細(xì)紗機(jī)的電子牽伸控制方案對(duì)紡紗工藝的提升

葉 景

（經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030600）

隨著國(guó)力的提升，自動(dòng)化、電氣化在紡織行業(yè)中的應(yīng)用也在不斷地?cái)U(kuò)展，在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上，除了大范圍應(yīng)用的變頻器控制主軸，伺服控制鋼領(lǐng)板的升降的方案，越來(lái)越多的廠家開(kāi)始使用伺服控制器驅(qū)動(dòng)羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)。本研究經(jīng)歷了使用一個(gè)伺服控制器驅(qū)動(dòng)：前、中、后3組羅拉；使用兩個(gè)伺服控制器控制：前、中、后3組羅拉；使用3個(gè)伺服控制器驅(qū)動(dòng)：前、中、后3組羅拉。在各種不同的配置和應(yīng)用環(huán)境下，對(duì)電子牽伸配置的細(xì)紗機(jī)和以往機(jī)械齒輪、帶輪傳動(dòng)的細(xì)紗機(jī)有了深入的了解和掌握，現(xiàn)在將使用電子牽伸配置的細(xì)紗機(jī)在紡紗工藝上的提升、改進(jìn)和大家共同分享。

1 細(xì)紗機(jī)電子牽伸的布局和原理

細(xì)紗機(jī)的羅拉部分采用伺服驅(qū)動(dòng)方案，大體上分為3種：（1）電子加捻式，牽伸部分仍舊采用傳動(dòng)的牽伸齒輪，是使用單個(gè)較大功率的伺服控制器替代主軸的同步傳送。（2）半電子牽伸式，前羅拉采用一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)，中后羅拉采用一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)，其中，后驅(qū)牽伸倍數(shù)的調(diào)整仍舊需要更換牽伸部分的牙齒。（3）前、中、后羅拉用3個(gè)伺服控制器分別控制。

系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 電子牽伸布局概要

電子牽伸配置的細(xì)紗機(jī)在傳動(dòng)上應(yīng)當(dāng)有別于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)，主要考慮的方面有：（1）傳動(dòng)比例，需要依據(jù)整體的最大運(yùn)轉(zhuǎn)錠速、最寬泛的工藝適應(yīng)度和伺服電機(jī)的最佳工作能效來(lái)決定適當(dāng)?shù)臏p速機(jī)。部分方案采用電子自帶的減速機(jī)，與電機(jī)的兼容性會(huì)好一些，部分采用自制的齒輪比與整機(jī)的結(jié)構(gòu)布局相對(duì)簡(jiǎn)單。（2）中羅拉上由于膠圈的配置，會(huì)產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的阻力，在停機(jī)斷電時(shí)，需要在禁止?fàn)顟B(tài)下持續(xù)輸出一定的力矩，可采取單向軸承、單向離合或者伺服電機(jī)抱閘等方案。（3）機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為電氣驅(qū)動(dòng)后，羅拉布局分段、分片，需要依據(jù)紡紗工藝進(jìn)行特殊的報(bào)警處理，例如故障不斷紗等功能。

2 捻度不勻的解決方案

依據(jù)捻度的公式（公式1）可以得出，捻度為錠子轉(zhuǎn)速與前羅拉的線速度比例。但是根據(jù)近年來(lái)單錠檢測(cè)功能的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)公式中的錠子速度其實(shí)只是一個(gè)參照值，在不考慮纖維材料的抗捻性的前提下，鋼絲圈一個(gè)回轉(zhuǎn)理論上能對(duì)應(yīng)紗線上的一個(gè)捻回；前羅拉的速度檢測(cè)的是前羅拉剛性材料軸轉(zhuǎn)速，纖維經(jīng)過(guò)摩擦后的出紗速度與軸的線速度并不能保證1∶1的輸出，也存在丟捻現(xiàn)象。以上兩個(gè)方面統(tǒng)一歸納為加捻效率。

