條并卷機帶式卷繞系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

張立彬 任家智 賈國欣

(1. 江蘇凱宮機械股份有限公司,江蘇蘇州，215300；2.中原工學(xué)院，河南鄭州，450007；3.河南工程學(xué)院，河南鄭州，450007)

精梳作為生產(chǎn)高檔紗線的重要工序備受關(guān)注，相關(guān)的研究也很多。作為精梳準(zhǔn)備的條并卷機其工作效率、小卷質(zhì)量等對決定精梳的梳理效果具有重要的作用。長期以來條并卷機采用成卷羅拉托持卷繞的系統(tǒng)生產(chǎn)小卷，隨著對紗線品質(zhì)和精梳機生產(chǎn)效率要求的提高，這種方式已無法滿足需要[1]。本文在傳統(tǒng)條并卷機卷繞理論基礎(chǔ)上，研究采用新型帶式卷繞系統(tǒng)，并對兩種卷繞系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)實踐，實現(xiàn)卷繞效率和質(zhì)量的提高。

1 傳統(tǒng)卷繞系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)以E32型為代表系列條并卷機，卷繞由兩個直徑為700 mm、質(zhì)量約150 kg的鑄造件成卷羅拉完成，即便近幾年來部分機型設(shè)計采用焊接結(jié)構(gòu)件取代鑄件，其質(zhì)量仍在100 kg左右，如圖1所示；纖維層在兩個同向回轉(zhuǎn)的成卷羅拉的摩擦力帶動下卷繞在筒管上，形成20 kg～25 kg的精梳小卷[2-3]。伴隨機構(gòu)設(shè)計理念的進(jìn)步和對成紗品質(zhì)要求的不斷提高，其不足之處也日益凸顯，具體如下。

(1)生產(chǎn)效率低。成卷部件質(zhì)量和體積大，限制了成卷速度的提高，其卷繞速度最高為120 m/min，而企業(yè)生產(chǎn)速度多為100 m/min。

(2)能耗需求高。小卷定長一般為300 m，約3 min生成一個小卷，然后落卷、上管、生頭、卷繞重新開始。落卷時主電機停轉(zhuǎn)，落卷完畢后重新啟動，短時間內(nèi)2個分別重達(dá)150 kg的成卷羅拉速度由120 m/min降至0，然后再加速到120 m/min。笨重的成卷羅拉頻繁的啟動、停止，會耗費大量的功率且對零部件強度和精度要求極高，造成大量能源需求。

(3)指標(biāo)差。卷繞過程中成卷羅拉與小卷間為線接觸，接觸面積小，壓強大，容易造成纖維層結(jié)構(gòu)的破壞，易受力不均，產(chǎn)生黏卷、毛卷等現(xiàn)象，影響最終的棉層質(zhì)量及重量不勻率[4]。

圖1 傳統(tǒng)條并卷聯(lián)合機成卷機構(gòu)

2 帶式卷繞系統(tǒng)的研究內(nèi)容

2.1 工作原理

針對上述傳統(tǒng)成卷系統(tǒng)的缺陷，借鑒纏繞卷曲原理研究開發(fā)帶式卷繞系統(tǒng)，工作原理如圖2所示。

圖2 帶式卷繞系統(tǒng)工作原理示意圖

環(huán)狀帶套裝在分布于小卷圓周范圍內(nèi)的羅拉上并被張緊，在羅拉的摩擦力帶動下平帶做旋轉(zhuǎn)運動，再帶動位于系統(tǒng)中心的筒管或小卷轉(zhuǎn)動。經(jīng)過緊壓羅拉壓實的纖維層，通過帶與筒管之間摩擦力的帶動卷繞在筒管上[5-6]。為了獲得平整、均勻的小卷側(cè)面，在筒管的兩側(cè)面裝有軸心位置固定的旋轉(zhuǎn)夾盤。夾盤與筒管旋轉(zhuǎn)中心同時對卷繞中的小卷兩側(cè)面有擠壓作用，卷繞中平帶在成卷夾盤之間穩(wěn)定運行，使得小卷側(cè)面平整、光潔。

2.2 帶式卷繞調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用

帶式柔性卷繞過程中，因平帶高速運行，易出現(xiàn)跑偏的現(xiàn)象，將纖維層邊緣擠入成卷夾盤與平帶之間的間隙中，形成破邊，嚴(yán)重時影響小卷的成卷質(zhì)量，甚至造成無法正常生產(chǎn)。為解決上述問題，開發(fā)了條并卷機帶式卷繞的調(diào)節(jié)裝置，對高速運動平帶的跑偏進(jìn)行及時調(diào)整，保證系統(tǒng)的正常運行及生產(chǎn)質(zhì)量[7]。

平帶卷繞裝置的機構(gòu)由羅拉組合件A、B、C、檢測端、位置調(diào)節(jié)驅(qū)動和控制系統(tǒng)組成，原理如圖3和圖4所示；平帶在羅拉組合件A和C之間被設(shè)置在其中的羅拉組合件B呈S形隔開，羅拉組合件B一端與設(shè)備主架交接連接，另一端可以做上下擺動，起到調(diào)整平帶兩端張力的作用。在小卷卷繞過程中設(shè)置于平帶端部的CCD傳感器時時檢查平帶邊緣位置，該信號及時傳送到PLC控制中心，PLC根據(jù)要求判斷并發(fā)送運動指令給控制電機，實現(xiàn)閉環(huán)控制。根據(jù)平帶總是朝向張力大的位置移動原理，時時控制卷繞平帶的移動方向。調(diào)整后再檢測，檢測后再調(diào)整，保證運行中平帶平穩(wěn)。機構(gòu)簡潔，準(zhǔn)確快捷，維修方便，保證了卷繞平帶的平穩(wěn)運行，減少了不正常停車的情況和跑偏對平帶造成的損壞，提高了設(shè)備的運行可靠性。

