倪 遠(yuǎn)，王仁糧，徐穩(wěn)根

(1.紡之遠(yuǎn)(上海)紡織工作室，上海 200063；2.銅陵松寶智能裝備股份有限公司，安徽 銅陵 244000)

四年一次的紡織行業(yè)盛會——ITMA展覽會2019年6月在西班牙巴塞羅那舉辦。全球有創(chuàng)見的紡機企業(yè)在本屆展會上推出了新品，筆者對行業(yè)關(guān)注的細(xì)紗相關(guān)拓展創(chuàng)新技術(shù)作一介紹和解析，旨在分享相關(guān)紡紗拓展創(chuàng)新技術(shù)信息，期待行業(yè)共同關(guān)注紡紗創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展動向。由于相關(guān)技術(shù)項目較為前沿，加之筆者關(guān)注點的深度和廣度有限，不足之處期望行業(yè)同仁關(guān)注并完善解讀。

1 細(xì)紗接頭機械手

1.1 瑞士立達(dá)公司

立達(dá)公司公開首展環(huán)錠細(xì)紗機自動接頭機械手ROBOspin(見圖1)，是本屆展會上紡紗技術(shù)領(lǐng)域的一大亮點。該細(xì)紗機接頭機械手為細(xì)紗機單面配置1臺往復(fù)巡回式接頭機械手。ROBOspin從單錠監(jiān)測系統(tǒng)ISM接收關(guān)于對應(yīng)斷頭位置的信息，可實現(xiàn)從定位目標(biāo)斷頭錠位、拔起紗管、尋找紗頭、鋼絲圈氣圈環(huán)和導(dǎo)紗鉤穿頭，到紗線接頭的序列操作動作。

細(xì)紗機接頭機械手ROBOspin的特征如下。

a)

a) 穩(wěn)定品質(zhì)，始終如一。自動化接頭程序可確保紗線接頭器的穩(wěn)定運行，操作周期中盡量避免與管紗發(fā)生接觸，避免外層紗線受到污染，從而保證紗線質(zhì)量。

b) 最少的人工，最高的產(chǎn)能。ROBOspin可24 h持續(xù)工作，接頭機械手的使用可大大減少人工需求，從而顯著降低人工成本，同時也減輕了人力資源規(guī)劃和紡紗廠管理的工作量。

實樣演示的接頭操作顯示，每次接頭從到達(dá)錠位起到完成接頭，期間的接頭時間約為1 min，也有一定的接頭不成功概率。據(jù)介紹ROBOspin是專門為立達(dá)細(xì)紗機設(shè)計的配置，1臺細(xì)紗機必須配置2臺ROBOspin，因此萬錠投資成本不低。由于尚未有市場報價，因而難以評估產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用市場效應(yīng)。

1.2 印度朗維公司

朗維公司也在展會上有限度地展示了配置細(xì)紗接頭機械手的LRJ9-SXL型的細(xì)紗機，帶集落、細(xì)絡(luò)聯(lián)和四羅拉集聚紡spinpact裝置。朗維細(xì)紗接頭機械手與立達(dá)ROBOspin在操作程序方面最大不同之處在于，朗維采用不拔紗管找頭的方法。從斷紗檢測點的改變、接頭機械手軌道、接頭機械手體積及至接頭過程，均較遜于立達(dá)ROBOspin。

1.3 接頭機械手小結(jié)

環(huán)錠細(xì)紗機機器自動接頭技術(shù)，是紡紗領(lǐng)域中為數(shù)不多未能真正攻克產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用難題的自動化項目之一。隨著時代的進(jìn)步、行業(yè)的發(fā)展，及紡紗信息化、自動化和智能化的推進(jìn)，自動接頭機械手的再研發(fā)已提上議事日程。

細(xì)紗機自動接頭機械手，在20世紀(jì)停止研發(fā)的數(shù)十年后，新世紀(jì)首見亮相，立達(dá)和朗維同時推出，廣受行業(yè)關(guān)注，預(yù)示著該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件基本具備，即將走向最難攻克的細(xì)紗機接頭與值車工作人工替代階段，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將助推環(huán)錠紡紗生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步。

