（机械设计及理论专业论文）jaggl1+mmu型丝光机工艺参数控制技术的改进研究.pdf

j a g g l lm m u 型丝光机工艺参数控制技术的改进研究 摘要 随着入世给我国纺织行业注入新的活力，国际国内市场竞争愈来 愈激烈，要有更加精良的设备才能生产出具有竞争力的纺织品；虽然我 国的染整设备近年来也有较大发展，机电一体化技术开始普遍用于生产 实践，仍有一部分相对陈旧的设备虽能运行，但不能生产优质产品，弃 之又觉可惜。本课题就是在这个条件下对j a g g l lm m u 型纱线丝光 机设备性能和关键工艺参数控制技术，以及该机运行现状引起的产品质 量问题进行深入分析，并通过增设和改进相结合的方法，使该设备运行 状况得到改善，增强对丝光工艺参数的自动检测控制能力。 在整个研究中涉及了自动化控制理论、纱线漂染学、微型计算机学、 数据库等广阔知识领域，为今后继续科研开发积累了较为丰富的经验。 通过本课题研究，初步完成了下列主要研究工作： 1 ) 查阅设备技术资料和相关文献，分析j a g g l lm m u 型卧式纱 线丝光机的工作原理、运行状况以及引起产品质量问题的原因； 2 ) 选择合适的检测、控制方法并对其进行分析，根据实际生产情况， 通过实验和数据分析处理建立相关测量数学模型，本文主要建立了纱线 丝光碱液浓度测量数学模型； 3 ) 对组建丝光工艺参数自动检测控制系统所需要的关键硬件设备进 行分析，合理选择元器件并组配成完整有效的测控系统； 4 ) 根据用户要求开发相应纱线丝光工艺参数测控系统软件，并完成 调试工作； 5 ) 对整个测控系统进行模拟测试，并进一步改进完善。 本文在分析原有丝光设备及其测控系统的基础上，针对工厂生产车 间实际情况，结合当前微电子技术和软件科学技术提出一套设计方案， 为实现车间实际生产计算机监控做了进一步研究，改变了生产中技术人 员凭经验手动调节控制参数的现状；实现工艺参数的在线监控，可在线 检测工艺参数控制的正确性和稳定性并可随时取出经优化的各类数据， 从中分析过程的真实性，确保各批量的工艺加工的重演性，提赢染整前 处理设备的机电体化水平，降低劳动强度：同时为实现更先进的集数 控制和分布控制打下基础。 7 7 关键词：f 丝光广碱液张力 自动溺量控箭组态软件 t h e d e v e l o p m e n t o f t h ec o n t r o l t e c h n o l o g y o v e r p a r a m e t e r so ft h e m e r c e r i z i n g p r o c e s sw i t ht h ey a r n m e r c e r i z i n g m a c h i n ej a g g l lm m - u a b s t r a c t w i t ht h ec h i n aj o i n i n gi nt h ew t o , i t b r i n g sl o t so fn e we n e r g yt oc h i n e s e t e x t i l ei n d u s t r y f o rt h em a r k e t c o m p e t i t i o n h a sb e c o m em o r e h o t ，w e c a l lm a k et h e b e s tp r o d u c t ss ol o n ga sw eh a v et h es u p e r i o re q u i p m e n t s a b o u tl a t e s ty e a r s ，t h e d e v e l o p m e n t o fc h i n e s e d y ee q u i p m e n t s w a s v e r yr a p i d , a n dm e c h t r o n i c s t h n o o g yw a sb ea p p l i e dt or e a lm a n u f a c t u r e t h e r ea r es o m eo l de q u i p m e n t s w h i c ha r ea v a i l a b l eb u tn o n - e x c e l l e n t i ti su n w m i l 培t od i s c a r dt h ee q u i p m e n t s 。 