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        高精度纖維混紡自動稱量機組的研制與應用

        2020-06-02 10:59:28邢懷祥王子傲徐傾躍郭良浩
        棉紡織技術(shù) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:簾子羅拉高精度

        邢懷祥 王子傲 徐傾躍 郭良浩

        (1.鄭州宏大新型紡機有限責任公司,河南鄭州,450001;2.中國農(nóng)業(yè)大學,北京,100083)

        目前,受人們生活水平提高和市場環(huán)境的影響,越來越多紡織企業(yè)加大了對差異化多組分纖維混紡的開發(fā)力度,研究攻關(guān)色紡紗,棉與各種化纖、植物纖維、動物纖維混紡紗以及動植物纖維混紡紗的生產(chǎn)技術(shù),形成了五彩繽紛的紗線市場[1-2]。提高紡織企業(yè)對市場的快速適應性和產(chǎn)品的附加值,必將給紡織企業(yè)帶來新的生機。

        傳統(tǒng)的原料混和多采用人工混和或在并條機上進行混并,造成纖維之間混和質(zhì)量不穩(wěn)定、比例不準、沒有立體感。如何將各種可紡纖維混和成多元化立體色彩、全成分比例均勻分布,精準截面含量的混和效果成為多樣化紡紗頭等大事。我們將自動控制技術(shù)和精準智能稱量有機結(jié)合在一起,研制開發(fā)出了一種高精度纖維混紡自動稱量機組。

        1 高精度纖維混紡自動稱量機組的結(jié)構(gòu)原理與性能

        高精度纖維混紡自動稱量機組如圖1 所示。由圖1 可以看出,高精度纖維混紡自動稱量機組由開棉機(凝棉器)、風機、稱量配棉機、簾子混棉機及智能控制系統(tǒng)所組成,其工藝流程:(抓取的小塊原棉)→JWF1126B-160 型開棉機(FA051A-120 凝棉器)×(1~4)→JWF1062 型喂棉稱量機×(1~4)→JWF1028 型簾子混棉機→清梳聯(lián)合機生產(chǎn)線。

        該流程就是將色棉或棉及化纖由抓棉機經(jīng)凝棉器喂入開棉機,經(jīng)開松打手初步開松后,通過風機喂入自動稱量機上棉箱,經(jīng)喂棉羅拉喂入,開松打手精細開松后喂入稱量控制系統(tǒng),根據(jù)預先設定的比例經(jīng)智能自動計量后依次平鋪疊加在下方的混棉簾子上,由水平簾、喂棉羅拉經(jīng)開松打手輸送到下一機臺,整個流程設計遵循了由粗到細有步驟地逐步開松纖維的原則,減少對纖維的損傷,同時提高了稱量精度,在生產(chǎn)實踐中達到了稱重誤差小于0.2%的水平。

        圖1 高精度纖維混紡自動稱量機組

        1.1 JWF1126B-160 型開棉機

        該機為高精度纖維混紡自動稱量機組的第一道設備,主要作用為儲棉與預開松,其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 JWF1126B-160 型開棉機結(jié)構(gòu)

        它主要由機架、儲棉喂棉箱、給棉裝置、梳針打手及電氣控制部分等組成。機架為鋼板焊接結(jié)構(gòu),通過撐擋連接而成;儲棉喂棉箱為單層高棉箱結(jié)構(gòu),容積達到2 m3,儲棉量大,喂棉穩(wěn)定;給棉裝置采用四羅拉結(jié)構(gòu),具有均衡喂棉功能,采用變頻控制及雙羅拉加彈簧加壓給棉方式,給棉連續(xù)穩(wěn)定均勻;打手由筒體及梳針板組成,針板與筒體采用螺釘連接,打手兩端裝有密封裝置;電氣由PLC 可編程控制器與觸摸屏控制。

