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细纱工序自动化与柔性化

  纺织行业作为我国国民经济的支柱产业和民生产业,整个行业面临人口红利消失、环保压力增大、外部竞争加剧等现实问题,处于转型升级的关键时期。纺纱机械在提高设备制造质量及可靠性水平的基础上,自动化和连续化是纺纱机械设备发展的大趋。纺纱企业产品附加值低、利润率低、工资水平低,纺织工人每天需要工作8 h~12 h,存在白班和夜班轮岗、假期少,车间高温、高湿、粉尘飞花多、噪声大等不利条件,用工的供需矛盾进一步加剧。


  环锭纺纱技术在纺纱原理未取得重大突破的条件下,单锭纺纱速度提升空间有限,只能依靠重复多单元配置纱锭来扩大产能,所以细纱工序的用工人数占比较大,同时劳动强度高、工作环境差,招工难问题最为突出,细纱工序实现更高水平的自动化,实现“机器换人”迫在眉。本研究以2020中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会(以下简称纺机展)为背景,从3个方面探讨细纱工序各工作模块与过程连续化的最新发展现状。

  1 细纱机工作模块

  1.1 数控电子牵伸系统 

  传统细纱机的牵伸罗拉采用机械式传动,通过改变齿轮箱传动比来实现牵伸倍数的调整,工作繁琐、效率低,还需要配备专门负责更换齿轮的工人和大量齿轮备件。随着伺服驱动系统和变频驱动系统的发展,将其应用于细纱机牵伸装置,可以实现数字式调整牵伸工艺、连续变换牵伸倍数,且减少更换配件等重体力劳动。另外,数控电子牵伸系统为细纱机兼容纺制花式纱线提供了条件,可纺制各种竹节纱、段彩纱

随着数控电子牵伸系统的大量应用,对其转速工作范围、起停性能、可靠性和能耗等提出了更高要求。数控电子牵伸系统的全面普及必然会面对纺制各种纱所对应的不同牵伸倍数,这样用于驱动中、后罗拉的伺服电机与变速箱必须具备大的转速调节范围;同时,纺制段彩纱和竹节纱需要罗拉实现快速启停动作,同样对电子牵伸驱动系统提出bet36体育在线要求,而纺制此类花式纱线还需要相应的程序设计和纺纱软件配置。目前,几乎所有细纱机生产厂家都能提供数控电子牵伸细纱机,同时市场上能提供老机改造的厂家众多。

  1.2 数控电子卷绕成形系统 

  传统细纱机卷绕成形机构主要由棘轮级升装置和机械凸轮组成,通过调整级升量和凸轮转速与纱号匹配。机械凸轮在桃盘处的冲击、停顿会引起纱线成形不良,钢领板升降速比固定,棘轮调整级升的精度欠佳。电子卷绕成形系统运用伺服系统控制钢领板升降运动,并实现级升过程,运行平顺,通过优化绕纱包络线、钢领板升降速比、级升量,能够提高卷绕密度,优化管纱成形,实现管纱大容量,在高速退绕时不易脱圈。通过控制开车钢领升降速度,可以有效地减少开车断头。数字化更改卷绕成形工艺省工省力,节约成本。

数控电子卷绕成形系统同样需要克服大范围变化纱号所需大范围钢领板升降速度,对伺服电机、变速箱和钢领板配重设计有较高要求。与数控电子牵伸系统类似,细纱机生产厂家也能提供数控电子卷绕成形系统,市场上能提供老机改造的厂家众多。

  1.3 锭子驱动系统

  传统细纱机锭子由主电机驱动主轴,进而带动滚盘驱动锭子运转,每4锭一组。大功率主电机和机架下方的滚盘高速运转,产生高分贝噪声。同时高速旋转的滚盘产生的气流影响车间飞花,传统的锭子驱动形式中锭带绕向和张力重锤配置与捻向相关。


