紗庫(kù)式絡(luò)筒機(jī)自動(dòng)投紗設(shè)備的創(chuàng)新應(yīng)用

江陰市凱業(yè)紡織機(jī)械制造有限公司 章弘權(quán)/文

1 紗庫(kù)式絡(luò)筒機(jī)自動(dòng)投紗設(shè)備產(chǎn)生的技術(shù)背景

在國(guó)際市場(chǎng)上，自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)廠家主要是意大利 SAVIO 公司、日本村田機(jī)械株式會(huì)社和德國(guó)賜來福公司，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)也越來越自動(dòng)化、智能化。3家國(guó)外公司也紛紛推出了托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是采購(gòu)全新的托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)，需要紡織企業(yè)將現(xiàn)有的紗庫(kù)式絡(luò)筒機(jī)完全淘汰，此方案企業(yè)投資大，且設(shè)備拆除、場(chǎng)地調(diào)整、安裝時(shí)間過長(zhǎng)，企業(yè)為之付出的經(jīng)濟(jì)投入、經(jīng)濟(jì)損失較大。

同時(shí)隨著我國(guó)的人口紅利正在逐步減少，人們生活水平的不斷提高，低成本的時(shí)代漸行漸遠(yuǎn)。作為勞動(dòng)密集型的傳統(tǒng)棉紡行業(yè)正面臨招工困難（招不進(jìn)、留不住）、勞動(dòng)力成本大幅上升的局面，因此紡紗企業(yè)對(duì)質(zhì)優(yōu)、高效、能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約勞動(dòng)力的紡紗設(shè)備更加渴求。

一方面是企業(yè)有采用自動(dòng)化設(shè)備的需求，但考慮到一次性投入太大，利潤(rùn)回收周期太長(zhǎng)，且需要較長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)，訂單生產(chǎn)無法得到保障；另一方面，企業(yè)招工難，用工成本增加，也是紡紗企業(yè)亟待解決的難題。

因此基于上述情況，大部分紡紗企業(yè)萌生了對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)較好的紗庫(kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，加裝全自動(dòng)投紗設(shè)備的想法，即將原來的人工投紗升級(jí)為全自動(dòng)機(jī)械投紗，因?yàn)榧啂?kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的升級(jí)改造總體費(fèi)用相較于整臺(tái)套設(shè)備的更換而言，升級(jí)改造成本確實(shí)很低。但是經(jīng)過實(shí)際需求市場(chǎng)調(diào)研，全自動(dòng)投紗設(shè)備的研制仍有一定難度。目前國(guó)外廠家為了利益最大化，專注于對(duì)托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)整體推行全自動(dòng)化生產(chǎn)，故國(guó)外在紗庫(kù)式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)投紗設(shè)備的研究基本很少。但國(guó)外企業(yè)在托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的研發(fā)過程中，也需要對(duì)絡(luò)筒機(jī)實(shí)施全自動(dòng)投紗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中部分設(shè)計(jì)是值得我們學(xué)習(xí)和參考的。

同時(shí)國(guó)內(nèi)少數(shù)廠家也開始從事本項(xiàng)目的類似研發(fā)工作，但大部分擅長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化制造的企業(yè)，沒有紡紗設(shè)備的研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)；而傳統(tǒng)的紡織設(shè)備制造企業(yè)，又對(duì)設(shè)備自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)不足；因此紡紗企業(yè)的上述自動(dòng)化改造需求已提出好幾年，并且隨著用工荒問題的蔓延，國(guó)內(nèi)紡紗企業(yè)越來越迫切需求紡織設(shè)備的升級(jí)改造，然而目前市場(chǎng)上仍未有成熟且穩(wěn)定的全自動(dòng)投紗設(shè)備。

江陰凱業(yè)是一家致力于紡紗輔機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的江蘇省高新技術(shù)企業(yè)，以往在針對(duì)絡(luò)筒機(jī)用的全自動(dòng)理管機(jī)已經(jīng)有了多年研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率高達(dá)80%以上。因此本公司有研發(fā)紗庫(kù)式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)投紗設(shè)備的優(yōu)勢(shì)條件。

公司研發(fā)的紗庫(kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)用全自動(dòng)投紗設(shè)備，是依據(jù)我國(guó)紡紗企業(yè)目前自身情況提出的迫切需求，在紗庫(kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上進(jìn)行技術(shù)改造，加裝機(jī)械自動(dòng)化設(shè)置，以達(dá)到智能化、自動(dòng)化、取代人工操作的功能，可部分替代國(guó)外托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)，項(xiàng)目的實(shí)施能大大促進(jìn)紗庫(kù)式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的升級(jí)改造，從而帶動(dòng)紡織機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化、智能化的發(fā)展。

