唐正永高 勇高 峰曹洪春

（1.江陰市華方新技術(shù)科研有限公司，江蘇無(wú)錫，214423；2.山東魯泰紡織集團(tuán)有限公司，山東淄博，255100）

K44 型細(xì)紗機(jī)（滾筒式前羅拉集聚紡）使用若干年后，隨著滾筒式前羅拉表面磨損、電子元器件老化、用戶(hù)紡紗品種變化等原因，經(jīng)常發(fā)生各種故障；由于設(shè)備配件采購(gòu)供應(yīng)周期較長(zhǎng)，維修難度較大，難以滿(mǎn)足正常生產(chǎn)需求。我們通過(guò)對(duì)原電氣系統(tǒng)改造，將滾筒式前羅拉集聚紡改為國(guó)產(chǎn)四羅拉集聚紡，取得了較好的效果?，F(xiàn)將改造方案的設(shè)計(jì)思路和改造后的設(shè)備使用效果做以介紹。

1 改造背景

1.1 細(xì)紗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

K44 型細(xì)紗機(jī)是國(guó)際上較為優(yōu)秀的細(xì)紗長(zhǎng)車(chē)產(chǎn)品之一，同時(shí)也是較早使用電子牽伸的細(xì)紗主機(jī)，配有可靠的集體落紗裝置，整機(jī)自動(dòng)化程度高，工藝操作簡(jiǎn)單。該設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)明顯，尤其是負(fù)壓式集聚紡裝置，吸風(fēng)滾筒式前羅拉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，內(nèi)部鑲嵌可更換的吸風(fēng)槽插件，方便品種切換。滾筒上方的有導(dǎo)流蓋板，優(yōu)化了集聚氣流方向，氣流從須條兩側(cè)進(jìn)入集聚槽。側(cè)向氣流確保了所有纖維可靠集聚，從而形成強(qiáng)力高、毛羽少的紗線，不但保證了紗線品質(zhì)，還有效地降低了能耗，提高了集聚效率［1］。滾筒式前羅拉維護(hù)保養(yǎng)操作簡(jiǎn)單方便，沒(méi)有常規(guī)集聚紡易損件網(wǎng)格圈，使用成本低。牽伸膠輥和輸出膠輥同時(shí)壓在吸風(fēng)滾筒式前羅拉上，線速度不發(fā)生變化，有效地保證了集聚過(guò)程無(wú)意外牽伸，滿(mǎn)足了集聚紡集聚不牽伸的設(shè)計(jì)理念。

牽伸系統(tǒng)主要參數(shù)。三列羅拉直徑配置：吸風(fēng)滾筒式前羅拉直徑59 mm，中羅拉直徑27 mm，后羅拉直徑27 mm；四列膠輥直徑配置：輸出膠輥直徑30 mm，牽伸前膠輥直徑30 mm，中鐵輥直徑27 mm，后膠輥直徑30 mm；各羅拉之間尺寸設(shè)計(jì)：輸出膠輥和牽伸前膠輥中心距46 mm～46.5 mm，牽伸前膠輥后沖0.5 mm，前膠輥和中鐵輥中心距54 mm，后膠輥后沖量3.5 mm，中鐵輥后沖4 mm，滾筒式前羅拉和中羅拉中心距50.5 mm。加壓臂配置：P3-1 氣動(dòng)加壓搖架，長(zhǎng)短膠圈結(jié)構(gòu)，上下膠圈規(guī)格（直徑×寬度×厚度）有43.5 mm×30 mm×1.0 mm、72.5 mm×30 mm×1.1 mm。

