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。