紗庫(kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)全自動(dòng)化投紗設(shè)備，主要包括自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)，以及自動(dòng)投紗系統(tǒng)。針對(duì)自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外已研究多年，已經(jīng)形成了一套較為成熟的設(shè)備運(yùn)行流程，包括管紗分揀、自動(dòng)大頭落下、自動(dòng)插管、自動(dòng)挑頭等，該領(lǐng)域由于研究較早，但其產(chǎn)品主要應(yīng)用在托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上，且專利內(nèi)容也都是對(duì)國(guó)外相關(guān)設(shè)備的局部改進(jìn)，總體結(jié)構(gòu)還是與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沒有太大區(qū)別。綜上自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)在本領(lǐng)域技術(shù)相對(duì)較為成熟，但是總體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新研發(fā)尚有需要突破之處，本公司對(duì)此研究已有了新的突破和新的構(gòu)建。

其次針對(duì)自動(dòng)投紗系統(tǒng)，其屬于自動(dòng)運(yùn)行的輸送帶系統(tǒng)，輸送帶本身雖不具備太大的難度，但針對(duì)底托的輸送、位置分配、底托回收，以及管紗找頭、自動(dòng)投紗，具有較大的挑戰(zhàn)，目前本領(lǐng)域其他企業(yè)在此方面均遇到了較大的困難，主要就是設(shè)備長(zhǎng)度較長(zhǎng)，運(yùn)行工位較多，導(dǎo)致產(chǎn)品的穩(wěn)定性降低，設(shè)備使用過程不可靠，經(jīng)常需要人工干預(yù)。在本領(lǐng)域，國(guó)外廠家亦有研究，但主要應(yīng)用在托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上，針對(duì)托盤式全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的匹配，對(duì)本項(xiàng)目的研究具有一定的參考價(jià)值，但并不能直接照搬照抄。在此方面，現(xiàn)存專利及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)較少，系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)方面、具體的系統(tǒng)應(yīng)用方面，以及可靠性設(shè)計(jì)方面難度較大。因此本項(xiàng)目的研發(fā)具有較高的科技水平，在本細(xì)分領(lǐng)域?qū)⑿纬奢^好的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

2 絡(luò)筒智能投紗設(shè)備使用概況和系統(tǒng)組成

本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)主要包括自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)和自動(dòng)投紗系統(tǒng)。自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)的研發(fā)包括管紗提升插管系統(tǒng)、管紗輸送系統(tǒng)、管紗挑頭裝置的研發(fā)。自動(dòng)投紗系統(tǒng)的研發(fā)包括管紗輸送平臺(tái)、投紗裝置、投紗后的系統(tǒng)裝置、投紗系統(tǒng)與原自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的電氣融合四個(gè)方面的研發(fā)。

自動(dòng)挑頭理紗系統(tǒng)的研發(fā)，主要包括以下3個(gè)子系統(tǒng)：

管紗提升插管系統(tǒng)：本企業(yè)在理管機(jī)的研發(fā)制造過程中已經(jīng)積累了一定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)根據(jù)大管紗的情況需進(jìn)行改進(jìn)即可滿足設(shè)計(jì)；

管紗輸送系統(tǒng)：針對(duì)插好的管紗，連底托進(jìn)行輸送到各個(gè)工位，進(jìn)行后續(xù)操作，主要為輸送系統(tǒng)，及交通機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況進(jìn)行反復(fù)調(diào)整；

管紗挑頭裝置：采用專門的挑頭刀，對(duì)管紗上的紗頭進(jìn)行挑出，并吸入紗管內(nèi)，該系統(tǒng)雖然國(guó)外廠家已經(jīng)較為成熟，但還是需要進(jìn)行樣機(jī)試制及測(cè)試，通過實(shí)際測(cè)試來驗(yàn)證和調(diào)整。

以上3個(gè)子系統(tǒng)已申請(qǐng)發(fā)明專利。

自動(dòng)投紗系統(tǒng)的研發(fā)，主要包括以下4個(gè)子系統(tǒng)：

管紗輸送平臺(tái)：主要采用輸送帶對(duì)自動(dòng)理紗挑頭系統(tǒng)輸送過來的管紗輸送到相應(yīng)的具體絡(luò)筒工位，輸送帶系統(tǒng)本身難度不大，且本公司已經(jīng)在別的產(chǎn)品上應(yīng)用多年；但由于受現(xiàn)有自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)安裝車間場(chǎng)地大小限制，需要對(duì)輸送帶系統(tǒng)進(jìn)行立體化上下分布，且需要循環(huán)提升傳輸；同時(shí)輸送系統(tǒng)所涉及的絡(luò)筒工位較多，需要穩(wěn)定可靠，且維護(hù)方便；該部分結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究較少，經(jīng)過重點(diǎn)攻關(guān)目前已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化輸送；

投紗裝置：需要針對(duì)現(xiàn)有的絡(luò)筒機(jī)進(jìn)行投紗，一種方案為采用投入原有絡(luò)筒機(jī)的旋轉(zhuǎn)式紗庫(kù)內(nèi)；另一種方案為拆除原有紗庫(kù)，直接投入絡(luò)筒工位內(nèi)；兩種方案，各有利弊，本公司在后續(xù)研發(fā)中，通過和客戶溝通及市場(chǎng)調(diào)研，目前確定用第二種方案，該部分的研發(fā)國(guó)內(nèi)外基本是空白的，目前我公司通過技術(shù)人員多次研發(fā)后已成功解決了這一難題；