自動接頭技術(shù)近年引起行業(yè)較大關(guān)注，國內(nèi)也傳出有關(guān)企業(yè)進(jìn)入或準(zhǔn)備進(jìn)入研發(fā)階段的信息，也已經(jīng)有多家國內(nèi)專利申請人提出接頭機械手相關(guān)的中國專利申請，但一直到本屆展會開幕為止，國內(nèi)尚未有研發(fā)自動接頭機械手的確切信息。

2 多氣圈超高速紡紗技術(shù)

2.1 概況

西班牙卓斯特(Twistechnology)公司是一家專注加捻技術(shù)的科技公司，其注冊商標(biāo)和實驗室名稱為spinhole。他們展出了創(chuàng)新的環(huán)錠紡超長氣圈段多波節(jié)氣圈紡紗技術(shù)，現(xiàn)場展示有5臺長短不一的棉紡、毛紡等細(xì)紗機樣機(見圖2)。據(jù)稱該紡紗方法產(chǎn)能可提高1倍，能耗降低20%，其中棉紡細(xì)紗機采用三羅拉牽伸加羅卡斯機械式集聚紡紗裝置。

圖2 Twistechnology公司樣機

從圖2樣機現(xiàn)場運行情況看，紗管頂端到導(dǎo)紗鉤距離約為600 mm，隔紗板也大幅度加長，但隔紗板與導(dǎo)紗鉤之間留出距離，鋼領(lǐng)與導(dǎo)紗鉤之間無氣圈控制環(huán)。演示的紡紗過程紡紗段和氣圈段都呈現(xiàn)多波節(jié)自由氣圈，紡紗段為4個小氣圈，氣圈段為8個氣圈，見圖3a)，觀察其氣圈的最大直徑未超過管紗外徑(38 mm)，氣圈頸部直徑約為15 mm～20 mm。

a) b)圖3 超長氣圈段多波節(jié)氣圈單錠超高速紡紗演示

單錠超高速紡紗控制面板顯示見圖4，演示最高紡紗錠速為34 kr/min，出條速度為37.8 m/min，計算鋼絲圈線速度為67.6m/s。筆者觀察到由于鋼絲圈線速度過高，存在飛鋼絲圈斷頭、氣圈波節(jié)不穩(wěn)定、接頭困難和斷頭飛花帶斷鄰錠等問題，因此樣機只進(jìn)行單錠紡紗演示。如果這些問題沒有適宜的解決方案，將無法進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

圖4 單錠多波節(jié)氣圈超高速紡紗控制面板顯示

盡管如此，這項技術(shù)還是為行業(yè)帶來若干技術(shù)啟示，或?qū)榄h(huán)錠紡紗技術(shù)的突破帶來希望。畢竟這僅僅是在普通環(huán)錠紡或環(huán)錠集聚紡的基礎(chǔ)上增大氣圈段高度，并使之產(chǎn)生多波節(jié)氣圈，這種并不復(fù)雜的改變能使紡紗錠速極限產(chǎn)生大幅突破，這看起來是一個不可思議的創(chuàng)舉，是超出行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)行家認(rèn)知的變革。

2.2 機理分析

有關(guān)多自由氣圈有助于超高速紡紗的機理，筆者分析主要在于紡紗段和氣圈段的多波節(jié)自由氣圈紡紗狀態(tài)，對環(huán)錠紡紡紗錠速制約要素的突破?？疾飙h(huán)錠紡紡紗錠速制約首要因素就是紡紗斷頭，而紡紗斷頭發(fā)生的充要條件是：紡紗張力動態(tài)峰值大于紗線最小強力。假定紗線最小強力無法改變，那么降低紡紗張力動態(tài)峰值就成為突破紡紗錠速制約的第一要素。降低紡紗張力動態(tài)峰值，一是要降低紡紗平均張力，二是要降低紡紗張力波動。多波節(jié)自由氣圈超高速紡紗工藝除了大幅度增大氣圈段高度外，另一個重要工藝就是大幅度減輕鋼絲圈質(zhì)量。從靜態(tài)分析可知，鋼絲圈質(zhì)量減輕可使卷繞段平均張力大幅度下降，由于氣圈段垂直度很大，氣圈膨大的同時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形成多波節(jié)自由氣圈，并在接頭完成后用雙手適當(dāng)干預(yù)可以控制波節(jié)數(shù)量，使多波節(jié)自由氣圈的最大直徑或頸部直徑都很小且均衡分布。這樣一方面通過大幅度減輕鋼絲圈質(zhì)量來降低卷繞段平均張力；另一方面多波節(jié)自由氣圈直徑顯著變小，使氣圈段張力大幅度降低，并使卷繞段與氣圈段張力得到平衡，同時由于紡紗段張力也同步降低，紡紗段形成多個小氣圈，從而大幅度緩解與平抑紡紗張力波動對超高速紡紗的影響。

