王 磊 趙海燕

（江蘇精亞集團(tuán)有限公司，江蘇無(wú)錫，214466）

1 噴氣渦流紡簡(jiǎn)介

1.1 成紗原理

噴氣渦流紡作為一種新型紡紗技術(shù)，集粗紗、細(xì)紗、絡(luò)筒和卷繞為一體，具有工藝流程短、高速、高度自動(dòng)化特征，是棉紡行業(yè)最具市場(chǎng)前景的紡紗技術(shù)之一［1］。近年來(lái)，隨著噴氣渦流紡企業(yè)的增多、規(guī)模的擴(kuò)大，噴氣渦流紡紗技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展。

噴氣渦流紡成紗原理如圖1所示。纖維條經(jīng)牽伸后從前羅拉鉗口輸出，在喂入元件的引導(dǎo)下進(jìn)入紡錠。纖維束前端經(jīng)引導(dǎo)針引導(dǎo)進(jìn)入錠子內(nèi)孔（空心錠），形成紗線的芯。加捻元件的切向噴射孔噴出旋轉(zhuǎn)氣流，形成渦流，尾端自由端的纖維在該渦流作用下圍繞芯紗進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、包纏，加捻成紗，最后卷繞成筒子紗［2-3］。

圖1 噴氣渦流紡成紗原理示意圖

1.2 風(fēng)箱花的產(chǎn)生原因

從成紗原理看，噴氣渦流紡屬于非自由端紡紗，一端被握持，一端被加捻，而纖維在加捻過(guò)程中，其表面的短絨、毛羽因纖維長(zhǎng)度過(guò)短無(wú)法被捻入紗線內(nèi)形成有效纖維，這類(lèi)短纖維需要及時(shí)剔除以保證成紗的質(zhì)量。風(fēng)箱花生成原理如圖2所示，噴氣渦流紡紗機(jī)生產(chǎn)時(shí)，風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)門(mén)蓋板保持常開(kāi)狀態(tài)（處于藍(lán)線位置），3 kPa壓頭的主風(fēng)機(jī)使紡錠內(nèi)形成高真空度，短絨、毛羽被強(qiáng)力的氣流吸入風(fēng)箱，在風(fēng)箱內(nèi)部濾網(wǎng)的攔截下，短纖維與氣流實(shí)現(xiàn)分離，氣流透過(guò)濾網(wǎng)排至濾塵室過(guò)濾，而截留在風(fēng)箱內(nèi)的短絨、毛羽就是所謂的風(fēng)箱花。風(fēng)箱花是有用纖維，可作為下腳料回用，因此定期對(duì)風(fēng)箱花進(jìn)行收集必不可少。

圖2 風(fēng)箱花生成原理圖

2 風(fēng)箱花收集系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

2.1 人工收集形式

當(dāng)前噴氣渦流紡紗機(jī)風(fēng)箱花常用的收集形式以人工收集為主。通過(guò)點(diǎn)動(dòng)機(jī)臺(tái)操控面板上的清潔按鈕來(lái)旁通吸風(fēng)氣流，促使風(fēng)箱內(nèi)部由負(fù)壓變?yōu)槌?，吸附在濾網(wǎng)上的風(fēng)箱花因重力自然下落，擋車(chē)工便可打開(kāi)風(fēng)箱掏出風(fēng)箱花。人工收集作為常用的收集形式在紡織廠已沿用多年，但實(shí)際生產(chǎn)中也暴露了一些弊端。一是人工收集的時(shí)間不固定，可能出現(xiàn)風(fēng)箱花積滿(mǎn)但無(wú)人收集的情況；風(fēng)箱花回收不及時(shí)堵塞濾網(wǎng)，影響風(fēng)箱透風(fēng)，造成主風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)，燒損電機(jī)；同時(shí)，紡錠內(nèi)的真空度也會(huì)大幅下降，紗線上的短絨、毛羽無(wú)法完全吸凈。二是人工收集的效率低，工作量大。風(fēng)箱花人工掏出后需要先放置在回花筐內(nèi)，待存儲(chǔ)到一定量時(shí)再拖運(yùn)至打包房打包，收集過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

