產(chǎn)品開發(fā) 電錠細(xì)紗機(jī)高速紡紗實(shí)踐分析

太平洋機(jī)電（集團(tuán)）有限公司 袁松鶴／文

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產(chǎn)品開發(fā) 電錠細(xì)紗機(jī)高速紡紗實(shí)踐分析

太平洋機(jī)電（集團(tuán)）有限公司 袁松鶴／文

摘要：本文分析了電錠傳動(dòng)特性在紡紗中的優(yōu)勢，錠子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，錠間差小，瞬時(shí)錠速差異明顯優(yōu)于傳統(tǒng)帶傳動(dòng)錠子，紡紗張力波幅小，紡紗速度可比傳統(tǒng)提高15%，恒張力紡紗有望實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電錠 高速紡紗 帶傳動(dòng)錠子 錠間差 錠速差 紡紗張力 細(xì)紗接頭

紡紗全流程數(shù)字化的提出，紡紗企業(yè)對智能化和自動(dòng)化控制的期盼，使得傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)對紡紗單錠無法有效監(jiān)控的矛盾日益突出，單錠單電機(jī)細(xì)紗機(jī)——電錠的研究使用對于解決這一矛盾具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，它是自動(dòng)化控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“無人工廠”全流程智能化管理的一個(gè)理想解決方法。同時(shí)，現(xiàn)代棉紡企業(yè)對細(xì)紗機(jī)產(chǎn)能、智能及進(jìn)一步減少用工水平的要求，在傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)上都將難以滿足，帶傳動(dòng)錠子方式無論是在高速還是在智能化方面的發(fā)展瓶頸已顯而易見。隨著研究的深入，單錠單電機(jī)電錠細(xì)紗機(jī)的優(yōu)勢不斷被挖掘，智能化紡紗將成為現(xiàn)實(shí)，高速化的瓶頸也將被大大突破。

本文將從電錠細(xì)紗機(jī)所具有的功能在紡紗過程中所起作用的角度，通過與帶傳動(dòng)錠子紡紗對比測試數(shù)據(jù)，分析電錠給細(xì)紗機(jī)帶來的優(yōu)越性，分析電錠對高速紡紗的影響。

1 電錠優(yōu)勢之一：錠速差與錠間差小

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠子是數(shù)量最多、工作轉(zhuǎn)速最高、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長、能耗比例最大的紡紗重要專件。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)由主軸上100～250個(gè)滾盤，通過錠帶及張力重錘傳動(dòng)四個(gè)紗錠，由于帶傳動(dòng)的機(jī)械特性所至——滑溜不一致，導(dǎo)致錠間轉(zhuǎn)速存在差異，轉(zhuǎn)速差在1% ～1.5%。而電錠細(xì)紗機(jī)紗錠由特制的電錠電機(jī)和控制驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，取消了主軸、錠盤、錠帶、張力重錘等一系列傳動(dòng)件，排除了錠子轉(zhuǎn)速差最大主因的錠帶傳動(dòng)滑溜差異隱患，單錠錠速差控制在2‰以內(nèi)，錠與錠之間的轉(zhuǎn)速差異控制在4‰以內(nèi)。

小紗和大紗的負(fù)載不同，錠帶傳動(dòng)和電錠傳動(dòng)受力有所不同，測試分兩種情況。小紗在管底成形處2000米、含紗管重65克狀態(tài)測試；大紗在滿紗前5000米、含紗管重100克狀態(tài)測試。紡紗品種T/C65/35J11.8tex，鋼領(lǐng)直徑∮42mm。采用不參與設(shè)備控制的第三方專用測試傳感器和軟件測試。

表1　在紡紗長度2000米負(fù)載紡紗狀態(tài)下測試（各測試10錠數(shù)據(jù)）

表2　在紡紗長度5000米負(fù)載紡紗狀態(tài)下測試（各測試10錠數(shù)據(jù)）

從上表可以看出，在2000米小紗狀態(tài)，錠帶傳動(dòng)的錠子絕對速度差異值在144～209轉(zhuǎn)之間，也即為0.7%～1.1%的錠子速度差。電錠傳動(dòng)的錠子速度絕對差異值在20～40轉(zhuǎn)之間，也即為0.1%～0.2%的錠子速度差。在5000米大紗狀態(tài)，錠帶傳動(dòng)的錠子絕對速度差異值在163～178.7轉(zhuǎn)之間，也即為0.88%～0.97%的錠子速度差。電錠傳動(dòng)的錠子速度差異值在14.2～23.2轉(zhuǎn)之間，也即為0.07%～0.12%的錠子速度差。

以上測試數(shù)據(jù)表明電錠的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性明顯高于錠帶傳動(dòng)錠子，且?guī)缀醪皇茇?fù)載大小影響。以上數(shù)據(jù)也基本映證了理論分析：帶傳動(dòng)的滑溜導(dǎo)致的速差在1%左右的規(guī)律，這還沒有考慮長期運(yùn)轉(zhuǎn)后錠帶伸長的影響；而電錠由于其自身的同步性質(zhì)其錠速始終保持在自身的控制精度范圍內(nèi)，電錠傳動(dòng)無論在小紗或大紗不同負(fù)載情況下精度均小于2‰。