其中：N錠=錠子速度（r/min）；N前=前羅拉轉(zhuǎn)速（r/min）；D前=前羅拉直徑（mm）。

在鋼領(lǐng)板上下方向和速度切換式時(shí)，會(huì)造成主軸負(fù)載的變化，小紗階段成型未能完整形成一個(gè)錐面，此時(shí)的漸開(kāi)線軌跡會(huì)造成紡紗動(dòng)程下半部分張力變大，氣圈在作為中間部分消耗張力的波動(dòng)，當(dāng)設(shè)置不合理時(shí)會(huì)將較大的張力傳遞到錠子上，從而帶動(dòng)主軸速度的不穩(wěn)定變動(dòng)。該現(xiàn)象會(huì)造成鋼領(lǐng)板在常規(guī)短動(dòng)程內(nèi)的捻度波動(dòng)，波動(dòng)范圍通過(guò)單錠檢測(cè)測(cè)得的鋼絲圈轉(zhuǎn)速進(jìn)行過(guò)監(jiān)測(cè)比較，依據(jù)配置波動(dòng)范圍2%～4%。在筒管紗線卷轉(zhuǎn)由小變大時(shí)，錠子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)不斷增加，而當(dāng)前很多廠家為了自動(dòng)化和高速高產(chǎn)，錠子上加裝夾紗器，進(jìn)一步增加了錠子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。而滾盤(pán)和錠盤(pán)的傳動(dòng)為摩擦傳動(dòng)，依據(jù)摩擦力等于壓力乘以摩擦面積的原理，高速機(jī)臺(tái)的配置錠盤(pán)普遍為19.5，較以往的錠盤(pán)直徑小，變相地減小了錠帶的摩擦面積。在整機(jī)錠速突然增加或者降低時(shí)，會(huì)瞬間造成捻度波動(dòng)5%以上，而且在紗管重量的變化下，小紗式和大紗式的錠速續(xù)變，會(huì)帶來(lái)捻度的偏低或偏強(qiáng).

根據(jù)該特性，對(duì)使用伺服控制前羅拉的配置下，在無(wú)錫某紗企業(yè)的項(xiàng)目中對(duì)前羅拉的轉(zhuǎn)動(dòng)采用了整體普調(diào)和變速節(jié)點(diǎn)的定額補(bǔ)償，在該客戶的實(shí)驗(yàn)室測(cè)得紗管的整體捻度波動(dòng)符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍。

整體普調(diào)方案為：在圖2所示的錠速曲線中，T0—T1階段為小紗階段，該階段對(duì)前羅拉伺服控制器進(jìn)行97%～99%的速度修正，T1—T2階段為恒速中紗階段，該階段對(duì)前羅拉伺服控制器修正速度為100%，T2—T3階段為大紗階段，錠速逐漸降低，前羅拉伺服控制器修正速度為101%～103%。具體數(shù)值依據(jù)不同配置和品種進(jìn)行更改調(diào)整。

定點(diǎn)補(bǔ)償方案為：錠速在起紗過(guò)程中，錠速驟變的情況下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的羅拉跟隨偏置轉(zhuǎn)動(dòng)，即主軸速度在加速和降低后，通過(guò)對(duì)羅拉速度的人為補(bǔ)償，使羅拉的運(yùn)動(dòng)同步錠子，而非主軸，補(bǔ)償曲線如圖3所示。

圖2 捻度均調(diào)

