吉宜軍，夏春明，呂興明，李 斌

(1.南通雙弘紡織有限公司，江蘇 南通 226671；2.南通宏泰機械制造有限公司，江蘇 南通 226671)

0 引言

目前，紡織企業(yè)面臨噸紗能耗高、用工多、招工難、工人勞動強度大等問題，提高設備自動化、智能化水平，實現(xiàn)節(jié)能降耗已成為必然選擇。細紗機是紡織生產(chǎn)流程中量大面廣的設備，也是紡紗企業(yè)用工多、勞動強度大的問題集中點。細紗集體落紗(下文簡稱“集落”)系統(tǒng)是紡紗自動化生產(chǎn)的重要組成部分，也是棉紡企業(yè)提高勞動生產(chǎn)率的重要環(huán)節(jié)，其研制與使用必將成為未來紡織企業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。

目前，細紗機短車數(shù)量占國內(nèi)棉紡企業(yè)細紗機總量的70%以上，在短車上加裝集落系統(tǒng)技術(shù)已趨于成熟，成為加快企業(yè)技術(shù)改造、轉(zhuǎn)型升級的有效途徑，可實現(xiàn)機器換人、減少用工、提高勞動生產(chǎn)率的目標，有廣闊的市場前景[2]。

1 細紗機短車集落系統(tǒng)改造面臨的問題

短車加裝集落裝置經(jīng)多家紡企驗證性能基本可靠，各項技術(shù)指標達到標準要求，但棉紡企業(yè)在大量推廣應用方面仍有顧慮[3]。

a) 改造費用相對較高，每臺細紗機短車改造費用約為9萬元～12萬元；

b) 多數(shù)廠房空間小，現(xiàn)有機械排列難以滿足改造需求，需要進行廠房改造或重建，成本較大；

c) 現(xiàn)有集落裝置機配件質(zhì)量差異較大，可靠性和穩(wěn)定性差，部分機配件故障率和消耗率較高；

d) 目前非棉纖維應用較廣泛，細紗機機型較多，紡紗曲線參數(shù)優(yōu)化及器材專件選配需深入研究，以提高短車集落裝置的留頭率及生產(chǎn)效率；

e) 細紗機短車集落裝置型式多樣，有些僅能從原理上分析其性能的可靠性，需通過應用推廣不斷驗證，而其自動化、智能化水平有待進一步提高。

2 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)技術(shù)

本文所述的細紗機集落技術(shù)是一種有別于現(xiàn)有國內(nèi)外其他型式的細紗機集落系統(tǒng)，是由單臺或若干臺短車串聯(lián)排列并配備集落系統(tǒng)的技術(shù)。該技術(shù)由南通雙弘紡織有限公司與南通宏泰機械制造有限公司聯(lián)合開發(fā)，已獲得國家授權(quán)發(fā)明專利，專利號為ZL 201510846573.0。

2.1 改造系統(tǒng)簡述

單臺細紗機短車集落系統(tǒng)是在原有機械排列的基礎上，對細紗機進行改造并加裝集落裝置。而串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)是將2臺(或2臺以上)細紗機串聯(lián)后，加裝一套集落裝置實現(xiàn)長車集落。相比淘汰細紗機短車、更新帶集落機器人的細紗機長車或單臺細紗機短車加裝集落裝置，該系統(tǒng)能減少投資費用、減化操作、節(jié)省落紗時間、減少用工、節(jié)約占地，能較靈活地適應目前國內(nèi)細紗機短車的集落升級改造，有效避免新建廠房或購買新設備的大量投資，是未來短車改造發(fā)展的方向。

單臺細紗機短車由車頭、車身、車尾及吸棉系統(tǒng)組成，實現(xiàn)串聯(lián)的技術(shù)方案是將2臺(或2臺以上)細紗機短車橫向串聯(lián)排列，如圖1所示。然后，在2臺細紗機上加裝集落裝置，由集落氣架部分、落紗傳動部分、落管理管部分、空管滿紗輸送部分、導紗板翻轉(zhuǎn)部分、滿紗收集部分、氣動控制執(zhí)行部分、電氣控制與檢測部分等組成。

1，5—車頭；2,6—車身；3，7—車尾；4,8—吸棉風管；9—電箱；10—落管理管裝置；11—滿紗小車；12—滿紗收集裝置；13—凸盤導軌；14—凸盤。圖1 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)簡圖

2.2 落管理管技術(shù)