1.2 使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的異常情況

國(guó)內(nèi)引進(jìn)滾筒式前羅拉細(xì)紗機(jī)的時(shí)間比較早，以生產(chǎn)中細(xì)特紗為代表的一些國(guó)內(nèi)知名紡織企業(yè)率先使用，紡紗品種以精梳純棉為主。近幾年，隨著紡紗品種的快速多元化發(fā)展和原料成本管理需求，以及紡紗技術(shù)日臻完善，要求集聚紡適紡范圍不斷擴(kuò)大，棉、毛、麻、纖維素纖維、化纖等原料純紡、混紡品種與日俱增，紡紗號(hào)數(shù)從4.92 tex 到73.8 tex。隨著滾筒式前羅拉細(xì)紗機(jī)的使用時(shí)間增加，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了以下異常情況。一是由于紡紗品種的發(fā)展變化，一些細(xì)絨棉含量高的產(chǎn)品，由于原料中含有油漬、粉塵，出現(xiàn)了滾筒式前羅拉微孔堵塞現(xiàn)象，造成紗線指標(biāo)不穩(wěn)定，微孔內(nèi)雜物難以清理。二是隨著使用時(shí)間的增加，滾筒式前羅拉表面出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，紗線指標(biāo)惡化。如果采用表面修復(fù)方法維修，成本高，維修質(zhì)量不穩(wěn)定。如果更換新滾筒式前羅拉，配件采購(gòu)周期長(zhǎng)，更換成本高。三是由于原設(shè)備主要電子元器件，比如變頻器采用專(zhuān)用變頻器，損壞或老化后無(wú)法用市面上通用電子元器件更換，加上軟件版本更新快，同樣存在電子元器件維修成本高的問(wèn)題。

1.3 國(guó)產(chǎn)集聚紡的發(fā)展特點(diǎn)

國(guó)產(chǎn)集聚紡主要采用負(fù)壓式集聚紡裝置，按照裝置結(jié)構(gòu)形式分為三羅拉集聚紡裝置和四羅拉集聚紡裝置兩種。三羅拉集聚紡裝置是在前羅拉前端增加負(fù)壓異形管，其上網(wǎng)格圈傳動(dòng)是通過(guò)網(wǎng)格圈和輸出膠輥的摩擦力被動(dòng)傳動(dòng)。輸出膠輥和前膠輥安裝在一個(gè)膠輥盒上，膠輥軸承上定制有齒輪，輸出膠輥動(dòng)力源由前膠輥軸承經(jīng)固定在膠輥盒上的塑料過(guò)橋齒輪傳遞，如圖1 所示。四羅拉集聚紡?fù)瑯邮窃谇傲_拉下端增加負(fù)壓異形管裝置，與三羅拉集聚紡裝置不同的是四羅拉集聚紡裝置在負(fù)壓異形管須條輸出端增加了一列集聚羅拉。集聚紡集聚羅拉也就是須條輸出羅拉，該羅拉為帶齒羅拉，通過(guò)過(guò)橋齒輪，由帶齒前羅拉傳動(dòng)。四羅拉集聚紡網(wǎng)格圈傳動(dòng)由集聚紡集聚羅拉和輸出膠輥鉗口握持積極傳動(dòng)，如圖2 所示。三羅拉集聚紡裝置源自德國(guó)緒森公司，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較早。隨著四羅拉集聚紡裝置的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本以四羅拉集聚紡裝置為主。

圖1 三羅拉集聚紡裝置

圖2 四羅拉集聚紡裝置

近20 年來(lái)，國(guó)產(chǎn)集聚紡得到快速發(fā)展主要表現(xiàn)在以下四方面。一是國(guó)產(chǎn)集聚紡市場(chǎng)總?cè)萘靠焖僭鲩L(zhǎng)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)集聚紡使用總量已接近5 000 萬(wàn)錠。二是集聚紡技術(shù)快速迭代，產(chǎn)品成熟性、穩(wěn)定性快速發(fā)展。三是集聚紡改造投資成本快速下降。四是易損件，如網(wǎng)格圈質(zhì)量和適用性都快速提升，且網(wǎng)格圈市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格快速下降。隨著新型國(guó)產(chǎn)集聚紡細(xì)紗機(jī)揩車(chē)周期延長(zhǎng)，使用維護(hù)成本快速下降，國(guó)產(chǎn)集聚紡裝置總體呈現(xiàn)出上述“四快兩降”的發(fā)展特點(diǎn)。