由此可以看出電錠傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)由于轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而具有錠差小的優(yōu)越性。

中國教師：朱教授，您好！自2003年建議設(shè)立“國家閱讀節(jié)”以來，今年兩會(huì)是您第14次提出這個(gè)提案。能否談一下您堅(jiān)持此提案的緣由。

2 電錠優(yōu)勢之二：錠子回轉(zhuǎn)360度瞬時(shí)速度控制精準(zhǔn)

進(jìn)一步，我們對電錠和傳統(tǒng)錠帶傳動(dòng)錠子做更精準(zhǔn)試驗(yàn)與分析。各隨機(jī)抽取四個(gè)錠子，對電錠與錠帶傳動(dòng)錠子在帶載高速紡紗狀態(tài)下短時(shí)片段運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤測試。

紡紗品種：T/C65/35J11.8tex，采樣頻率10μs，測試錠子帶載恒速紡紗速度波動(dòng)數(shù)值；

測試說明：因采樣頻率高，錠子一轉(zhuǎn)得出300個(gè)左右數(shù)據(jù)，所以分析時(shí)更注重趨勢對比、曲線波幅對比及360度分度對比效果。下面是不同負(fù)載傳統(tǒng)錠帶傳動(dòng)錠子與電錠紡紗采集的速度測試曲線圖（各選取一錠）。

上圖中任意截取一段數(shù)據(jù)：

上圖中任意截取一段數(shù)據(jù)：

上圖中任意截取一段數(shù)據(jù)：

上圖中任意截取一段數(shù)據(jù)：

根據(jù)大量測試結(jié)果，經(jīng)整理數(shù)據(jù)得出：

表3　電錠與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)錠子速度對比測試

3 電錠優(yōu)勢之三：紡紗張力穩(wěn)定，隨升降動(dòng)程和速度變化不大

由電錠傳動(dòng)分析和速度測試結(jié)果可以看出，電錠對紡紗張力的影響是巨大的，它明顯改善了張力波動(dòng)，瞬時(shí)波動(dòng)只有傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的1/12。

我們知道，細(xì)紗機(jī)在每個(gè)升降短動(dòng)程和升降全程中，紡紗張力變化是相當(dāng)明顯的。那電錠細(xì)紗機(jī)是否有所改善呢？為觀察紡紗張力變化情況，我們對電錠細(xì)紗機(jī)整落紗不同升降高度紡紗張力狀態(tài)進(jìn)行了跟蹤測試。

試驗(yàn)時(shí)紡紗品種：T/C65/35J11.8tex，鋼領(lǐng)直徑∮42

整落紗不同工藝速度紡紗張力變化數(shù)據(jù)整理如下：

表4　電錠細(xì)紗機(jī)紡紗張力測試

由上表數(shù)據(jù)可以看出，盡管小紗段紡紗速度較低，但紡紗張力波動(dòng)還是較大；盡管隨著紡紗長度加長，工藝速度在加大，但紡紗張力沒有隨著速度的上升而增加，反而隨著紡紗高度的上升，管紗底部負(fù)載的增加，電錠傳動(dòng)方式的優(yōu)勢又一次體現(xiàn)。電錠由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不像錠帶傳動(dòng)錠子高速且高負(fù)載的情況下有側(cè)向力的影響，電錠完全是圍繞中心穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)，加上負(fù)載后，中心“陀螺效應(yīng)”優(yōu)勢體現(xiàn)，負(fù)載越大，高速越是趨于穩(wěn)定。只是隨著大紗紡紗氣圈高度縮小，紡紗張力有所上升，但與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)相比，上升幅度小了很多。因此，同樣品種傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)滿紗前紡18500rpm，斷頭已明顯增加，而電錠細(xì)紗機(jī)在90%的紡紗高度時(shí)依然可以高速運(yùn)行，就是滿紗前，19500rpm速度依然狀態(tài)良好。

4 電錠優(yōu)勢之四：高速接頭成功率高，減少質(zhì)量弱環(huán)

紡紗張力的穩(wěn)定讓高速得以實(shí)現(xiàn)，但細(xì)紗斷頭接頭還沒實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，如此高速人工接頭有問題嗎？在此我們對電錠高速運(yùn)行接頭情況進(jìn)行測試。

由于電錠細(xì)紗機(jī)在細(xì)紗斷頭時(shí)具有自檢判斷功能，斷紗后，電錠自動(dòng)停止運(yùn)行，同時(shí)粗紗停止喂入，沒有皮輥繞花出現(xiàn)，減少紗疵的頻率。待擋車工巡回時(shí)，按鈕啟動(dòng)電錠，電錠恢復(fù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。我們對傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)和電錠細(xì)紗機(jī)分別接頭進(jìn)行測試。測試結(jié)果如下：

表5　智能電錠細(xì)紗機(jī)與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)接頭處捻度測試對比

