K44 型細紗機的集聚紡改造實踐

唐正永高 勇高 峰曹洪春

（1.江陰市華方新技術科研有限公司，江蘇無錫，214423；2.山東魯泰紡織集團有限公司，山東淄博，255100）

K44 型細紗機（滾筒式前羅拉集聚紡）使用若干年后，隨著滾筒式前羅拉表面磨損、電子元器件老化、用戶紡紗品種變化等原因，經(jīng)常發(fā)生各種故障；由于設備配件采購供應周期較長，維修難度較大，難以滿足正常生產(chǎn)需求。我們通過對原電氣系統(tǒng)改造，將滾筒式前羅拉集聚紡改為國產(chǎn)四羅拉集聚紡，取得了較好的效果?，F(xiàn)將改造方案的設計思路和改造后的設備使用效果做以介紹。

1 改造背景

1.1 細紗機的結構特點

K44 型細紗機是國際上較為優(yōu)秀的細紗長車產(chǎn)品之一，同時也是較早使用電子牽伸的細紗主機，配有可靠的集體落紗裝置，整機自動化程度高，工藝操作簡單。該設備整體運行穩(wěn)定，優(yōu)點明顯，尤其是負壓式集聚紡裝置，吸風滾筒式前羅拉的結構設計巧妙，內(nèi)部鑲嵌可更換的吸風槽插件，方便品種切換。滾筒上方的有導流蓋板，優(yōu)化了集聚氣流方向，氣流從須條兩側進入集聚槽。側向氣流確保了所有纖維可靠集聚，從而形成強力高、毛羽少的紗線，不但保證了紗線品質，還有效地降低了能耗，提高了集聚效率［1］。滾筒式前羅拉維護保養(yǎng)操作簡單方便，沒有常規(guī)集聚紡易損件網(wǎng)格圈，使用成本低。牽伸膠輥和輸出膠輥同時壓在吸風滾筒式前羅拉上，線速度不發(fā)生變化，有效地保證了集聚過程無意外牽伸，滿足了集聚紡集聚不牽伸的設計理念。

牽伸系統(tǒng)主要參數(shù)。三列羅拉直徑配置：吸風滾筒式前羅拉直徑59 mm，中羅拉直徑27 mm，后羅拉直徑27 mm；四列膠輥直徑配置：輸出膠輥直徑30 mm，牽伸前膠輥直徑30 mm，中鐵輥直徑27 mm，后膠輥直徑30 mm；各羅拉之間尺寸設計：輸出膠輥和牽伸前膠輥中心距46 mm～46.5 mm，牽伸前膠輥后沖0.5 mm，前膠輥和中鐵輥中心距54 mm，后膠輥后沖量3.5 mm，中鐵輥后沖4 mm，滾筒式前羅拉和中羅拉中心距50.5 mm。加壓臂配置：P3-1 氣動加壓搖架，長短膠圈結構，上下膠圈規(guī)格（直徑×寬度×厚度）有43.5 mm×30 mm×1.0 mm、72.5 mm×30 mm×1.1 mm。

1.2 使用過程中發(fā)現(xiàn)的異常情況

國內(nèi)引進滾筒式前羅拉細紗機的時間比較早，以生產(chǎn)中細特紗為代表的一些國內(nèi)知名紡織企業(yè)率先使用，紡紗品種以精梳純棉為主。近幾年，隨著紡紗品種的快速多元化發(fā)展和原料成本管理需求，以及紡紗技術日臻完善，要求集聚紡適紡范圍不斷擴大，棉、毛、麻、纖維素纖維、化纖等原料純紡、混紡品種與日俱增，紡紗號數(shù)從4.92 tex 到73.8 tex。隨著滾筒式前羅拉細紗機的使用時間增加，運行過程中出現(xiàn)了以下異常情況。一是由于紡紗品種的發(fā)展變化，一些細絨棉含量高的產(chǎn)品，由于原料中含有油漬、粉塵，出現(xiàn)了滾筒式前羅拉微孔堵塞現(xiàn)象，造成紗線指標不穩(wěn)定，微孔內(nèi)雜物難以清理。二是隨著使用時間的增加，滾筒式前羅拉表面出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，紗線指標惡化。如果采用表面修復方法維修，成本高，維修質量不穩(wěn)定。如果更換新滾筒式前羅拉，配件采購周期長，更換成本高。三是由于原設備主要電子元器件，比如變頻器采用專用變頻器，損壞或老化后無法用市面上通用電子元器件更換，加上軟件版本更新快，同樣存在電子元器件維修成本高的問題。

