張 毅，陳玉峰

【梳棉機研究】

梳棉機梳理力在線智能控制的探討與實踐

張 毅1，陳玉峰2

（1.浙江省常山紡織有限責(zé)任公司，浙江 常山 324200；2.光山白鯊針布有限公司，河南 光山465450）

設(shè)計制造梳理力測試裝置，在線檢測蓋板與錫林梳理區(qū)的梳理力。通過工藝試驗和數(shù)據(jù)處理，分析影響梳理力的主要因素，并研究控制梳理力變化的途徑。結(jié)果表明，通過梳理力測試信號，經(jīng)計算轉(zhuǎn)換，用于控制給棉羅拉給棉量，實現(xiàn)了梳理力在線智能控制，保證了蓋板與錫林梳理區(qū)連續(xù)均勻的纖維層，分梳時均勻受力。

梳棉機；梳理；基礎(chǔ)工作；公差；平整度；齒密

在梳理工藝研究中，梳理力是影響梳理質(zhì)量的原因之一。錫林與蓋板之間的梳理是利用兩個針面的針齒摩擦握持并分梳，稱之為“自由梳理”，這種分梳方式與握持梳理相比，可減少纖維的損傷。因此，對錫林與蓋板之間的梳理力測量找出變化規(guī)律加以控制，一直是梳理領(lǐng)域的重要問題之一［1-3］。有一些學(xué)者對此進(jìn)行了研究，提出了從針齒受梳和蓋板間通過纖維之間的功率變化來量化梳理力的數(shù)據(jù)，但到目前生產(chǎn)上還沒有得到應(yīng)用。

本文介紹一種新型的梳理力測量裝置，用于在線檢測錫林與蓋板梳理區(qū)梳理纖維時梳理力全過程中變化，并探討了應(yīng)用測試信號，進(jìn)行信號模擬量轉(zhuǎn)變，用于在線控制梳理力變化，實現(xiàn)均勻梳理目的。

1 問題的提出

“緊隔距、強分梳，輕定量、慢速度”的工藝原則，強調(diào)分梳排雜，卻難以避免對纖維造成損傷。“柔性梳理”理念的實施，可以以小梳理力達(dá)到好的梳理效果，并且纖維損傷少，生條中的棉結(jié)、短絨少，但不能量化。

梳理力是由于纖維迂回在多根針齒之間，因針齒與纖維、纖維與纖維間的摩擦而形成的，當(dāng)纖維或纖維束其一端被一個針面握持，而另一端與另一針面的針齒切向摩擦滑動進(jìn)行中，受到總阻力即形成梳理力。實現(xiàn)在線梳理力檢測智能控制，使梳理力變化穩(wěn)定，纖維在分梳區(qū)內(nèi)均勻梳理。

2 梳理力智能控制系統(tǒng)總體設(shè)計

實現(xiàn)梳棉機在線梳理力智能控制系統(tǒng)，需要滿足四個功能要求：一是檢測裝置安裝便捷，不影響值車工擋車和清潔工作；二是隨梳理力的變化將信號自動采集的裝置；三是將采集信號進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出功能；四是得出測試結(jié)果在屏幕上顯示、數(shù)據(jù)儲存、控制整機梳理力。

根據(jù)所述四個功能制定如圖1所示的總體方案，并確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。裝有梳理力檢測裝置，能輸出電壓信號，電壓信號經(jīng)過模擬/數(shù)據(jù)（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片對傳感信號進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，單片機讀取被測數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算轉(zhuǎn)換，在液晶屏上顯示出來。

圖1 總體方案流程圖

2.1 自動檢測單元設(shè)計

該系統(tǒng)采用功率測試標(biāo)準(zhǔn)儀來實現(xiàn)自動采集功率變化信號。首先測得錫林、蓋板空車運轉(zhuǎn)時的功率，開始梳理時再測得梳理功率，然后將測試功率換算成梳理力以及單纖維的平均梳理力。錫林、蓋板區(qū)總的梳理力近似計算式為［1］：

式中：ΣR——錫林、蓋板區(qū)總梳理力（牛頓）；

N——喂入纖維運轉(zhuǎn)時錫林、蓋板消耗的功率（kW）；

N0——空車運轉(zhuǎn)時錫林、蓋板消耗的功率（kW）；

V——錫林線速度（m/s）；

1kW＝ 999.6 N·m/s。

2.2 裝置顯示單元設(shè)計

當(dāng)開始梳理時，梳理力的變化反映在功率變化上，功率變化以模擬電壓信號輸出；模擬電壓信號經(jīng)過濾放大后，再經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將其模擬量信號轉(zhuǎn)換成便于單片機處理的數(shù)字量信號，數(shù)字信號輸出到CPU運算控制。CPU根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至控制伺服電機和變頻器。顯示屏幕安裝在梳棉機操作面板上，如圖2所示。