圖3 捻度瞬間補(bǔ)償

3 中、后羅拉扭震造成開(kāi)停車(chē)粗細(xì)節(jié)的解決方案

在諸多的紡紗工藝中，塞絡(luò)紡可以提升條干質(zhì)量，提高粗紗的單錠喂入量，大幅延長(zhǎng)粗紗換段的間隔等優(yōu)點(diǎn)，為不少紡紗企業(yè)采用。隨之帶來(lái)的中、后羅拉的負(fù)載成倍增加，加之細(xì)紗機(jī)的布局限制，長(zhǎng)車(chē)的中、后羅拉布局一般采用車(chē)尾車(chē)頭對(duì)傳，車(chē)中部分分段。在如此長(zhǎng)的節(jié)徑比下，中、后羅拉承擔(dān)了較為苛刻的工況，當(dāng)羅拉材質(zhì)過(guò)硬時(shí)，調(diào)整難度大，容易脆裂，材料偏軟時(shí)，會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)角度從傳動(dòng)源頭到傳動(dòng)末端，轉(zhuǎn)動(dòng)角度不同步，差異巨大等現(xiàn)象。雙端傳動(dòng)又會(huì)造成羅拉反向絲扣的脫落，增加分段會(huì)大幅增加設(shè)備成本等原因，造成羅拉麻手、抖動(dòng)，一直是賽絡(luò)紡的一個(gè)難點(diǎn)。在紡織材料為人造纖維時(shí)，由于纖維截面特性和溫濕度特性帶來(lái)的抗?fàn)靠鼓硇?，該?wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇，表現(xiàn)在生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)主要為細(xì)節(jié)切疵較高、開(kāi)停車(chē)出細(xì)節(jié)、留頭率偏低等，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行效率。

因中羅拉扭震帶來(lái)的細(xì)節(jié)切疵高，可以通過(guò)調(diào)整后驅(qū)隔距和降低后驅(qū)牽伸倍數(shù)，或者降低粗紗捻系數(shù)來(lái)解決。但是會(huì)大幅降低紗線的條干質(zhì)量，所以一般涉及該種工藝的紡紗設(shè)備，建議單段中羅拉長(zhǎng)度小于480 錠，并采用直徑30 mm中羅拉。因?yàn)榱_拉扭震帶來(lái)的開(kāi)車(chē)、停車(chē)粗細(xì)節(jié)，曾經(jīng)在徐州某紗廠對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行過(guò)深入的研究。進(jìn)過(guò)研究后，針對(duì)中羅拉在停車(chē)前低速時(shí)旋扭角度恢復(fù)，以及在低速下?tīng)可煨实奶岣?，造成明顯的開(kāi)停車(chē)粗細(xì)節(jié)問(wèn)題，進(jìn)行以下處理：（1）延長(zhǎng)停車(chē)時(shí)錠速驟降的降速斜率，使得彈性的形變回彈造成的粗細(xì)節(jié)拉長(zhǎng)。（2）依據(jù)粗細(xì)節(jié)的產(chǎn)生位置進(jìn)行50%的反向補(bǔ)償。補(bǔ)償方案如圖4所示。

圖4 開(kāi)停車(chē)羅拉補(bǔ)償方案

在進(jìn)行該方案的補(bǔ)償后，黑板繞紗上的粗細(xì)節(jié)明顯改善，對(duì)絡(luò)筒的切次率有較為顯著的改善，改善效果如圖5所示。

圖5 粗細(xì)節(jié)對(duì)比

4 低捻紗的留頭解決方案

很多紡紗企業(yè)遇到過(guò)加工低捻紗的情況，捻度小于1 000 T/M的工藝，統(tǒng)稱為低捻紗。該工藝由于吐紗量較多，對(duì)工藝風(fēng)機(jī)的負(fù)壓要求較高，在濕度、溫度不合理的情況下，經(jīng)常纏繞皮輥造成區(qū)域的連鎖斷紗現(xiàn)象發(fā)生，巡擋工作量較大。這種工藝下的前羅拉線速度通?？稍? m/min以上，由于捻度低，捻度傳遞效果差；吐紗速度高，加之細(xì)紗機(jī)沒(méi)有和粗紗一樣的假捻環(huán)節(jié)，前羅拉和前皮輥的加捻三角區(qū)明顯前拉，在落紗后錠子剎車(chē)減速度大于羅拉慣性停止減速度，所有傳動(dòng)間隙前沖，造成額外吐紗，表現(xiàn)為辮子紗急劇增多；而錠速低于400 r/min后，氣圈消失，捻度缺少傳遞通道，會(huì)造成該時(shí)間段內(nèi)吐出紗線捻度更低，紗線強(qiáng)力減弱；集落的葉子翻轉(zhuǎn)動(dòng)作后造成紗線角度發(fā)生變化，紗線貼近吸棉笛管，工藝風(fēng)機(jī)仍舊對(duì)負(fù)壓進(jìn)行持續(xù)保持，極易將未加捻的棉紗虛條線吸入笛管中，對(duì)加捻三角區(qū)的纖維造成異常撥動(dòng)。辮子紗成型后較難通過(guò)鋼絲圈正常卷繞，加之加捻區(qū)受損傷，紗線強(qiáng)力較弱，導(dǎo)致集體落紗后開(kāi)車(chē)留頭率較差。

