吳保平 王秋霞

摘 要：介紹氣壓傳動技術(shù)的特點及其在漿紗機上的應(yīng)用。重點分析漿紗機經(jīng)軸退繞張力及壓漿力控制，系統(tǒng)介紹了經(jīng)軸退繞張力及壓漿力控制的原則及方法，比較氣動控制技術(shù)與其他控制技術(shù)的特點，認為氣動控制技術(shù)與PLC及計算機控制技術(shù)相結(jié)合，可以使?jié){紗的多項質(zhì)量指標得到精確有效地控制。

關(guān)鍵詞：氣壓傳動；漿紗機；退繞張力；壓漿力；電控比例閥

中圖分類號：TS112.7

文獻標志碼：B

文章編號：1009-265X（2018）06-0095-04

Abstract：The characteristics of air pressure transmission technology and its application in sizing machine were introduced. Unwinding tension of warp beam and squeezing force control of sizing machine was mainly analyzed. The principles and methods of unwinding tension of warp beam and squeezing force control were introduced systematically. The characteristics of pneumatic control technology were compared with other control technologies. It was considered that pneumatic control technology combined with PLC and computer control technology can effectively and accurately control multiple quality indexes of sizing yarn.

Key words：air pressure transmission； sizing machine； unwinding tension； squeezing force； electronic proportional valve

紡織行業(yè)近些年面臨的突出問題是招工難，年輕人不愿接受一些高強度、低技能的工作，年齡大的人不能勝任上述工作。這就迫使企業(yè)通過更新改造提高設(shè)備的智能化程度來解決用工難的問題。紡織機械智能化程度的提高，提升了生產(chǎn)過程的自動化，對節(jié)省人工、減輕勞動強度、提高速度、保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了重要的創(chuàng)新支持[1]。紡織機械的自動化涵蓋了多學(xué)科多種技術(shù)的應(yīng)用，其中液壓與氣壓傳動技術(shù)占有相當(dāng)大的比重，由于液壓與氣壓傳動技術(shù)與電力拖動及機械控制相比有較多優(yōu)勢，所以在紡織機械的控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，尤其是漿紗機的諸多控制項目中，氣壓傳動技術(shù)（簡稱氣動技術(shù)）均擔(dān)當(dāng)重要角色。

1 氣動技術(shù)的優(yōu)勢

氣動技術(shù)的介質(zhì)即空氣取自大氣，成本低，不存在氣源供應(yīng)問題，工作以后排出的壓縮氣體處理方便，對周圍環(huán)境沒有污染。在工作壓力不太高的控制系統(tǒng)中，與機械裝置相比，氣動技術(shù)操作方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間的自由度大，運動傳遞過程中反應(yīng)速度快，易于實現(xiàn)自動化，與電氣控制相配合，可以較方便地實現(xiàn)復(fù)雜的程序動作。氣動技術(shù)易于實現(xiàn)過載保護，工作環(huán)境適應(yīng)性好，維護簡單，使用安全[2]。

2 氣動技術(shù)在漿紗機上的應(yīng)用

漿紗生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，需經(jīng)過經(jīng)軸退繞、上漿、烘燥及機前的分紗卷繞幾個階段，每個階段均有相應(yīng)的工藝控制項目，以滿足生產(chǎn)高質(zhì)量漿紗的需求?，F(xiàn)代電子計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、液壓技術(shù)、氣動加壓技術(shù)與先進漿紗工藝技術(shù)的結(jié)合，使現(xiàn)代漿紗機實現(xiàn)了自動監(jiān)控，且檢測水平高、傳動技術(shù)先進[3]。漿紗質(zhì)量控制所用方法有多種，氣動控制即是其中之一，氣動技術(shù)在現(xiàn)代漿紗機上的應(yīng)用體現(xiàn)在多方面，如經(jīng)軸退繞張力控制、壓漿輥壓力控制、漿槽及烘筒溫度、漿液液面高度、伸縮筘升降、噴墨打印、壓紗輥升降、織軸離合及上落軸等，其中經(jīng)軸退繞張力控制及壓漿輥壓力控制是較復(fù)雜的氣動控制技術(shù)的應(yīng)用。

