王 勇

青島宏大紡織機械有限責(zé)任公司 研發(fā)中心(中國)

傳統(tǒng)的原料混合多采用人工混合或在并條機上進行混并,這會造成纖維之間混合質(zhì)量不穩(wěn)定、比例不準(zhǔn)、沒有立體感,而且存在用工緊張、生產(chǎn)效率低等問題[1-2]。近年來,隨著混紡和色紡產(chǎn)品逐漸向高端化、品種差異化方向的發(fā)展,稱重混棉機應(yīng)運而生,并快速發(fā)展,清花混棉已成為混紡、色紡品種的技術(shù)主流[3]。

隨著混紡、色紡市場的快速成長,紡機制造廠商紛紛跟進稱重混棉機的研發(fā)與生產(chǎn)。稱重混棉機結(jié)構(gòu)各異,相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未推廣;混紡、色紡工藝流程不完善,存在纖維混合不勻、混紡比不準(zhǔn)確等問題[4-5]。因此,稱重混棉機的發(fā)展還不夠成熟,需要進一步地探索,本公司(青島宏大紡織機械有限責(zé)任公司)經(jīng)過多年相關(guān)設(shè)備的開發(fā)及應(yīng)用,已基本完成了對稱重混棉機精確稱重的工藝研究。

1 稱重混棉機的應(yīng)用

以下介紹有稱重斗精確稱重功能的稱重混棉機,皮帶秤形式、平斜簾多倉形式的稱重混棉機稱重精度較低,不在本文探討之列。

1.1 稱重混合原理

稱重混棉機是通過對稱重斗內(nèi)纖維的稱重實現(xiàn)纖維的混合,按稱重與混合“時空”順序的不同可將稱重分為單種纖維稱重型和多種纖維混合稱重型。

1.1.1 單種纖維稱重型

如圖1所示,單種纖維稱重型即對單種纖維進行稱重,若要實現(xiàn)多種纖維的稱重混合則需配置多臺(通常為3臺或4臺)此類型稱重混棉機,多臺稱重混棉機將稱重后的不同纖維在精細(xì)開松機輸送帶上進行疊層,經(jīng)開松后輸送至后級機臺,從而實現(xiàn)對多種纖維成分的稱重混合(精細(xì)開松機此處不做介紹)。該種稱重混棉機的優(yōu)點是產(chǎn)量高,最多可實現(xiàn)6種纖維的稱重混合,是稱重混棉機的主力機型。

1—單種纖維稱重型稱重混棉機; 2—精細(xì)開松機。圖1 單種纖維稱重型稱重混棉機組

1.1.2 多種纖維混合稱重型

如圖2所示,多種纖維混合稱重型稱重是在稱重混棉機內(nèi)部實現(xiàn)多種纖維(通常2～3種)的混合,利用稱重斗內(nèi)纖維質(zhì)量的累加實現(xiàn)對多種纖維的稱重混合,混合后的纖維經(jīng)精細(xì)開松機的轉(zhuǎn)移及開松后輸送至后級機臺。有別于單種纖維稱重型,多種纖維混合稱重混棉機內(nèi)部有3個獨立的儲棉箱及對應(yīng)給棉通道,可實現(xiàn)稱重斗內(nèi)纖維的稱重混合。該種稱重混棉機的優(yōu)點是占地面積小、產(chǎn)量受混紡比的影響較小,但產(chǎn)量較低,實際產(chǎn)量通常不超過300 kg/h,因此其市場份額不高。

1—多種纖維混合稱重型稱重混棉機; 2—精細(xì)開松機。圖2 多種纖維混合稱重型稱重混棉機組

1.2 工藝流程

目前,市場中清梳混紡線的流程配置種類繁多,按照生產(chǎn)的連續(xù)性,可分為連續(xù)化生產(chǎn)和非連續(xù)化生產(chǎn)兩種。

1.2.1 連續(xù)化生產(chǎn)