t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec a p a b i l i t i e sa n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo f t h et y p ej a g g l l m m - ui nd e t a i l ；a tt h es a m e l i m e ，a n a l y z e d t h er e a s o no ft h ed e f e c t si nt h eq u a l i t y o f p r o d u c t s t h es t a t u so fe q u i p m e n t sr u n n i n gh a v eg e tm o r ep r o g r e s sb ya d d i n g d e v i c e sa n d i m p r o v i n gi t s , a n de n h a n c e t h ec a p a b i l i t i e so fa u t o m a t i cm e a s u r ea n d c o n t r o lo f t h e p a r a m e t e r so f t h em e r c e r i z i n gp r o c e s s d u r i n gt h ew h o l es t u d yi n v o l v e sm u c hf i e l d ss u c ha sa u t o m a t i z a t i o nc o n t r o l t h e o r i e s 、y a mb l a n c ha n dd y e w i t hc o l o rf o r f a b r i c 、m i c r o c o m p u t e rt e c h n o l o g y 、 d a t a b a s ek n o w l e d g ea n ds oo n t h es t u d yg i v em ea b u n d a n t e x p e r i e n c e sw h i c h b e b e n e f i c i 越t om yf u t u r ew o r k s t h em a i nw o r ka n d r e s u l t sa l ea sf o l l o w s ： 1 ) t h ep a p e ra n a l y z e dt h ew o r k i n gp r i n c i p l e 、t h en m n i n gs t a t u so ft h et y p e j a g g l lm m - um e r c e r i z i n gm a c h i n e r e f e r r i n g t ot h et e c h n i c a ld a t ao f e q u i p m e n t s a n dr e l a t e dl i t e r a t u r e + 2 ) a p p r o p r i a t em e t h o d so ft h em e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gw e r ec h o s e na n d a n a l y z e d a c c o r d i n g t ot h ea c t u a l m a n u f a c t u r e , m 麟鞫鞠蚴m o d e lo ft h e m e a s u r i n gc o n c e n t r a t i o no f t h el y ef o rm e r c e r i z i n gw a sb ef o u n db ye x p e r i m e n t a n dd a t ap r o c e s s i n g 3 ) t h e p a p e ra n a l y z e dt h ek e yh a r d w a r ew h i c hm a k eu po ft h ea u t o m a t i c m e a s u r ea n dc o n t r o lo ft h ep a r a m e t e r so ft h em e r c e r i z a n gp r o c e s ss y s t e m t h e n b u i l d u pi n t e g r a t e da n de f f e c t i v em e a s u r e c o n t r o ls y s t e mb yc h o o s i n gr e a s o n a b l e c o m p o n e n t s 4 ) d e v e l o p i n gas e to fs o f t w a r es y s t e ma b o u tt h e a u t o m a t i cm e a s u r ea n d c o n t r o lo f t h e p a r a m e t e r s 缱墩em e r c e r i z i n gp r o c e s s t h e nd e b u g g i n g i t ； 5 ) d o i n g s i m u l a t i o nt e s t i n gt h ew h o l ea u t o m a t i cm e a s u r ea n dc o n t r o ls y s t e m ， a n d i m p r o v e o ni t ， o nt h eb a s eo ft