1.3 國產(chǎn)集聚紡的發(fā)展特點

國產(chǎn)集聚紡主要采用負壓式集聚紡裝置，按照裝置結構形式分為三羅拉集聚紡裝置和四羅拉集聚紡裝置兩種。三羅拉集聚紡裝置是在前羅拉前端增加負壓異形管，其上網(wǎng)格圈傳動是通過網(wǎng)格圈和輸出膠輥的摩擦力被動傳動。輸出膠輥和前膠輥安裝在一個膠輥盒上，膠輥軸承上定制有齒輪，輸出膠輥動力源由前膠輥軸承經(jīng)固定在膠輥盒上的塑料過橋齒輪傳遞，如圖1 所示。四羅拉集聚紡同樣是在前羅拉下端增加負壓異形管裝置，與三羅拉集聚紡裝置不同的是四羅拉集聚紡裝置在負壓異形管須條輸出端增加了一列集聚羅拉。集聚紡集聚羅拉也就是須條輸出羅拉，該羅拉為帶齒羅拉，通過過橋齒輪，由帶齒前羅拉傳動。四羅拉集聚紡網(wǎng)格圈傳動由集聚紡集聚羅拉和輸出膠輥鉗口握持積極傳動，如圖2 所示。三羅拉集聚紡裝置源自德國緒森公司，在國內(nèi)應用較早。隨著四羅拉集聚紡裝置的國產(chǎn)化發(fā)展，國內(nèi)市場基本以四羅拉集聚紡裝置為主。

圖1 三羅拉集聚紡裝置

圖2 四羅拉集聚紡裝置

近20 年來，國產(chǎn)集聚紡得到快速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下四方面。一是國產(chǎn)集聚紡市場總容量快速增長，目前國內(nèi)市場集聚紡使用總量已接近5 000 萬錠。二是集聚紡技術快速迭代，產(chǎn)品成熟性、穩(wěn)定性快速發(fā)展。三是集聚紡改造投資成本快速下降。四是易損件，如網(wǎng)格圈質量和適用性都快速提升，且網(wǎng)格圈市場銷售價格快速下降。隨著新型國產(chǎn)集聚紡細紗機揩車周期延長，使用維護成本快速下降，國產(chǎn)集聚紡裝置總體呈現(xiàn)出上述“四快兩降”的發(fā)展特點。

1.4 改造為國產(chǎn)化集聚紡的技術難點

滾筒式前羅拉細紗機自動化程度較高，后期維護成本不斷上升，亟需利用適用性更廣的國產(chǎn)集聚紡裝置改造，以降低后續(xù)維護成本，提升設備適紡性能，但存在以下難點。難點一：原設備高度自動化，控制系統(tǒng)高度集成化，電氣控制系統(tǒng)國產(chǎn)化改造時能否突破技術難關，嵌入原系統(tǒng)。難點二：原滾筒式前羅拉直徑為59 mm，更換為常規(guī)直徑27 mm 的前羅拉，前羅拉表面線速度差異大，羅拉中心位置高度不一致，能否將三列下羅拉做到同一牽伸平面上。難點三：原設備牽伸角度不同于常規(guī)細紗設備，改造后加捻效果如何，是否影響車速。

2 國產(chǎn)集聚紡改造方案分析

2.1 電氣系統(tǒng)改造方案

原機電氣系統(tǒng)優(yōu)點。原細紗機電氣控制系統(tǒng)的關鍵在于通過電氣控制系統(tǒng)與機械結構及傳動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)的完美結合，實現(xiàn)了由電氣控制系統(tǒng)控制變頻器驅動的鋼領板成形系統(tǒng)、錠子傳動系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分別控制車頭左右面、車尾左右面四個區(qū)域的牽伸羅拉傳動系統(tǒng)，四區(qū)域同步傳動。對速度要求有較高的響應性和穩(wěn)定性。同時，電機對外部負載的正常變化要求有快速而有效的閉環(huán)動態(tài)調控能力。

電氣系統(tǒng)改造原則。電機、氣缸、傳感器等執(zhí)行元件和監(jiān)測元件保留原車配置，控制元件PLC、變頻器改為通用產(chǎn)品，以便后續(xù)維護保養(yǎng)。工藝吸風電機、集聚紡吸風電機要用變頻器控制，通過變頻器操作面板和主機觸摸屏均可調控。