        1.2 JWF1062 型喂棉稱量機

        該機為高精度纖維混紡自動稱量機組中關(guān)鍵設備,主要作用是將原料進一步開松,并精確稱重提供給下一臺設備。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。該機主要由機架、上棉箱、給棉裝置、打手、下棉箱、稱斗、集塵箱及電氣控制系統(tǒng)等組成。機架為鋼板焊接結(jié)構(gòu),通過撐擋連接而成;上棉箱為雙層氣壓棉箱,采用連續(xù)喂棉方式,保證了上棉箱壓力穩(wěn)定,使稱重喂給時喂棉更加均勻穩(wěn)定,同時為了清潔及更換品種方便,排氣網(wǎng)眼板與后門采用整體結(jié)構(gòu);給棉裝置為四羅拉分梳喂入系統(tǒng),具有精確喂入功能,采用雙速喂棉系統(tǒng),初始向稱斗喂給時給棉羅拉采用高速喂入,當即將達到標準重量時給棉羅拉采用低速喂入,保證了高精度喂給;打手由筒體及梳針板組成,針板與筒體采用螺釘連接,打手兩端裝有密封裝置,采用全梳針方式,保證了對纖維開松柔和精確喂給的目的;下棉箱由喂棉通道和阻斷活門組成,實現(xiàn)精準喂棉;稱斗由不銹鋼材料焊接而成,通過氣動控制開啟活門,為了減少機械振動對稱斗的影響,增加了雙重減振措施,用以保證稱量高精度稱重、放稱向下一機臺喂棉。

        圖3 JWF1062 型喂棉稱量機結(jié)構(gòu)

        1.3 JWF1028 型簾子混棉機

        該機為高精度纖維混紡自動稱量機組中最后一臺設備,將不同纖維經(jīng)配棉稱量機按比例稱重后,垂直平鋪在水平簾上,再由水平簾、喂棉羅拉經(jīng)開松打手輸送到下一機臺,達到了橫鋪直取的混棉效果,如圖4 所示。該機主要由機架、給棉裝置、打手、混棉簾子及電氣控制系統(tǒng)等組成。機架為鋼板焊接結(jié)構(gòu),通過撐擋連接而成;給棉裝置由三羅拉組成,分布成兩上一下結(jié)構(gòu),喂入可靠;打手由筒體及梳針板組成,針板與筒體采用螺釘連接,打手兩端裝有密封裝置;混棉簾子由簾子、主動輥、被動輥、托輥等組成。混棉簾子的運轉(zhuǎn)與稱量機的稱重、開秤協(xié)調(diào)同步,當稱量機在喂入稱斗纖維并計量重量時,稱斗處于關(guān)閉狀態(tài),簾子運轉(zhuǎn),前進一個稱斗寬度距離,當稱量機稱斗中的喂入纖維達到設定重量時,稱斗打開,簾子處于停止狀態(tài),纖維落下,平鋪在簾子上,與前面另一個的稱量單元上一次落下的纖維形成多種纖維層的疊加,經(jīng)打手開松混和,完成精確混棉;電氣由PLC 可編程控制器與觸摸屏控制。

        圖4 JWF1028 型簾子混棉機結(jié)構(gòu)

        1.4 智能控制系統(tǒng)

        該系統(tǒng)由連續(xù)喂棉裝置、PLC 可編程控制器、觸摸屏人機對話、智能傳感器裝置以及智能稱重控制軟件平臺組成。采用連續(xù)喂棉技術(shù)給智能稱量配棉機配棉,上棉箱結(jié)構(gòu)為氣控雙層喂棉箱,使該機上棉箱內(nèi)纖維密度保持穩(wěn)定,確保稱量配棉機喂棉均勻;雙速變頻喂棉技術(shù)智能控制稱量配棉機的給棉羅拉,進一步保證喂給精度的準確性;定量實時動態(tài)校正、誤差統(tǒng)計補償、預測控制策略等智能軟件平臺控制高精度稱量,稱量準確。