h e a n a l y s i sa b o u tt h eo l dm e r c e r i z i n gm a c h i n ea n d i t sm e a s u r e a n dc o n t r o ls y s t e m ，t h ea u t h o r b r o u g h tf o r w a r da s e to f d e s i g ns c h e m et or e a l i z et h e c o m p u t e rm o n i t o ra n dc o n t r o li nt h em a m f f a c t u r es h o p + t h es y s t e mc h a n g e st h e s t a t u st h a ta d j u s tb yh a n d r e l yo no n e se x p e r i e n c e i tr e a l i z e st h eo n l i n em o n i t o r a n dc o n t r o lt op a r a m e t e r so ft h em e r c e r i z i n gp r o c e s s a l lk i n d so f o p t i m i z i n gd a t a c a nb et a k e no u t , a n d a n a l y z e d t h ea u t h e n t i c i t yo f t h e p r o c e s s i no r d e r 幻e n s u r et h e r e a c to fe a c hb a t c h p r o c e s s a t t h es a m e t i m e ，i tc a ni m p r o v et h em e c h t r o n i cl e v e l a n dr e d u c et h ei n t e n s i t yo fl a b o r , s oi te s t a b l i s hg o o db a s ef o rt h er e a l i z a t i o no f a d v a n c e dd c s t e c h n o l o g y w a n gx i n g - g a n g ( m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r i e s ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl ij i n - h a i k e y w o r d s ：m e r c e r i z i n g , l y e ，t e n s i o n ， a u t o m a t i cm e a s u r ea n d c o n t r o l ， c o n f i g u r a t i o ns o t t w a r e 第1 章绪论 1 1 概述 随着科学技术的不断发展，染整技术也在发生着巨大的变化。印染 工业已由过去的粗放型、劳动密集型产业逐渐转变成集约化、资本密集 型产业，创造新的流行概念，预测、设计、推广高晶位的产品，正旦签 成为国际纺织品市场竞争的焦点。鉴此，印染技术已围绕全球竞争、小 批量加工、生态平德、应变市场和成本控制等主题褥鼹嚣。 从近来举办的务转展览会的展晶来看，哥用一訇话来概括“没有革 命，毽毒许多革毅”；大垂离新技术反用于纺织印染工盈，其主簧体现在 以下两方鬣： 1 ， 以电子计算杌为主体的现代控制技术广泛应用于丝光设备。由 于采用自动化、电脑程序控制等各种高新技术加强对丝光工艺 过程的监控和先进的辅助生产手段，把原先一般意义的小批量 多品种加工提升为及时化( j u s t i n t i m e ) 生产和一次准确化 ( r i g h t f i r s t t i m e ) 生产，大大降低生产成本、缝短交货阕期、 增强产黯的竞争力。 2 ， 以生态观念开发掰设备稷薪技术。当蘸国际纱线丝光新设备和 掰技术盼设计愚憋已从过去的末端治理( 三滚治理) 观念改变 为全过程环保的躐念，邸在生产过程中的每一环节注重生态平 衡，减少环境污染。 近几年来，阐内外市场竞争愈来愈激烈，虽然我围的纱线丝光设备 有较大发展，机电一体化技术开始普遍用于生产实践，但与阉外相比仍 有较大的差距。主要反映在设蠡的功能和适应性较差，在线检测、实时 控制等技术不够成熟，工艺技术水平不裹，设备不熊适痤纺织品小批量、 多品种、多功能、裹附加僮、滚行性憋恢节奏变化静要求。我国是纺织 印染生产大国，傻中低楼印染产品生产栽力过大，缺乏市场竞争力。例 如1 9 9 5 年我圜秘意大利对翻本翡纺织品潞舀金额桷当，僵出豳数量却近 _ j 蓦大利的2 0 铬。要健我国既成为纺织大国，又怒纺织强国，除继续深化 东华大学攀位论文 改簿、转换枫镧羚，还必缀鸯丞强现有缤织设备的技术改造帮技术馥遂。 纱线黝丝光攘王是纱线热工中懿关键工序之一，缝遴过程中韵诸多 工艺参数娜浓度、濂度、辩漓、速度、张力等都必须严格加以控制，以 确保麴二餍耋和效率。