根據(jù)測試結(jié)果及電錠啟動(dòng)特性，根據(jù)棉紡廠擋車工接頭速率研究，并對接頭過程整個(gè)動(dòng)作加以分解，結(jié)合學(xué)習(xí)紡紗捻度傳遞理論，重新設(shè)計(jì)了電錠按鈕啟動(dòng)速度曲線，使之更加符合紡紗要求。再次測試，結(jié)果如下（試驗(yàn)條件同上）：

表6　速度曲線優(yōu)化后，智能電錠細(xì)紗機(jī)與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)接頭處捻度測試對比

由上表數(shù)據(jù)可以看出，改進(jìn)后效果明顯，這又是電錠一大優(yōu)勢。我們可以根據(jù)擋車工習(xí)慣與能力控制接頭點(diǎn)速度，保證擋車工在低速段接頭成功率，又不影響接頭后高速紡紗成紗質(zhì)量，這是傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)無法做到的。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)無法實(shí)現(xiàn)高速，高速時(shí)特別是超過20000rpm紡紗擋車工接頭成功率低也是一大瓶頸。

5 電錠細(xì)紗機(jī)成紗質(zhì)量指標(biāo)測試

以上初步把電錠的高速紡紗能力分析了一下，如此高速，成紗質(zhì)量如何，下面對傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)和電錠細(xì)紗機(jī)，在同樣粗紗、同樣工藝配置、同樣牽伸器材與專件的條件下，進(jìn)行對比紡紗測試。

5.1在相同紡紗速度下對比測試，紡紗錠速17500rpm

表7　相同速度成紗質(zhì)量指標(biāo)對比測試

從上表實(shí)際測試數(shù)據(jù)看，在保持紗線條干均勻度基本一致的情況下，電錠細(xì)紗機(jī)的加捻效率高于錠帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)，捻度均勻度好，紗線的捻度質(zhì)量離散性小，單紗的最低強(qiáng)力高，這是棉紡廠用傳統(tǒng)帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)紡紗較難克服的一個(gè)質(zhì)量一致性難題。

5.2 在相同品種不同紡紗速度下對比測試

根據(jù)上表檢測數(shù)據(jù)以及實(shí)際紡紗時(shí)觀測到的紡紗狀態(tài)可以得出，電錠細(xì)紗機(jī)紡?fù)瑯悠贩N高速化時(shí)，質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)于帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)。

另外，傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)由于主軸帶動(dòng)大量滾盤單向回轉(zhuǎn)，車肚內(nèi)氣流紊亂，飛花飄蕩，而電錠細(xì)紗機(jī)由于車肚內(nèi)沒有回轉(zhuǎn)件，氣流穩(wěn)定。加上其高速性能好，錠速差異小，錠子高速回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，紡紗張力穩(wěn)定性明顯好于帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)。20000rpm高速紡紗張力比帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)18500rpm紡紗張力還小，尤其在升降速過程中，由于沒有了細(xì)紗機(jī)腹部負(fù)壓吸引，電錠細(xì)紗機(jī)速度變化對紡紗氣圈的影響較小。

帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)在速度變化時(shí)特別是速度快速變化時(shí)，由于腹部的不穩(wěn)定負(fù)壓吸引，紡紗氣圈明顯抖動(dòng)，此時(shí)不良負(fù)壓對紡紗張力造成的危害性，可能更甚于錠子本身轉(zhuǎn)速差異帶來的影響力，嚴(yán)重時(shí)甚至造成細(xì)紗斷頭。

表8　不同速度成紗質(zhì)量指標(biāo)對比測試

從表8中還可以看出，電錠細(xì)紗機(jī)在20000rpm紡紗速度下，其千錠時(shí)斷頭根數(shù)低于帶傳動(dòng)細(xì)紗機(jī)18500rpm紡紗的斷頭根數(shù)，進(jìn)一步證明了電錠細(xì)紗機(jī)高速化紡紗的實(shí)用價(jià)值。

6 電錠細(xì)紗機(jī)產(chǎn)能對比

兩臺432錠細(xì)紗機(jī)，電錠細(xì)紗機(jī)與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)各一臺，整機(jī)模擬正常生產(chǎn)狀態(tài)開車紡紗，產(chǎn)能對比如下。

表9　智能化電錠細(xì)紗機(jī)與傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)產(chǎn)能對比

7 結(jié)束語

單錠單電機(jī)傳動(dòng)之電錠細(xì)紗機(jī)其運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性是顯而易見的，它將高速紡紗提高到了更高的水平。如再配合積極式升降、電子凸輪曲線成形控制，鋼領(lǐng)平穩(wěn)運(yùn)行，電錠細(xì)紗機(jī)紡紗將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步高速。

據(jù)以電錠的感知功能，在線檢測升降動(dòng)程帶來的紡紗張力變化，利用電錠細(xì)紗機(jī)優(yōu)越的控制性能，實(shí)現(xiàn)恒張力紡紗，產(chǎn)能將再提高5%～8%。

隨著電錠細(xì)紗機(jī)走向市場進(jìn)入用戶，優(yōu)勢將進(jìn)一步挖掘和體現(xiàn)，它將改變紡紗管理模式，加快進(jìn)入智能化時(shí)代。

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