常規(guī)的解決方案是在配置廢絲盤(pán)的錠子的機(jī)臺(tái)，將落紗錠速降低，剎車(chē)時(shí)間延長(zhǎng)，雖然這種方案可以解決辮子紗和笛管的負(fù)壓侵?jǐn)_，但整體紗線的強(qiáng)力還是比較低。在配置夾紗器錠子后，錠速的下限由于受到Novbra夾紗器原理的限制，錠速下限不能低于4 500 r/min。剎車(chē)時(shí)為了保證夾紗的長(zhǎng)短，必須用較短的起紗時(shí)間來(lái)限制，會(huì)在錠桿上留下一圈左右的回絲。

南通、安慶等紗企在處理該問(wèn)題時(shí)采用了羅拉超喂的辦法處理：在落紗時(shí)，鋼領(lǐng)板快速下降時(shí)，形成包身紗時(shí)，將捻度調(diào)整為原捻度的120%左右，此時(shí)的捻度突然變強(qiáng)，前羅拉吐紗速度降低，辮子紗基本消除，紗線強(qiáng)力增加，距離負(fù)壓笛管的位置也重新歸屬于合適狀態(tài)，落紗留頭率提升效果明顯[1]。

該辦法帶來(lái)的捻度變化屬于人為的改變，因此需和紗企協(xié)商，而且一般的包身紗存在于絡(luò)筒的換管階段，需設(shè)置絡(luò)筒的找頭機(jī)構(gòu)將找頭長(zhǎng)度設(shè)置為0.5 m左右，基本可以將細(xì)紗395左右斷面的廢紗清除掉。該辦法從電子加捻及以上車(chē)型均可使用，但是為了保證客戶的紗線質(zhì)量，一般使用于電子牽伸機(jī)型，在進(jìn)行捻度調(diào)整的同時(shí)，將支數(shù)也同期調(diào)整，這樣該部分廢紗在通過(guò)電子清紗器時(shí)可以被較明顯地檢出，并進(jìn)行切除。

使用該方案處理后，集落的留頭率可穩(wěn)定保證在98%以上。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，伴隨科技的不斷發(fā)展，我國(guó)紡紗技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果。紡紗自動(dòng)化、智能化的呼聲越來(lái)越高，細(xì)紗機(jī)的全電子化是趨勢(shì)也是方向。牽伸部件由于在細(xì)紗機(jī)占據(jù)著核心的地位，隨著伺服控制器在牽伸部分的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)紡織工藝的改變和提升也逐漸地凸顯出來(lái)。電子牽伸式的細(xì)紗機(jī)，不僅能夠大幅減小傳統(tǒng)換紗工藝的繁重工作量，還能夠有效地提高紡紗的質(zhì)量，并提高工作效率。本研究主要針對(duì)在電子牽伸配置型的細(xì)紗機(jī)上，通過(guò)伺服控制器的細(xì)膩調(diào)節(jié)，來(lái)和解決傳統(tǒng)工藝中的難題，希望對(duì)將來(lái)整體紡紗水平的提高提供思路和幫助，共同為現(xiàn)代化紡紗事業(yè)作出貢獻(xiàn)。