为_ l 磁，鹿积掇推广应用工控杌、交流调遵( 变频 谲速、侗蒡菠转动) 、工艺参数的在线监控，确保工艺的正确憔和稳定性并 可随时取出各类优化数据，分析过穰的真实性，增强备批量加工工艺的 羹演性，提高纱线丝光设餐的机电一体化水平，魄适应憔强、藏效、优 溪、节熊降粒、低成本、安全可靠、少溥染方爨进步发展。 l 。2国内外纱线丝光设备的发展状况 1 8 4 4 年，英嚣m e r c e r 氏发税麓滚浇碱过滤瑟靛棉布，浅现繁缩、 半透臻、强力爆迸耱染色增深等诸多有益予提高稀布品质的现象，便申 请了该瑗专翻。1 8 8 9 年，l o w e 氏在诧基础上继续研究发现，在此过程 中施翔逶漕张力，黼止黄收缩并将碱洗去，便产生丝般的光泽，由此产 生了囊正的丝光工艺。为了满足丝光工艺的要求，人们设计制造坦了一 系列娥格型号的丝光设蛋。近年来，随蓑鬟求的不叛变化，毅的丝光工 艺促使设备作棚应熨瓤翻改进；嬲隧出予觋代徽魄予技术耱控魁技术鲢 广泛应耀，霆蠹外媳丝光设备都发生较大的变化。 1 2 。l 阉外丝光枫械触发展状况 纱线丝光辊撵为纱线翔工前巯毽专攮加工设备之一，特剐在棉纱线 热工领域倍受久稍关注。从历届纺织机械展览会展出的纱线丝光设备可 以看出，经过凡年豹发展，国外的丝光设备和技术发展依然较快，主要 体现在新技术的发展从蓬燮到质变和进入了工业化的实旅阶段，并形成 意品进入围醛市场；随羞科技进步尽额月异，丝光设蘩制造裔既要先鸯 身谋袋生磐，还蒜密切注意雷凌乡 撅技术、粝枕静懿发展动海，爰最快 速震、最新技术为眉户鼹务戳赢缛市甥。晷乡 生产丝光设备的知名厂商 较多，链锻懿发震狭况主要表现在以下死个方蘑： ) 颓黧或改遽墅撬器配备了特殊翡鑫动装卸、运输装置和先进电子 控剡系统，提离设备翡效率帮自动化水平。例如意大和j a e g g l i 东华大学学位论文 m e c c a n o t e s s i l e 公司展出的h l 2 0 0 0 新型连续式纱线丝光机，配有自动 装卸系统和电子控制系统，具有操作灵活性和重复性，提高纱线质量， 生产率达1 3 0k g h 。 2 ) 提高设备效率、智能化，增加设备的多用性。许多厂家都把先进 的在线检测和控制技术应用到丝光等染整设备上去，使电脑控制不再是 简单的程序控制，而是通过传感元件，同步准确地检测工艺条件并及时 调整，使之符合既定工艺；同时将软件和硬件一体化，将全部工艺资料 存储在机器设备的软件中，工艺过程的模型方案预先做在自动控制系统 中，使一台设备相当于一个专家系统，保证了工艺的重演性，从而提高 产品的质量。例如瑞士b e n n i n g e r 公司重点开发的丝光设备之一， b e n d i m e n s a 丝光机可以进行从湿到湿的加工整理，它可根据被加工织 物的重量，按不同速度自动选择热丝光、温丝光和冷丝光工艺进行加工。 3 ) 为适应新的丝光工艺要求，不断研究开发出了许多新型丝光设备， 目前主要的丝光新工艺及设备集中在以下几种： 热碱丝光机：如瑞士贝宁格公司称为完美丝光的 b e n d i m e s a m l 、b e n m i n i m e r c 型等丝光机，德国k t l s t e r s 公司开发了 装有弯辊或针轮伸幅的e c o m e r c e 丝光机等。 透芯丝光机：在丝光机浸碱槽中安装了真空罩，消除空气，利用 大气压将浓碱压入纤维内部，解决了常法丝光的表面花和丝光不均的现 象。 松堆丝光机：这是中国学者陶乃杰教授对染整加工的一项重大贡 献。通过延长作用时间，而且在松堆状态，碱液容易渗透，使织物光泽、 钡值及尺寸稳定性等均获得显著的改善，而且还能节约碱2 2 3 4 ，减 少淡碱回收量5 0 。 总之，国外丝光设备的发展趋势是以高效、低耗、短流程、低张力、 无疵病、少污染为发展方向，把提高各种工艺参数的在线检测及自动控 制水平以保证工艺稳定性，从而获得加工质量稳定性作为奋斗目标。 1 2 2 国内丝光机械发展状况 我国人民的衣着主要以棉型织物为主体，自然棉型织物加工设备也 东华大学学位论文 就成为长期以来国内染整业讨论的重点之一。最近几年，随着人们生活 水平的不断提高，消费观念转变，追求高质量，高品位的服饰已成为时 代潮流。丝光棉型针织产品已向着时装化、个性化、高档化方向发展， 世界各国高档名牌针织产品纷纷上市，如德国黛安芬、法国鳄鱼牌t 恤、 意大利高级整理t 恤等等。此类产品大多是用优质丝光纯棉纱线织成， 光泽明亮，有丝绸感，配色流行，大方，手感柔软，滑爽并富有弹性， 尺寸稳定性好，穿着美观。要生产具有上述良好性能的纱线，就需要先 进的高度自动化的纱线丝光整理设备，而目前国内纱线丝光机械设备的 发展呈下列态势： 我国的丝光设备陈旧，更新缓慢：据有关调查显示：“八五”期 间印染生产线中属国际先进水平的丝光设备占总数的6 ，达国内先进水 平的约3 0 左右，还存在大量落后和超期服役的设备：“九五”期间也只 有2 0 左右的丝光装备达到国际九十年代的水平。我国的丝光机械等染 整设各制造企业应抓住当前有利机遇，加快我国新型丝光机的开发与改 造，满足市场的需求。 