電氣系統(tǒng)改造后的要求。車頭左右面、車尾左右面四個前羅拉電機不同步范圍不大于0.5%；羅拉驅動電機與錠子傳動電機正常運行速度偏差不大于1%；羅拉驅動電機與錠子傳動電機緊急停車速度偏差不大于2.5%；鋼領板位置異常時緊急停車，工藝吸風運行異常時羅拉電機停車；主電機、牽伸電機、鋼領板電機、風機電機過載時過載保護；集聚紡負壓低于設定壓力時延時15 s 后緊急停車；搖架氣壓低于設定值時緊急停車；停車時間超過設定時間時搖架自動釋壓；主機啟動時，監(jiān)測搖架壓力并自動加壓；主機啟動時，監(jiān)測工藝負壓、集聚紡負壓，達到設定值后啟動；集體落紗工藝參數(shù)調整通過觸摸屏更改落紗工藝；落紗時氣壓異常停止落紗，空管不到位時故障提示；滿管不到位時，等待到位再啟動落紗；落紗時，巡回清潔機停車位置滿管信號發(fā)出后，巡回清潔機回車尾位置并停車；落紗啟動，巡回清潔機停車后啟動；工藝室遠程監(jiān)控工藝參數(shù)及設備運行狀態(tài)（錠速、前羅拉轉速、牽伸倍數(shù)等）。

2.2 牽伸系統(tǒng)改造方案

2.2.1 前羅拉直徑及羅拉座的改造方案

將原直徑59 mm 滾筒式前羅拉改為常規(guī)直徑27 mm 羅拉，中、后羅拉位置不變，前羅拉中心垂直滑座方向面抬高15 mm，平行滑座面方向移動8.5 mm，也就是垂直方向抬高17.24 mm，水平方向前移0.14 mm。由于羅拉座前羅拉位置的變化，改造時羅拉座需要重新設計，調整前羅拉位置，增加集聚紡負壓管安裝槽、集聚紡傳動過橋齒輪孔等。

2.2.2 牽伸傳動齒輪箱的改造方案

前羅拉由原直徑59 mm 變?yōu)?7 mm 后，輸出線速度要維持原滾筒式前羅拉表面線速度，因此要增加前羅拉轉速，原前羅拉驅動傳動比要重新調整，前羅拉轉速增加2.185 倍。原設備前羅拉傳動采用三級傳動，第一級同步帶輪減速，第二、第三級采用齒輪減速，中后羅拉采用原設備減速箱，總傳動比35.54，改造后傳動比要調整為18，確保輸出線速度不變。

2.2.3 牽伸加壓搖架的改造方案

原設備搖架為P3-1 整體氣囊杠桿式氣動搖架，采用上、下?lián)u架座連接抱住空心六角管座，以上搖架體為基準固定。三點加壓，壓力分配合理。原設備輸出膠輥通過單獨增加的固定在搖架架體上的加壓裝置加壓，不改變和影響原搖架結構和壓力分配。改為國產(chǎn)四羅拉集聚紡后，由于原增加的加壓裝置加壓點位置變化，需要重新設計加壓裝置或調換搖架壓力分配器，給輸出上羅拉加壓。本改造實踐中，采用附加單獨彈簧加壓裝置給輸出膠輥加壓。

2.3 集聚紡改造方案

原主機的下羅拉為8 錠/節(jié)，為了便于安裝和操作維護，集聚紡負壓管采用8 錠/節(jié)。負壓管采用最新的雙扭簧結構，運行穩(wěn)定可靠。重新優(yōu)化負壓管吸風槽形狀，能耗比傳統(tǒng)吸風槽下降15%左右，節(jié)能效果好。原設備工藝吸風和集聚紡吸風共用風道，改國產(chǎn)集聚紡后，工藝吸風和集聚紡吸風要求不同。工藝吸風負壓要求負壓低流量大，集聚紡吸風要求負壓高流量小。因此增加集聚紡負壓系統(tǒng)，原風道只做工藝吸風用。

集聚紡負壓異形管吸風槽優(yōu)化設計。網(wǎng)格圈負壓式集聚紡裝置一般負壓異形管上吸風槽有直線形、折線形、圓弧形、斗形等，集聚鉗口處存在紗線運動方向突變［2］。利用須條輸送過程中負壓氣流場給須條施加與須條運動方向一定角度的力，讓須條在運動過程中有一定的旋轉，這樣露在須條外的自由纖維被纏繞在須條外，紗線表面更加光潔，但須條速度不能突變造成集聚張力波動。因此，選擇圓弧形和直線形組合的吸風槽，經(jīng)試驗表明集聚效果較好。吸風槽寬度一般設計在0.8 mm～2.0 mm，偏窄槽口易積花，偏寬氣流消耗大，能耗高，根據(jù)用戶紡紗品種合理設計槽口寬度即可，細號純棉品種優(yōu)選1.0 mm～1.1 mm。為了降低用戶品種切換造成的重復采購，采用可拆卸集聚紡吸風工藝片結構設計，既滿足了集聚紡品種切換精細化管理需求，同時又能預防負壓吸風異形管表面陶瓷層磨損。