該系統(tǒng)的落管理管部分由儲管箱、理管機構(gòu)、減速機、落管倉及檢測光電等構(gòu)成，如圖2所示。儲管箱用于儲備紗管；理管機構(gòu)能夠分選紗管，保證紗管以正確方向進入落管倉；減速機與離合器聯(lián)接帶動滾筒運轉(zhuǎn)，通過離合器通斷控制滾筒落管；落管倉引導紗管順利插在凸盤上；檢測光電分別檢測落空管和插管。理管部件采用特殊弧形裝置與滾筒結(jié)合完成理管功能，可靠性和準確性大幅提高。

1—電控柜；2—理空管機構(gòu)；3—空管倉；4—滿紗小車；5—滿紗提升機構(gòu)。圖2 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)落管理管裝置

電動機帶動電磁離合器，將雜亂無章的空管抓取到皮帶上進行提升，提升過程中推動紗管大頭向小頭方向移動，靠自由落體運動方式阻擋小頭，使紗管大頭向下、準確插入運輸托盤上。

采用新型環(huán)錠細紗機集落滿紗管提升技術(shù)(專利號為ZL 201610437575.9)的裝置，布置在主機尾部后側(cè)，滿紗管軸線與細紗機軸線平行，滿紗管沿著細紗機軸線向后輸送，不占用2臺細紗機中間過道，節(jié)省空間，不會改變細紗機原有布局，方便更換粗紗。同時可直接用滿紗運輸車接送滿管，方便可靠，減小擋車工勞動強度。

收集部分包括鏟紗器和輸送帶。鏟紗器將滿紗或空管鏟入收集區(qū)，電動機傳動斜簾子機構(gòu)，通過運轉(zhuǎn)的皮帶帶動滿紗落入收集箱中。

2.3 組合式中墻板技術(shù)

EJM128型等細紗機采用一種環(huán)錠細紗機組合式中墻板技術(shù)(專利號為ZL 201610385523.1)，減小了原中墻板下部支承兩外側(cè)面寬度，安裝了L型定位板，并將原中墻板中下部向下延伸安裝固定鉸支座，使原中墻板可以安裝集落裝置(無需更換原中墻板)，可保持2臺環(huán)錠細紗機之間軸線距離不變，不影響紡織廠原工藝布局，同時可減少用工、提高生產(chǎn)率，縮短了制造周期，降低了改造集落裝置的成本。該組合式中墻板如圖3所示。

2.4 圓形導軌聯(lián)接技術(shù)

采用細紗機圓形導軌聯(lián)接技術(shù)(專利號為ZL 201620529269.3)，當氣架內(nèi)外擺動時，內(nèi)接頭、外接套圓周方向相對轉(zhuǎn)動為滾動摩擦，不會產(chǎn)生扭曲，氣架與錠子對中效果好、穩(wěn)定可靠，內(nèi)外擺力矩小、能耗低。細紗機集落圓形導軌聯(lián)接如圖4所示。

圖3 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)組合式中墻板

圖4 細紗機集落圓形導軌聯(lián)接

2.5 集落裝置智能化動作的實現(xiàn)

電氣部分采用一套獨立的控制器以及配套元件，包括成套伺服控制器、PLC控制器、觸摸式人機界面、光電檢測開關、接近開關、磁性開關、行程開關，與主機融合后形成嚴密的動作控制，監(jiān)測集落的動作狀態(tài)，人機界面功能及設置如圖5所示。

a) 自動模式

b) 手動模式

3 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)的器材專件配置及工藝探討

3.1 專件配置

3.1.1 錠子的選擇

影響集落過程插管率、拔管率及留頭率的細紗機用主要器材專件，有導紗鉤、鋼領、錠子、氣圈環(huán)、抓管器、隔紗板等。其中，錠子的配置是關鍵，建議紡織企業(yè)改造時更換鋁套管錠子，且要求其割紗器鋒利、耐磨。為了適應非棉纖維對帶集落裝置細紗機的高要求，公司從3家錠子廠定制同規(guī)格鋁套管錠子并進行紡紗試驗，以選用可靠性、穩(wěn)定性好的產(chǎn)品，確保集落效果。

試驗條件：生產(chǎn)品種為T 28 tex K紗，細紗機為EJM128K型，前膠輥為WRC-836型，后膠輥為WRC-836型，鋼絲圈為印度拉絲美U1 ML UDR 4號，鉗口隔距為4.5 mm，前羅拉轉(zhuǎn)速為260 r/min，錠子最高轉(zhuǎn)速為13 850 r/min，紗管為浙江三友產(chǎn)210 mm紗管。3種錠子相關參數(shù)及試驗對比見表1。