針對(duì)目前人工收集形式所存在的弊端，本文提出將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)箱花的收集。以7臺(tái)J26型噴氣紡紗機(jī)為例，通過(guò)設(shè)計(jì)一套風(fēng)箱花的自動(dòng)收集系統(tǒng)，以求解決風(fēng)箱花收集不及時(shí)、工作量大、效率低等問(wèn)題。

2.2 自動(dòng)收集形式

首先對(duì)風(fēng)箱進(jìn)行改造，在與外界大氣接觸的面板上加裝補(bǔ)風(fēng)氣缸，通過(guò)引入定量的補(bǔ)風(fēng)氣流帶走風(fēng)箱花。其次加裝氣缸Y1、Y2，通過(guò)氣缸的開(kāi)啟控制每臺(tái)車(chē)風(fēng)箱花的收集次序。最后加裝自動(dòng)收集的PLC控制模塊，與J26型噴氣紡紗機(jī)控制程序銜接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集，原理如圖3所示。新增的PLC控制模塊逐臺(tái)向J26型噴氣紡紗機(jī)輸出清潔指令，驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱內(nèi)氣缸A關(guān)閉、補(bǔ)風(fēng)氣缸B打開(kāi)。氣缸A關(guān)閉工藝風(fēng)則會(huì)旁通，風(fēng)箱內(nèi)變?yōu)槌骸４蜷_(kāi)補(bǔ)風(fēng)氣缸B補(bǔ)風(fēng)進(jìn)入風(fēng)箱，Y1或Y2氣缸打開(kāi)，在吸棉風(fēng)機(jī)抽吸下，風(fēng)箱花被吸至打包房。自動(dòng)收集實(shí)現(xiàn)了兩大功能：一是用PLC控制程序替代在機(jī)臺(tái)上點(diǎn)動(dòng)清潔按鈕這個(gè)動(dòng)作；二是利用吸棉風(fēng)機(jī)吸棉取代人工手掏。

圖3 自動(dòng)收集形式原理圖

2.3 自動(dòng)收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)收集系統(tǒng)如圖4所示。系統(tǒng)由吸棉風(fēng)機(jī)、排塵風(fēng)機(jī)、吸棉口、管路系統(tǒng)、纖維壓緊器及自動(dòng)打包機(jī)組成。

圖4 自動(dòng)收集系統(tǒng)圖

經(jīng)管網(wǎng)阻力計(jì)算，吸棉選用7.5 kW的吸棉風(fēng)機(jī)，排塵選用4 kW排塵風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，提供系統(tǒng)足夠的吸棉動(dòng)力，使風(fēng)箱花通過(guò)管道輸送至自動(dòng)打包機(jī)進(jìn)行打包。

7臺(tái)J26型噴氣紡紗機(jī)左、右兩個(gè)風(fēng)箱底板分別設(shè)計(jì)直徑160 mm的吸棉口，用于軟管的連接。吸棉口的尺寸設(shè)計(jì)過(guò)大吸風(fēng)量大，能耗高；吸棉口過(guò)小容易堵花，所以選擇合理的吸棉口尺寸相當(dāng)關(guān)鍵。

管路系統(tǒng)的管道尺寸設(shè)計(jì)直徑為220 mm，依據(jù)13 m/s～14 m/s的最佳經(jīng)濟(jì)流速設(shè)計(jì)。作為纖維輸送通道，流速過(guò)高，管道壓損大，能耗高；流速過(guò)低，纖維在管道內(nèi)易沉降堵管道。

