劉榮清

（《棉紡手冊》編寫組，上海 200092）

0 引言

棉紡細紗機是紡紗廠應(yīng)用最多的設(shè)備，是能耗、物耗最大，用工最多的機器。其耗電約占紡紗機總用電的10%～15%，對產(chǎn)品的成本影響最大。

細紗機傳動系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵，但長久以來，變化不大。全機由一臺交流感應(yīng)主電機傳動牽伸、加捻、卷繞成形機構(gòu)運行。系統(tǒng)由帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪等組成多級驅(qū)動，傳動機構(gòu)復雜，傳動效率低，能耗、物耗大、潤滑要求高，不能滿足整機集中自動控制、運行同步協(xié)調(diào)、在線檢測調(diào)整等要求，創(chuàng)新潛力較大，也很迫切［1］。

1 現(xiàn)代細紗機傳動系統(tǒng)創(chuàng)新理念

1.1 應(yīng)用新型電機驅(qū)動

新型電機發(fā)展較快，如稀土永磁同步電機，無電刷直流電機、伺服電機、變頻電機等技術(shù)都已成熟。使用新型電機，可節(jié)省電耗，適應(yīng)生產(chǎn)自動化要求，投資回收周期短。

1.2 推行機電一體化實行多電機獨立驅(qū)動

采用各傳動機構(gòu)獨立驅(qū)動，實行機電一體化，不僅簡化傳動結(jié)構(gòu)，而且可提高傳動效率，減少摩擦損耗，節(jié)省能耗。

1.3 采用變頻、伺服技術(shù)和無級調(diào)速

采用變頻、伺服技術(shù)和無級調(diào)速技術(shù)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械變速，更方便、精確地實現(xiàn)工藝參數(shù)的自動調(diào)控。

1.4 全機采用中央計算機程序控制

全機采用可編程計算機集中調(diào)控，觸摸屏操作，自動顯示產(chǎn)量、質(zhì)量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)、故障原因等，還可實現(xiàn)統(tǒng)計、儲存、分析、報警等。

2 主要傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展

2.1 牽伸羅拉部分

新型細紗機采用3列羅拉分別由3臺伺服或變頻電機單獨驅(qū)動，如圖1所示，俗稱電子牽伸裝置。

圖1 Zinser 351型細紗機電子牽伸裝置

電子牽伸裝置有兩個特點。一是通過后羅拉轉(zhuǎn)速的變化和時間差異，可生產(chǎn)各類竹節(jié)紗，其速度變化決定粗節(jié)的大小，速度變化的頻率決定粗節(jié)的間隔長度和變化。如果控制一組有色粗紗從后羅拉間歇喂入，另一組粗紗從中羅垃連續(xù)喂入，即可生產(chǎn)段彩花色紗。一般可紡制圖2中5種形態(tài)的竹節(jié)花式紗。二是電子牽伸可以方便調(diào)整細紗總牽伸和牽伸分配，不用人工調(diào)換齒輪，并且可實現(xiàn)微調(diào)。電子牽伸已被廣泛應(yīng)用，豐田細紗機是最先使用的，它有花樣模擬軟件，可供多種選擇。Rieter K44、K45型細紗機設(shè)置Virospin系統(tǒng)，并有18種不同形式的花式設(shè)定。我國南通金馳JC型多功能細紗機，江陰昶振CZIF型打樣機也有類似裝置?，F(xiàn)在花式紗產(chǎn)量約占全球紗總產(chǎn)量的10%。一般車間可配置適量電子牽伸的細紗機，這是適應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)的上策［2－6］。

圖2 5種形態(tài)的竹節(jié)紗

2.2 加捻部分

幾十年來，細紗機一直沿用主電機拖動滾筒，再由錠帶傳動錠子加捻的模式。一般為四錠一組，結(jié)構(gòu)復雜、部件多，錠子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，錠間捻差大，調(diào)整捻向很麻煩；改變捻度要人工調(diào)換齒輪?，F(xiàn)代細紗機有兩種新的錠子傳動的方式。

2.2.1 采用龍帶傳動錠子

龍帶傳動已用于轉(zhuǎn)杯紡紗機和倍捻機。用一臺電機傳動一根龍帶和一組錠子，如圖3所示。為了保證錠速穩(wěn)定，需設(shè)張力調(diào)整裝置和壓輪。其優(yōu)點是錠速差異比錠帶傳動小，傳動效率高，用電一般比錠帶傳動低5%。缺點是噪聲較大，龍帶保養(yǎng)費用較高。目前細紗機僅Zinser系列仍在使用。龍帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，可廢除傳統(tǒng)滾筒和錠帶等部件和器材。

圖3 龍帶傳動

2.2.2 采用電錠直接驅(qū)動錠子

關(guān)于電錠的發(fā)展和展望文獻［3］、［4］已有較詳細的評述。電錠具有省電，降低捻度不勻率，錠速穩(wěn)定，調(diào)速、變捻向方便，可以減少滾筒、錠盤等附件，縮短機幅或占地面積，降低噪聲，實行一機異捻多品種生產(chǎn)等優(yōu)點。存在的主要問題是電機一次性投入價格較高，保養(yǎng)、維護、管理方面還有待實踐摸索。目前，倍捻機和轉(zhuǎn)杯紡已逐步擴大電錠的應(yīng)用，前景看好。