圖2 屏幕顯示機構(gòu)

3 梳理力的測試分析

試驗品種：純棉色紡；試驗梳棉機：FA201B型。

3.1 蓋板與錫林隔距對梳理力影響

蓋板與錫林間的隔距（單位：英絲，即1/1 000 英寸，或 0.025 4 mm)： （1） 10、9、8、8、9；（2） 8、7、6、6、7； （3） 7、5、5、5、7。其它工藝參數(shù)：錫林速度369 r/min、刺輥速度946 r/min、蓋板速度182.1 mm/min。梳理力測試結(jié)果見表1和圖3。

圖3 蓋板隔距與梳理力關(guān)系

表1 蓋板隔距與梳理力關(guān)系

根據(jù)表1可知，錫林和蓋板間梳理力隨著隔 距減小而增大，減小到7、5、5、5、7英絲時，梳理力增加近3倍。這是由于針齒刺入纖維層深，接觸的纖維多、纖維被針齒分梳或握持長度長、梳理力大、兩針面間轉(zhuǎn)移的纖維量多造成的；浮于兩針面的纖維少，不易被搓成棉結(jié)，所以緊隔距可以得到“強分梳”。質(zhì)量對比試驗結(jié)果見表2。

表2 質(zhì)量對比試驗結(jié)果

3.2 蓋板速度與梳理力的關(guān)系

工藝參數(shù)：錫林速度369 r/min，刺輥速度946 r/min，蓋板與錫林隔距7、5、5、5、7英絲。梳理力測試結(jié)果見表3和圖4。

表3 蓋板速度與梳理力關(guān)系

圖4 蓋板速度與梳理力關(guān)系

蓋板速度加快時，梳理也隨著增大，但變化量不大。蓋板在工作區(qū)內(nèi)停留的時間減少，每塊蓋板針面負(fù)荷略有減少，蓋板花含量小。另外，加快蓋板速度可以提高除雜效率，試驗結(jié)果見表4。

表4 蓋板速度對除雜效果的影響

3.3錫林速度與梳理力的關(guān)系

其他工藝不變，測試不同錫林速度時梳理力變化規(guī)律，結(jié)果見圖5和表5。

圖5 錫林速度與梳理力關(guān)系

表5 錫林速度與梳理力關(guān)系

梳理力隨錫林速度的提高而增加，提高梳理力有利于提高纖維分梳效能，這從梳理公式C=kngNcLr/PNB可以看出錫林速度提高梳理力也增加，從327 r/min提高到 394 r/min，梳理力提高49%。

3.4 道夫速度與梳理之間的關(guān)系

圖6和表6顯示了道夫速度與梳理力之間的變化關(guān)系及對棉結(jié)和色結(jié)的影響。

圖6 道夫速度與梳理力的關(guān)系

表6 道夫速度與梳理力關(guān)系

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出，梳理力隨道夫速度提高而增加，棉結(jié)數(shù)也有所增多，但總體變化不大。

3.5 梳理力波動與生條定量之間關(guān)系

梳棉正常生產(chǎn)時，讀取約3 min梳理力測試數(shù)據(jù)，將3 min輸出生條搖20段稱重，與梳理力對應(yīng)數(shù)據(jù)詳見表7。試驗中發(fā)現(xiàn)，刺輥從給棉板處抓取花卷，由于棉層開松度差，大小不一，且伸直平行度差，進(jìn)入蓋板與錫林梳理區(qū)纖維數(shù)量難以做到均勻，所以梳理力一直在波動，產(chǎn)生梳理力波動是由于喂入纖維量不穩(wěn)定而產(chǎn)生的，圖7是梳理力變化與生條定量的關(guān)系。

刺輥從給棉板處抓取花卷，由于棉層開松度差，大小不一，且伸直平行度差，進(jìn)入蓋板與錫林梳理區(qū)纖維數(shù)量難以做到均勻。

表7 梳理力與波動與生條定量的關(guān)系

4 梳理力的控制

從試驗項目，根據(jù)試驗條件和結(jié)果，可以歸納為以下：

（1）進(jìn)入錫林與蓋板間的被梳理纖維層為定值時，影響梳理力的主要因素有蓋板-錫林隔距和錫林速度。當(dāng)進(jìn)入錫林與蓋板間的被梳理纖維層數(shù)量均勻時，影響梳理力大的是蓋板-錫林隔距，梳理力大小差異近3倍；其次是錫林速度，梳理力大小差異在1.5倍。