風(fēng)箱花的處理選用02纖維壓緊器，經(jīng)管網(wǎng)輸送來(lái)的風(fēng)箱花利用纖維壓緊器實(shí)現(xiàn)氣纖分離，風(fēng)箱花被壓緊器壓緊并落至打包機(jī)落料倉(cāng)內(nèi)，氣流則透過(guò)壓緊器網(wǎng)眼排至轉(zhuǎn)籠間過(guò)濾。

風(fēng)箱花的打包采用臥式自動(dòng)打包機(jī)，其打包能力每小時(shí)3包～4包，單包重量80 kg～100 kg，完全可以滿(mǎn)足風(fēng)箱花的收集量。

3 控制策略及使用效果

3.1 控制策略

自動(dòng)收集系統(tǒng)控制界面如圖5所示。在上位機(jī)上可實(shí)時(shí)觀察J26型噴氣紡紗機(jī)的清潔情況，并根據(jù)風(fēng)箱花量調(diào)節(jié)界面上設(shè)定的時(shí)間參數(shù)。

圖5 自動(dòng)收集系統(tǒng)控制界面

PLC控制系統(tǒng)與J26型噴氣紡紗機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖，其電氣連接如圖6所示。J26型噴氣紡紗機(jī)控制電路圖上 K48、KB1、KB2、KB3全部處于閉合則代表設(shè)備處于在線生產(chǎn)狀態(tài)，PLC控制模塊在接收到J26型噴氣紡紗機(jī)在線信號(hào)后，控制模塊內(nèi)K501線圈輸出清潔信號(hào)并反饋給J26型噴氣紡紗機(jī)，驅(qū)動(dòng)J26型噴氣紡紗機(jī)內(nèi)的氣缸動(dòng)作，具體控制策略如下。

圖6 控制系統(tǒng)電氣連接圖

（1）PLC控制模塊通電，檢測(cè)1號(hào)車(chē)～7號(hào)車(chē)在線情況，針對(duì)檢測(cè)到的離線機(jī)臺(tái)直接跳過(guò)清潔工序。自檢完成后延時(shí)30 s啟動(dòng)排塵風(fēng)機(jī)與吸棉風(fēng)機(jī)并控制總管網(wǎng)上的補(bǔ)風(fēng)閥打開(kāi)閥。

（2）風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，激活1號(hào)車(chē)的K501，K501再輸出清潔指令給J26型噴氣紡紗機(jī)。J26型噴氣紡紗機(jī)接收到清潔信號(hào)后，其PLC控制模塊驅(qū)動(dòng)氣缸A關(guān)閉，氣缸B打開(kāi)。1號(hào)車(chē)K501激活后延時(shí)5 s，打開(kāi)1號(hào)車(chē)左、右風(fēng)箱吸棉口處設(shè)計(jì)的Y1和Y2氣缸并關(guān)閉補(bǔ)風(fēng)閥。K501激活后延時(shí)5 s是為了確保氣缸A、氣缸B動(dòng)作已完成，風(fēng)箱內(nèi)已處于常壓狀態(tài)，氣缸Y1和Y2一打開(kāi)，風(fēng)箱花就將被吸走。

（3）氣缸Y1和Y2持續(xù)打開(kāi)10 s后關(guān)閉，并再次打開(kāi)補(bǔ)風(fēng)閥，即1號(hào)車(chē)左、右兩個(gè)風(fēng)箱同時(shí)清棉時(shí)間為10 s，此時(shí)間可根據(jù)實(shí)際回花量大小調(diào)節(jié)。氣缸Y1和Y2關(guān)閉后延時(shí)5 s鎖定K501，驅(qū)動(dòng)氣缸A打開(kāi)，氣缸B關(guān)閉，1號(hào)車(chē)工藝風(fēng)旁通狀態(tài)解除，至此1號(hào)車(chē)風(fēng)箱花清潔過(guò)程結(jié)束。