3 經(jīng)軸退繞張力控制

3.1 經(jīng)軸退繞張力控制原則

上漿過程中為了使紗線在漿槽內(nèi)吸漿充分，達到工藝要求的上漿率，進入漿槽的張力不能過大；為了減少濕紗狀態(tài)下紗線的伸長，預(yù)烘階段的張力不能過大；為了使紗線排列均勻，織軸卷繞緊密成形良好，分紗卷繞要有足夠的張力。由于上漿過程的上述要求，漿紗機上經(jīng)紗張力需采用多區(qū)段控制，分別為退繞區(qū)、喂入?yún)^(qū)、濕紗區(qū)、干紗區(qū)和卷繞區(qū)。根據(jù)多區(qū)段張力控制要求，現(xiàn)代漿紗機自喂入?yún)^(qū)至卷繞區(qū)，采用多單元傳動，經(jīng)紗的運行及張力控制均依靠主傳動部件積極帶動，通過變頻器調(diào)整前后電機轉(zhuǎn)速，可使其比值達到一定值，從而保持一定的張力和伸長率。而退繞區(qū)段經(jīng)紗無主傳動部件積極引導(dǎo)，廣泛采用經(jīng)軸消極式送出和經(jīng)軸摩擦制動相結(jié)合的經(jīng)紗退繞方式。圖1為摩擦制動方式之一的氣動制動。

退繞張力的基本要求是使紗線從整經(jīng)軸上引出時伸直，防止因捻縮糾纏而出現(xiàn)排列不勻現(xiàn)象，能克服制動盤和導(dǎo)輥阻力，在退繞直徑變化時保持恒張力運行，防止減速停車時經(jīng)軸慣性超轉(zhuǎn)出現(xiàn)的“擁紗”現(xiàn)象，并避免張力過大引發(fā)斷頭[4]。

3.2 經(jīng)軸退繞張力控制方法

經(jīng)軸上紗線的退繞張力與退繞直徑成反比，退繞直徑逐漸減小，張力逐漸增大，退繞張力與直徑成雙曲線函數(shù)變化規(guī)律[5]。傳統(tǒng)漿紗機經(jīng)軸退繞張力采用千米夾紙條結(jié)合重錘或彈簧夾控制，多憑手感和經(jīng)驗調(diào)整重錘的片數(shù)或彈簧夾的松緊度，由于重錘重量或彈簧夾緊力不一致，使不同經(jīng)軸經(jīng)紗的張力不一致。漿紗機突然停車時，重錘或彈簧夾緊力對經(jīng)軸制動的摩擦力不能克服質(zhì)量較大的經(jīng)軸的慣性力，容易造成“擁紗”現(xiàn)象。同時經(jīng)軸在退繞過程中由滿軸到小軸的張力變化是逐漸進行的，而重錘片數(shù)或彈簧夾松緊的改變是呈間歇階梯式完成，不能保持同步，因此造成各經(jīng)軸之間張力差異，使各軸上白回絲長短不一致[6]。現(xiàn)代漿紗機經(jīng)軸的退繞張力主要采用氣動控制。

3.3 經(jīng)軸退繞張力氣動控制

為了避免經(jīng)軸退繞張力的間歇階梯式控制，依據(jù)經(jīng)紗退繞張力的變化規(guī)律，國內(nèi)外漿紗機的經(jīng)軸退繞多采用氣動控制，將退繞張力檢測與氣動控制調(diào)節(jié)相結(jié)合。早期的控制方式如圖2所示，圖2為德國祖克漿紗機回轉(zhuǎn)閥自動調(diào)節(jié)制動氣壓的原理圖，張力檢測機構(gòu)將張力變化的信息傳遞至機械式回轉(zhuǎn)閥，根據(jù)張力大小的變化控制回轉(zhuǎn)閥芯的轉(zhuǎn)動，從而控制進入制動氣缸的氣體壓力大小，以此調(diào)節(jié)制動力而控制張力。在實際生產(chǎn)中“進氣”與“排氣”通常要經(jīng)過幾次才能調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)。由此在車速變化時退繞張力有瞬時波動[5]。這種退繞張力自動控制系統(tǒng)是一種模擬式線性系統(tǒng)，經(jīng)過的環(huán)節(jié)比較多，調(diào)整復(fù)雜，故障率較高[7]。