圖7 生條定量與梳理力之間關(guān)系

（2）錫林與蓋板間的被梳理纖維層變化時，蓋板速度、道夫速度和生條定量變化，使進(jìn)入蓋板和錫林梳理區(qū)纖維層纖維量發(fā)生變化。纖維量增大時，梳理力就增加。三個項目梳理力大小差異分別是1.13、1.19、1.12倍，影響程度基本接近。

因此，要控制梳理力大小，有效措施是優(yōu)化隔距，但實際操作比較費時。如用變換錫林速度來實現(xiàn)，通過變頻實現(xiàn)是可行的。當(dāng)梳理力增大時，表明進(jìn)入梳理區(qū)纖維量增加，需增加錫林速度提高梳理力，以使單纖維平均梳理力均勻，但是單纖維平均梳理力計算繁瑣。

從圖7可以看出，生條定量與梳理力變化呈強相關(guān)的關(guān)系，可用控制喂入棉層量多少來控制梳理力。目前清梳聯(lián)自調(diào)勻整裝置，都采用測量棉層厚度來控制給棉羅拉速度。同樣，如果測試值大時，表明喂入纖維量增多，信號傳遞到給棉羅拉減少喂入量，這樣就達(dá)到了喂入量均勻、進(jìn)入梳理區(qū)纖維層纖維總量變化小、梳理力變化小、單纖維平均梳理力均勻、實現(xiàn)均勻梳理的目的。

（3）梳理力的控制從錫林和刺輥間的速比來實現(xiàn)柔性分梳，同時錫林速度和刺輥速度可進(jìn)行檔位調(diào)速，可以調(diào)整為個位級數(shù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)更小的量變值，從而減少速度過高強梳理帶來的纖維損傷，或者速度過低造成的分梳不足。

5 結(jié)語

綜上所述，在梳棉機上實現(xiàn)梳理力智能在線控制，給棉羅拉處加伺服電機，由采集信號控制。從長遠(yuǎn)考慮，錫林、蓋板和刺輥都應(yīng)采用變頻調(diào)速，使工藝翻改簡單方便，適應(yīng)當(dāng)今市場小批量、多品種快交貨的發(fā)展趨勢。通過以上改進(jìn)，使梳棉機實現(xiàn)智能控制。

（1）通過梳理力檢測裝置，可以測試梳理力變化，量化工藝參數(shù)對梳理質(zhì)量評價；

（2）將采集信號用于控制給棉羅拉速度，受分梳纖維量穩(wěn)定，使梳理力波動小，進(jìn)入均勻梳理新階段；

（3）根據(jù)針布鋒利程度不同，對不同機臺進(jìn)行工藝調(diào)整，實現(xiàn)梳理力一致，減少臺差；

（4）數(shù)據(jù)可采集，用于生產(chǎn)、工藝管理，并進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；

（5）錫林刺輥速比小，實現(xiàn)柔性分梳。

［1］中國紡織大學(xué)棉紡教研室.棉紡學(xué)上冊（第二版） ［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1990：182-183.

［2］王兟，李恩生，夏龍全.單纖維平均梳理力的研究［J］.棉紡織技術(shù)，2005,33 （4）： 7-8.

［3］肖楓，趙業(yè)平，韓賢國.梳理力測量儀的研制與應(yīng)用［J］.遼東學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版） ,2012,19(2):101-104.

On-line intelligent control of carding force of carding machine:Discussion and practice

ZHANG Yi1，CHEN Yu-feng2
（1.Zhejiang Changshan Textile Co.,Ltd.，Changshan 324200，China；2.Guangshan White Shark Carding Clothing Co.Ltd.Guangshan 465450，China）

An online carding force testing device has been designed and manufactured.The carding force between the flat and cylinder was tested.The main factors that affect the carding force were found by analyzing the process and experimental data.Accordingly,measures to control the carding force were studied.The results show that the carding force testing signal can be converted to control the feeding cotton quantity by which the carding force can be intelligently controlled;therefore,the continuousand uniform fiber layer between the flat and cylinder can be ensured,and each fiber is combed by average forces.

carding machine；carding force；single fiber；process；intelligent control；nep

TS103.22

A

1673-4939（2017）04-0229-06

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.04.01

2017-05-23

張毅（1964—），男，浙江常山人，高級工程師，總工程師，研究方向：紡紗工藝。

（責(zé)任編輯：鞠衍清）