（4）1號(hào)車(chē)K501鎖定后延時(shí)20 s激活2號(hào)車(chē)的K501，進(jìn)行清潔工作。20 s的延時(shí)是為了讓纖維壓緊器有充足的時(shí)間處理1號(hào)車(chē)的風(fēng)箱花。同時(shí)，設(shè)定每臺(tái)車(chē)20 s的清潔間隔時(shí)間可有效防止風(fēng)箱花連續(xù)不斷地進(jìn)入纖維壓緊器，避免其瞬間負(fù)荷增高而造成堵塞。

（5）按順序完成在線機(jī)臺(tái)風(fēng)箱花的清潔，每臺(tái)車(chē)吸棉過(guò)程20 s，纖維處理20 s。以7臺(tái)車(chē)均在線為例，一個(gè)清潔周期時(shí)間共計(jì)280 s，每一個(gè)清潔周期結(jié)束后延時(shí)10 min開(kāi)始下一個(gè)清潔周期。

3.2 使用效果

本文設(shè)計(jì)的收集系統(tǒng)已應(yīng)用于新疆某紡紗廠的J26型噴氣紡紗機(jī)風(fēng)箱花收集的改造項(xiàng)目上。從使用效果來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)箱花自動(dòng)收集及自動(dòng)打包的功能，系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，但也出現(xiàn)了一些故障。

一是吸棉口出現(xiàn)被風(fēng)箱花堵塞情況。棉纖維具有抱合性，風(fēng)箱內(nèi)的纖維在主風(fēng)機(jī)高負(fù)壓作用下，吸附在濾網(wǎng)上并成團(tuán)狀，大體積的團(tuán)狀纖維直接覆蓋吸棉口而造成堵塞。針對(duì)此情況，通過(guò)縮短機(jī)臺(tái)清潔間隔時(shí)間來(lái)控制風(fēng)箱花的成團(tuán)體積，保證可順利進(jìn)入吸棉口，效果改善明顯。

二是吸棉風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)電流接近額定電流15 A，長(zhǎng)期滿(mǎn)載運(yùn)行對(duì)電機(jī)壽命會(huì)有影響。針對(duì)此情況，在吸棉風(fēng)機(jī)進(jìn)口端加裝了插板閥，在不影響系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)插板閥來(lái)控制系統(tǒng)內(nèi)的吸棉風(fēng)量，調(diào)節(jié)后實(shí)測(cè)電流降至12 A。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）J26型噴氣紡紗機(jī)既可紡化纖，又可紡純棉，可紡品種豐富，但生產(chǎn)不同品種所產(chǎn)生的風(fēng)箱花量差異很大。針對(duì)這一特點(diǎn)，本收集系統(tǒng)內(nèi)氣缸Y1、氣缸Y2開(kāi)啟時(shí)間以及每臺(tái)車(chē)的清潔間隔時(shí)間設(shè)計(jì)為可調(diào)，使用時(shí)根據(jù)不同品種的產(chǎn)花量對(duì)控制界面上的這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，若花量大，氣缸Y1、氣缸Y2開(kāi)啟時(shí)間適當(dāng)設(shè)長(zhǎng)，機(jī)臺(tái)間隔時(shí)間適當(dāng)設(shè)短；若花量小，則反向調(diào)節(jié)。

（2）纖維開(kāi)松或切斷裝置的開(kāi)發(fā)是系統(tǒng)改進(jìn)的一個(gè)重要命題，若風(fēng)箱花被收集前先經(jīng)開(kāi)松，保持松散狀態(tài)，則可避免團(tuán)狀的纖維堵塞吸棉口，有利于提高收集系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）高能耗是制約集中收集系統(tǒng)在紡織廠廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要因素。對(duì)于收集系統(tǒng)而言，風(fēng)機(jī)是能耗大戶(hù)，本收集系統(tǒng)吸棉風(fēng)機(jī)采用的間歇工作形式是一種節(jié)能措施，但在節(jié)能性方面若想取得進(jìn)一步突破還要依靠提高風(fēng)機(jī)效率，高壓頭、大風(fēng)量且低能耗的新型風(fēng)機(jī)研發(fā)至關(guān)重要。