連續(xù)化生產(chǎn)是將稱重混棉機應(yīng)用于清梳聯(lián)流程,因其生產(chǎn)效率高、節(jié)省人工的優(yōu)點而深受市場歡迎,也是符合無人車間發(fā)展的一種模式。目前,市場上應(yīng)用最多的流程為:①抓棉機→②稱重混棉機組→③多倉混棉機→④清棉機→⑤梳棉機。針對黏膠等纖維不易開松的特點,有部分混紡線在①抓棉機和③稱重混棉機組中間增加了開松設(shè)備,充分的開松有利于纖維的精細(xì)混合。

1.2.2 非連續(xù)化生產(chǎn)

非連續(xù)化生產(chǎn)是將原料稱重混合后打包,然后放至正常清梳聯(lián)生產(chǎn)線上使用。相對于連續(xù)化生產(chǎn)模式,其混合效果更好,但長流程對紗線指標(biāo)有影響,并且打包及排包過程必將增加勞動強度、影響生產(chǎn)效率。非連續(xù)化生產(chǎn)的主要流程為:①抓棉機→②稱重混棉機組→③打包機→④正常清梳聯(lián)生產(chǎn)線。

1.3 存在的問題

稱重混棉機存在諸多不合理設(shè)計,難以滿足精確稱重或高產(chǎn)的要求;工藝流程設(shè)計不合理,存在生產(chǎn)效率低、混合效果不佳等問題。這些問題的存在都會直接或間接地影響用戶的經(jīng)濟效益,造成相應(yīng)損失。

2 JWF1081/A型稱重混棉機及工藝流程

本公司對稱重混棉機的精確稱重工藝進行了系統(tǒng)研究,升級設(shè)計了JWF1081/A型稱重混棉機(單種纖維稱重型),并制定了標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程。升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機如圖3所示。

1—儲棉箱; 2—給棉部件; 3—打手部件; 4—翻板開合部件; 5—稱重部件; 6—支撐部件。圖3 升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機

2.1 升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機

對關(guān)鍵機械結(jié)構(gòu)和電氣控制進行優(yōu)化設(shè)計后提升了稱重的精確性和穩(wěn)定性。

2.1.1 儲棉箱

儲棉箱位于稱重混棉機頂部,起著儲棉和排風(fēng)的作用。

——儲棉箱內(nèi)是經(jīng)過開松后比較蓬松的纖維,足夠的儲棉量是精確稱重的前提,儲棉箱有效儲棉空間為0.54 m3,儲棉量可達(dá)18 kg。

——儲棉均勻密實是精確稱重的基礎(chǔ),儲棉箱的排風(fēng)能力能與FT243A型入口風(fēng)機風(fēng)量相匹配,儲棉箱排風(fēng)區(qū)域下部采用大面積網(wǎng)眼排風(fēng),上部采用可調(diào)濾網(wǎng)排風(fēng),排風(fēng)面積可>5 m2,可實現(xiàn)儲棉箱內(nèi)風(fēng)既壓緊纖維又不穿透儲棉箱,避免了到達(dá)稱重部位的風(fēng)對稱重精度的嚴(yán)重影響。控制儲棉箱排風(fēng)管道靜壓為-120～-230 Pa,補風(fēng)口設(shè)計有可調(diào)節(jié)的補風(fēng)板,方便調(diào)節(jié)補風(fēng)位置和補風(fēng)量,避免儲棉箱內(nèi)儲棉不均。

——過棉通道平滑過渡,避免了截面驟變出現(xiàn)的氣流紊亂;儲棉區(qū)域特別是網(wǎng)眼區(qū)域經(jīng)表面處理(如拋光),可減少掛花、纖維粘網(wǎng)眼的可能性。

2.1.2 給棉

給棉采用上下兩對羅拉,上面為一對大直徑六翼片羅拉,下面為小直徑翼片羅拉+包針布羅拉。上面的一對翼片羅拉大隔距、大直徑,可高效地將纖維壓緊、轉(zhuǎn)移,采用高產(chǎn)、防纏繞設(shè)計,適紡纖維的長度更大;小直徑翼片羅拉和包針布羅拉可有效地握持和轉(zhuǎn)移纖維。給棉傳動采用伺服技術(shù),相較于變頻傳動能夠?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)給棉。

