江陰市凱業(yè)紡織機械制造有限公司 章弘權/文

1 紗庫式絡筒機自動投紗設備產(chǎn)生的技術背景

在國際市場上，自動絡筒機的研發(fā)和生產(chǎn)廠家主要是意大利 SAVIO 公司、日本村田機械株式會社和德國賜來福公司，隨著科學技術的發(fā)展，自動絡筒機也越來越自動化、智能化。3家國外公司也紛紛推出了托盤式全自動絡筒機，大大降低了工人的勞動強度，但是采購全新的托盤式全自動絡筒機，需要紡織企業(yè)將現(xiàn)有的紗庫式絡筒機完全淘汰，此方案企業(yè)投資大，且設備拆除、場地調整、安裝時間過長，企業(yè)為之付出的經(jīng)濟投入、經(jīng)濟損失較大。

同時隨著我國的人口紅利正在逐步減少，人們生活水平的不斷提高，低成本的時代漸行漸遠。作為勞動密集型的傳統(tǒng)棉紡行業(yè)正面臨招工困難（招不進、留不?。趧恿Τ杀敬蠓仙木置?，因此紡紗企業(yè)對質優(yōu)、高效、能減輕勞動強度和節(jié)約勞動力的紡紗設備更加渴求。

一方面是企業(yè)有采用自動化設備的需求，但考慮到一次性投入太大，利潤回收周期太長，且需要較長時間的停產(chǎn)，訂單生產(chǎn)無法得到保障；另一方面，企業(yè)招工難，用工成本增加，也是紡紗企業(yè)亟待解決的難題。

因此基于上述情況，大部分紡紗企業(yè)萌生了對運轉狀態(tài)較好的紗庫式自動絡筒機進行升級改造，加裝全自動投紗設備的想法，即將原來的人工投紗升級為全自動機械投紗，因為紗庫式自動絡筒機的升級改造總體費用相較于整臺套設備的更換而言，升級改造成本確實很低。但是經(jīng)過實際需求市場調研，全自動投紗設備的研制仍有一定難度。目前國外廠家為了利益最大化，專注于對托盤式全自動絡筒機整體推行全自動化生產(chǎn)，故國外在紗庫式全自動絡筒機投紗設備的研究基本很少。但國外企業(yè)在托盤式全自動絡筒機的研發(fā)過程中，也需要對絡筒機實施全自動投紗系統(tǒng)的設計，其中部分設計是值得我們學習和參考的。

同時國內少數(shù)廠家也開始從事本項目的類似研發(fā)工作，但大部分擅長機械設備自動化制造的企業(yè)，沒有紡紗設備的研發(fā)制造經(jīng)驗；而傳統(tǒng)的紡織設備制造企業(yè)，又對設備自動化經(jīng)驗不足；因此紡紗企業(yè)的上述自動化改造需求已提出好幾年，并且隨著用工荒問題的蔓延，國內紡紗企業(yè)越來越迫切需求紡織設備的升級改造，然而目前市場上仍未有成熟且穩(wěn)定的全自動投紗設備。

江陰凱業(yè)是一家致力于紡紗輔機的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務于一體的江蘇省高新技術企業(yè)，以往在針對絡筒機用的全自動理管機已經(jīng)有了多年研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗，且國內市場占有率高達80%以上。因此本公司有研發(fā)紗庫式全自動絡筒機投紗設備的優(yōu)勢條件。

公司研發(fā)的紗庫式自動絡筒機用全自動投紗設備，是依據(jù)我國紡紗企業(yè)目前自身情況提出的迫切需求，在紗庫式自動絡筒機上進行技術改造，加裝機械自動化設置，以達到智能化、自動化、取代人工操作的功能，可部分替代國外托盤式全自動絡筒機，項目的實施能大大促進紗庫式全自動絡筒機的升級改造，從而帶動紡織機械行業(yè)的自動化、智能化的發(fā)展。