表1 3種錠子相關參數(shù)及試驗對比

項目YD4210V-20.5型ZD4210H-20.5型HFD7111GR-20.5P型上機位置1號、36號東側(cè)36號西側(cè)1號西側(cè)錠底尖錠底平錠底錠速/(r·min-1)最大12 82512 66512 825最小12 10812 06212 250差異717603575錠子加油量/mL80±1070±10割紗器不可更換可更換、不易松脫可更換、易松脫、易嵌紗割紗器刀片不易變形、脫落易變形、脫落錠子與紗管的配合間隙稍大最小次之錠桿振幅稍大最小次之紗管上竄較少較少較少紗管與割紗器之間纏花較少較少稍多1年后性能評價正常較好有損壞 注:錠盤直徑為20.5 mm。

從表1可以看出，不同廠家同規(guī)格鋁套管錠子使用性能有差異；使用1 a后ZD4210H-20.5型錠子狀態(tài)較好；但3種錠子均有割不斷尾紗的問題。

3.1.2 鋼領板升降

串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)，要求落紗時鋼領板高度應處于廢絲盤中間，不同于長車要求的鋼領板位置在同高度。建議加裝鋼領板電子升降裝置，以調(diào)整升降速度、優(yōu)化工藝參數(shù)，保證留頭率及管裝容量。鋼領板采用江蘇格羅瑞電子升降系統(tǒng)，用伺服系統(tǒng)對細紗卷繞實行精確定位和速度控制，保證等螺距卷繞成型，可解決由于機械凸輪打頓、磨損造成的成型不良、脫圈等問題，工藝調(diào)整操作方便，能有效提高二次開車留頭率。

3.1.3 導紗板

采用彈簧自動復位式導紗板，在滿紗翻起拔滿紗插空管后，導紗板在彈簧作用下能夠100%落下，避免引起斷頭或增加擋車工翻落導紗板次數(shù)而影響生產(chǎn)效率。建議導紗板高度以始紡位置距離管頂20 mm～25 mm為宜，配合合適的鋼絲圈規(guī)格，使小紗時紗線不碰擦隔紗板，大紗時紗線不碰擦筒管頭；選用耐磨鋼導紗鉤，以避免紡紗通道磨損。

3.1.4 鋼絲圈清潔器

鋼絲圈清潔器用于刮去鋼絲圈積花，其隔距隨紗號調(diào)整，紗號越粗隔距越大。以14.58 tex紗為例，隔距為1.8 mm。二者隔距太大，不僅無法發(fā)揮清潔作用，落紗時還容易脫出鋼絲圈，增加開車斷頭；隔距太小，鋼絲圈運行不平穩(wěn)甚至楔住，可能會引起松紗、弱捻紗和斷頭。

3.1.5 鋼絲圈

合理的鋼絲圈使用周期對斷頭影響很大。周期太長，紡紗通道磨損嚴重，輕者刮傷紗線，造成強力下降，出現(xiàn)紗條細節(jié)，重則會產(chǎn)生棉結(jié)。因此，要根據(jù)紡紗速度、生產(chǎn)品種、紡紗型式、鋼絲圈類型及企業(yè)狀況制定切實可行的使用周期。

3.1.6 其他

尾紗清理與開車留頭率關系很大，因為尾紗在開車時會干擾正常紗的運行，不斷碰擦正常紗線，造成斷頭增加，增加紗線毛羽，應每周清理尾紗1次，每日巡回檢查1次，維護好集落裝置，保證氣架高低、進出、左右位置正常，動作運行到位。

3.2 工藝部分

3.2.1運用合理的紡紗錠速曲線，以保證落紗留頭率。細紗主機采用9級變頻調(diào)速設置，可以將錠速曲線細化為生頭期、小紗穩(wěn)定期、小紗成形期、中紗加速期、中紗峰速期、中紗減速期、大紗減速期、大紗穩(wěn)定期和落紗錠速期。在整個變速過程中盡量做到速度曲線平滑、運行平穩(wěn)，避免突然加速、過早減速，最大限度地解決產(chǎn)量和斷頭的矛盾。T 28 tex品種的紡紗錠速曲線如圖6所示。

