付光懷 楊崇倡 馮 培

1.國家紡織機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 無錫 214177；2.東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 201620

張力是超細(xì)纖維生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，張力的大小與均勻性直接影響超細(xì)纖維生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和成品性質(zhì)[1]。超細(xì)纖維卷裝紗中纖維的均勻性通常采用織襪染色法進(jìn)行評判。但該方法僅能反映卷裝紗表層纖維的質(zhì)量，無法分析其內(nèi)層纖維的質(zhì)量[2]，同時(shí)該方法存在檢測周期長[3]13、人工檢測強(qiáng)度大和易誤檢等弊端。超細(xì)纖維對染色均勻性有較高的要求[4]，常規(guī)的織襪染色法已無法滿足對超細(xì)纖維質(zhì)量控制的要求。

假捻變形機(jī)上配備的在線張力系統(tǒng)主要用于監(jiān)測各錠位超細(xì)纖維解捻時(shí)所受張力的變化，可快速準(zhǔn)確地反映卷裝紗內(nèi)層纖維的質(zhì)量，并根據(jù)張力的波動(dòng)范圍對卷裝紗的質(zhì)量進(jìn)行評級。在線張力系統(tǒng)參數(shù)的合理設(shè)置有助于用戶控制超細(xì)纖維的質(zhì)量，提高企業(yè)的管理效率并降低生產(chǎn)成本。本文以無錫宏源機(jī)電科技股份有限公司的HY-1型假捻變形機(jī)上安裝的在線張力系統(tǒng)為研究對象，概述在線張力系統(tǒng)在超細(xì)纖維質(zhì)量檢測中的應(yīng)用。

1 檢測原理

張力實(shí)時(shí)值是通過傳感器將超細(xì)纖維所受的張力轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后獲取的。張力實(shí)時(shí)值的反應(yīng)速度主要取決于傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率。張力平均值指一定采樣周期內(nèi)超細(xì)纖維張力實(shí)時(shí)值的平均值，由在線張力系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算并顯示。張力變異系數(shù)指一定采樣周期內(nèi)張力實(shí)時(shí)值的均方差，其值可反映單個(gè)錠位超細(xì)纖維所受張力的均勻性。

2 系統(tǒng)功能

為便于通過數(shù)據(jù)分析提升超細(xì)纖維的生產(chǎn)和管理效率，進(jìn)而提高其卷裝紗的質(zhì)量，在線張力系統(tǒng)除應(yīng)具有張力實(shí)時(shí)監(jiān)測的作用外，還應(yīng)具有超細(xì)纖維質(zhì)量控制和存儲(chǔ)檢測數(shù)據(jù)等功能，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題并快速調(diào)整工藝。

2.1 實(shí)時(shí)顯示功能

在線張力系統(tǒng)集成了超細(xì)纖維卷裝成品紗的錠長、錠重和張力實(shí)時(shí)值等顯示功能。在超細(xì)纖維即將達(dá)到設(shè)定的長度或張力超過設(shè)定的范圍時(shí)，輸出指示燈亮起，系統(tǒng)主界面出現(xiàn)明顯的顏色提示，方便后續(xù)操作。

2.2 數(shù)據(jù)庫功能

數(shù)據(jù)庫功能便于檢測數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)管理板為一種獨(dú)立于現(xiàn)場計(jì)算機(jī)的嵌入式控制板，其與張力控制板共同組成微系統(tǒng)，并采用存儲(chǔ)卡記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)管理板可對超細(xì)纖維的質(zhì)量進(jìn)行等級評判并記錄發(fā)生的事件。待計(jì)算機(jī)恢復(fù)正常后，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至計(jì)算機(jī)，這增加了在線張力系統(tǒng)檢測的可靠性。

2.3 卷裝記錄功能

卷裝記錄功能方便用戶跟蹤卷裝紗的質(zhì)量，定期維護(hù)假捻變形機(jī)。卷裝記錄功能主要用于查看一段時(shí)間內(nèi)，不同等級(如A、B和C等)的超細(xì)纖維卷裝紗的數(shù)量。若某錠位低等級的卷裝紗數(shù)量較多，則意味著該錠位的絲路(超細(xì)纖維的加工路徑，包括羅拉﹑導(dǎo)絲磁鍵和冷軌等)或原料可能存在問題，需及時(shí)處理。卷裝記錄功能可為用戶監(jiān)測超細(xì)纖維卷裝紗的質(zhì)量及機(jī)器維護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。

