新型棉纺环锭粗纱机的技术发展

新型棉纺环锭粗纱机的技术发展

在棉纺环纺系统中，粗纺工程的本质是改变纤维过程中卷装的类型和大小，并将其适合环纺机的供应。粗纺机有四个张力的粗旋和绕着开口的机构。用均匀、适当的张力将数千米低的弱张力粘在均匀、不规则的情况下，并将其缠绕成双锥和圆柱形卷装。为达此目的,粗纱工序成为棉环锭纺纱系统中机构和工艺最复杂和最不易掌握的工序。20世纪50年代,由于新型纺纱和超大牵伸装置的发明,一度使人们认为粗纺工序可以取消,但不久人们就发现,新型纺纱所生产细纱的品质及适用性尚有一定局限性;细纱超大牵伸装置在棉条喂入及运转操作方面尚存在不少难关,而环锭纺细纱的品质和广泛的适应性,使人们认识到粗纺工程尚需继续存在和发展。悬锭锭翼的发明使粗纱技术发生了革命性的变革。沿用一百多年的托锭粗纱机发展为新型的悬锭粗纱机,其高速、大卷装、自动化程度得到空前的发展,并且为纺纱厂的智能化生产创造了条件。1新棉纺粗纺机的主要技术特点1.1运行速度、转速锭速是粗纱机的主要技术特征。高速是粗纱机提高产量的主要措施之一,也是体现粗纱机设计、制造水平的重要指标。国内外新型粗纱机锭翼最高转速可达1800~2000r/min,运转速度则达1400~1600r/min,比传统的托锭粗纱机800~900r/min提高70%~80%。若纺相同定量和捻度的粗纱,则粗纱产量也相应提高70%~80%。1.2粗纱机的粗纱卷装新型棉纺悬锭粗纱机粗纱卷装一般可达Φ152mm×406mm(6″×16″)Φ178mm×356mm(7″×14″)。Zinser670型粗纱机的最大卷装达Φ178mm×508mm(7″×20″)。粗纱卷装大小由诸多因素确定:与细纱机锭距及喂入粗纱列数有关,如采用Φ135mm粗纱卷装,则锭距为70mm的细纱机上喂入粗纱只要4列就可,而Φ152mm或Φ178mm粗纱则必须为5列或6列粗纱喂入;与粗纱机锭距有关,如Φ135mm粗纱其粗纱锭距可为Φ194mm,而Φ152mm或Φ178mm相纱就必须为220mm或260mm锭距了;与细纱机与粗纱机操作高度有关,如406mm动程细纱机及粗纱机的操作高度就比356mm动程的粗纱卷装要高;与粗纱的强力有关,卷装直径大的粗纱承受的离心张力大,为不使超过粗纱强力,只有降低锭速(筒管速度);与电耗及占地面积有关等等。权衡利弊得失,我国新型棉纺悬锭粗纱机普遍使用两种粗纱卷装尺寸即Φ135mn×400mm和Φ150mm×400mm。1.3采用数字控制和自动机对车新型棉纺悬锭粗纱机按其传动型式可分为两大类:单电机传动有变速机构的传统粗纱机及多电机传动无变速机构的电脑粗纱机。前者使用可编程控制器和变频器控制一个变频电机;后者则以工控机或单片机控制两个以上变频或伺服电机分别传动牵伸、锭翼、卷绕和升降机构,能有效地控制粗纱关车细节的发生;新型棉纺粗纱机普遍使用触摸显示屏进行人机对话;使用回转式绒带和巡回吹吸风装置进行自动清洁工作;采用半自动落纱和锥轮三自动机构;采用在线检测对粗纱张力进行自动调整;实现了自动落纱和粗、细联,使纺纱厂智能化生产得以实现。1.4摇架加压装置新型棉纺悬锭粗纱机多采用四、三罗拉双皮圈牵伸机构,配以可靠稳定的弹簧或气动摇架加压装置;使用闭式悬锭锭翼和高效假捻器;多电机传动粗纱机更消除了关车细节,使粗纱质量显著提高,粗纱条干CV%可达到乌斯特2001年公报25%以上,粗纱结构改善,毛羽明显减少,防止粗纱关车细节发生,消除了细纱强力弱环。