紗庫式自動絡筒機全自動化投紗設備，主要包括自動理紗挑頭系統(tǒng)，以及自動投紗系統(tǒng)。針對自動理紗挑頭系統(tǒng)，國內外已研究多年，已經(jīng)形成了一套較為成熟的設備運行流程，包括管紗分揀、自動大頭落下、自動插管、自動挑頭等，該領域由于研究較早，但其產(chǎn)品主要應用在托盤式全自動絡筒機上，且專利內容也都是對國外相關設備的局部改進，總體結構還是與傳統(tǒng)的結構沒有太大區(qū)別。綜上自動理紗挑頭系統(tǒng)在本領域技術相對較為成熟，但是總體結構的創(chuàng)新研發(fā)尚有需要突破之處，本公司對此研究已有了新的突破和新的構建。

其次針對自動投紗系統(tǒng)，其屬于自動運行的輸送帶系統(tǒng)，輸送帶本身雖不具備太大的難度，但針對底托的輸送、位置分配、底托回收，以及管紗找頭、自動投紗，具有較大的挑戰(zhàn)，目前本領域其他企業(yè)在此方面均遇到了較大的困難，主要就是設備長度較長，運行工位較多，導致產(chǎn)品的穩(wěn)定性降低，設備使用過程不可靠，經(jīng)常需要人工干預。在本領域，國外廠家亦有研究，但主要應用在托盤式全自動絡筒機上，針對托盤式全自動絡筒機結構進行了相應的匹配，對本項目的研究具有一定的參考價值，但并不能直接照搬照抄。在此方面，現(xiàn)存專利及相關知識產(chǎn)權較少，系統(tǒng)流程設計方面、具體的系統(tǒng)應用方面，以及可靠性設計方面難度較大。因此本項目的研發(fā)具有較高的科技水平，在本細分領域將形成較好的知識產(chǎn)權保護。

2 絡筒智能投紗設備使用概況和系統(tǒng)組成

本項目研究的重點主要包括自動理紗挑頭系統(tǒng)和自動投紗系統(tǒng)。自動理紗挑頭系統(tǒng)的研發(fā)包括管紗提升插管系統(tǒng)、管紗輸送系統(tǒng)、管紗挑頭裝置的研發(fā)。自動投紗系統(tǒng)的研發(fā)包括管紗輸送平臺、投紗裝置、投紗后的系統(tǒng)裝置、投紗系統(tǒng)與原自動絡筒機的電氣融合四個方面的研發(fā)。

自動挑頭理紗系統(tǒng)的研發(fā)，主要包括以下3個子系統(tǒng)：

管紗提升插管系統(tǒng)：本企業(yè)在理管機的研發(fā)制造過程中已經(jīng)積累了一定的相關經(jīng)驗，研發(fā)根據(jù)大管紗的情況需進行改進即可滿足設計；

管紗輸送系統(tǒng)：針對插好的管紗，連底托進行輸送到各個工位，進行后續(xù)操作，主要為輸送系統(tǒng)，及交通機構的設計，需要根據(jù)實際測試情況進行反復調整；

管紗挑頭裝置：采用專門的挑頭刀，對管紗上的紗頭進行挑出，并吸入紗管內，該系統(tǒng)雖然國外廠家已經(jīng)較為成熟，但還是需要進行樣機試制及測試，通過實際測試來驗證和調整。

以上3個子系統(tǒng)已申請發(fā)明專利。

自動投紗系統(tǒng)的研發(fā)，主要包括以下4個子系統(tǒng)：

管紗輸送平臺：主要采用輸送帶對自動理紗挑頭系統(tǒng)輸送過來的管紗輸送到相應的具體絡筒工位，輸送帶系統(tǒng)本身難度不大，且本公司已經(jīng)在別的產(chǎn)品上應用多年；但由于受現(xiàn)有自動絡筒機安裝車間場地大小限制，需要對輸送帶系統(tǒng)進行立體化上下分布，且需要循環(huán)提升傳輸；同時輸送系統(tǒng)所涉及的絡筒工位較多，需要穩(wěn)定可靠，且維護方便；該部分結構國內外研究較少，經(jīng)過重點攻關目前已實現(xiàn)了自動化輸送；

投紗裝置：需要針對現(xiàn)有的絡筒機進行投紗，一種方案為采用投入原有絡筒機的旋轉式紗庫內；另一種方案為拆除原有紗庫，直接投入絡筒工位內；兩種方案，各有利弊，本公司在后續(xù)研發(fā)中，通過和客戶溝通及市場調研，目前確定用第二種方案，該部分的研發(fā)國內外基本是空白的，目前我公司通過技術人員多次研發(fā)后已成功解決了這一難題；