圖3 平帶卷繞的調(diào)節(jié)裝置

圖4 平帶卷繞調(diào)節(jié)原理示意圖

2.3 平帶張力在線控制

卷繞過程中平帶的張力需滿足穩(wěn)定運行和小卷壓力需求兩方面條件。平帶成卷時，筒管的中心位置不變，小卷被平帶包覆一定的表面，靠著平帶的張力，對其包覆面施壓。隨著纖維卷直徑增大，張力補償羅拉C向上擺動補償小卷包圍弧的增長，如圖5所示[8-9]；控制羅拉C的運動位移規(guī)律，即可調(diào)整平帶的張緊狀態(tài)，調(diào)整小卷的加壓情況，而羅拉C的運動規(guī)律通過杠桿機構(gòu)由氣缸力與平帶力共同決定。

圖5 卷繞張力控制示意圖

纖維卷成形和精梳條的質(zhì)量密切相關(guān)，而成形的好壞由卷繞中的壓力決定，在卷繞過程中，從小卷到滿卷纖維卷密度應(yīng)盡量保持一致，通過PLC和比例閥控制氣缸壓力，使之按照小卷壓力需要進(jìn)行運動，使纖維卷在整個工作過程中不黏連，不松動，重量不勻率低。

2.4 帶式卷繞的優(yōu)勢分析

(1)帶式卷繞系統(tǒng)取消了笨重的成卷羅拉、升降臂等機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡潔，減輕了機器的功率損耗。

(2)卷繞速度可得到提高，系統(tǒng)運動慣量降低，為高速運行提供了基礎(chǔ)條件。

(3)增強了卷繞過程中對小卷的控制，大角度柔性包覆式卷繞，棉層與棉層間受到更加均勻的壓力，避免黏卷現(xiàn)象。

(4)可有效改善小卷的重量不勻率。

3 實例應(yīng)用與分析

將上述研究內(nèi)容應(yīng)用于JSFA3180型條并卷機，并在同等條件下與采用傳統(tǒng)卷繞系統(tǒng)的JSFA360型條并卷機對比測試指標(biāo)及分析。

3.1 試驗條件

測試最終成紗為JC 14.6 tex紗，精梳準(zhǔn)備工藝如下：原料為新疆細(xì)絨棉，預(yù)并數(shù)6根，預(yù)并牽伸倍數(shù)5.8倍，喂入定量20.5 g/5 m,并合數(shù)26根,牽伸倍數(shù)1.46倍,棉卷定量73 g/m。

3.2 小卷重量不勻率對比

在速度同樣為120 m/min的情況下測試兩種機型，并對帶式卷繞180 m/min～220 m/min高速運行指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。

表1速度與小卷質(zhì)量對比表

型號成卷速度/m·min-1重量CV/%JSFA360JSFA3180JSFA3180JSFA3180JSFA31801201201802002200.950.320.500.330.17

由測試結(jié)果可知：在120 m/min速度條件下，JSFA360型條并卷機小卷重量不勻率為0.95%，剛剛滿足<1%的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求，JSFA3180型條并卷機的小卷重量不勻率為0.32%，降低較明顯；帶式卷繞的JSFA3180型條并卷機在成卷速度提高到180 m/min～220 m/min時，小卷重量不勻率均在0.5%以內(nèi)，滿足生產(chǎn)要求，相比之下速度和指標(biāo)均得到有效提高。

3.3 小卷成形對比

在正常生產(chǎn)速度條件下，隨機抽取小卷對圓周表面、退繞面及端面進(jìn)行對比，如圖6、圖7和圖8所示；抽樣速度為JSFA360型條并卷機(以下簡稱傳統(tǒng)機)120 m/min、JSFA3180型條并卷機(以下簡稱新機)180 m/min。

(a) 傳統(tǒng)機圓周表面

圖6 小卷圓周表面對比圖

(a) 傳統(tǒng)機退繞面

圖7 小卷退繞面對比圖

(a) 傳統(tǒng)機端面

圖8 小卷成形端面對比圖

由帶式與傳統(tǒng)卷繞系統(tǒng)對比知：帶式卷繞系統(tǒng)的圓周表面更平整，條痕輕，棉條分布均勻性好；退繞面及棉層表面一致性好，小卷層次清晰，無黏卷、毛卷現(xiàn)象；小卷內(nèi)部棉層分布均勻，纖維平行度好，退繞時無個別棉條扭曲現(xiàn)象；端面平整性略差些。分析認(rèn)為120 m/min低速運行和機械式成卷羅拉對棉層端面的控制更好些。

4 結(jié)論

(1)帶式卷繞系統(tǒng)取消了笨重的成卷羅拉、升降臂，結(jié)構(gòu)簡潔，減輕了機器的功率能耗，將生產(chǎn)速度由100 m/min提高到200 m/min，效率提高1倍以上。

(2)帶式卷繞系統(tǒng)增強了卷繞過程中對小卷棉層的控制，大角度柔性包覆式卷繞，棉層間壓力均勻；120 m/min的同等條件下，較傳統(tǒng)機型重量不勻率改善0.63個百分點，降低66.3%，成卷速度在180 m/min～220 m/min時，重量不勻率均在0.5%以內(nèi)，滿足生產(chǎn)要求，速度和指標(biāo)均得到有效提高。

(3)帶式卷繞小卷圓周表面平整，條痕及棉層均勻性好；退繞面及棉層表面更為平整，層次清晰、無黏卷現(xiàn)象，避免了退繞時出現(xiàn)個別棉條扭曲的現(xiàn)象，纖維平行度好。不足之處為較低速運行的傳統(tǒng)條并卷機小卷端面略差。