2.4 單面張力平均值和CV值實(shí)時(shí)顯示功能

因假捻變形機(jī)的單面錠位數(shù)較多，單面所有錠位的整體平均張力(單面張力平均值)較難快速確定。在線張力系統(tǒng)單面張力平均值顯示功能的添加，對調(diào)整假捻變形機(jī)運(yùn)行速度等參數(shù)具有重要作用。不同錠位張力平均值和CV值也能反映錠位間的差異。因此，在線張力系統(tǒng)的主界面下方設(shè)有單面張力平均值和CV值的實(shí)時(shí)顯示功能(圖1)。

圖1 某超細(xì)纖維加工時(shí)的張力實(shí)時(shí)值

2.5 卷裝紗滿卷率統(tǒng)計(jì)功能

A等超細(xì)纖維卷裝紗的張力需處于設(shè)定范圍并達(dá)到規(guī)定的卷裝量。在線張力系統(tǒng)的滿卷率統(tǒng)計(jì)是根據(jù)卷裝量要求，快速查找某段時(shí)間內(nèi)滿足A等質(zhì)量要求的成品卷裝紗的數(shù)量。卷裝紗滿卷率統(tǒng)計(jì)功能有助于對A等超細(xì)纖維卷裝紗的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.6 自動(dòng)切絲功能

自動(dòng)切絲功能有助于防止“僵絲”和“亮絲”的產(chǎn)生，減少不必要的長絲纖維紗線浪費(fèi)。當(dāng)超細(xì)纖維的張力值超過設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切斷長絲，以有效預(yù)防“僵絲”或“亮絲”的持續(xù)性生產(chǎn)。當(dāng)超細(xì)纖維卷裝紗量達(dá)到設(shè)定要求而未落筒時(shí)，延遲一定時(shí)間后系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)切絲，避免紗筒卷裝量超標(biāo)。

3 基準(zhǔn)零點(diǎn)校準(zhǔn)

超細(xì)纖維張力檢測的關(guān)鍵是系統(tǒng)傳感器的穩(wěn)定性和基準(zhǔn)零點(diǎn)的校準(zhǔn)。隨著溫度的變化和使用時(shí)間的延長，傳感器的基準(zhǔn)零點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一定的漂移。超細(xì)纖維的張力較低，但對張力的均勻性要求較高。而張力的均勻性取決于基準(zhǔn)零點(diǎn)的穩(wěn)定性，零點(diǎn)漂移的處理方式成為影響超細(xì)纖維檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素之一。

無自動(dòng)校準(zhǔn)功能的傳感器的基準(zhǔn)零點(diǎn)漂移較大且未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律(圖2)。研究發(fā)現(xiàn)，若不及時(shí)校準(zhǔn)基準(zhǔn)零點(diǎn)，其漂移范圍將逐漸擴(kuò)大。此外，傳感器基準(zhǔn)零點(diǎn)漂移的過程較緩慢，各錠位的變化幅度也不一致。因此，為滿足超細(xì)纖維張力檢測均勻性的要求，需針對在線張力系統(tǒng)的零點(diǎn)漂移，設(shè)置自動(dòng)校準(zhǔn)功能，同時(shí)嚴(yán)格限定自動(dòng)校準(zhǔn)條件：

圖2 傳感器基準(zhǔn)零點(diǎn)張力值的分布(無自動(dòng)校準(zhǔn))

1)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)1 h后，傳感器的工作狀態(tài)趨于穩(wěn)定，開始零點(diǎn)校準(zhǔn)；

2)實(shí)時(shí)零點(diǎn)張力值小于設(shè)定的最小張力值時(shí)，需參考纖維的張力設(shè)置來調(diào)整該最小張力值，如滌綸超細(xì)纖維的最小張力宜設(shè)置為小于5.0 cN，最小張力值設(shè)置較大時(shí)，易造成長絲纖維紗線等級的誤判；

3)間隔1 h后進(jìn)行第二次自動(dòng)校準(zhǔn)即可，無需頻繁校準(zhǔn)；

4)斷絲后自動(dòng)校準(zhǔn)，以防探絲器內(nèi)有絲時(shí)影響張力的穩(wěn)定性。

具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能的在線張力系統(tǒng)的零點(diǎn)漂移狀況明顯好轉(zhuǎn)(圖3)。各錠位傳感器的零點(diǎn)在(基準(zhǔn)零點(diǎn)±1.0 cN)范圍內(nèi)(即以1.5 cN為基準(zhǔn)零點(diǎn)，各錠位傳感器的零點(diǎn)處于0.5～2.5 cN的范圍內(nèi))。受自動(dòng)校準(zhǔn)條件的限制，個(gè)別錠位傳感器的零點(diǎn)數(shù)據(jù)未處于(基準(zhǔn)零點(diǎn)±1.0 cN)的范圍內(nèi)，但也基本滿足超細(xì)纖維的生產(chǎn)要求。

圖3 傳感器基準(zhǔn)零點(diǎn)張力值的分布(自動(dòng)校準(zhǔn))