近年来，我国的丝光设备有了较大的发展，特别是在线检测、 自动控制等机电一体化方面做了颇有成效的尝试，向智能化迈出了坚实 的一步。许多新型设备，特别是目前已开发或正在开发的先进丝光设备 应尽快投入市场，供用户选用。如无锡市杨市通用机械设备厂生产的 w z s 4 绞纱棉丝光处理机，采用p l c 自动控制，通过液压系统控制升 降台的上下行程，从而使辊筒上的绞纱产生张力，再经烧碱、热水、冷 水进行处理、洗涤；前不久，由无锡市杨市星火机械设备厂和江南大学 纺织服装学院共同开发的z s 3 2 4 型全自动液压绞纱丝光，在电器元件、 液压系统方面均采用进口产品，提高了产品的质量和稳定性；山东海阳 纺织机械厂研制的“m f l 0 1 型绞纱丝光机”获省级优秀产品一等奖。 国产的丝光机械设备在性能、质量、可靠性等方面同国际先进水平 比较，还存在较大差距。新型设备的开发研究应采取工艺和设备相结合， 健全必要的实验手段，开发适合各种工艺的软件，使设备普遍达到智能 化水平；同时，自主开发和引进关键设计制造技术相结合，主机厂和配 套件厂相结合，厂商和用户相结合，力争在较短的时间内完成研制开发； 针对一些运罩亍良好的老设备，可借鉴圈夕 的普逋墩法，在老设备上加装 电脑检测移控制装置，使其更加餐毯化，这样不仅事半功倍，逐节约投 资，是迅速提高装备水平静切实可行豹办法之一。 1 3 本文硪究主要内容及其意义 上海制线厂自7 0 年代从瑞士引进j a g g l lm m u 型卧式纱线 丝光机到至今，由于设备老化，一些关键控制部件已失去功效，给产品 的质量带来影响。设备是产品质量的保证，为此，该厂提出对该丝光机 进行分析、维修势作相应改进。本文就是在这个条件下对j a g g l lm m u 型丝光机设备性能和关键工艺参数控制技术、运行现状以及葶| 起的产品 矮量阀题遴行深入分析，逶过增设秘改进相结合的办法，使该设备运行 状况得到改善，增强对丝炎工艺参数的崮动检溺控制能力。本论文豹主 簧内容为： 1 ) 缔合设备技术资料和相关文献，分析j a g g l lm m u 型卧式纱 线丝光机的工作原理，运行状况以及引起产品质蹙问题的原因； 2 ) 选择合适的检测、控制方法并对其进行分析；根据实际生产情 况，通过实验和数据分析处理，建立了纱线丝光碱液浓度测量数学模型； 3 ) 对组建丝光工艺参数囱动检测控制系统所需要的关键硬件设餐 进行分柝，合理选择元器件并组成完整有效的测控系统： 4 ) 根据耀户要求舞发耜疲纱线丝光工艺参数测控系统软件，并完 成调试工作； 5 ) 对整个测控系统进行模拟测试，弗迸一步改进完善。 本文在分析原有丝光设备的基础上，根据工厂生产车间实际情况， 结合当前微电子技术和软件科学技术提出一套设计方案，对实现生产车 间计算机监控作了进一步研究，同时为实现更先进的集散控制和分布控 制打下基础。由予该文涉及的领域较广，相关的文献资料较少，并受实 验条件豹限刳，其中有些环节鸯德进一步深入探讨职究，现场测试还 有待条件袋熟泔进行。 第2 章j a g g l lm m u 丝光机分析介绍 2 1 丝光概念及相关知识 2 1 1 丝光概念及意义 棉纤维在一定浓度烧碱的作用下，产生膨化收缩作用( 即纵向收缩， 横向膨胀) ，若同时对纱线( 或织物) 施加一定的张力，就会使棉纤维 的截面积由扁平状变成光滑的圆柱状，并使棉纤维呈现出象丝那样的光 泽，这就是丝光效应；使棉线获得丝光效应的过程称为“丝光”。通过 丝光后的纺织品和未丝光的纺织品对比研究表明，进行丝光加工的目的 和意义主要有以下几点： 1 )改善和获得象丝一般的光泽； 2 )提高抗张强度； 3 )在洗可穿整理后保留较高的抗张强度性能； 4 )获得更好的尺寸稳定性； 5 ) 增进染色均匀性和上染率，以节约染料成本； 6 )改善和获得延伸性好的材料( 通过碱缩) 。 2 1 2 纱线丝光原理 棉纤维在浓碱作用下，如果保持其原来长度则产生丝光作用。当纤 维素在一定浓度烧碱溶液中处理，便生成碱纤维素，在经水洗后生成水 化纤维素( 即丝光纤维素) ，这样棉纤维的物理组织结构发生变化，其 结晶度降低，相对而言无定形区则增加了，故丝光后纤维的染料吸收率 升高。 棉纤维素在浓碱液中，钠离子和氢氧根离子不仅能进入纤维的无定 形区，而且还会进入结晶区。由于钠离子吸引水分子的能力很强，它进 入无定形区和结晶区的同时也把许多水分子带入，分子链间的空隙被膨 化，从而引起纤维胞壁的膨胀，故纤维就变得肥圆，具有光滑的表面， 能更好地反射光线，增强了纱线的光泽度。 由于纤维被碱液充分膨润，消除了纤维的不均匀变形。位纤维相互 系华大学学位论文 紧姑，减少淆移，故棉纱线不易断裂；潲时由于在张力作用下，纤维分 子趋于整齐排列，增加了纤维分子问相互作用的活动力，使纱线的强力 提高。另外，纤维在碱处理过程中膨化，拆散了原来分子键间的引力， 在张力存在下，使原来弯嗌的分子键变得较为挺直，经丝光水洗烘干后， 这种引力又重新产生，分子键结合得更加牢固，故丝光具有定形作用， 可提高棉纱的稳定性，降低缩水率。 利用浓烧碱( 约1 8 2 5 ) 寒处理樵纤维可获得懿好丝光效果的根 本滕因，是由于浓碱液能馒棒纤维发生不可逆髂剧烈溶胀，纤维静淘表 西积增加了，因诧更容易潜染料和化学药品发生作用，使丝光纱线的反 应憔能提高；丝光纱线烘干后蒋润湿，对匀染性比较有利，其原因燕烘 干时纤维收缩，纤维内表面又起了变化的缘故。 