3.2.2選取適合的鋼絲圈圈形及質(zhì)量。根據(jù)鋼領的型號選擇相應的鋼絲圈型號，開口不宜過大，但必須保證紗線有充裕的通道；號數(shù)選擇的原則是小紗時紗線不碰擦隔紗板，大紗時紗線不碰擦筒管頭。

3.2.3束身紗即落紗時纏繞在紗體上的紗，基礎圈數(shù)為0.5～3.0圈。

圖6 T 28 tex品種的紡紗錠速曲線

3.2.4尾紗即纏繞在廢絲盤上的保險紗，原則上越少越好，但在拔紗時要保證紗線切斷的同時保險紗不被拽開，以3～5圈為宜。

3.2.5剎車時間設置應保證高速旋轉(zhuǎn)的錠子在剎車時間內(nèi)停住，以減少加捻三角區(qū)的弱捻，尤其是環(huán)錠紡若采用自由停車時，延時停車應在10 s～15 s內(nèi)調(diào)節(jié)。

3.2.6起紗位即落紗中鋼領板升起的位置，原則上要高于割紗刀，以保證紗線易切斷。

3.2.7中紗位即開車時鋼領板升到的最高位置，既要保證下行距離足以將辮子紗拉展，又不能因下行距離過長將紗線拉斷，同時要兼顧絡筒機狀態(tài)，不可因中紗過高、過多，造成絡筒機退繞困難。

3.2.8開車錠速既要保證有足夠的錠速將氣圈打開以便及時加捻，又不能因錠速過高造成瞬間張力過大、甩斷紗線，還要和下鋼領板速度結(jié)合將辮子紗拽開。

4 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)的安裝維護及使用

4.1 安裝

串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)安裝時，機臺中心線位置必須相同，車面、龍筋高度定位必須一致，以保證落紗同步、鋼領板升降一致；導紗鉤、鋼領、錠子、氣圈環(huán)和抓管器須在同一個中心點保持居中。

4.2 維護

該系統(tǒng)安裝完成1個月后進行1次檢修；正常運轉(zhuǎn)后每3個月進行定期檢查。具體檢查內(nèi)容：漏斗盒調(diào)整與凸盤頂部對齊；檢查提升皮帶松緊，鏈條傳動潤滑；檢修提升擋板螺絲及提升電機鏈輪是否松動；檢查鏟管零件的螺釘是否松動；檢查紗管庫里理管處的斜板與撥輪的距離是否相切，斜板的螺釘是否松動；絲桿箱半年加油，檢查鏈條、張緊輪是否張緊；檢查大氣缸中間位螺絲是否松動，中間傳動軸螺母是否松動，橫梁座螺絲是否松動；檢查凸盤傳動桿連接處螺絲、推凸盤氣缸連接處螺絲是否松動；檢查氣源壓強是否達到0.6 MPa，檢查氣路是否漏氣。

4.3 使用

4.3.1加強操作運轉(zhuǎn)管理。制定好部件清潔周期，定期停車清理錠腳和錠桿回絲，以保證紗管定位；托盤軌道飛花按順時針清掃，但須防止凸盤位移；清潔所有光電開關、傳感器，以減少誤動作；擋車工接頭使用剎錠器，嚴防錠子運轉(zhuǎn)時直接拔取紗管。

4.3.2加強運行安全生產(chǎn)。在集落動作過程時，禁止將手或其他身體部位伸入人字臂下方進行操作，如有需要可先暫停設備再操作；因操作空間所限，應避免運粗紗小車進入細紗弄檔，以免損壞氣架等部件而影響集落工作；中間位寄放站禁止手動插放空管或紗管；錠子運轉(zhuǎn)時禁止處理錠腳回絲，避免安全事故發(fā)生。

5 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)應用效果

以改造42臺480錠細紗機(20 160錠)為例，其串聯(lián)式細紗機短車集落方案1配置鋁套管錠子；方案2為在現(xiàn)有錠子上加裝錠子固定器。紡紗號數(shù)均為19.44 tex，具體改造費用見表2。

表2 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)改造費用

項目方案1方案2錠子型式鋁套管光桿錠子改造費用/(元·臺-1)49 92019 200新型紗管費用/(元·臺-1)1728×3—機臺數(shù)量/臺2121變頻及電子升降費用/(萬元·臺-1)19.619.6總額/萬元527.3451.9

由表2可知，方案1總費用高的原因是配套使用了鋁套管錠子和新型紗管；雖然方案1總費用增加，但穩(wěn)定性優(yōu)于方案2。

5.1 用工對比

以三班三運轉(zhuǎn)為例，串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)改造前后的用工對比，見表3。

