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        FA506型細(xì)紗機(jī)集體落紗改造關(guān)鍵技術(shù)分析

        2021-12-06 09:46:41吳叢俊卞克玉
        棉紡織技術(shù) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:紗管鋼領(lǐng)錠子

        吳叢俊 卞克玉

        (1.常州天虹紡織有限公司,江蘇常州,213166;2.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇常州,213164)

        細(xì)紗工序是紡紗最重要的工序,細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)效率直接決定紡紗產(chǎn)量,從而影響經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)落紗用工普遍較多,國(guó)內(nèi)大部分紗錠仍然采用人工落紗,不但用工多、強(qiáng)度大,而且人工落紗對(duì)紗線質(zhì)量也有一定的影響。近年來(lái)隨著用工成本的上升,紡紗廠都在努力減少用工以節(jié)約成本,采用集體落紗(以下簡(jiǎn)稱集落)就是實(shí)現(xiàn)細(xì)紗工序減員增效的一個(gè)重要手段,同時(shí)還可以最大限度減少對(duì)紗管的破壞,延長(zhǎng)細(xì)紗管的使用壽命。對(duì)于老式短車來(lái)說(shuō),加裝集落裝置是最直接的改造方法,但在實(shí)際改造過(guò)程中要綜合考慮,因廠施策。我公司和某自動(dòng)化科技公司合作對(duì)細(xì)紗機(jī)進(jìn)行了集落改造,效果明顯,改造方案介紹如下。

        1 細(xì)紗短車集落控制系統(tǒng)

        集落是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng),涵蓋機(jī)、電、氣等多項(xiàng)技術(shù),要能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)“紡紗,落紗,自動(dòng)開(kāi)車,再紡紗,再落紗”全過(guò)程。集落裝置一般包括機(jī)械部分和控制部分,機(jī)械部分主要包括升降抓取機(jī)構(gòu)、空管喂管機(jī)構(gòu)、滿管輸送機(jī)構(gòu)、導(dǎo)紗板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等幾大部分[1?2];控制系統(tǒng)主要包括主機(jī)變頻速度控制、鋼領(lǐng)板升降控制、集落控制等;集落裝置要能實(shí)現(xiàn)觸摸屏參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警、輸入與顯示等功能。另外改造加裝的集落控制部分要能與原來(lái)的正常落紗控制系統(tǒng)統(tǒng)一起來(lái)。目前有兩種控制改造方式,一種是兩個(gè)控制系統(tǒng)各自獨(dú)立,即分體式;另一種是兩個(gè)控制系統(tǒng)合二為一集成到一起,即一體式。前者改造技術(shù)難度小,但存在參數(shù)不匹配導(dǎo)致的通訊故障,從而造成落紗故障或留頭率偏低;后者程序調(diào)試復(fù)雜,難度較大。綜合考慮,我公司采用后者,通過(guò)PLC控制中心實(shí)施升降伺服控制、變頻主電機(jī)集中控制,類似于現(xiàn)有的細(xì)紗長(zhǎng)車落紗控制方式,效果較好。

        2 細(xì)紗短車集落改造要點(diǎn)

        2.1 錠子改造

        傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)采用的是光桿錠子,這種錠子與紗管之間的接觸面積較小,不能承受集落裝置中抓管器拔紗時(shí)的沖擊,因而不宜用于集落,必須更換。集落要使用專門的鋁套管錠子,這種錠子與配套的紗管接觸面積大,有很好的抗吸振功能,能承受抓管器拔管時(shí)的沖擊,且有利于高速,普遍可適應(yīng)20 000 r/min左右的高速,同時(shí)鋁套管錠子功耗低,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪聲小。我公司經(jīng)過(guò)綜合比較,最終選用YND4000系列錠子,該系列錠子專門用于集落改造,依據(jù)細(xì)紗機(jī)斷面尺寸及集落裝置運(yùn)行空間位置要求進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),尤其適用于不降低龍筋位置的改造方案。除了更換錠子,還需要選配鋁套管專用的薄壁紗管。另外,采用20.5 mm的小直徑錠子,并配備剎錠器。

        2.2 氣架升降控制機(jī)構(gòu)