2 。1 3 绞纱丝光工艺过程及工艺条件 纱线，特掰是用作缝绣或刺绣豹纱线须进行丝光处理，在丝光机上 将绞纱绷在两根平行辊上，导辊做旋转运动。在浸渍工序中，碱在6 0 9 0 s 的接触时间内分布均匀，两根导辊中一根是可移动的，并与液压系 统相连接，使其能够控制整个处理期间纱线的拉伸和收缩。为了控制丝 光过程中施加于纱线上的张力，推荐使用不周的循环方式。例如，为了 促进浸透，应将纱线浸没在碱液中先收缩，然屠旌加张力；另一瓣方法 是在浸透之前施加适当的张力，然后当纱线与碱液相接触时，再逐渐增 加张力。其实，奁浸透过程申的拉 孛耪松弛循环，经常是凭经验，并取 决予被丝光的纤维材料。在所煮场合纱线的敦倬是按与原长相比不越过 3 5 的伸长率进行的，较高的伸长率获得的光泽较好，但另一方面 又等致强度降低。与浓碱液接触之后，纱绞经常以热水冲洗，在氨氧化 钠浓度朱稀释到6 0 9 l 之前，不卸除张力。随后将绞纱送去煮练处理， 并经历最后的循环水洗、中和、轧水和烘燥工序。 丝光作用的效果主要取决于碱滚的浓度、湿度、作用时闻、纱线张 力及后处理去碱等条件。 糸华大学学位论文 一一一一 一、碱滚浓发 彩响丝光质爨的因素缀多，箕审以烧谶的浓度为最主要静因素，因 为只裔当烧碱的浓度值达到某滔界值以后，才麓引超棉纤维发生不可 逆的显著溶联，结合其他的适当条件，才能使织物产生良好的丝光效果。 棉纤维经不同浓度烧碱滚液漫渍处理后，橡纤维的直径、体积和长度变 化嚣分率( 以水处理鳇撼纾维擞基准进行比较) 如图2 - l 。 n 确瞪戮嫩( ) 塑2 - 1 不罚浓痰烧碱渡处理矮 槠纤维形状受纯 嚣柚辫蝌辫勉燕( 巍争转 嬲2 - 2 不捌浓度烧溅渡处理矮 撼纤维的牧缝与鬏黧 酉戮看爨，当碱滚浓攫大予寒黻主，穗纤维静直径霸长凄醚谶滚 滚废懿壤燕露分裂惫剃增勰裟缀短，毫麓溅滚浓度为t 4 5 达到最大德； 体积熬增麓最大哥这1 4 0 以主。染整工艺对纤绻静吸附性能提高( 称 为谈僵) 较感兴趣，懿为它不仅可便纤维染成较浓的颜色，还可节约染 秘，梅纤缝在松弛状态下经不同浓度烧碱溶液处理焉的收缡和钡值如豳 2 。2 翳示。 综合上述嚣实验资料表明：当碱波的浓度达剩1 4 1 5 ( 1 6 0 1 7 0 壳，舞) 时，就跫臻傻撼纤维产生最大豹溶胀，但程实骣丝光过程串，荛 了获键满意懿效果，一般谶滚滚度多采惩1 8 0 2 8 0 竟，秀。 二、张力 裤纺织搦京松挞祭 孛下焉浓烧碱溶液处理，可便纤维收缩和吸附憔 熊增加，僮光泽并不麓提高，只有在给蔽通当张力的条件下，才能获褥 满意筋光泽。浓碱处理时张力的大小对棉纱线光泽、染料吸附性以及巢 些枧械穗能的影响豫表2 1 。 末华大学学位论文 从表2 1 可以看出，棉纱在用浓碱处理时，即使在无张力条件下棉纱 的强力也可获得提高，如果给以适当的张力，强力还可获得进一步的提 表2 - 1 纱线张力处理对性能的影响 断裂负荷断裂延伸染料吸附量f 克 处理条件光泽 ( 克)度( )1 0 0 克纤维) 未处理6 1 3542 4315 无张力碱处理7 2 9 1 6 1 2 0 43 5 保持原长丝光 7 6 15 55 5 8 比原长拉伸3 丝光7 4 1 4 86 20 2 9 比原长拉伸6 丝光7 5 0436 88 比原长拉伸9 丝光7 7 14 07 0 0 高，纱线的光泽也得到显著的提高，但棉纱的吸附性能和断裂延伸度则 随着张力的加大而降低，因此在实际生产中应掌握施加适当的张力，一 般纱线的伸长率不超过3 5 。 三、 温度 碱液温度的高低，对丝光效果也有一定的影响，一般来说提高碱 袋 、一 姆 擎 、 1 、 l i 、x 。 、 | tl | 、t! | i 、 、1 、i | 、 、 、i j 。 ； 温度。c 图2 - 3 棉线在不同浓度、 温度下的收缩 0 l 溶液浓度( 克手 ) 图2 41 0 ( 2 和6 0 c 无张力 处理后的钡值 液的温度有减小棉纤维溶胀的作用，从而引起丝光效果的降低，表现在 孔船舱狐坩擒 拍圬嵋心0 8 o o & 东华大学学位论文 收缩率和钡值都有所降低，具体关系如图2 - 3 和图2 4 所示。烧碱对纤 维素纤维的作用是一个放热过程，提高碱液温度不利于丝光作用，但在 实际生产中，一般不采用过低的碱液温度，因为还必须考虑到经济效益 等其它因素。要保持较低的碱液温度，就需要相当大的冷却设备和电力 消耗，同时，温度过低，碱液的粘度显著增大，往往会使碱液难以渗透 到纱线内部，特别在具有张力的情况下更是如此。因此通常用水进行冷 却以保持碱液温度在2 0 左右为宜。 四、时间 在丝光过程中，必须使烧碱溶液均匀地透入织物、纱线和纤维内部， 才能完成丝光作用。实验证明：碱液渗透过程所需时间与织物的润湿性 能、组织结构和碱液浓度，温度等因素密切相关，其中，以织物润湿性 能的影响最为突出。从丝光效果分析中得知：棉纤维在碱液中作用一分 钟，丝光效果达8 0 以上，在实际生产中，纱线的浸碱呈间隙性作用， 故应必须延长其浸碱时间( 即丝光时间) 。 