        2 高精度纖維混紡自動稱量機組的使用情況

        高精度纖維混紡自動稱量機組研制完成后,安裝于國內(nèi)某大型紡紗集團的清梳聯(lián)合機中,生產(chǎn)T/R 70/30 14.8 tex 紗。

        2.1 生產(chǎn)流程

        JWF1012 型往復抓棉機或FA002A 型抓棉機→JWF1126B 型開棉機(FA051A-120 型凝棉器)×3→JWF1062 型喂棉稱量機×3→JWF1028型簾子混棉機→JWF1026 型多倉混棉機+JWF1124C 型開棉機→ZF9104 型風機→TF2202型配棉三通→JWF1204B 型梳棉機×16→(并條)→(粗紗)→(細紗)

        2.2 主要工藝參數(shù)設定

        JWF1126B-160型開棉機:打手轉(zhuǎn)速580 r/min,給棉羅拉最高轉(zhuǎn)速1.95 r/min(變頻控制),ZF9104-425 型風機最高轉(zhuǎn)速2 660 r/min(變頻控制)。JWF1062 型配棉稱量機:打手最高轉(zhuǎn)速670 r/min(變頻控制),給棉羅拉最高轉(zhuǎn)速3.25 r/min(雙速,變頻控制)。JWF1028型簾子混棉機:打手轉(zhuǎn)速410 r/min,給棉羅拉轉(zhuǎn)速20 r/min。

        2.3 紡紗效果

        2.3.1 纖維混和精度測試

        在梳棉機棉條處每天取樣3 次,跟蹤試驗5天,用溶解法測試滌粘混紡比,測試統(tǒng)計結(jié)果見表1。

        表1 滌粘混紡比測試結(jié)果

        從表中的統(tǒng)計結(jié)果看,5 天內(nèi)連續(xù)跟蹤測試,混棉比例的誤差均小于1.5%,混棉精度高,該機組混棉效果很好。

        2.3.2 成紗質(zhì)量

        成紗質(zhì)量是根據(jù)實際生產(chǎn)報表進行統(tǒng)計分析,結(jié)果如下。

        從以上可知,由于該流程的應用,成紗質(zhì)量指標均達到了2018 年USTER 公報5%的相似產(chǎn)品水平。

        2.3.3 使用效果

        常規(guī)混紡工藝一般分兩步。第一步稱量打包,其混和工藝:稱量排包抓棉→凝棉器+初開棉→混棉機→凝棉器+打包。第二步紡紗生產(chǎn),其工藝流程:排包抓棉→凝棉器+初開棉→混棉機+精開→風機→梳棉機。

        從生產(chǎn)效率、用工人數(shù)、噸紗耗電、工人勞動強度等方面,將高精度纖維混紡自動稱量機組的使用與常規(guī)混紡紗生產(chǎn)進行對比。

        生產(chǎn)效率。目前按一條生產(chǎn)線16 臺梳棉機計算,一套機組產(chǎn)量616 kg/h,而人工打包機最大產(chǎn)量400 kg/h,使用該項目生產(chǎn)效率提高54%。

        噸紗用電。整套稱量機組用電功率實測34.1 kW,按照目前一條生產(chǎn)線16 臺梳棉機計算,一天生產(chǎn)14.04 t,噸紗用電58.3 kW·h;常規(guī)裝機功率50.05 kW,噸紗用電125.125 kW·h,使用該機組后噸紗用電減少了66.825 kW·h。

        用工。常規(guī)混紡按一天生產(chǎn)14 t 的產(chǎn)量計算,目前人工混料生產(chǎn)標準是每人每天(長白班)1.5 t,混料需要用工9.36 人;混棉后尚需打包,打包按目前公司每人生產(chǎn)標準是每天打60 個棉包、每包重量100 kg 計算,需要打包用工2.34 人,混料與打包共需用工11.7 人。而高精度混紡稱量機組一條生產(chǎn)線一天生產(chǎn)14 t,僅需抓棉機上盤裝箱工2 人即可。從上述數(shù)據(jù)看出,每使用一套高精度混紡自動稱量機組,可減少用工9.7 人。