環(huán)錠紡紡紗段的張力是氣圈段張力通過導(dǎo)紗鉤傳遞的，由于捻陷效應(yīng)且其位于加捻末端，紡紗三角區(qū)是強力最弱的位置，也是斷頭高發(fā)區(qū)。紡紗段是我們?nèi)粘Ｓ檬种钢苯痈惺芗徏啅埩Φ奈恢?，雖然這種感受是定性或粗放定量的，即便是目測紡紗段紗條，也能看到普通紡紗過程由于紡紗張力的作用，紗條是基本準(zhǔn)直或呈現(xiàn)小幅抖動狀態(tài)，當(dāng)在多波節(jié)自由氣圈紡紗狀態(tài)下，紡紗段也產(chǎn)生多個小氣圈時，我們完全可以判斷氣圈段和紡紗段的平均張力很小，同時氣圈段和紡紗段多波節(jié)自由氣圈又平抑甚至隔離了由鋼領(lǐng)板升降、卷繞直徑變化和鋼絲圈姿態(tài)引起的張力波動，從而實現(xiàn)超高速紡紗。這樣的紡紗狀態(tài)中，有一個非常有利的現(xiàn)象值得一提，即多氣圈之間具有自調(diào)均衡效應(yīng)，從而使氣圈之間的高度和直徑自動均勻，使紡紗狀態(tài)較為穩(wěn)定。

2.3 演示分析

觀察分析多波節(jié)自由氣圈紡紗現(xiàn)場演示，影響正常紡紗狀態(tài)的因素有以下幾個方面。

a) 接頭過程。需要降速后接頭再逐步隨多氣圈形成后加速，期間需要雙手輔助形成多氣圈，接頭過程可能影響鄰錠紡紗，所以超高速紡紗的演示狀態(tài)為單臺單錠進(jìn)行。

b) 紡紗過程。主要是沒有適于超高速紡紗的鋼絲圈，或者說沒有超高速配套應(yīng)用的鋼領(lǐng)鋼絲圈，超線速度極限的鋼絲圈經(jīng)常會發(fā)生燒毀、飛圈。

c) 斷頭以后。由于氣圈段高度過大，斷頭時極易帶斷鄰錠，干擾鄰錠紡紗，這也可能是超高速紡紗只進(jìn)行單錠演示的原因。

環(huán)錠紡紗氣圈、鋼領(lǐng)圈和鋼絲圈的“三圈”中，多波節(jié)自由氣圈紡紗技術(shù)只是減輕了氣圈對紡紗張力和斷頭的影響，但后二者鋼領(lǐng)圈和鋼絲圈未能同步發(fā)展，鋼絲圈線速度極限以及錠速等依然會制約環(huán)錠紡超高速生產(chǎn)的應(yīng)用，這些都是攻克環(huán)錠紡超高速紡紗難題亟待解決的課題。

與該公司專家現(xiàn)場交流獲知，他們確實未找到能持續(xù)超高速運行的鋼絲圈，只能用現(xiàn)有技術(shù)的鋼領(lǐng)、鋼絲圈演示。飛圈導(dǎo)致經(jīng)常斷頭、甚至成為進(jìn)一步提速的主要障礙，符合現(xiàn)有技術(shù)中行業(yè)的共識，即鋼絲圈線速度極限為40 m/s～45 m/s，尚無法有效突破。卓斯特公司演示多波節(jié)氣圈高速紡紗技術(shù)，并不是要宣稱該技術(shù)可以成熟應(yīng)用，而是要向行業(yè)展示該技術(shù)具有產(chǎn)生環(huán)錠紡紗錠速極限突破的可能，并期望通過展示該技術(shù)紡紗實況示范，吸引業(yè)界關(guān)注，尋找合作伙伴共同研發(fā)該技術(shù)。