综合上述对丝光工艺条件的理论分析和实际生产情况，通常的纱线 丝光工艺条件如下： 丝光碱液浓度和温度对未经煮练的纱线一般控制在l o 1 8 ，对煮练过的纱线宜控制在5 一l o ；对于干纱丝光，烧碱浓度一般 控制在2 2 0 一2 4 0 克升，湿纱丝光则应控制在2 6 0 一2 8 0 克升。 丝光张力在对纱线施加不同张力进行丝光效果试验后表明：使 纱线保持原有长度时，丝光效果最好，一般纱线丝光的伸长率不超过 3 5 。 丝光时间丝光时间达1 2 0 秒时，其丝光效果已趋于稳定状态， 再延长时间已无多大的意义。 2 2j a g g l l m m u 丝光机及其工艺参数控制 j a g g l lm m u 丝光机是一种双臂卧式绞纱丝光机，上海某制线厂 8 0 年代从瑞士引进该设备，由于使用时间长，保养不全，目前该丝光机 无碱液温度和浓度自动测控系统装置，碱液浓度仅靠人工定时采样滴定 测量后手动调节浓碱加入量；张力控制装置也存在一些故障。在分析原 东华大学学位论文 有相关控制系统后，并根据实际情况进行改进，使该机对丝光工艺参数 的控制更加准确可靠、实用。 j a g g l lm m u 丝光机结构示意图如图2 5 所示( 详细整机示意图 见附录) ，该丝光机设有两对套纱辊筒，分别安装在机身左右两侧，每 对套纱辊筒间距和转向能自由调节；每对套纱辊筒中的一只辊筒上方设 有一只硬橡胶扎辊，用于轧除绞纱上的碱液和帮助碱液向棉纤维内部渗 透，轧辊由油泵加压，能自由升降。每对套纱辊筒的下面各设有碱盘和 图2 - 5 j a e g g l lm m - u 丝光机不恿图 水盘，分别用于盛放丝光碱液和水洗后的残碱液。套纱辊筒上方或中间 各设有两根喷水管，用于冲洗绞纱上的碱液。其主要工作过程为： 首先将适量的绞纱在理纱架上理好，待上一次丝光完毕，套纱辊筒 抬起直至垂直并停好后，取走已丝光好的绞纱，将待丝光的绞纱套在辊 筒上：同时碱盘上升并充入碱液，套纱辊筒开始下降并慢慢撑开，辊筒 撑开至设定的的距离和下降到一定位置，使纱线浸于碱液中，辊筒交替 更换方向转动，辊筒张力先略放松，以后恢复原来张力，轧辊( 在附录 图纸可看见) 以要求的压力施压于一只辊筒上，经顺逆各转一分钟后； 轧辊停止施压；碱盘下降，水盘移动到辊筒下方时，喷水管开始喷洒温 水，同时轧辊又恢复施压，经过一定时间的喷水冲洗后，喷水管停止喷 水，轧辊也停止施压，辊筒停止转动，同时水盘移开，辊筒相互靠近并 上升至一定高度，将绞纱从辊筒上取下，以进行其他处理。 2 2 1 丝光碱液浓度、温度测控现状 该丝光机8 0 年代从瑞士引进，当时没有引进相应碱液浓度、温度 测量控制装置，再加上维护措施欠佳、厂房搬迁等的影响。目前，该厂 对碱液的温度没有进行检测和控制，仅靠气候和室内温度来调节；同时， 对碱液浓度的检测和调节又回到原始手工方式，技术工人每隔一定时间 ( 约半小时左右) 提取一定量的丝光碱液经过滴定分析确定碱液浓度值 后，凭经验手动旋转阀门开度来控制需新加入浓碱的流量来达到对丝光 碱液浓度的调节。由于仅靠自然或人工随机检测和调节，其误差很大， 同时也增加了技术人员的劳动强度。 2 2 2 绞纱丝光的张力控制系统 1 ，系统组成及工作原理 j a e g g l lm m u 丝光机对纱线的张力控制是采用控制套纱辊筒间 距来确保纱线丝光要求的张力，如图2 - 9 所示。绞纱在辊筒2 ，3 上套好 图2 - 9j a e g g l lm m - u 丝光机张力 控制示意图 1 一导杆2 、3 一套纱辊筒6 一液压缸 4 、5 一辊简钩卡卜机身 图2 - 1 0 辊简同步液压控制图 l 、2 一液压缸3 一同步液压缸 4 一节流阀5 换向阀 6 减压阀7 - - 液压泵 后，辊筒2 下降至水平，两辊筒的另一端分别卡在辊筒钩卡4 、5 内， 辊筒间距由液压缸活塞杆推动辊筒2 来调节，辊筒3 在水平位置静止， 东华大学学位论文 辊筒钩卡4 与液压缸6 的活塞连接在一起，辊筒两边的液压缸按照预先 设定距离变化，随着间距的增大，绞纱的张力也随着增加，因此纱线的 张力可直接由辊筒间距的大小来控制。驱动辊筒2 移动的是由同步液压 缸驱动回路实现( 如图2 1 0 所示) ，该同步液压控制回路由等同液压缸 l 、2 ，同步缸3 ，节流阀4 ，换向阀5 ，减压阀6 和液压泵7 组成；当电 磁方向阀5 右边得电，此时经阀口a 由泵源向同步液压缸输入液压油去 推动同步缸的活塞，进而使同步缸的两个出油腔向液压缸1 、2 压入等 量等压的液压油，从而推动液压缸的两活塞作同步运动。 2 ，运行现状 该系统目前仍在继续使用，在生产过程中出现许多故障，最要表现 在以下几点： 1 )套纱辊筒不平行； 2 )丝光时的张力达不到预定值； 当丝光机的张力控制部分发生上述故障的初期阶段，凭操作者肉眼 并不能觉察出来，只有当故障变得明显并给产品质量带来较大影响时， 才能发现并进行故障处理。这样就不能及时发现和处理发生的故障，易 给产品质量带来影响，造成同一批产品中质量有较大的差别。 东华大学学位论文 第3 章纱线丝光工艺参数测量控制改进分析 3 1丝光碱液浓度测量控制 丝光时由于纱线吸附作用要带走大量的烧碱，使丝光液的n a o h 浓度逐渐降低，故在连续生产中需不断补充浓碱液，并进行在线检测 和实时控制丝光碱液的碱浓度，以达到稳定的丝光效果。 