1.4 改造為國(guó)產(chǎn)化集聚紡的技術(shù)難點(diǎn)

滾筒式前羅拉細(xì)紗機(jī)自動(dòng)化程度較高，后期維護(hù)成本不斷上升，亟需利用適用性更廣的國(guó)產(chǎn)集聚紡裝置改造，以降低后續(xù)維護(hù)成本，提升設(shè)備適紡性能，但存在以下難點(diǎn)。難點(diǎn)一：原設(shè)備高度自動(dòng)化，控制系統(tǒng)高度集成化，電氣控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造時(shí)能否突破技術(shù)難關(guān)，嵌入原系統(tǒng)。難點(diǎn)二：原滾筒式前羅拉直徑為59 mm，更換為常規(guī)直徑27 mm 的前羅拉，前羅拉表面線速度差異大，羅拉中心位置高度不一致，能否將三列下羅拉做到同一牽伸平面上。難點(diǎn)三：原設(shè)備牽伸角度不同于常規(guī)細(xì)紗設(shè)備，改造后加捻效果如何，是否影響車(chē)速。

2 國(guó)產(chǎn)集聚紡改造方案分析

2.1 電氣系統(tǒng)改造方案

原機(jī)電氣系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)。原細(xì)紗機(jī)電氣控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于通過(guò)電氣控制系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了由電氣控制系統(tǒng)控制變頻器驅(qū)動(dòng)的鋼領(lǐng)板成形系統(tǒng)、錠子傳動(dòng)系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分別控制車(chē)頭左右面、車(chē)尾左右面四個(gè)區(qū)域的牽伸羅拉傳動(dòng)系統(tǒng)，四區(qū)域同步傳動(dòng)。對(duì)速度要求有較高的響應(yīng)性和穩(wěn)定性。同時(shí)，電機(jī)對(duì)外部負(fù)載的正常變化要求有快速而有效的閉環(huán)動(dòng)態(tài)調(diào)控能力。

電氣系統(tǒng)改造原則。電機(jī)、氣缸、傳感器等執(zhí)行元件和監(jiān)測(cè)元件保留原車(chē)配置，控制元件PLC、變頻器改為通用產(chǎn)品，以便后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)。工藝吸風(fēng)電機(jī)、集聚紡吸風(fēng)電機(jī)要用變頻器控制，通過(guò)變頻器操作面板和主機(jī)觸摸屏均可調(diào)控。

電氣系統(tǒng)改造后的要求。車(chē)頭左右面、車(chē)尾左右面四個(gè)前羅拉電機(jī)不同步范圍不大于0.5%；羅拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)與錠子傳動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)行速度偏差不大于1%；羅拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)與錠子傳動(dòng)電機(jī)緊急停車(chē)速度偏差不大于2.5%；鋼領(lǐng)板位置異常時(shí)緊急停車(chē)，工藝吸風(fēng)運(yùn)行異常時(shí)羅拉電機(jī)停車(chē)；主電機(jī)、牽伸電機(jī)、鋼領(lǐng)板電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)過(guò)載時(shí)過(guò)載保護(hù)；集聚紡負(fù)壓低于設(shè)定壓力時(shí)延時(shí)15 s 后緊急停車(chē)；搖架氣壓低于設(shè)定值時(shí)緊急停車(chē)；停車(chē)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí)搖架自動(dòng)釋壓；主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，監(jiān)測(cè)搖架壓力并自動(dòng)加壓；主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，監(jiān)測(cè)工藝負(fù)壓、集聚紡負(fù)壓，達(dá)到設(shè)定值后啟動(dòng)；集體落紗工藝參數(shù)調(diào)整通過(guò)觸摸屏更改落紗工藝；落紗時(shí)氣壓異常停止落紗，空管不到位時(shí)故障提示；滿(mǎn)管不到位時(shí)，等待到位再啟動(dòng)落紗；落紗時(shí)，巡回清潔機(jī)停車(chē)位置滿(mǎn)管信號(hào)發(fā)出后，巡回清潔機(jī)回車(chē)尾位置并停車(chē)；落紗啟動(dòng)，巡回清潔機(jī)停車(chē)后啟動(dòng)；工藝室遠(yuǎn)程監(jiān)控工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（錠速、前羅拉轉(zhuǎn)速、牽伸倍數(shù)等）。