現(xiàn)代漿紗機經(jīng)軸退繞張力的氣動控制，主要采用電控比例閥取代回轉(zhuǎn)閥，由于電控比例閥可以按照輸入信號連續(xù)按比例地控制氣流的壓力和流量，受車速變化的影響小，控制精度高。以恒天重工的GA308、GA310等系列漿紗機為例，經(jīng)軸退繞區(qū)的經(jīng)紗張力采用以氣動控制為主控系統(tǒng)，如圖3所示。工藝設(shè)定紗線退繞長度并輸入計算機，隨著經(jīng)軸退繞長度的增加，通過數(shù)控電路計算經(jīng)軸退繞直徑變化，由計算機的運算來控制電控比例閥的閥口開度大小，以此控制進入制動氣缸的壓力（按比例減?。瑥亩刂平?jīng)紗的退繞張力。張力檢測和控制作為微調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由張力輥的傳感反饋作為張力波動的補充控制，主要由檢測、控制和執(zhí)行三部分組成?？蓴[動的張力輥軸頭端安裝電位器檢測張力的變化；控制部分由計算機和電控比例閥組成，張力的變化使張力輥產(chǎn)生位移，由此轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢黄鞯淖兓?，由計算機輸出4～20 mA電流信號給電控比例閥。這種方法由于采用了高精度的電控比例閥進行制動氣壓的靈敏調(diào)節(jié)，較回轉(zhuǎn)閥自動調(diào)節(jié)制動氣壓的控制方法精度高，使誤差降低到最小程度，退繞張力恒定[8]。執(zhí)行部分由制動氣缸和剎車帶組成，制動氣缸采用標準低摩擦氣缸，摩擦阻力小、控制精確，剎車帶采用鏈條加裝摩擦塊形式[9]，制動迅速。

4 壓漿輥壓漿力控制

4.1 壓漿力控制原則

上漿過程中，在漿液的粘度及溫度一定的條件下，紗線在漿槽浸漿后經(jīng)上漿輥與壓漿輥之間的擠壓作用，使部分漿液浸透至紗線內(nèi)部，部分漿液被覆在紗線表面，得到一定的壓出加重率，獲得工藝要求的上漿率，且整個上漿過程維持恒定。壓漿力的大小及壓漿力控制方式對上漿率的影響很大。在壓漿力不變的情況下，若漿紗運行速度改變，壓出加重率有差異，得到的上漿率就不穩(wěn)定。為了獲得不同速度下穩(wěn)定的上漿率，壓漿力隨車速呈線性變化，保證紗線在任何車速下上漿率都保持不變[10]。如圖4所示，該曲線在漿紗機上一般是控制第二壓漿輥的壓力，車速較低即處于爬行狀態(tài)時，壓力恒定，當(dāng)車速超過一定值后，壓力隨車速呈線性變化。

4.2 壓漿力的控制方法

壓漿力是由壓漿輥的重量與加壓裝置產(chǎn)生的附加壓力組成，老式低速漿紗機不設(shè)加壓裝置，壓漿輥的自重即是壓漿力，其大小不能隨車速的變化自動調(diào)節(jié)，尤其車速差異變化大時，易產(chǎn)生輕漿或上漿過重，壓漿力大小無法觀察，漿紗擋車工只能憑手感與經(jīng)驗感知漿出紗線的上漿率大小，不易做到穩(wěn)定的上漿率控制，更不利于品種翻改。隨著漿紗機速度的提高，品種增多，不設(shè)加壓裝置的壓漿方法漿出的紗線難以滿足織造的要求。早期采用彈簧式和重錘杠桿式加壓裝置作用于壓漿輥兩端，但由于這兩種方法壓力的改變成階梯式，不能實現(xiàn)壓力自動調(diào)節(jié)，仍不利于上漿率的穩(wěn)定。高速漿紗機均設(shè)置不同類型的自動控制加壓裝置，如電動式、液壓式和氣動式。電動式加壓方法是在電動機正反轉(zhuǎn)帶動下，通過壓漿輥兩端軸心的機械作用使壓漿輥上升與下降，以此控制壓漿力。由于電動機的正反轉(zhuǎn)僅在漿紗速度上升或下降到一定程度才發(fā)生，所以不能做到均勻控制壓漿力，也就不能穩(wěn)定控制上漿率。由于氣動控制較液壓控制有較大優(yōu)勢，所以無論進口還是國產(chǎn)漿紗機基本都采用氣動控制壓漿力。