        氣架升降機(jī)構(gòu)是集落的核心裝置,集落通過(guò)機(jī)械臂將機(jī)械手提升,然后驅(qū)動(dòng)抓管器抓取滿管或空管。因升降機(jī)構(gòu)需要在同一直線上運(yùn)動(dòng),因而幾乎所有的集落裝置都采用人字臂機(jī)構(gòu)[3],由人字臂結(jié)構(gòu)通過(guò)活塞推動(dòng)連桿升降。我公司的氣架控制采用了伺服控制,動(dòng)作精準(zhǔn),可以在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定好氣架運(yùn)行的若干個(gè)位置參數(shù)。另外,傳統(tǒng)抓管機(jī)構(gòu)一般都采用了寄存裝置,即先將空管放到寄存位置,然后再將滿紗抓到輸送帶上,再由機(jī)械手將寄存位上的空管放到錠子上,在此過(guò)程中升降臂有多次升降與內(nèi)外擺動(dòng)作,而我公司的設(shè)計(jì)取消了寄存位置,采用鋼帶凸盤式輸送機(jī)構(gòu),空滿管交換時(shí)凸盤移動(dòng)錯(cuò)開(kāi)1個(gè)錠位實(shí)現(xiàn)交換。這種設(shè)計(jì)可減少2次重復(fù)擺動(dòng)動(dòng)作,有效減少了落紗時(shí)間。

        升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律:升降臂由零位外擺15°后上升到抓管器垂直高度距紗管頂端15 mm處;鋼領(lǐng)板下降到最低,主機(jī)停止,葉子板抬起;升降臂內(nèi)擺15°并下降至抓管器氣囊頂住管頭位置,抓管,升降臂抬起紗管底部距離錠尖10 mm位置;升降臂外擺15°(此時(shí)檢測(cè)裝置檢測(cè)有無(wú)紗管未拔下,如有,則停止動(dòng)作,等待人工拔管),升降臂下降至管紗底部垂直距離高于空管頂端15 mm位置;升降臂內(nèi)擺15°并下降約15 mm,抓管器氣囊釋壓,管紗直接自由落體放入鋼帶空錠處;鋼帶移動(dòng)35 mm,升降臂下降至抓管器氣囊頂住空管頂部,抓空管,升降臂上升25 mm;升降臂外擺15°,升降臂上升到抓管器垂直高度距紗管頂端15 mm處位置(與抓滿管動(dòng)作類似);升降臂內(nèi)擺15°,升降臂下降至紗管底部插入錠子30 mm處,抓管器釋壓放管,直至抓管器頭把整個(gè)紗管插入錠子根部;升降臂上升至紗管底部距離錠尖10 mm位置;升降臂外擺15°位置,升降臂下降,葉子板翻轉(zhuǎn)復(fù)位,(下降過(guò)程中)滿管輸送;升降臂內(nèi)擺15°復(fù)位,鋼領(lǐng)板上升開(kāi)始紡紗。

        由于短車細(xì)紗機(jī)鋼領(lǐng)板上方的空間不足,影響抓管器對(duì)紗管的抓取,因而需要對(duì)細(xì)紗機(jī)高度進(jìn)行調(diào)整。一般有兩種調(diào)整方法:一種是降低鋼領(lǐng)板高度騰出空間;另一種是整體抬高細(xì)紗機(jī)高度。結(jié)合細(xì)紗車間現(xiàn)場(chǎng)條件,我公司通過(guò)在細(xì)紗機(jī)底部增加橡膠墊塊將細(xì)紗機(jī)整體抬高40 mm,同時(shí)將龍筋降低30 mm,即可保證錠子頂部距膠輥下方距離增加到370 mm左右,保證升降臂最高位置與龍筋之間距離在25 mm左右,從而確保后續(xù)抓管器抓管時(shí)有充分的位置拔管。這種改造方式與其他集落改造技術(shù)相比,可有效減少升降臂的動(dòng)作。

        2.3 抓管器選擇

        抓管器是集落的核心裝置。抓管方式一般有氣囊式和活塞式,活塞式對(duì)紗管定位要求較高,控制不當(dāng)易影響紗線質(zhì)量;而氣囊式屬于柔性抓取,從頂部抓管不觸碰紗體,對(duì)紗線質(zhì)量沒(méi)有影響。因此,我公司采用氣囊式抓管器[4],需要抓管時(shí),由氣囊驅(qū)動(dòng)抓管器抓住紗管頂部;放管時(shí),抓管器會(huì)模擬擋車工按壓紗管頂端(壓力在6 kg左右),使紗管插到錠子底部。