        勞動強度。使用該機組后,降低了擋車工和清棉上盤裝箱工的勞動強度。使用常規(guī)混料、常規(guī)混紡生產(chǎn)線時,生產(chǎn)工人需要混料時將棉包上盤裝箱,混和后再打包,還需再次將棉包上盤裝箱進入紡紗生產(chǎn)線。使用高精度混紡自動稱量機組后,工人按排包工藝要求,只需一次上盤裝箱就可直接紡紗生產(chǎn)。兩者相比,高精度混紡自動稱量機組避免了擋車工的打包勞動,使清棉上盤裝箱工人勞動強度可有效降低1 倍。

        2.4 可靠性(故障率)測定

        該機組進行連續(xù)生產(chǎn),機器運轉(zhuǎn)正常,傳動平穩(wěn),依據(jù)中國紡織機械器材工業(yè)協(xié)會制定的紡織機械可靠性試驗評價文件,根據(jù)值班擋車工記錄,從4 月1 日 到5 月30 日 共120 個 班,只 出 現(xiàn)3次Ⅴ類輕微故障,加權(quán)故障系數(shù)0.2,測試期內(nèi)加權(quán)故障系數(shù)0.6,平均無故障工作時間MTBF=n×t×c/r=10 臺 單 元 機×120 班×8 h/3 次=3 200 h,可靠性高,運轉(zhuǎn)可靠。

        3 高精度纖維混紡自動稱量機組技術(shù)驗收

        高精度纖維混紡自動稱量機組投入生產(chǎn)使用后,通過了國家紡織機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測,質(zhì)檢項目符合Q/ZH 335—2019《高精度自動稱量機組》標準規(guī)定的要求。以下為中國紡織工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定結(jié)論。

        該項目自主研發(fā)的高精度纖維混紡自動稱量機組實現(xiàn)了多種纖維精準比例、連續(xù)穩(wěn)定供棉,整體技術(shù)達到了國際先進水平,對提高紡紗企業(yè)生產(chǎn)效率、減少用工、改善勞動環(huán)境、高精度混和的效果顯著,具有良好的推廣前景和經(jīng)濟效益。主要創(chuàng)新點:構(gòu)建了氣電混控排風式稱量機上棉箱喂棉系統(tǒng),實現(xiàn)連續(xù)供棉,上棉箱儲棉量穩(wěn)定,為后續(xù)的均恒喂棉提供保障;開發(fā)了智能稱量控制系統(tǒng),根據(jù)實際稱量結(jié)果進行在線補償,并對喂棉量進行實時動態(tài)平衡,顯著提高了喂棉量控制精度;喂棉羅拉采用彈簧加壓、精準調(diào)速,降低了喂棉量的波動,保證了精細喂棉;研發(fā)的稱量裝置雙重減振機構(gòu),抗振效果好,消除了外部沖擊對稱斗的影響,保證了稱量精度。

        4 結(jié)束語

        高精度纖維混紡自動稱量機組解決了纖維混紡自動化、數(shù)字化、智能化的難題,拓展了我國清梳產(chǎn)品的應用空間。不同纖維之間的混紡比精度的提高,保證了成紗質(zhì)量的穩(wěn)定性;紡織廠生產(chǎn)效率的提高、能耗的降低和用工成本的減少,減輕了企業(yè)用工難的問題,提高了棉紡企業(yè)的經(jīng)濟效益;同時,生產(chǎn)環(huán)境更加整潔、減少了工人的勞動強度。高精度纖維混紡自動稱量機組的推出,增強了紡織企業(yè)主導產(chǎn)品核心競爭力,為紡織企業(yè)經(jīng)濟效益的提升奠定了堅實的基礎。

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