當前漿紗機最新發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

朱 博 劉建立 高衛(wèi)東

(江南大學，江蘇無錫，214122)

2018中國國際紡織機械展覽會暨ITMA亞洲展覽會參展的漿紗機企業(yè)共有7家，國外漿紗機有德國卡爾邁耶控股公司(以下簡稱卡爾邁耶)、日本豐田自動織機公司(以下簡稱豐田)，國內(nèi)參加的有鄭州紡織工程技術(shù)有限公司、江陰祥盛紡印機械制造有限公司(以下簡稱江陰祥盛)等5家企業(yè)。立足于當前最新機型，本文選擇卡爾邁耶、豐田以及江陰祥盛展出漿紗機，從上漿裝置、烘燥裝置與驅(qū)動系統(tǒng)三個方面進行對比分析，為國產(chǎn)漿紗機的研發(fā)和紡織企業(yè)漿紗機設備選型提供參考。

1 上漿裝置的創(chuàng)新設計

1.1 卡爾邁耶漿紗機

卡爾邁耶展示了ISOSIZE型與PROSIZE型漿紗機[1]。

1.1.1 ISOSIZE型漿紗機

ISOSIZE型漿紗機為標準型漿紗機，上漿裝置中可選配預濕單元，見圖1虛線框中所示。

圖1 ISOSIZE型漿紗機預濕單元與漿槽

1-經(jīng)紗；2-預濕槽；3-入槽輥；4-預濕輥；5-預濕軋輥；6-導紗輥；7-浸沒輥；8-預壓輥；9-上漿輥；10-壓漿輥；11-漿槽

ISOSIZE型漿紗機的漿槽為雙壓式的兩次上漿結(jié)構(gòu)，所有的壓輥均可進行線性加壓。ISOSIZE型漿紗機最大漿紗速度為125 m/min，較常規(guī)漿紗機速度提高50%以上。

1.1.2 PROSIZE型漿紗機

PROSIZE型漿紗機在ISOSIZE型漿紗機基礎上對導紗系統(tǒng)和漿槽設計進行改進，機器速度最高可達180 m/min。

PROSIZE型漿紗機預濕單元與漿槽示意圖見圖2，漿槽中不含浸沒輥，并配備淋漿系統(tǒng)，四個漿輥形成三次上漿效果。同樣，PROSIZE型漿紗機可選擇配置預濕單元，從而實現(xiàn)“重披覆，兼滲透”的上漿效果，有效控制上漿率過高和織造過程中落漿嚴重的問題，提升織造車間環(huán)境的清潔度。另外，其漿槽具有高效漿液循環(huán)系統(tǒng)，采用兩次漿液過濾，能大幅度減少漿斑和漿皮現(xiàn)象。

圖2 PROSIZE型漿紗機預濕單元與漿槽

1-經(jīng)紗；2-入槽輥；3-預濕槽；4-預濕輥；5-預濕軋輥；6-導紗輥；7-第1托漿輥；8-第2托漿輥；9-壓漿輥；10-上漿輥；11-漿槽

1.2 豐田漿紗機

豐田展出的TTS10S型漿紗機采用雙漿槽、無接觸垂直引紗方式，最大漿紗速度為125 m/min[2-3]。根據(jù)主壓漿輥壓力，TTS10S型漿紗機的漿槽有兩種形式供用戶選擇，分別為20 kN中壓式和40 kN高壓式。

1.2.1 20 kN中壓式

20 kN中壓式上漿裝置采用浸漬與雙壓漿方式，漿槽結(jié)構(gòu)見圖3。

在TTS10S 型中壓式上漿裝置中，漿槽中浸沒輥與第1壓漿輥不接觸，二者之間存在有自由紗段。第1組壓漿輥垂直加壓，壓漿力為8 kN，第2組壓漿輥橫向加壓，壓漿力為20 kN。接觸輥順時針主動轉(zhuǎn)動，可以將漿液帶至紗線，形成第二次上漿。

圖3 TTS10S型中壓式上漿裝置漿槽

1-經(jīng)紗；2-導紗輥；3-漿槽；4-浸沒輥；5-第1上漿輥；6-第1壓漿輥；7-接觸輥；8-第2上漿輥；9-濕分絞棒；10-第2壓漿輥

1.2.2 40 kN高壓式

TTS10S型40 kN高壓式上漿裝置的漿槽結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。相比于20 kN中壓上漿方式，40 kN高壓上漿裝置中浸沒輥對第1壓漿輥進行側(cè)向加壓，可增加漿液對紗線的滲透。第1組壓漿輥垂直加壓，壓漿力為15 kN，第2組壓漿輥橫向加壓，壓漿力為40 kN。壓漿后紗線豎直向上引出漿槽，經(jīng)濕分絞棒貼伏毛羽，引入高架烘筒。