        2.4 割紗器選擇

        割紗器的作用是在落紗時(shí)割斷紗線便于落紗,其形狀類似于飛輪,凹槽內(nèi)有刀片結(jié)構(gòu)。當(dāng)落紗鋼領(lǐng)板降落時(shí),紗線進(jìn)入凹槽,由于錠子的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生拉力作用,凹槽中的刀片將紗線割斷。傳統(tǒng)手工落紗時(shí)紗尾留在紗管底部,而集落一般都會(huì)將紗尾繞在錠子割紗器的下方,這就需要調(diào)整落紗時(shí)鋼領(lǐng)板下降速度、錠子速度、鋼領(lǐng)板下降的最低位置。經(jīng)過(guò)優(yōu)化,我公司調(diào)整了鋼領(lǐng)板下降的最低位置,即鋼領(lǐng)平面低于割紗器2 mm~3 mm,另外優(yōu)化了回絲繞在錠子收集區(qū)的繞圈數(shù),一般控制在5圈~8圈,否則易造成整臺(tái)車的斷頭和原料浪費(fèi)。同時(shí)調(diào)整了鋼領(lǐng)板下降落紗時(shí)包身紗圈數(shù)(約在1.5圈左右),錠速5 000 r/min~7 000 r/min左右。包身紗和錠速的調(diào)整還要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的品種決定。

        2.5 鋼領(lǐng)板與葉子板控制

        采用集落時(shí),鋼領(lǐng)板在落紗和開(kāi)車動(dòng)作中要能自適應(yīng)調(diào)節(jié),因?yàn)檫@會(huì)影響錠腳回絲率及留頭率。在落紗動(dòng)作和開(kāi)車動(dòng)作觸發(fā)時(shí),都要能夠根據(jù)紡紗品種、紡紗張力等參數(shù)合理調(diào)節(jié)鋼領(lǐng)板速度,通過(guò)變頻電機(jī)靈活控制鋼領(lǐng)板升降速度和高低位置[5?6]。

        為了保證葉子板打開(kāi)、關(guān)閉動(dòng)作時(shí)葉子板的一致性,減少因葉子板狀態(tài)不良造成斷頭,我公司更換成帶彈簧的碳纖維葉子板。

        2.6 程序控制部分優(yōu)化

        控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC對(duì)全機(jī)進(jìn)行控制。主軸電機(jī)采用變頻電機(jī)控制,能靈活調(diào)節(jié)錠速;落紗部分采用伺服電機(jī),精準(zhǔn)控制升降軸位置與升降動(dòng)作;氣動(dòng)裝置控制整個(gè)氣架的里外擺動(dòng)作,采用伺服驅(qū)動(dòng)器控制。觸摸屏作為人機(jī)交互界面,既可以接受用戶輸入,也可以實(shí)時(shí)顯示各種參數(shù),比如細(xì)紗成形、羅拉轉(zhuǎn)速、線速度、錠速、鋼領(lǐng)板升降速度、捻度、卷繞長(zhǎng)度等。另外,為了保證安全性與可靠性,在升降裝置上增加了限位控制,避免出現(xiàn)故障后損壞機(jī)器。

        改造后的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)中途停車、中途落紗、緊急情況關(guān)車等功能;中途停車按下時(shí)機(jī)器會(huì)進(jìn)行自適應(yīng)停車;中途落紗時(shí),鋼領(lǐng)板會(huì)自動(dòng)下降到落紗位置,全機(jī)停止,吹吸風(fēng)裝置自動(dòng)停在車尾。系統(tǒng)還具有完善的分級(jí)權(quán)限控制,一級(jí)密碼開(kāi)放全部權(quán)限,二級(jí)密碼開(kāi)放工藝員級(jí)權(quán)限,三級(jí)密碼開(kāi)放維修工級(jí)權(quán)限。

        2.7 滿管空管回收系統(tǒng)