以線密度為17 dtex/12 f的超細(xì)纖維為例，開啟自動(dòng)校準(zhǔn)功能后，其整體張力平均值為5.8 cN(圖4)，單錠張力平均值為5.0～7.0 cN。均勻性好的張力值，便于長絲平均張力檢測質(zhì)量控制范圍的設(shè)定，有利于控制不同批次超細(xì)纖維質(zhì)量的穩(wěn)定性。

圖4 17 dtex/12 f超細(xì)纖維紗線整體張力平均值的實(shí)時(shí)分布

4 應(yīng)用分析

在線張力系統(tǒng)的張力實(shí)時(shí)值可反映超細(xì)纖維卷裝紗的生產(chǎn)質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行和保養(yǎng)等方面的狀況，并根據(jù)張力波動(dòng)范圍針對性地解決下述可能出現(xiàn)的問題。圖5～圖9中各有3根曲線，分別代表張力實(shí)時(shí)值、張力平均值和張力CV值，通過3條曲線的波動(dòng)可以進(jìn)行長絲纖維紗線質(zhì)量的相關(guān)分析。

圖5 張力實(shí)時(shí)值過大引起的紗疵張力曲線

圖6 張力CV值過大引起的紗疵張力曲線

圖7 間斷性張力波動(dòng)的紗疵張力曲線

圖8 整體張力平均值偏高的紗疵張力曲線

圖9 纖維通過冷軌時(shí)發(fā)生“跳動(dòng)”的紗疵張力曲線

4.1 原絲質(zhì)量分析

POY原絲質(zhì)量問題有毛絲、條干不均和含油率異常等。其中，張力實(shí)時(shí)值較大，表明POY毛絲較多，在線張力系統(tǒng)會(huì)多次記錄張力實(shí)時(shí)值過大引起的紗疵張力曲線(圖5)，當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)記錄的紗疵數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，該錠位卷裝紗的質(zhì)量等級將降低。

在線張力系統(tǒng)張力CV值偏高時(shí)，將出現(xiàn)如圖6所示的張力曲線，表明POY原絲的條干可能較不勻。此外，在線張力系統(tǒng)較大的CV值通常出現(xiàn)在原絲即將用盡時(shí)，因此需提前更換絲餅；也可能是前紡工序出現(xiàn)問題所致，需及時(shí)做調(diào)整。

在線張力系統(tǒng)張力平均值出現(xiàn)上下波動(dòng)，則意味著POY原絲含油率整體偏高或偏低。當(dāng)含油率偏低時(shí)，張力平均值降低；含油率偏高時(shí)，張力平均值相應(yīng)升高[5]。通過檢測單面張力平均值大小，可及時(shí)剔除含油率異常的錠位。

4.2 設(shè)備異常分析

在線張力系統(tǒng)對假捻變形機(jī)上各錠位長絲纖維紗線解捻張力的全程監(jiān)測，可反映機(jī)器某些部件(如第一羅拉﹑變型熱箱﹑冷軌和假捻器)的異常。

4.2.1 第一羅拉異常分析

第一羅拉可能出現(xiàn)的問題有皮輥與皮輥軸間存在縫隙、皮輥跑偏和皮輥松動(dòng)等。當(dāng)皮輥與皮輥軸間存在縫隙時(shí)，在線張力檢測系統(tǒng)將檢測出間斷性張力波動(dòng)(圖7)，織襪染色后的長絲纖維紗線表現(xiàn)為間斷性“僵絲”。當(dāng)?shù)谝涣_拉皮輥跑偏時(shí)，在線張力檢測系統(tǒng)檢測出的張力平均值將明顯下降，通常為正常張力平均值的2/3，染色后長絲纖維紗線色差較大。當(dāng)?shù)谝涣_拉皮輥松動(dòng)或未壓緊時(shí)，在線張力檢測系統(tǒng)檢測出的整體張力平均值偏高，織襪染色后表現(xiàn)為“全僵絲”。超細(xì)纖維對皮輥壓緊度的要求較高，通過在線張力系統(tǒng)中紗疵記錄的監(jiān)測和分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)皮輥松動(dòng)或未壓緊的現(xiàn)象，這有利于提高超細(xì)纖維成品卷裝紗的質(zhì)量。

4.2.2 假捻器異常分析

假捻器可能出現(xiàn)的異常主要有假捻器上存在纏絲﹑摩擦盤出現(xiàn)問題或存在逃捻絲。當(dāng)假捻器上存在纏絲時(shí)，在線張力檢測系統(tǒng)檢測出的張力平均值將大幅波動(dòng)，制得的超細(xì)纖維卷裝紗光澤度高，假捻不足。當(dāng)假捻器上個(gè)別摩擦盤出現(xiàn)損傷或間隙不合適時(shí)，在線張力檢測系統(tǒng)檢測出的張力實(shí)時(shí)值會(huì)呈規(guī)律性的波動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)逃捻絲時(shí)，整體張力平均值將偏高(圖8)，超細(xì)纖維卷裝紗表現(xiàn)為“全亮絲”，成品卷裝紗質(zhì)量降級。