2.2 牽伸系統(tǒng)改造方案

2.2.1 前羅拉直徑及羅拉座的改造方案

將原直徑59 mm 滾筒式前羅拉改為常規(guī)直徑27 mm 羅拉，中、后羅拉位置不變，前羅拉中心垂直滑座方向面抬高15 mm，平行滑座面方向移動(dòng)8.5 mm，也就是垂直方向抬高17.24 mm，水平方向前移0.14 mm。由于羅拉座前羅拉位置的變化，改造時(shí)羅拉座需要重新設(shè)計(jì)，調(diào)整前羅拉位置，增加集聚紡負(fù)壓管安裝槽、集聚紡傳動(dòng)過(guò)橋齒輪孔等。

2.2.2 牽伸傳動(dòng)齒輪箱的改造方案

前羅拉由原直徑59 mm 變?yōu)?7 mm 后，輸出線速度要維持原滾筒式前羅拉表面線速度，因此要增加前羅拉轉(zhuǎn)速，原前羅拉驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)比要重新調(diào)整，前羅拉轉(zhuǎn)速增加2.185 倍。原設(shè)備前羅拉傳動(dòng)采用三級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)同步帶輪減速，第二、第三級(jí)采用齒輪減速，中后羅拉采用原設(shè)備減速箱，總傳動(dòng)比35.54，改造后傳動(dòng)比要調(diào)整為18，確保輸出線速度不變。

2.2.3 牽伸加壓搖架的改造方案

原設(shè)備搖架為P3-1 整體氣囊杠桿式氣動(dòng)搖架，采用上、下?lián)u架座連接抱住空心六角管座，以上搖架體為基準(zhǔn)固定。三點(diǎn)加壓，壓力分配合理。原設(shè)備輸出膠輥通過(guò)單獨(dú)增加的固定在搖架架體上的加壓裝置加壓，不改變和影響原搖架結(jié)構(gòu)和壓力分配。改為國(guó)產(chǎn)四羅拉集聚紡后，由于原增加的加壓裝置加壓點(diǎn)位置變化，需要重新設(shè)計(jì)加壓裝置或調(diào)換搖架壓力分配器，給輸出上羅拉加壓。本改造實(shí)踐中，采用附加單獨(dú)彈簧加壓裝置給輸出膠輥加壓。

2.3 集聚紡改造方案

原主機(jī)的下羅拉為8 錠/節(jié)，為了便于安裝和操作維護(hù)，集聚紡負(fù)壓管采用8 錠/節(jié)。負(fù)壓管采用最新的雙扭簧結(jié)構(gòu)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。重新優(yōu)化負(fù)壓管吸風(fēng)槽形狀，能耗比傳統(tǒng)吸風(fēng)槽下降15%左右，節(jié)能效果好。原設(shè)備工藝吸風(fēng)和集聚紡吸風(fēng)共用風(fēng)道，改國(guó)產(chǎn)集聚紡后，工藝吸風(fēng)和集聚紡吸風(fēng)要求不同。工藝吸風(fēng)負(fù)壓要求負(fù)壓低流量大，集聚紡吸風(fēng)要求負(fù)壓高流量小。因此增加集聚紡負(fù)壓系統(tǒng)，原風(fēng)道只做工藝吸風(fēng)用。