        空滿管回收是集落的一個(gè)重要功能。我公司采用的是鋼帶式輸送系統(tǒng),鋼帶運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),傳動(dòng)精確,送紗速度較快。落紗結(jié)束后,鋼帶帶動(dòng)滿管自動(dòng)輸出,在軌道末端,軌道兩側(cè)一邊高一邊低,因紗管活套在錠子上,在重力作用下會(huì)倒到垂直輸送帶上,再由輸送帶直接輸送到運(yùn)紗小車?yán)?。空管輸送同樣也通過(guò)垂直輸送帶運(yùn)輸,空管上升過(guò)程中經(jīng)過(guò)定位裝置,依靠重力作用保證空管大頭朝下,再經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)裝置后輸送到各個(gè)錠位。計(jì)數(shù)裝置以全機(jī)臺(tái)錠數(shù)為依據(jù),確保空管數(shù)量準(zhǔn)確。

        3 改造效果分析

        3.1 設(shè)備運(yùn)行

        集落改造后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間內(nèi)的試運(yùn)行,我們發(fā)現(xiàn)集落系統(tǒng)運(yùn)行可靠,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)落紗、自動(dòng)輸送滿管、自動(dòng)投放空管;動(dòng)作準(zhǔn)確,精度高,插、拔管率高,留頭率高;落紗時(shí)間約為2.5 min,落紗后運(yùn)輸滿紗、排管時(shí)間約為20 min,效率明顯提升,用工明顯減少。尤其是針對(duì)較粗紗號(hào)品種,以36.9 tex為例,落紗效率提高了30%左右,可減少用工75%左右。

        在用工方面,不再需要傳統(tǒng)落紗人員與理管工,僅需增加1名輔助工進(jìn)行補(bǔ)管,同時(shí)及時(shí)清理空管紗線,定期對(duì)傳動(dòng)部分的積花進(jìn)行清理。

        3.2 設(shè)備清潔與保養(yǎng)

        與集落改造前相比,減少了保養(yǎng)任務(wù),如錠子加油從2個(gè)月變?yōu)?個(gè)月,但對(duì)集落裝置額外增加了保養(yǎng)維護(hù)工作。需要加強(qiáng)集落操作的培訓(xùn);設(shè)備維護(hù)人員要定期觀察和調(diào)校兩邊氣架高低以及落紗過(guò)程中抓管器中心是否對(duì)準(zhǔn)錠尖;定期檢查落紗過(guò)程中各動(dòng)作是否到位;要經(jīng)常性對(duì)光電裝置進(jìn)行檢查、調(diào)試,避免光電裝置失靈。

        3.3 設(shè)備操作注意點(diǎn)

        落紗操作要更加細(xì)致,發(fā)現(xiàn)錠子上有廢紗要及時(shí)清理,否則會(huì)影響插管和拔管的成功率或?qū)е虏骞懿坏轿?。紗線接頭時(shí)要用剎錠器,避免錠子與紗管磨損。當(dāng)錠子完全停下來(lái)之后再拔紗管,以免對(duì)錠子紗管造成傷害。

        擋車工在落紗時(shí)要及時(shí)關(guān)注落紗狀態(tài),在黃燈閃爍準(zhǔn)備落紗時(shí)要及時(shí)巡視機(jī)臺(tái),確保葉子板上無(wú)工具,無(wú)雜物;落紗過(guò)程中關(guān)注葉子板有無(wú)完全翻起,如未翻起要及時(shí)停車檢查,以免造成整機(jī)斷頭,甚至損壞葉子板及其升降軸。抓管器抓完滿紗時(shí)要及時(shí)查看有無(wú)拔出,如有未拔出的紗管,擋車工要及時(shí)手工拔下。

        集落改造運(yùn)行3個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)的故障斷頭基本上都是操作故障,例如集落自動(dòng)到手動(dòng)的切換、中途停車開(kāi)車等操作。集落安裝前期可能會(huì)有一些小故障,主要是操作不熟練,一般故障排除后按復(fù)位就可以繼續(xù)運(yùn)行。

        3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

        以我公司R 36.9 tex品種為例,一期改造32臺(tái),每臺(tái)480錠,合計(jì)15 360錠。采用傳統(tǒng)落紗方式插、拔管率控制在99.5%,留頭率控制在95%,而采用集落之后可分別提高至100%、98%。落紗時(shí)間由5 min縮短到2.5 min左右,效率提升明顯。