2粗纱机关车细节的改善传统粗纱机采用一个电动机通过多种传动机构分别传动牵伸罗拉、锭翼、筒管及升降机构,其中罗拉与锭翼为定速,筒管和升降机构由于粗纱卷绕直径增大而为变速,卷绕速度与罗拉输出速度的速比略大于1,并使之恒定而保持稳定的卷绕张力。但由于加工纤维品种、粗纱工艺参数、车间环境温湿度变化以及各种传动机构的限制,要使粗纱机在运转的任一瞬间,保持卷绕速度与罗拉输出速度之比略大于1的恒值几乎是不可能的。特别是粗纱机在纺纱过程中发生停车的瞬间,卷绕机构的惯性大于牵伸机构,即罗拉输出速度为零时卷绕速度尚不为零,此时,粗纱在前罗拉的无捻三角区发生意外伸长而造成关车细节,粗纱机在点动寸行时,更会发生连续的关车细节。为了减少粗纱机关车时牵伸机构与卷绕机构不同步产生的关车细节,传统粗纱机通常采取以下措施:a)增加防细节装置。在下锥轮输出轴处安装由两个时间继电器控制的电磁离合器,粗纱机停车时,调正离合器脱开及吸合的时间,使卷绕机构与牵伸机构在粗纱机关车时同步停止,以防止或减少关车细节的发生或降低细节程度。但不同机台的制造、安装、调试、磨损、润滑等状况不同;同一机台的锭速,管纱一落纱过程中重量变化等使机台的惯性差异很大,防细节装置很难掌握而形同虚设。b)设计合理的传动路线。对卷绕传动路线进行优化设计,将转动惯量大的传动机构如差动装置安排在慢速轴上,将卷绕传动链中的齿轮、带轮、锥轮等质量减小以减少卷绕机构的惯性,力求缩小与牵伸机构的惯性差,以利于防止或改善关车细节的发生。c)采用变频调速装置。对主电机进行软启动、点动和调速控制,停车时能防止或改善粗纱细节的发生。d)提高卷绕前粗纱须条的强力。实践证明粗纱的意外伸长主要发生在前罗拉钳口到进入锭翼假捻器之前的粗纱须条上,该纺纱段须条强力最低处是位于下罗拉钳口外的无捻三角区,传统粗纱机采用等导纱角锭翼或高效假捻器等方法,减少前后排粗纱无捻三角区差异及提高假捻度,使粗纱须条强力增加,从而减少意外伸长,改善关车细节。e)一落纱不停车。采用对温湿度敏感性小,断头率低的闭式悬锭锭翼;提高粗纱机各部件的运转可靠性;提高熟条质量;实行分段换筒,确保粗纱在一落纱中不断头,可有效地使关车细节不发生。传统粗纱机尽管采取上述措施在不同程度上减少和改善了粗纱的关车细节,但很难从根本消除关车细节,它制约了现代粗纱机速度的进一步提高。严重的关车细节,使成纱在高速无梭织机及大圆机上造成断头,致使织造效率大为降低。由电脑控制变频或伺服电机的多电机传动粗纱机,取消了传统的变速结构,成形机构及多数工艺变换齿轮、粗纱机运转速度进一步得以提高。多电机传动粗纱机采用3~4个变频电机或伺服电机分别传动牵伸罗拉、锭翼、筒管及升降机构的运动。由于牵伸和卷绕机构分别由单独电机控制,关车时卷绕机构先停,牵伸机构后停,使前罗拉至锭翼之间的粗纱略为松弛,再开车时张力又趋正常,可以从根本上防止关车细节的发生。但应当认识到建立适用于不同纤维品种,不同纺纱工艺,不同纺纱环境和不同用途粗纱的数学模式使之储存于电脑中是一个难题,有赖于粗纱机生产厂及纺织厂的合作探索,多电机传动粗纱机的设计要以消除粗纱关车细节,提高粗纱质量为前提,其次才是提高锭速,简化机构。