4.3 保養(yǎng)周期分析

假捻變形機(jī)上超細(xì)纖維的加工通常采用連續(xù)生產(chǎn)工藝，開機(jī)周期隨纖維品種的不同而不同，保養(yǎng)周期為20～30 d。若保養(yǎng)周期過長，設(shè)備未得到及時(shí)清洗，油劑和粉塵等雜質(zhì)將聚集在冷軌溝槽上，導(dǎo)致纖維在通過冷軌時(shí)發(fā)生“跳動(dòng)”，造成冷卻不良，進(jìn)而影響后續(xù)通過假捻器的纖維的解捻。合理設(shè)置在線張力平均值及其CV值范圍，可快速分辨冷卻不良的纖維，便于根據(jù)纖維品種合理設(shè)定假捻變形機(jī)的保養(yǎng)周期。

5 卷裝紗質(zhì)量評級

5.1 卷裝紗的制備

在HY-1型假捻變形機(jī)上，采用在線張力系統(tǒng)對超細(xì)纖維進(jìn)行質(zhì)量評級試驗(yàn)。采用線密度為52 dtex/24 f的POY為原材料，制備線密度為33 dtex/24 f的拉伸變形絲(DTY)卷裝紗。假捻變形機(jī)的生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 假捻變形機(jī)的生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置

5.2 系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)假捻變形機(jī)的生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置和超細(xì)纖維卷裝紗的規(guī)格，以及下游織造廠對超細(xì)纖維的質(zhì)量要求，在線張力系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如表2所示。其中，設(shè)置長時(shí)間平均偏差參數(shù)旨在解決當(dāng)張力出現(xiàn)長周期緩慢波動(dòng)時(shí)，張力平均值因采樣周期短而無法判別張力波動(dòng)趨勢的問題。窗口寬度參數(shù)需結(jié)合紡紗速度進(jìn)行設(shè)置。通常，120 min的窗口寬度對應(yīng)680 m/min的紡紗速度，即要求加工81 600 m長的纖維長絲，紗疵總數(shù)不超過6個(gè)。織造廠通常要求10萬m長的纖維長絲，其紗疵總數(shù)不超過10個(gè)[3]18-19，顯然，在線張力系統(tǒng)的質(zhì)量控制高于織造廠的要求。

表2 在線張力系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置

5.3 質(zhì)量等級對比

取同一假捻變形機(jī)上加工的、同批次落筒的超細(xì)纖維卷裝紗進(jìn)行質(zhì)量等級評定對比試驗(yàn)。先采用在線張力系統(tǒng)對該批超細(xì)纖維卷裝紗進(jìn)行質(zhì)量等級評定，然后采用織襪染色法對該批卷裝紗進(jìn)行人工等級評定，兩次評級結(jié)果的對比如表3所示。

表3 超細(xì)纖維卷裝紗在線張力系統(tǒng)和人工等級評定結(jié)果對比

由表3可知，在線張力系統(tǒng)檢測出的C等成品卷裝紗的數(shù)量大于人工評級的檢測數(shù)，造成這一現(xiàn)象的原因與在線張力系統(tǒng)的切絲動(dòng)作原理有關(guān)。在線張力系統(tǒng)的切絲功能發(fā)生在判斷該錠位的疵點(diǎn)記錄滿足降級條件，系統(tǒng)判斷成品卷裝紗為C等的瞬間，這將使得卷裝紗的紗疵大都存在于紗筒表層。但在人工評級前，通常會(huì)剝離卷裝紗紗筒表層受污損的紗，從而使得人工評級結(jié)果較好。故在線張力檢測系統(tǒng)檢出的降級成品卷裝紗筒個(gè)數(shù)大于人工評級檢出數(shù)。

6 結(jié)語

在線張力系統(tǒng)可對超細(xì)纖維卷裝紗的內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行全程監(jiān)控。通過在線張力檢測系統(tǒng)紗疵記錄的分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題，為原料質(zhì)量改進(jìn)和假捻變形機(jī)的錠位處理提供依據(jù)。超細(xì)纖維對原絲的質(zhì)量要求高于常規(guī)長絲纖維紗線，合理設(shè)置在線張力系統(tǒng)的基準(zhǔn)零點(diǎn)校準(zhǔn)條件和質(zhì)量控制工藝參數(shù)，有助于用戶控制超細(xì)纖維卷裝紗的內(nèi)在質(zhì)量，提高超細(xì)纖維的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。