集聚紡負(fù)壓異形管吸風(fēng)槽優(yōu)化設(shè)計(jì)。網(wǎng)格圈負(fù)壓式集聚紡裝置一般負(fù)壓異形管上吸風(fēng)槽有直線形、折線形、圓弧形、斗形等，集聚鉗口處存在紗線運(yùn)動(dòng)方向突變［2］。利用須條輸送過(guò)程中負(fù)壓氣流場(chǎng)給須條施加與須條運(yùn)動(dòng)方向一定角度的力，讓須條在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有一定的旋轉(zhuǎn)，這樣露在須條外的自由纖維被纏繞在須條外，紗線表面更加光潔，但須條速度不能突變?cè)斐杉蹚埩Σ▌?dòng)。因此，選擇圓弧形和直線形組合的吸風(fēng)槽，經(jīng)試驗(yàn)表明集聚效果較好。吸風(fēng)槽寬度一般設(shè)計(jì)在0.8 mm～2.0 mm，偏窄槽口易積花，偏寬氣流消耗大，能耗高，根據(jù)用戶(hù)紡紗品種合理設(shè)計(jì)槽口寬度即可，細(xì)號(hào)純棉品種優(yōu)選1.0 mm～1.1 mm。為了降低用戶(hù)品種切換造成的重復(fù)采購(gòu)，采用可拆卸集聚紡吸風(fēng)工藝片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既滿(mǎn)足了集聚紡品種切換精細(xì)化管理需求，同時(shí)又能預(yù)防負(fù)壓吸風(fēng)異形管表面陶瓷層磨損。

2.4 其他位置改造

導(dǎo)紗扁鐵橫動(dòng)改造。橫動(dòng)裝置是環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上粗紗喂入部件之一，該部件的作用是讓粗紗在一定范圍內(nèi)緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷變化喂入位置，防止膠輥同一位置磨損產(chǎn)生凹槽，延長(zhǎng)膠輥使用壽命。集聚紡導(dǎo)紗動(dòng)程要偏小掌握，一般要以集聚吸風(fēng)槽上端開(kāi)口寬度為參考［3］。集聚紡導(dǎo)紗動(dòng)程一般控制在2.5 mm～3.5 mm，導(dǎo)紗動(dòng)程太小膠輥磨損嚴(yán)重，太大纖維束易偏離吸風(fēng)槽，影響集聚效果。原設(shè)備導(dǎo)紗橫動(dòng)裝置蝸輪減速箱上安裝有凸輪，凸輪帶動(dòng)偏擺裝置擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)紗扁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)更換凸輪，調(diào)整其偏心距，減少偏心量，從而達(dá)到減少橫動(dòng)往復(fù)動(dòng)程。凸輪基圓半徑20 mm，升程15 mm。

吸棉支管改造。原斷頭吸風(fēng)采用2 錠/根支管式結(jié)構(gòu)，使用過(guò)程中氣流消耗大，易堵塞。改國(guó)產(chǎn)集聚紡后改為8 錠/節(jié)笛管結(jié)構(gòu)，吸棉笛管吸風(fēng)口設(shè)計(jì)為橢圓形孔，既可降低工藝吸風(fēng)能耗，也可減少笛管堵塞現(xiàn)象。原風(fēng)道上多余的孔用密封塑膠蓋板封閉，如圖3 所示。試紡前將工藝風(fēng)機(jī)頻率降低，預(yù)防負(fù)壓過(guò)大導(dǎo)致工藝風(fēng)道變形。