值得注意的是由于多电机传动粗纱机产量高,万锭配台数减少,更要保证电脑、电器及机械运转的可靠性,否则,将给纺纱厂正常生产秩序带来影响。多电机传动粗纱机目前有二电机、三电机、四电机甚至七电机等多种型式问世。“二电机”将牵伸与锭翼、筒管与升降分别由二个变频电机传动;“三电机”则增加升降机构由单独一个电机传动;四电机则将牵伸、锭翼、筒管、升降分别由四个变频或伺服电机传动;“七电机”则将牵伸装置的罗拉分别由三个伺服电机传动,取消了牵伸变换齿轮。应当指出企业的最大目的是获取利润,并非电机越多越好,而是需合理配置。如纺中、高档纱,锭速在1200r/min以下,则选择二、三电机传动粗纱机较合适。3须条进入整理牵伸区目前国产悬锭粗纱机多为三罗拉或四罗拉双皮圈牵伸,三罗拉双皮圈牵伸为双区牵伸,四罗拉双皮圈牵伸则在主牵伸区之前增加了整理牵伸区,后者的主要特点是:a)主牵伸区不设置集合器,须条横向宽度大,钳口对纤维的控制作用加强。浮游区减小,纤维变速点前移且较稳定,粗纱条干质量得以提高。b)经主牵伸区较大牵伸后须条进入整理牵伸区,使纤维急弹性变形减少,有利于提高粗纱中纤维伸直度。c)在整理牵伸区中设置了较小通道面积的集合器,须条输出宽度窄,无捻三角区小,在此处发生意外伸长的可能性减小,伸长率和伸长率差异均减少。d)粗纱毛羽减少,前罗拉输出须条接近圆形,导致粗纱结构改善,毛羽减少。e)四罗拉双皮圈牵伸适合重定量粗纱的纺制,增加了粗纱机增产的潜力。但四罗拉双皮圈牵伸比三罗拉双皮圈牵伸增加了一根罗拉,也会带来一些弊病:a)易发生机械波。主牵伸区前钳口(二罗拉)为被动罗拉,一二罗拉传动托架设计制造或调整不当,易出现机械波。b)主牵伸区前钳口的上、下罗拉位于一罗拉之后,当清洁器效果欠佳时,二罗拉沾花挡车工难以发现,会造成严重纱疵,对成纱质量威胁很大。c)增加一列罗拉,增加了制造成本及使用成本。分析上述利弊,笔者认为四罗拉双皮圈牵伸与三罗拉双皮圈牵伸相比,仍是利大于弊,特别在减少粗纱毛羽,改善粗纱结构,降低粗纱伸长率及伸长率差异等方面,四罗拉双皮圈牵伸对成纱质量的提高均较显著。4锭翼相当程度锭翼是粗纱机完成加捻卷绕功能的重要部件,粗纱工序纺纱质量与效率的提高,相当程度取决于锭翼的结构形式其及质量之优劣。目前国产悬锭粗纱机最高锭速可达1500~1600r/min,较国产托锭粗纱机最高锭速提高近一倍,粗纱机万锭配台数降为2~3台,技术经济效益十分显著。4.1粗纱的质量要求开式悬锭的粗纱通道系敞开式,粗纱在铝质U形槽中通过;闭式悬锭的粗纱通道为封闭的不锈钢管道,能适应1600r/min高速,对温湿度敏感性小,断头率低,对减少粗纱毛羽、纱疵,提高粗纱机产量极为有利。对挡车工而言,断头的减少会使接头次数减少,不锈钢管内壁光滑,粗纱可籍自重由管中通过,生头比开式悬锭方便。闭式悬锭粗纱通道的清洁可以采用机械化方法:以包覆棉纱的软轴在溶剂(丙酮、汽油、酒精等)中浸湿后塞入通道,其尾部以3000r/min左右的高速电钻夹持,通电后软轴作高速旋转,手持电钻作上下往复运动,则沾染在通道管壁上的棉蜡或化纤油剂被溶解,再以浸有溶剂的布条从管中通过除去已溶解的污染物,最后用干净布条通过擦干,实践证明,采用机械化清洁方式闭式悬锭远较开式悬锭方便、有效。