由表3可知方案1在省工、省費方面優(yōu)勢突出。

5.2 能耗對比

以19.44 tex紗、2萬錠為例，串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)改造前后的能耗對比，見表4。

表3 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)用工

項目改造前方案1方案2細紗機/臺4221×221×2每班開車生頭落紗/人824每班運紗擺管/人222運轉(zhuǎn)班數(shù)333總用工/人301218月人均工資/萬元0.60.60.6年總工資/萬元21686.4129.6節(jié)約用工/人—1812節(jié)約工資/萬元—129.686.4

表4 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)能耗

項目改造前方案1方案2細紗機/臺4221×221×2集落運行功率/kW—3.23.2每落紗耗電量/(kW·h)—0.160.16日落紗數(shù)/次294147147電費/[元·(kW·h)-1]—0.720.72年費用/元—5 842.45 842.4

由表4可知，與改造前相比，方案1和方案2能耗雖有上升趨勢，但結(jié)合節(jié)約用工其年費用微乎其微(耗氣費用忽略不計)。

5.3 生產(chǎn)效率對比

影響細紗機生產(chǎn)效率的因素主要有速度、落紗時間、千錠時斷頭、環(huán)境因素等。串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)改造前后的生產(chǎn)效率對比，見表5。

表5 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)生產(chǎn)效率

項目改造前方案1方案2細紗機/臺4221×221×2細紗機最高車速/(kr·min-1)15.517.015.5每落紗用時/min3.53.53.5每落斷頭數(shù)/(根·臺-1)101519日落紗數(shù)/次294147147日落紗停臺時間/h17.1517.1517.15年增加理論產(chǎn)量/%—9.60

由表5可知，方案1因改用鋁套管錠子可適應較高車速，年產(chǎn)量提高較大(需根據(jù)所紡品種而定)；方案2未改變錠子及錠速，產(chǎn)量維持不變；無論細紗機是否改造，人工落紗與自動落紗一落紗所需時間接近，對落紗時間無明顯優(yōu)勢。

5.4 投資分析

以19.44 tex紗、2萬錠為例，串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)投資分析見表6。

表6 串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)投資分析

項目改造前方案1方案2細紗機/臺4221×221×2集落改造總費用/萬元—527.3451.9總用工/人301218年節(jié)省工資/萬元—129.686.4年增加產(chǎn)量(錠速提高)/%—9.60投資回收期(未考慮增產(chǎn))/a—4.075.23

由表6可知，細紗機短車集落系統(tǒng)改造投資回收期均為4 a～5 a，雖然改造費用偏高，但因舊細紗機短車市場價僅為2.5萬元/臺～3.5萬元/臺，相對于更換新的短車集落整機而言，改造投資價值高。

6 結(jié)語

6.1串聯(lián)式細紗機短車配備集落裝置實現(xiàn)了2臺或多臺細紗機短車串聯(lián)。通過南通雙弘公司近2 a的改造實踐證明，完全可以達到預期效果，能有效緩解紡紗廠用工荒、勞動強度大等問題，對傳統(tǒng)紡織企業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級，推行智能化改造意義重大，是紡紗企業(yè)的最佳選擇，具有廣闊的市場前景。

6.2串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)，可大量節(jié)省用工、占地面積和單機成本，可靠性、穩(wěn)定性較高，能夠提高設備利用率且節(jié)能環(huán)保。

6.3合理的工藝參數(shù)及器材專件選擇是保證較高留頭率，減少斷頭率，提高成紗質(zhì)量的保證，應根據(jù)不同纖維及紡紗號數(shù)選擇優(yōu)質(zhì)的器材專件并設置合理的紡紗曲線參數(shù)，尤其要加強錠子性能研究。

6.4串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)安裝要求較高，須保證2臺或多臺短車處于同一中心線位置、同一高度、同一開檔，否則影響自動落紗效果；應加強保全維護人員的安裝培訓，以確保設備運行可靠、穩(wěn)定。

6.5為保證管紗容量，減少設備落紗停臺時間，提高留頭率，保證生產(chǎn)效率，建議細紗機短車集落系統(tǒng)加裝主電機變頻器和電子升降。

6.6串聯(lián)式細紗機短車集落系統(tǒng)能適應不同機型的細紗機改造，但EJM128等機型必須加工或更換中墻板方可進行。