)了4臺條并卷機至24臺精梳機間自動化、智能化運輸。AGV智能小車導(dǎo)航輸送系統(tǒng)由AGV智能小車、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、在線自動充電系統(tǒng)、周邊輸送系統(tǒng)、AGV調(diào)度控制管理系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等構(gòu)成。AGV智能小車導(dǎo)航輸送系統(tǒng)可生成AGV的運行任務(wù)，包括運輸、裝卸、充電等，解決多AGV之間及與其它物體的避碰問題，將滿卷4個一組自動運輸至所需的精梳機特定位置，并將空筒管4個一組回收至條并卷機特定位置，實現(xiàn)滿卷和空筒管的便捷輸送。

2.6 智能系統(tǒng)

對JSFA2188精梳機設(shè)計開發(fā)了精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定、智能工藝專家系統(tǒng)。目前，已完成了針對不同品種品質(zhì)的精梳小卷，通過改變給棉方式、給棉長度、落棉隔距、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時等工藝參數(shù)，分別模擬其加工過程，進行了精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定的工作，正在進行精梳工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的完善，離實現(xiàn)精梳機設(shè)備的智能工藝更近了一步。

3 結(jié)論

精梳機的新高效能性主要包含高速化、高效化、自動化、智能化等方面。JSFA2188精梳機對分離羅拉、鉗板等機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，有利于提速和減振降耗，紡細(xì)絨棉時其速度達(dá)到了450鉗次/min，紡長絨棉時其速度達(dá)到了400鉗次/min。JSFA2188精梳機的自動接頭系統(tǒng)穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率、接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性；可分別應(yīng)用90°、110°、130°錫林，130°錫林擁有更好的梳理效果和產(chǎn)能，設(shè)計了600mm和1 000mm的兩種條桶機構(gòu)，且后者能減少一半的換桶次數(shù)。此外，設(shè)計開發(fā)了精梳產(chǎn)品質(zhì)量的模擬及判定、智能工藝專家系統(tǒng)，是為紡紗企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)的工藝方案。