4.2前后排锭翼差粗纱机由于结构的限制,锭翼分前后两排,前排锭翼的导纱角小,后排锭翼的导纱角大,后排粗纱因无捻三角区长而较易发生意外伸长,为使前后排粗纱伸长率差异减小,于是有将后排锭翼抬高,使前后排锭翼导纱角相同的等导纱角锭翼出现。等导纱角锭翼在三罗拉双皮圈牵伸型式的粗纱机上效果明显,在四罗拉双皮圈牵伸型式粗纱机上,由于前后排粗纱的无捻三角区相差无几,等导纱角锭翼的作用就不明显,前后排锭翼不等高增加了锭翼备件品种,锭翼传动维修不方便,下清洁器取出困难,曾有原使用高低锭翼的纺织厂在改造时考虑更改为等高锭翼,笔者认为目前国产新型粗纱机大多为四罗拉双皮圈牵伸型式,采用等高锭翼较为合理。4.3锭杆的设置要求国产悬锭粗纱机都采用上锭杆悬锭锭翼,其优点是主机结构简单,缺点是在纺纱过程中粗纱管不能取出,为了使纺纱过程中粗纱可以取出,有将整体式锭杆制成可拆卸式的结构,锭杆下部可装可卸,但由于锭杆镶接处断面积小,使锭杆的抗弯刚度下降了49%(Φ25锭杆)和54%(Φ22锭杆),锭杆稍受外力就弯曲变形而造成摆头,严重的将影响粗纱条干甚至无法纺纱,因此现代粗纱机高速化后为提高锭翼的可靠性,应以整体式锭杆为宜。5全人工辅助纱、全自动落纱、短纱机染整国产新型粗纱机落纱方式基本上属半自动落纱,即粗纱管卷绕至予定长度后,下龙筋定向定位停止运动,下锥轮抬起、皮带复位、下锥轮落下,下龙筋超降至落纱位置,人工取出满纱,插上空筒管,下龙筋升到生头位置,搭头重薪启动机器作新一轮纺纱。全自动落纱粗纱机,当纺纱至定长时机械停止,下龙筋下降移出或倾斜,换管导轨落下取走满纱管插上空筒管,下龙筋复位,粗纱自动搭头,开始新一轮纺纱。与手工落纱比较机器可提高效率。但粗纱机配台少,对降低用工数作用不突出。此外我国棉纺设备出口量虽较大,但大多是到人口众多、劳动力价格低廉的发展中国家,因此价格昂贵、结构复杂的带自动落纱系统的粗纱机目前并不适应合我国国情及外销。6提高粗纱质量的关键经过粗纱机的牵伸卷绕,成纱质量项目如条干均匀度、重量不匀率、强力不匀率、结杂等都有恶化倾向,由于传统粗纱机结构的缺陷,关车时牵伸、卷绕机构不同步产生的细节,大大影响成纱单强不匀率、重量不匀率及细纱断头率,关车细节形成细纱强力弱环已成为粗纱质量的症结。日本纺织界认为细纱质量及断头率80%由粗纱质量确定,仅20%是细纱工序的问题,因此日本纺织厂老厂改造,往往首先考虑更新粗纱机。实践证明:粗纱质量实质上是粗纱机质量的反映,因而改进提高粗纱机质量乃是提高粗纱质量及细纱质量的关键。粗纱机进行技术改造必须结合各厂实际情况,作好技术经济分析,量力而行。6.1采用先进设备,增加回转台数,降低纱线磨损早期(国外引进或国产)的悬锭粗纱机可进行局部改造:a)开式悬锭锭翼改为闭式悬锭锭翼,一般粗纱产量可提高10%~20%,粗纱纱疵减少并降低挡车工劳动强度。由于闭式悬锭锭翼对温湿度不敏感、粗纱断头少,挡车工看台数可增加,有利于降低纺纱成本。b)采用可编程控制器(PLC)取代以交流接触器等为主的电气控制系统,使电气故障率大大下降。c)采用变频器取代原电抗式慢速启动装置,可取得改善关开车细节及减少开关车时机件冲击、提高机件寿命的效果。d)增加巡回吹吸风装置,可取得降低纱疵,降低挡车工劳动强度的效果。e)FA402型粗纱机原粗纱卷装尺寸仅Φ130mm×320mm,在主机架不更动的情况下,仅改变锭翼即可把粗纱卷装增大为Φ130mm×40