4.3 壓漿力氣動控制

早期的氣動控制方法中，壓漿力隨車速而變化，但由于控制精度不高，依然會產(chǎn)生上漿率的差異。隨著漿紗機控制技術(shù)的進步與提高，漿紗機的車速與壓漿力成線性函數(shù)變化規(guī)律的控制方法在祖克、津田駒及澤爾等進口漿紗機和國產(chǎn)漿紗機上體現(xiàn)，如澤爾漿紗機壓漿力的大小是通過進入控制壓漿輥氣缸的氣體壓力大小實現(xiàn)?？刂圃碇饕窃O(shè)置氣體壓力與車速檢測傳感器，氣體壓力通過壓力傳感器檢測，速度是通過裝在壓漿輥頭端的測速發(fā)電機檢測。壓力傳感器輸出壓力信號與測速發(fā)電機輸出電壓信號傳入控制箱，兩種信號在控制箱內(nèi)的運算電路進行比較，看是否符合事先設(shè)定輸入的壓力——速度線性函數(shù)的關(guān)系。如果符合設(shè)定值，壓漿力不變。否則控制箱輸出信號給氣動控制系統(tǒng)，進行壓漿力的增大或減小控制[11]。

采用上述壓力傳感器及測速發(fā)電機共同作用的控制方法使壓漿力呈線性變化，控制精度在一定程度上有所改進。但由于測速發(fā)電機的精確度有限，使控制精度有待提高，該方法依然滿足不了多品種高質(zhì)量織物漿紗及織造的需求。近些年的漿紗機普遍采用PLC程序控制模式，使?jié){紗車速與壓漿力呈線性變化，實現(xiàn)壓漿力與漿紗速度的自動調(diào)整與匹配，在漿紗速度和壓漿力的綜合作用下，保證了上漿率的穩(wěn)定。這種壓力的設(shè)計也確實減輕或消弱了車速變化時對上漿率的影響[12]。具有代表性的國產(chǎn)恒天重工GA310漿紗機，全機采用基于人工智能的控制系統(tǒng)、高精度的伺服控制器和高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在控制上漿輥的變頻電機軸端，測速精度高[13]。氣動控制系統(tǒng)采用電控比例閥與電磁閥結(jié)合，當(dāng)車速發(fā)生改變時，由控制系統(tǒng)通過比較運算，輸出一定的電流給電控比例閥，并結(jié)合電磁閥的動作，使進入壓漿輥控制氣缸的壓力得到精確控制，從而實現(xiàn)在不同車速情況下穩(wěn)定的上漿率[14]。

5 噴墨打印及壓紗輥升降控制

噴墨打印早期采用電動式，現(xiàn)代漿紗機多采用氣動控制噴墨打印，可以避免采用電動打印打斷紗線的弊端，也可避免因機械故障導(dǎo)致流印的現(xiàn)象產(chǎn)生，漿紗質(zhì)量得以提高。在上落軸過程中，值車工需要調(diào)整壓紗輥與漿軸盤邊之間的位置，早期壓紗輥氣動控制回路未設(shè)單向節(jié)流閥，壓紗輥升降速度較快，尤其是升起時，有時值車工還未來得及調(diào)整，壓紗輥就很快升起觸及織軸，這樣就存在安全隱患，對值車工的安全構(gòu)成了較大的威脅[15]。在氣動回路中加裝單向節(jié)流閥，其優(yōu)點在于通過節(jié)流閥的流量控制，可以有效地控制運動部件的速度，使壓紗輥上升平穩(wěn)，操作方便，消除了安全隱患。

6 結(jié) 語

除了上述分析的經(jīng)軸退繞張力控制、壓漿輥壓力控制、噴墨打印及壓紗輥升降外，漿槽及烘筒溫度、漿液液面高度、伸縮筘升降、織軸離合及上落軸等均采用氣動控制。由于氣壓傳動技術(shù)與電力拖動及機械控制相比有較多優(yōu)勢，且能夠通過單向節(jié)流閥、電磁閥、電控比例閥等不同的氣動控制元件，與計算機及人工智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)漿紗機生產(chǎn)過程的多項自動控制，確保漿紗質(zhì)量能夠滿足工藝要求。氣壓傳動技術(shù)所用壓縮空氣由同一個壓縮空氣處理系統(tǒng)提供，根據(jù)控制過程的需要經(jīng)調(diào)壓閥輸送至車頭、漿槽、溫控及退卷氣動系統(tǒng)，方便可靠。

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