2.1.3 打手區(qū)域

打手采用大直徑6排梳針打手,變頻控制,柔和開松[6]的同時可高效地將纖維開松、轉(zhuǎn)移。通過合理的過棉通道設(shè)計,能將經(jīng)過打手開松后的纖維動能予以抵消,纖維以近乎自由落體的狀態(tài)落入稱重斗內(nèi);打手旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)通過過棉通道的排風(fēng)區(qū)域排出。在此基礎(chǔ)上的影響通過電氣算法補償,可最大程度地確保稱重精度。

2.1.4 翻板開合

翻板開合部件位于稱重斗的上方,給棉時開啟,非給棉時關(guān)閉。翻板旋轉(zhuǎn)軸處采用了細(xì)毛刷+雙層密封皮設(shè)計,可防止此處搭花,尤其是能防止較長的辮子接觸稱重斗造成的長時間稱重偏差。

2.1.5 稱重

稱重采用三點懸掛結(jié)構(gòu),使稱重系統(tǒng)能快速、穩(wěn)定地稱重,縮短稱重周期。每個稱重點采用模塊化設(shè)計,稱重斗與稱重傳感器采用柔性連接技術(shù),并增加限位設(shè)計和橡膠減振,從而能有效減少低頻振動對稱重的影響。

稱重斗采用特殊材質(zhì),稱重斗內(nèi)無纖維時,稱重傳感器總承載質(zhì)量不足30 kg,做到承載纖維與稱體質(zhì)量比最大化,提升了稱重精度。稱重斗側(cè)面設(shè)置了合理的網(wǎng)眼排風(fēng)區(qū)域,減小了風(fēng)力對稱重的影響。

2.1.6 支撐

創(chuàng)新性地采用獨立支撐設(shè)計,即稱重結(jié)構(gòu)不與給棉、打手等產(chǎn)生振動部分接觸。測試可知:正常開車時,非獨立支撐方式的稱重部位平均振幅達(dá)0.8 mm,獨立支撐稱重部位平均振幅則僅為0.2 mm,振幅大幅減小75%,明顯可見獨立支撐設(shè)計的優(yōu)勢。

2.1.7 電氣控制

科學(xué)合理的電氣控制程序有效確保了稱重的精確性:稱重周期內(nèi)7大階段劃分,控制執(zhí)行動作的并行或串行;儲棉箱儲棉量控制和下限保護,確保稱重的連續(xù)性及準(zhǔn)確性;采用高效給棉和精細(xì)給棉相結(jié)合的理念,給棉設(shè)置高、中、低3檔速度,根據(jù)適紡纖維的不同自動調(diào)整相應(yīng)速度的稱重質(zhì)量;稱重飛料的智能計算及自動修正;稱重固定偏差和隨機偏差的預(yù)測及動態(tài)模型修正;配方管理,混紡品種快速切換等。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工藝流程

2.2.1 連續(xù)化生產(chǎn)

標(biāo)準(zhǔn)流程:①抓棉機→②儲棉開松機→③稱重混棉機組→④多倉混棉機→⑤清棉機→⑥梳棉機。其中,環(huán)節(jié)①如果配置圓盤抓棉機,每種纖維至少對應(yīng)2臺并聯(lián)的圓盤抓棉機,避免排包影響產(chǎn)量;環(huán)節(jié)②標(biāo)配儲棉開松機,可替換為清棉機或多倉混棉機(4倉或6倉);環(huán)節(jié)④配置多倉混棉機為8倉或10倉。

2.2.2 非連續(xù)化生產(chǎn)

標(biāo)準(zhǔn)流程:①抓棉機→②儲棉開松機→③稱重混棉機組→④打包機→⑤正常清梳聯(lián)生產(chǎn)線。其中,環(huán)節(jié)①如果選用圓盤抓棉機,每種纖維至少對應(yīng)2臺并聯(lián)的圓盤抓棉機,避免排包影響產(chǎn)量;環(huán)節(jié)②標(biāo)配儲棉開松機,可替換為多倉混棉機(4倉或6倉)。