圖3 吸棉支管改吸棉笛管示意圖

細(xì)紗導(dǎo)紗桿位置調(diào)整。原設(shè)備由于牽伸前羅拉中心距大于錠子中心距，導(dǎo)紗角度不同于常規(guī)細(xì)紗機(jī)導(dǎo)紗角。為了確保捻度向上延伸，減少紡紗斷頭，在輸出羅拉和導(dǎo)紗鉤之間安裝細(xì)紗導(dǎo)紗桿，紗線從細(xì)紗機(jī)輸出后以一定角度經(jīng)過(guò)細(xì)紗導(dǎo)紗桿，卷繞在細(xì)紗筒管上［4］。改造后由于輸出鉗口位置變化，必須調(diào)整細(xì)紗導(dǎo)紗桿位置，調(diào)整位置要求盡量減少對(duì)捻度傳遞的阻捻作用，預(yù)防卷繞張力過(guò)大導(dǎo)致的意外斷頭。

集聚紡排風(fēng)系統(tǒng)改造。增加的集聚紡風(fēng)機(jī)排風(fēng)量達(dá)2 500 m3/h～3 000 m3/h，不但流量大，并且排風(fēng)粉塵含量高，如果直接排進(jìn)車(chē)間會(huì)導(dǎo)致車(chē)間環(huán)境惡化，細(xì)紗紗疵增加。因此，將排風(fēng)管道接到除塵設(shè)備上，經(jīng)過(guò)濾后再送回車(chē)間。

3 設(shè)備改造效果

3.1 設(shè)備外觀

通過(guò)增加集聚紡負(fù)壓系統(tǒng)，在原車(chē)尾箱體上增加相同寬度的負(fù)壓風(fēng)箱、風(fēng)機(jī)箱、電氣箱。對(duì)牽伸系統(tǒng)前羅拉、羅拉座、集聚紡裝置、吸棉笛管等部位進(jìn)行改造，不破壞主機(jī)整體外觀。

3.2 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

電氣系統(tǒng)改造后整機(jī)啟動(dòng)、中途停車(chē)、中途落紗、緊急停車(chē)、鋼領(lǐng)板升降、落紗過(guò)程等動(dòng)作運(yùn)行正常，工藝設(shè)置、集聚紡負(fù)壓吸風(fēng)、工藝吸風(fēng)都可以通過(guò)觸摸屏簡(jiǎn)單設(shè)置。各傳感器、保護(hù)裝置、警示裝置工作正常。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，所有設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)要求。

3.3 紡紗質(zhì)量

紡紗品種為JC 7.38 tex 紗，采用新疆棉，細(xì)絨棉和長(zhǎng)絨棉各占一半，原滾筒式前羅拉開(kāi)車(chē)無(wú)法正常紡紗，改后捻度137.0 捻/10 cm，錠速16 800 r/min，設(shè)備運(yùn)行正常，紗線質(zhì)量穩(wěn)定。成紗質(zhì)量指標(biāo)：不勻率U值10.80%，條干CVm值13.51%，-50% 細(xì) 節(jié)11.8 個(gè)/km，+50% 粗 節(jié)26.25 個(gè)/km，+200%棉結(jié)40 個(gè)/km，3 mm 毛羽數(shù)3.8 根/10 m，單紗強(qiáng)力191.7 cN，單紗強(qiáng)力不勻率9.31%。

4 結(jié)束語(yǔ)

我們采用國(guó)產(chǎn)四羅拉集聚紡裝置對(duì)K44 型細(xì)紗機(jī)（滾筒式前羅拉集聚紡）改造后，其適紡范圍擴(kuò)大。原設(shè)備無(wú)法正常紡JC 7.38 tex 紗等細(xì)絨棉含量高的品種，改造后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，紗線指標(biāo)穩(wěn)定。電氣控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造，用通用控制電子元器件替代專(zhuān)用電子元器件，擴(kuò)展了一些智能化模塊，可為后續(xù)智能化工廠改造奠定基礎(chǔ)。本次改造只進(jìn)行了JC 7.38 tex 紗的試紡，后續(xù)將針對(duì)其他紗線品種進(jìn)一步研究。