目前国内外许多丝光设备都配备了烧碱浓度自动检测、自动控制 装置，对丝光碱液浓度的检测方法常有电导法、比重法、光折射法和 滴定法等。工业在线检测系统中常用电导法和比重法( 用波美计) ， 本文采用电导法在线检测纱线丝光碱液浓度。 3 1 1 碱液浓度测量 一，电解质溶液浓度与电导率的关系 烧碱溶液是一种电解质溶液，其导电能力与n a o h 的浓度存在一 定关系。电解质溶液之所以能导电，是由于溶液中有离子存在。不同 的电解质溶液有不同的导电能力，当电流通过电解质溶液时呈现出与 金属一样的电阻b ，溶液的电导g 用其o a l t n = 的倒数表示： g ：上：a _ s( 3 - 1 ) r s l 一电解质溶液的导电长度( c m ) ， 4 一电解质溶液的导电截面积( c m 2 ) s 一电解质溶液的电导率。 电导率s 与溶液的浓度有关，即： s ：黑 ( 3 - 2 ) 1 0 0 0 占 东华大学学位论文 旯当量电导率( 面采忑) x 溶液浓度( 克升) ， 占一溶质的克当量( 克) 。 从式( 3 - 2 ) 可以看出，当a 、占为常数时， 电导率s 就仅是浓 度x 的函数，而占决定于溶质的分子量。当溶液浓度较低时，当量电 导率兄近似为常数，即s = c x ( c 2 而急) ，故电导率s 与浓度x 接近 线性关系，如图3 - 1 所示。 电解质溶液中离子的多少决定溶液的导电能力强弱，而电解质溶 液的离子数量不仅与溶液的浓度有关，还与在该浓度下的电解度有 关。一般来说溶液的电导率随浓度增大而增大，但有些电解质溶液当 浓度增加到一定数值后电导率开始随浓度增加而减小，由图3 - 2 几种 电解溶液浓度与电导率的关系曲线可见，在浓度较高时，电导率与浓 图3 - 12 0 c 时不同电解质溶液 电导率曲线( 低浓度) i 导率s c m ) _ 1 l 一 1 o ，、 、 j 1 、 ，7l u、 j ，。、鼎翟 、 埘 1 一 、 r 1 、 j 、曩化目q 1l ，rl1 l 扛孕 j7 、磺艘目、 7l 州 、 一。vl、，l j 一k 鼠翻4 托钾、j7 、 r r j i1 7 1 jlli 0 1 02 0 3 0 4 0 5 06 07 08 09 01 0 0 图3 - 22 0 。c 一些电解质溶液 电导率一浓度关系( 较高浓度) 度之间出现了非线性和双值关系。这是因为当浓度增加到一定数值 时，溶液电离度大幅减小使离子总数下降而导致电导率下降。与此同 一，。”0 15 东华大学学位论文 时，溶液的温度对电解质溶液的电导率也会产生较大的影响。电解质 溶液的温度不同，离子的运动速度也不同，温度升高时溶液粘度降低， 离子的运动速度加快，在电磁场的作用下，离子的定向运动也加快而 使溶液的电导率增大；反之，溶液温度下降时，其电导率减小。 从上述分析：溶液的电导率、电离度、浓度和温度之间的关系比 较复杂，很难精确计算，通常通过实验来测定各种不同浓度电解质溶 液的电导率，然后绘制成图表以供查阅。测量溶液的电导率有常规的 电极类电导率计和电磁浓度计，前者的电极易发生极化作用，在电极 表面形成双电层或电极附近电解液的浓度发生变化，而且电极易被污 染或结垢，使其测量准确性大大降低，甚至无法测量，尤其在强腐蚀 性和高浓度溶液中更加突出；而电磁浓度计是一种非接触式测量，只 要用合适的耐腐蚀材料将测量部件密封起来，就可避免电极腐蚀、极 化等问题。 二，电磁浓度计原理与结构 电磁浓度计是利用电磁感应原理来反映电解质溶液电导率的变 化而达到对溶液浓度的测量。通常的电磁浓度计传感器由初、次级线 图3 - 3电磁浓度计传感器 图3 4电磁浓度计测量原理示意图 结构示意图 圈两个变压器模块构成，并用耐腐蚀、绝缘性能好的环氧树脂一起胶 合在- - + 段不锈钢管内形成为一个孔径为d ，长度为1 的圆孔，待测 液可从该圆孔内通过，其结构如图3 3 所示。 将传感器浸入被测溶液中，给初级绕组施以交流电压甜。，则在瓦 中产生相应的交变磁通，据电磁原理，此交变磁通使溶液产生感应电 流，。，形成了交叉于l 、毛的电流环“q ”，。的值与溶液的电导率成 比率；同时，此电流环中交变感应电流，。又使瓦生成交变磁通而使次 级绕组中产生感应电势“：，其测量工作原理图和等效电路图分别如 图3 4 、图3 - 5 所示。 在图3 5 的等效电路图中，其中蚝，和1 、厶分别为的原边电压、 电流、绕组匝数和自感系数，2 、厶分别为副边匝数和自感系数， n ，l ，n 4 幂i l 。分别为瓦原边和副边的匝数和自感系数，r 。，乇分别为待测 溶液的电阻与流过它的电流，彬、分别为l 、瓦的互感系数。在由 n ：，l ：，n ，l ，r q 组成的回路中，n 2 = n 3 = 1 ，根据理想变压器原理，设 扎”，均为正弦电压，可建立下列回路方程 u = j c o l j + j c o 彬，q( 3 - 3 ) 东华大学学位论文 i 。q ( r q + j c o l 。十j c o l 3 ) + 彬i + ，i = 0 ( 3 4 ) i ( z + ，m o ) + j = 0 ( 3 5 ) 由电感和互感的定义，并考j 虑至l j n