3 豐田未來紡紗技術(shù)

日本豐田公司在展會上展出了一款新型的細(xì)紗機，據(jù)稱紡紗速度可以達(dá)到50 kr/min，突破了人們對紡紗技術(shù)的想象，被稱為“豐田未來紡紗技術(shù)”。由于是“有限度”展示，包括筆者在內(nèi)的絕大部分參觀者都無法睹其真容，筆者只能從零散的信息中對該技術(shù)進(jìn)行初步判斷。

展會期間獲得這項新技術(shù)的相關(guān)信息包括：無鋼領(lǐng)、鋼絲圈，在一個罐狀筒體中紡紗，間隙進(jìn)行紡紗+退繞程序，錠速可達(dá)50 kr/min。根據(jù)這些信息，筆者當(dāng)時就初步判斷為離心紡紗，并回憶起2006年北京國際紡機展上看到過的國產(chǎn)離心紡紗樣機。2006年所見該技術(shù)相關(guān)的專利信息是：發(fā)明名稱為自動離心式細(xì)紗機(見圖5)[1]，專利申請?zhí)枮?00610048034.3，專利申請人為沈陽華岳機械有限責(zé)任公司，專利申請日為2006年10月17日，即當(dāng)年紡機展的開幕日。僅這一點就可推測該樣機展示較為倉促，該技術(shù)成熟度不高。

圖5 沈陽華岳機械公司2006年自動離心式細(xì)紗機專利

在ITMA2019展會結(jié)束后的2019年8月～10月間，中國專利局公開了日本豐田申請的離心式細(xì)紗機相關(guān)專利(見圖6)不少于6項(見表1)。

圖6 豐田離心式細(xì)紗機專利

表1 2019年豐田離心式紡紗機多項中國發(fā)明專利示例

4 兩點思考

將離心式細(xì)紗機技術(shù)發(fā)展為“豐田未來紡紗技術(shù)”是一項在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的再創(chuàng)新，豐田公司必須攻克相關(guān)技術(shù)難題，突破傳統(tǒng)創(chuàng)造未來。

在環(huán)錠紡紗領(lǐng)域，如果把錠速20 kr/min以上稱為高速紡紗，30 kr/min以上稱為超高速紡紗，那么40 kr/min以上就可稱為甚高速紡紗了；由此可見，傳統(tǒng)行業(yè)并不止步，它在努力迎接未來。

筆者曾在2019年3月會議上公開判斷：“按照發(fā)展趨勢，紡紗領(lǐng)域其他自動化難題的攻克也值得期待。如細(xì)紗機自動接頭機械手、自絡(luò)精密卷繞技術(shù)，甚至細(xì)紗機加捻卷繞技術(shù)也有可能產(chǎn)生突破”[2]——這是值得為行業(yè)高興的事，但遺憾的是基本上都不是我們這個紡織大國呈現(xiàn)的。

5 結(jié)語

歷數(shù)展會紡紗新技術(shù)，難免掛一漏萬。眾多紡紗新技術(shù)的展示，切實證明傳統(tǒng)領(lǐng)域的紡紗技術(shù)不斷展現(xiàn)新枝綠葉：其中有期待良久的自動化信息化項目、有高性價比的工藝技術(shù)突破，也有超乎想象的高速紡紗，行業(yè)創(chuàng)新取得了令人欣喜的成果。

置身這個偉大的時代、這個永不落日的行業(yè)，我們能做的是什么？如何為紡織強國添磚加瓦，確實是值得思考的問題，在時代與行業(yè)前進(jìn)的洪流中，處于紡織領(lǐng)域主戰(zhàn)場的中國紡織企業(yè)，應(yīng)該緊跟、再緊跟！