投紗后的系統(tǒng)裝置：對(duì)投入絡(luò)筒機(jī)后的管紗需要進(jìn)行吸頭，該部分結(jié)構(gòu)與上述投紗裝置的結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)，存在較多實(shí)施方案，通過后續(xù)的測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用，也順利地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果；

投紗系統(tǒng)：該電氣控制是完全獨(dú)立的控制，與原自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的電氣控制無交集，不影響原絡(luò)筒機(jī)的電氣控制，但是還需要和客戶共同交流、統(tǒng)一控制程序，有效地提高整機(jī)電氣控制的效果。

以上4個(gè)子系統(tǒng)已申請(qǐng)發(fā)明專利。

3 絡(luò)筒機(jī)自動(dòng)投紗設(shè)備產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

1）適紡紗支（10支-40支以上），單臺(tái)機(jī)器可以同時(shí)做2個(gè)品種管紗，2種不同長(zhǎng)度的紗管；

2）系統(tǒng)設(shè)備適用于國(guó)際三大品牌及國(guó)內(nèi)品牌的紗庫(kù)式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的改造；

3）改造方便，只要拆除原絡(luò)筒機(jī)上的紗庫(kù)即可，安裝調(diào)試1.5天/臺(tái)；

4）由于采用模塊化集成設(shè)計(jì)，運(yùn)紗系統(tǒng)采用分段式運(yùn)紗，可單段移出，維修或大修絡(luò)筒主機(jī)時(shí)方便快捷；

5）操作維護(hù)方便，采用單錠單控制，系統(tǒng)有集中故障顯示，快速查找故障點(diǎn)，及時(shí)排除故障；

6）智能投紗設(shè)備有尾紗自動(dòng)收集和自潔裝置，減少人工清潔和纏繞；

7）智能投紗設(shè)備可以有效替代人工絡(luò)紗及進(jìn)行自動(dòng)絡(luò)紗，中央處理器找頭率綜合95%左右（中支紗），絡(luò)筒錠位再找頭率為99%，對(duì)細(xì)紗工序采用自動(dòng)落紗方式，效率更高；

8）智能投紗設(shè)備改造占地面積小、緊湊、改造適應(yīng)性強(qiáng)；

9）采用自動(dòng)投紗系統(tǒng)改造，不降低原落筒機(jī)生產(chǎn)效率。

項(xiàng)目技術(shù)考核指標(biāo)：

1）針對(duì)管紗進(jìn)行自動(dòng)化插管，每分鐘插管數(shù)量＞20 根 / 60 錠 ；

2）設(shè)備運(yùn)行，每分鐘輸送管紗至待料工位數(shù)量＞25根 ；

3）設(shè)備運(yùn)行，管紗吸頭合格率＞95%；

4）設(shè)備運(yùn)行，剔除不合格管紗率＞99%；

5）設(shè)備輸送平臺(tái)模塊化，每段長(zhǎng)度≤4米

6）設(shè)備額定功率運(yùn)行每小時(shí)耗電＜3KW（60錠）

7）設(shè)備運(yùn)行零廢氣、零廢水排放。

4 絡(luò)筒機(jī)自動(dòng)投紗設(shè)備效益分析

智能投紗系統(tǒng)經(jīng)過驗(yàn)證和計(jì)算（以實(shí)際運(yùn)行、管紗退繞時(shí)間及筒紗成型時(shí)間計(jì)算，按絡(luò)筒機(jī)60錠，無自動(dòng)換筒紗AGV小車）為例：

紗支 改造后操作管理機(jī)臺(tái)/人 回報(bào)周期10支-16支 2-2.5臺(tái)/人 1.5年左右21支-40支 2.5-3臺(tái)/人 2年左右40支以上 3-4臺(tái)/人 2.5年左右

以上計(jì)算扣除增加用電、用氣及管理費(fèi)用（因絡(luò)筒機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、速度和效率有差，此計(jì)算供參考）

5 自動(dòng)投紗系統(tǒng)開發(fā)方向和前景

1）與三大國(guó)際主流和國(guó)內(nèi)品牌公司生產(chǎn)的托盤式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)共存，彌補(bǔ)和滿足國(guó)內(nèi)當(dāng)下紡紗企業(yè)的客觀實(shí)際需求，減少和減輕紡紗企業(yè)的負(fù)擔(dān)，提升企業(yè)生存和發(fā)展需求；

2）自動(dòng)投紗系統(tǒng)并非是自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，適合改造范圍，還需要吸取消化國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成熟技術(shù)。因?yàn)槭歉脑欤槍?duì)細(xì)紗工序不同落紗方式和操作方式，提高改造后的絡(luò)筒機(jī)效率、降低能耗；

3）進(jìn)一步消化吸收成熟的換紗筒AGV小車產(chǎn)品技術(shù)，更加減少用工和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高紗庫(kù)式絡(luò)筒機(jī)全自動(dòng)化；

4）逐步實(shí)現(xiàn)細(xì)紗工序、絡(luò)筒工序、管紗和紗管自動(dòng)柔性聯(lián)接，為紡紗企業(yè)實(shí)現(xiàn)無人化自動(dòng)工廠而努力，實(shí)現(xiàn)共贏。