圖4 TTS10S型40 kN高壓式上漿裝置漿槽

1-經(jīng)紗；2-導紗輥；3-漿槽；4-浸沒輥；5-第1上漿輥；6-第1壓漿輥；7-第2上漿輥；8-第2壓漿輥；9-濕分絞棒

1.3 江陰祥盛漿紗機

江陰祥盛展出的XS620型漿紗機[4]的漿槽結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖5 XS620型漿紗機漿槽結(jié)構(gòu)示意圖

1-經(jīng)紗；2-漿槽；3-導紗輥；4-預壓輥；5-上漿輥；6-壓漿輥

在采用XS620型漿紗機上漿時，經(jīng)紗通過導紗輥，導入預壓輥和上漿輥之間，進而沿上漿輥浸入漿槽的漿液內(nèi)，利用浸入漿液內(nèi)的預壓輥將漿液帶起至預壓輥和上漿輥接觸面上方的三角區(qū)內(nèi)，形成具有一定漿液存儲量的預上漿三角區(qū)，對經(jīng)紗進行第一次上漿。經(jīng)過第一次上漿后，紗片沿上漿輥下緣浸沒至漿液中。在上漿輥與壓漿輥的轉(zhuǎn)動作用下，壓至紗線內(nèi)部，并擠出多余漿液完成第二次上漿，而后垂直離開漿槽進入烘房。通過預壓輥和壓漿輥的協(xié)同作用，該漿紗機的上漿裝置形成兩次浸壓上漿的效果，使紗線實現(xiàn)良好的被覆與滲透。

1.4 三種漿紗機的上漿裝置比較

通過對比可發(fā)現(xiàn)以上不同型號的漿紗機速度均可達到120 m/min以上，在高速漿紗條件下對紗線的張力與伸長要求更為嚴格，應保證在上漿過程中經(jīng)紗不受干擾，保持均勻排列；與經(jīng)紗接觸的部件應光滑清潔，保證經(jīng)紗張力和伸長不發(fā)生波動。

對以上漿紗機上漿裝置的特點歸納分析可知，豐田漿紗機漿槽中漿輥數(shù)量較多、排列結(jié)構(gòu)較為復雜，與ISOSIZE型漿紗機相同，漿槽中均存在有浸沒輥，紗線未被漿輥完全控制，在濕區(qū)存在有自由紗段。PROSIZE型漿紗機與XS620型漿紗機的漿槽中取消了浸沒輥，紗線被漿輥完全包覆，在濕區(qū)始終得到漿輥的引導與握持。XS620型漿紗機的上漿裝置內(nèi)僅含有預壓輥、上漿輥與壓漿輥，達到了漿槽與輔助漿槽一體化設計，較大程度上簡化了漿槽結(jié)構(gòu)。上漿裝置無消極轉(zhuǎn)動輥，避免了傳統(tǒng)上漿方式中浸漿輥與上漿輥存在速度差異導致的紗線拉伸，可有效降低漿紗濕伸長率。同時，上漿過程中無自由紗段，經(jīng)紗被有效控制而消除了紗線的回轉(zhuǎn)，避免了紗線之間的糾纏現(xiàn)象。實現(xiàn)了濕區(qū)紗段積極控制，減少了紗線濕伸長，達到了漿紗保伸的目的。

2 烘燥裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 卡爾邁耶漿紗機

卡爾邁耶漿紗機的烘房配置圖見圖6。烘房中烘筒個數(shù)可以根據(jù)經(jīng)紗頭份進行配置。見圖6 (c)，雙漿槽漿紗后紗線可以分為兩層，先進行預烘再主烘。

(a) 單漿槽漿紗烘房引紗路線

(b)雙漿槽漿紗烘房引紗路線

(c) 雙漿槽漿紗兩分層烘房引紗路線

2.2 豐田漿紗機

圖7為TTS10S型漿紗機烘房引紗路線圖，預烘烘筒采用積極傳動方式，在加減速時可減少對紗線伸長的影響；主烘烘筒采用半積極摩擦方式傳動，可抵消烘干時紗線的熱收縮，保持其伸長率。

圖7 TTS10S型漿紗機烘房引紗路線

2.3 江陰祥盛漿紗機

XS620型漿紗機的烘房采用頂置式結(jié)構(gòu)，共24個烘筒。每個漿槽漿紗由8個烘筒分4組預烘，經(jīng)過8個并合烘筒烘燥，引紗路線見圖8。

圖8 XS620型漿紗機烘房漿紗引紗路線圖

經(jīng)紗出漿槽后經(jīng)過兩次分紗，使得經(jīng)紗排列密度減少到原來的1/4，有效地消除了烘房中紗線的黏連問題，利于保證漿膜的完整性。

2.4 三種漿紗機的烘燥裝置比較

在高速條件下漿紗，烘燥裝置不僅需要做到能夠給予漿后紗線足夠的烘燥效率，滿足漿紗回潮率的要求，又需要確保紗線間不發(fā)生相互黏連現(xiàn)象，尤其是在預烘階段。因此，烘筒上的經(jīng)紗應保持足夠的間距，減輕經(jīng)紗之間的黏連，從而減少干分絞的負荷，保持漿膜完整性，使得漿紗光潔、耐磨；烘筒的組合排列與傳動方式應保持紗線的低伸長率。