        從用工成本角度來(lái)說(shuō),采用人工落紗時(shí),32臺(tái)車需要一組落紗人員(4人),外加1人理管,兩班合計(jì)需要10人。而采用集落后可取消落紗人員,每班僅需1名輔助工,合計(jì)可節(jié)約人工8人,以每個(gè)人每月0.8萬(wàn)元計(jì),年可節(jié)約工資約76.8萬(wàn)元。

        集落投資費(fèi)用主要包括改造費(fèi)用、錠子重購(gòu)費(fèi)用、紗管重購(gòu)費(fèi)用和設(shè)備安裝費(fèi)用。改造費(fèi)用:每錠180元,32臺(tái)合計(jì)276.48萬(wàn)元;錠子費(fèi)用:每錠48元,合計(jì)73.728萬(wàn)元;紗管費(fèi)用:每個(gè)3元,按1∶4配備,合計(jì)18.432萬(wàn)元;設(shè)備安裝費(fèi):每臺(tái)0.6萬(wàn)元,合計(jì)19.2萬(wàn)元。上述集落投資總費(fèi)用為387.84萬(wàn)元。

        根據(jù)集落總投資及年節(jié)約人工費(fèi),可大致估算出回收投資年限約為5.05年,即5年左右可以收回集落投資費(fèi)用。另外,上述成本計(jì)算中是以新購(gòu)鋁套管錠子為例進(jìn)行計(jì)算的,實(shí)際上如果采取分步改造的方式,邊改造邊優(yōu)化,改造機(jī)臺(tái)的錠子還可以用于舊機(jī)臺(tái)配件的周轉(zhuǎn),就可進(jìn)一步節(jié)約成本。如新錠子48元/個(gè),老式錠子37元/個(gè),實(shí)際新錠子投入僅增加11元/個(gè)左右,可以更有效減少錠子成本。

        4 集落應(yīng)用建議

        (1)考慮到配件循環(huán)利用,5萬(wàn)錠及以上規(guī)模企業(yè)不建議一次性進(jìn)行集落改造,因?yàn)榇笈扛鼡Q下來(lái)的機(jī)配件和紗管無(wú)法繼續(xù)使用,只能當(dāng)廢品處理,浪費(fèi)巨大。

        (2)考慮到集落紗頭打斷位置與人工落紗有差異,絡(luò)筒擋車工找頭效率低,建議將自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)紗庫(kù)式改為托盤式,這樣既可以降低絡(luò)筒工序勞動(dòng)強(qiáng)度,也可以提升絡(luò)筒效率。

        (3)集落對(duì)一些特殊品種翻改的適應(yīng)性并不是太好,有時(shí)多機(jī)臺(tái)集中落紗會(huì)造成擋車工來(lái)不及接頭。此時(shí)需要進(jìn)一步優(yōu)化全車間落紗參數(shù),或在車間多預(yù)備人工來(lái)處理一些意外問(wèn)題。當(dāng)然,集落斷頭大多也可以通過(guò)安裝單錠監(jiān)測(cè)裝置來(lái)解決。

        5 結(jié)語(yǔ)

        短車集落改造是近年來(lái)紡紗企業(yè)細(xì)紗機(jī)改造的一個(gè)重點(diǎn)方向,尤其是國(guó)內(nèi)短車存量市場(chǎng)大,不管對(duì)于紡紗企業(yè)而言還是紡機(jī)生產(chǎn)廠家都是技術(shù)提升改造的良好機(jī)遇。雖然集落改造初期投入較大,但完全可以通過(guò)提升效率、減少用工成本來(lái)收回投資。在實(shí)際改造過(guò)程中要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況,盡可能分步驟改造,可不斷積累經(jīng)驗(yàn);紡紗企業(yè)要與紡機(jī)改造企業(yè)共同研討改造方案,充分應(yīng)用智能化控制技術(shù)的成果,優(yōu)選配件,優(yōu)化控制系統(tǒng);進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)、落紗操作培訓(xùn)等工作,最終實(shí)現(xiàn)減員增效的目的。

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