投紗后的系統(tǒng)裝置：對投入絡筒機后的管紗需要進行吸頭，該部分結構與上述投紗裝置的結構存在關聯(lián)，存在較多實施方案，通過后續(xù)的測試和實際應用，也順利地實現(xiàn)了預期效果；

投紗系統(tǒng)：該電氣控制是完全獨立的控制，與原自動絡筒機的電氣控制無交集，不影響原絡筒機的電氣控制，但是還需要和客戶共同交流、統(tǒng)一控制程序，有效地提高整機電氣控制的效果。

以上4個子系統(tǒng)已申請發(fā)明專利。

3 絡筒機自動投紗設備產(chǎn)品特點和技術參數(shù)

1）適紡紗支（10支-40支以上），單臺機器可以同時做2個品種管紗，2種不同長度的紗管；

2）系統(tǒng)設備適用于國際三大品牌及國內品牌的紗庫式自動絡筒機的改造；

3）改造方便，只要拆除原絡筒機上的紗庫即可，安裝調試1.5天/臺；

4）由于采用模塊化集成設計，運紗系統(tǒng)采用分段式運紗，可單段移出，維修或大修絡筒主機時方便快捷；

5）操作維護方便，采用單錠單控制，系統(tǒng)有集中故障顯示，快速查找故障點，及時排除故障；

6）智能投紗設備有尾紗自動收集和自潔裝置，減少人工清潔和纏繞；

7）智能投紗設備可以有效替代人工絡紗及進行自動絡紗，中央處理器找頭率綜合95%左右（中支紗），絡筒錠位再找頭率為99%，對細紗工序采用自動落紗方式，效率更高；

8）智能投紗設備改造占地面積小、緊湊、改造適應性強；

9）采用自動投紗系統(tǒng)改造，不降低原落筒機生產(chǎn)效率。

項目技術考核指標：

1）針對管紗進行自動化插管，每分鐘插管數(shù)量＞20 根 / 60 錠 ；

2）設備運行，每分鐘輸送管紗至待料工位數(shù)量＞25根 ；

3）設備運行，管紗吸頭合格率＞95%；

4）設備運行，剔除不合格管紗率＞99%；

5）設備輸送平臺模塊化，每段長度≤4米

6）設備額定功率運行每小時耗電＜3KW（60錠）

7）設備運行零廢氣、零廢水排放。

4 絡筒機自動投紗設備效益分析

智能投紗系統(tǒng)經(jīng)過驗證和計算（以實際運行、管紗退繞時間及筒紗成型時間計算，按絡筒機60錠，無自動換筒紗AGV小車）為例：

紗支 改造后操作管理機臺/人 回報周期10支-16支 2-2.5臺/人 1.5年左右21支-40支 2.5-3臺/人 2年左右40支以上 3-4臺/人 2.5年左右

以上計算扣除增加用電、用氣及管理費用（因絡筒機運行狀態(tài)、速度和效率有差，此計算供參考）

5 自動投紗系統(tǒng)開發(fā)方向和前景

1）與三大國際主流和國內品牌公司生產(chǎn)的托盤式自動絡筒機共存，彌補和滿足國內當下紡紗企業(yè)的客觀實際需求，減少和減輕紡紗企業(yè)的負擔，提升企業(yè)生存和發(fā)展需求；

2）自動投紗系統(tǒng)并非是自動絡筒機技術領域的進步，適合改造范圍，還需要吸取消化國內外先進成熟技術。因為是改造，針對細紗工序不同落紗方式和操作方式，提高改造后的絡筒機效率、降低能耗；

3）進一步消化吸收成熟的換紗筒AGV小車產(chǎn)品技術，更加減少用工和降低勞動強度，提高紗庫式絡筒機全自動化；

4）逐步實現(xiàn)細紗工序、絡筒工序、管紗和紗管自動柔性聯(lián)接，為紡紗企業(yè)實現(xiàn)無人化自動工廠而努力，實現(xiàn)共贏。