3 生產(chǎn)實踐

升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機及標(biāo)準(zhǔn)流程已應(yīng)用于國內(nèi)外20余家企業(yè),以下以江蘇某大型紡織廠混紡滌綸/黏膠[混紡比65/35,線密度1.33 dtex(30s)]紗為例進行介紹。

3.1 工藝流程

JWF1007型圓盤抓棉機→JWF1129型儲棉開松機→JWF1081A型稱重混棉機+JWF1127-160型精細(xì)開松機→JWF1031型多倉混棉機→JWF1115-160型精開棉機→JWF1213型梳棉機→(并條機→粗紗機→細(xì)紗機→絡(luò)筒機)

3.2 工藝參數(shù)

JWF1129型儲棉開松機:打手轉(zhuǎn)速600 r/min,給棉羅拉最高轉(zhuǎn)速2.05 r/min。FT243A型入口風(fēng)機:距離JWF1081A儲棉箱5 m以上,頻率30.5 Hz。JWF1081A型稱重混棉機:儲棉箱壓力為500～600 Pa,供棉壓力下限450 Pa;給棉羅拉最高轉(zhuǎn)速10.16 r/min(伺服控制),三檔給棉速度及相應(yīng)質(zhì)量由程序自動分配并動態(tài)調(diào)整;打手轉(zhuǎn)速870 r/min。JWF1127-160型精細(xì)開松機:輸送帶最大速度12.9 m/min,打手轉(zhuǎn)速720 r/min。JWF1115-160型精開棉機:打手速度530 r/min,目標(biāo)壓力550 Pa。JWF1213型梳棉機:出條速度195 m/min,產(chǎn)量70 kg/h,錫林速度450 r/min,刺輥速度900 r/min,活動蓋板速度200 mm/min。

3.3 成紗質(zhì)量及混紡比

3.3.1 成紗質(zhì)量

成紗質(zhì)量指標(biāo)如表1所示,數(shù)據(jù)均為取樣10次的均值,成紗質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到了2018年USTER公報5%的水平。

表1 成紗質(zhì)量指標(biāo)

3.3.2 混紡比

從細(xì)紗取樣后,按照FZ/T 01057.3-2007《紡織纖維鑒別試驗方法》、GB/T 2910.11-2009《紡織品定量化學(xué)分析 第11部分:纖維素纖維與聚酯纖維的混合物(硫酸法)》進行混紡比的測試,測試結(jié)果如表2所示。所生產(chǎn)紗線要求的滌綸和黏膠混紡比為65∶35,由表2中數(shù)據(jù)可知,滌綸和黏膠的混紡比波動控制在混紡比的±0.5%以內(nèi)。同時,根據(jù)下游客戶長期跟蹤反饋,所生產(chǎn)紗線織布后染色均勻、無橫檔現(xiàn)象,這進一步證明了升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機及標(biāo)準(zhǔn)流程混棉的準(zhǔn)確性。

表2 管紗中滌綸和黏膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檢測結(jié)果

4 結(jié)語

差別化纖維混紡比例難控制是紡紗生產(chǎn)的難點和痛點。應(yīng)用升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機能確保精確的紗線混紡比,提高紗線的附加值;超過1 000 kg/h的產(chǎn)量可為用戶創(chuàng)造更多的利潤空間;自動化控制、遠(yuǎn)程診斷與維護系統(tǒng)等還能為用戶帶來良好的使用體驗。相比傳統(tǒng)的混棉方式,升級設(shè)計后的JWF1081/A型稱重混棉機及標(biāo)準(zhǔn)工藝流程能夠減少紡織企業(yè)的用工壓力和工作強度、提升產(chǎn)品競爭力,符合當(dāng)前社會節(jié)能、低碳經(jīng)濟的主題,可為紡織企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。