2.4 其他位置改造

導紗扁鐵橫動改造。橫動裝置是環(huán)錠紡細紗機上粗紗喂入部件之一，該部件的作用是讓粗紗在一定范圍內(nèi)緩慢往復運動，不斷變化喂入位置，防止膠輥同一位置磨損產(chǎn)生凹槽，延長膠輥使用壽命。集聚紡導紗動程要偏小掌握，一般要以集聚吸風槽上端開口寬度為參考［3］。集聚紡導紗動程一般控制在2.5 mm～3.5 mm，導紗動程太小膠輥磨損嚴重，太大纖維束易偏離吸風槽，影響集聚效果。原設備導紗橫動裝置蝸輪減速箱上安裝有凸輪，凸輪帶動偏擺裝置擺動實現(xiàn)導紗扁鐵往復運動。通過更換凸輪，調整其偏心距，減少偏心量，從而達到減少橫動往復動程。凸輪基圓半徑20 mm，升程15 mm。

吸棉支管改造。原斷頭吸風采用2 錠/根支管式結構，使用過程中氣流消耗大，易堵塞。改國產(chǎn)集聚紡后改為8 錠/節(jié)笛管結構，吸棉笛管吸風口設計為橢圓形孔，既可降低工藝吸風能耗，也可減少笛管堵塞現(xiàn)象。原風道上多余的孔用密封塑膠蓋板封閉，如圖3 所示。試紡前將工藝風機頻率降低，預防負壓過大導致工藝風道變形。

圖3 吸棉支管改吸棉笛管示意圖

細紗導紗桿位置調整。原設備由于牽伸前羅拉中心距大于錠子中心距，導紗角度不同于常規(guī)細紗機導紗角。為了確保捻度向上延伸，減少紡紗斷頭，在輸出羅拉和導紗鉤之間安裝細紗導紗桿，紗線從細紗機輸出后以一定角度經(jīng)過細紗導紗桿，卷繞在細紗筒管上［4］。改造后由于輸出鉗口位置變化，必須調整細紗導紗桿位置，調整位置要求盡量減少對捻度傳遞的阻捻作用，預防卷繞張力過大導致的意外斷頭。

集聚紡排風系統(tǒng)改造。增加的集聚紡風機排風量達2 500 m3/h～3 000 m3/h，不但流量大，并且排風粉塵含量高，如果直接排進車間會導致車間環(huán)境惡化，細紗紗疵增加。因此，將排風管道接到除塵設備上，經(jīng)過濾后再送回車間。

3 設備改造效果

3.1 設備外觀

通過增加集聚紡負壓系統(tǒng)，在原車尾箱體上增加相同寬度的負壓風箱、風機箱、電氣箱。對牽伸系統(tǒng)前羅拉、羅拉座、集聚紡裝置、吸棉笛管等部位進行改造，不破壞主機整體外觀。

3.2 設備運行狀態(tài)

電氣系統(tǒng)改造后整機啟動、中途停車、中途落紗、緊急停車、鋼領板升降、落紗過程等動作運行正常，工藝設置、集聚紡負壓吸風、工藝吸風都可以通過觸摸屏簡單設置。各傳感器、保護裝置、警示裝置工作正常。遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行正常，所有設計達到了預期目標要求。

3.3 紡紗質量

紡紗品種為JC 7.38 tex 紗，采用新疆棉，細絨棉和長絨棉各占一半，原滾筒式前羅拉開車無法正常紡紗，改后捻度137.0 捻/10 cm，錠速16 800 r/min，設備運行正常，紗線質量穩(wěn)定。成紗質量指標：不勻率U值10.80%，條干CVm值13.51%，-50% 細 節(jié)11.8 個/km，+50% 粗 節(jié)26.25 個/km，+200%棉結40 個/km，3 mm 毛羽數(shù)3.8 根/10 m，單紗強力191.7 cN，單紗強力不勻率9.31%。

4 結束語

我們采用國產(chǎn)四羅拉集聚紡裝置對K44 型細紗機（滾筒式前羅拉集聚紡）改造后，其適紡范圍擴大。原設備無法正常紡JC 7.38 tex 紗等細絨棉含量高的品種，改造后設備運轉穩(wěn)定，紗線指標穩(wěn)定。電氣控制系統(tǒng)國產(chǎn)化改造，用通用控制電子元器件替代專用電子元器件，擴展了一些智能化模塊，可為后續(xù)智能化工廠改造奠定基礎。本次改造只進行了JC 7.38 tex 紗的試紡，后續(xù)將針對其他紗線品種進一步研究。