與卡爾邁耶漿紗機、豐田漿紗機的雙漿槽兩分層烘燥裝置相比，XS620型漿紗機每一漿槽漿紗預烘的8個烘筒為積極傳動方式，利于減少漿紗的濕伸長。由于烘干烘筒是并排配置，能做到各片紗的干燥條件一樣，從而使全部經(jīng)紗得到均勻的烘干效果。8個并合烘筒中按照前中后傳動型式各有不同，最前的兩個為獨立消極傳動，中間4個為半積極傳動，最后兩個為積極傳動方式，從而可有效控制伸長。

3 驅(qū)動系統(tǒng)的提升改進

卡爾邁耶漿紗機與豐田漿紗機均采用獨特的傳動系統(tǒng)對各部分進行單獨傳動，實現(xiàn)了精確的、再現(xiàn)性高的控制。豐田漿紗機利用AC矢量電機可單獨設定第1和第2漿槽的濕伸長，利用開關(guān)操作實施單槽上漿與雙槽上漿的切換；無機械式摩擦傳動，保全簡便省時，不會產(chǎn)生電力浪費。

XS620型漿紗機的漿槽中浸壓機構(gòu)的伺服控制有效消除了各輥之間的速度差異，減少紗線濕伸長，降低漿紗伸長率，為較大程度實現(xiàn)漿紗保伸提供技術(shù)支持。在漿紗機多單元控制中，各伺服驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速調(diào)速精度精準，反應靈敏，為高速上漿提供了保障。例如，漿紗機車速從0 m/min～100 m/min加速時，伺服電機響應時間為300 ms左右，各電機的跟隨定速快，動態(tài)響應時間6 ms～20 ms(1 000 r/min)。同時，伺服系統(tǒng)可以有效提高各單元之間的協(xié)同響應靈敏度，減少響應時間，真正實現(xiàn)速度同步，降低消極式張力調(diào)節(jié)機構(gòu)的動作次數(shù)，減少開機和停車時因張力波動而形成的卷裝不勻現(xiàn)象，大幅度降低開機和了機經(jīng)紗浪費。

國產(chǎn)漿紗機總體上來看已取得很大的進步，與國外漿紗機的差距逐漸縮小，但在以下三個方面亟待提升。一是機臺高速運行穩(wěn)定性，漿紗機高速化之后，必須確保機臺運行穩(wěn)定性，特別是高速運行下經(jīng)紗的張力與伸長控制；二是重點關(guān)注機臺能耗，優(yōu)化漿紗工藝參數(shù)，進一步降低國產(chǎn)漿紗機的能耗；三是加強漿紗機控制基礎研究，實現(xiàn)漿液濃度在線監(jiān)控，建立上漿率調(diào)控系統(tǒng)，為實現(xiàn)國產(chǎn)漿紗機的智能化提供理論支持。

4 結(jié)論

隨著新型紡紗技術(shù)和高速無梭織機的廣泛應用，對漿紗的要求不斷提高，從2018年中國國際紡織機械展覽會暨ITMA亞洲展覽會展出的漿紗機來看，漿紗技術(shù)也取得較大進展，高速化上漿技術(shù)已成為漿紗機發(fā)展的主要趨勢，國內(nèi)外漿紗機生產(chǎn)企業(yè)已在高速化上漿裝置設計、烘燥路徑規(guī)劃和精準驅(qū)動控制等方面開展了卓有成效的研究。國內(nèi)外主流漿紗機車速已達到120 m/min以上，將逐漸實現(xiàn)高速上漿技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用。漿槽內(nèi)浸壓裝置的創(chuàng)新設計和分層預烘系統(tǒng)的聯(lián)合應用真正實現(xiàn)了兼顧被覆和滲透，減少了預烘時紗線之間的黏連，保證了漿膜完整。隨著漿紗機驅(qū)動系統(tǒng)逐步采用伺服電機控制，有效降低了各傳動單元的速度差異，使得漿紗濕伸長和張力波動得到控制，減少了漿紗伸長率，提高了紗線的可織性。同時，國外漿紗機的節(jié)能降耗和智能化控制技術(shù)已成為漿紗機研發(fā)的新方向，尤其是智能專家系統(tǒng)在漿紗機上的成功應用，有利于減少用工，降低能耗和原料浪費。