2.3 卷繞成形部分

傳統(tǒng)細紗機采用主電機傳動成形變換齒輪、成形凸輪、鋸齒撐牙等完成鋼領(lǐng)板升降，實現(xiàn)細紗卷繞成形，機構(gòu)復雜且易發(fā)故障。目前，已有細紗機采用電機獨立驅(qū)動，并用牽吊方式完成鋼領(lǐng)板的升降。

現(xiàn)代細紗機采用伺服或變頻電機、電子凸輪（eCAM），嚴格按預(yù)設(shè)的凸輪曲線軌跡，直接驅(qū)動鋼領(lǐng)板運動，摒棄機械凸輪復雜機構(gòu)，精確完成鋼領(lǐng)板上下變速升降和始繞動程遞增等成形要求。據(jù)介紹印度朗維公司LRS／AX型細紗機電子凸輪運行效果良好，不僅節(jié)約電耗且調(diào)整方便，值得借鑒推廣［7］。

2.4 吸棉裝置的改進

我國紡紗廠多數(shù)采用總風管分機集體吸棉，其優(yōu)點是車間開車時，可先開吸風，減少開車時的飄斷頭。缺點是不同機位的機臺，風量、風壓差異較大，不能滿足不同品種細紗對吸風的不同要求，而且單機火患容易波及其它機臺?，F(xiàn)在的新型細紗機已采用變頻電機單獨吸棉系統(tǒng)，可根據(jù)所紡品種的纖維種類（如化纖、純棉）和纖維的長度、剛性、線密度等特性，預(yù)先設(shè)定負壓真空度，通過負壓傳感器實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速的調(diào)控，保持負壓穩(wěn)定，并及時發(fā)出回棉箱儲量信號，及時清除飛花，達到能耗低、斷頭少、效率高的效果。Zinser351型細紗機可在Easyspin觸摸屏上直接完成負壓參數(shù)的設(shè)定，同時可在開車前預(yù)先打開吸風。Rieter K45型細紗機在設(shè)置ELEXIStart功能時，可根據(jù)需要選擇開放1／4或1／2機臺的吸風。近期，Rieter公司又推出了Ecoried吸棉笛管，其控制片僅在斷頭時自動打開，可減少吸風50%。

3 整機傳動系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)

整機傳動系統(tǒng)采用可編程計算機集中調(diào)控，其數(shù)控程序系統(tǒng)框圖見圖4。

整機采用PLC集中控制，使各部分傳動集中在一個平臺，自動按程序驅(qū)動，觸摸屏顯示、儲存、調(diào)控有關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)人機對話。整機程控的主要內(nèi)容有：① 根據(jù)一落紗斷頭分布或紡紗張力變化規(guī)律，設(shè)定大、小紗車速自動調(diào)整，使斷頭穩(wěn)定、生產(chǎn)正常、平均產(chǎn)量有所提高；② 利用變頻或伺服調(diào)速，對前羅拉和錠子的開關(guān)車時間實行微調(diào)（不同步），可減少開關(guān)車斷頭及小辮子紗形成；③ 實現(xiàn)管紗落紗、定長、定位三自動關(guān)車［8］。

圖4 細紗機傳動數(shù)控框圖

4 結(jié)語

4.1 隨著細紗機制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以主電機拖動的細紗機傳動模式必將改變，多電機、多軸、單獨電機驅(qū)動將逐步推廣。

4.2 應(yīng)充分利用新型電機、變頻及伺服控制技術(shù)，實現(xiàn)機電一體化，簡化傳動機構(gòu)，實現(xiàn)細紗機節(jié)能，降耗，降低成本。

4.3 細紗機傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展，需要實現(xiàn)中央計算機程序控制，以節(jié)省能耗、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、擴大產(chǎn)品開發(fā)功能為目標。

［1］中國紡織大學棉紡教研室，棉紡學：下冊［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1988.

［2］劉榮清，張易.現(xiàn)代細紗機的創(chuàng)新和發(fā)展［M］.紡織器材，2011，38（6）：58－61.

［3］劉榮清.細紗機在線檢測和電錠的發(fā)展和展望［C］／／2012’全國細紗技術(shù)研討會論文集.北京：中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，2012.

［4］倪遠.電錠驅(qū)動管理技術(shù)的應(yīng)用與展望［C］／／2012’全國細紗技術(shù)研討會論文集.北京：中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，2012.

［5］Oerlikon schlafhorst zinser 351／361細紗機樣本［Z］.

［6］Rieter K44／K45樣本［Z］.

［7］陳春紅，張慧芳，何勇.電子凸輪在高速精梳機上的應(yīng)用［J］.紡織器材，2013，40（4）：53－54.

［8］劉榮清.變頻技術(shù)在紡織機械上的應(yīng)用［J］.紡織器材，2013，40（3）：57－59.