目前,锭子驱动形式包括3类:主轴统一驱动式、多电机分段驱动式和单电机单锭驱动式。传统细纱机锭子主要采用主轴统一驱动式,优点是原理和驱动电机简单,缺点是装置繁杂,噪声和气流等不良影响较多,且能耗较高。进一步改进方向主要是从驱动电机本身出发,提高效率,降低能耗。纺机展上江苏格罗瑞节能科技有限公司展出了永磁电机主轴直连技术,可显著提高传动效率,降低能耗。意大利马佐里纺织机械公司的宣传资料推出了多电机分段驱动式的锭子驱动系统,配置在GALILEO?MDS2型环锭细纱机上,单电机带动整根切向传动带驱动96锭,可以简单改变驱动电机的转向,改变捻向,并简化掉主轴、滚盘和张力重锤等,降低了能耗和噪声,减小了气流扰动,但该种驱动形式的稳定性需要市场的检验。江阴市华方新技术科研有限公司和经纬纺织机械有限公司展出了单电机单锭驱动式细纱机,即每个锭子都由单独的电机驱动(厂家称之为电锭技术),简化了细纱机结构,克服了传统锭子驱动形式的缺。另外,单电机单锭驱动技术可以降低细纱机锭子驱动能耗20%左右,节能效果明显,降低了纺纱企业生产成本,有着良好前景。但降低电锭成本,提高使用寿命和稳定性,完全成熟市场化仍需时日。

在细纱机长车发展趋势下,主轴统一驱动式对场地的适应性较差,且对主轴的直线精度和刚度要求较高。因此,多电机分段驱动式和单电机单锭驱动式在设备维护、节能降耗、改善车间环境、捻向柔性化等方面都会有明显的优势,可能会成为今后细纱机锭子驱动技术主力。

  1.4 集聚纺系统 

  集聚纺系统主要分为网格圈式、空心罗拉式和网孔胶圈式,市场上的集聚纺系统以网格圈式为主。集聚纺系统经过长时间的发展和应用,已经达到较好水平,但是追求更高效集聚纺技术的脚步不会停。纺机展上瑞士立达公司旗下的绪森公司再次推出3种集聚纺系统:COMPACT easy、COMPACT apron和COMPACT drum。虽然3种集聚纺系统仍然是在原有集聚原理上的探索,但是在结构上的改进对以后集聚纺技术与普通环锭纺的柔性化转换有着较大的方向性意义。

  COMPACT apron集聚纺系统与传统网格圈集聚纺系统相比,采用大直径上胶辊,纤维以一定张紧程度悬浮在网格圈上方,在远离网格圈的吸风槽上方集聚前行。纤维的这种集聚形式更像是头端集聚,集聚气流可作用到纤维束中的所有纤维头端,伸出须条主体的纤维头端完全暴露在气流中,因此得到可靠集聚。绪森公司认为COMPACT apron采用气流从各个方向对纤维进行集聚,形成三维集聚效果。另一个特点是COMPACT apron不需要配置专门的负压风机,而是直接利用了细纱机的吸棉风道,与笛管共用吸风口,但是这种共用负压通道的条件下,需要对吸棉风箱中回花实现自动清理,以保证负压的稳定性。同时,这款集聚纺装置拆卸便捷,可以方便地切换至普通环锭纺状态,具有能耗低、维护要求低、部件使用寿命长等特点。

  COMPACT drum集聚纺系统采用了吸风鼓系统,在前罗拉前方配置一个带网孔的金属材料鼓,替代了网格圈和异形管组合,在吸风鼓上有一个靠簧片加压的小胶辊压在吸风鼓的孔上,纤维须条受吸风鼓和小胶辊握持输出,集聚负压同样共用吸棉笛管的负压通道。吸风鼓耐磨性能优良,寿命远高于网格圈,同时该装置可以快速在环锭细纱机上安装和拆卸,实现集聚纺和普通环锭纺的快速转换,其所纺纱线的毛羽指标可以达到更高水平,纱线强力水平较高。但是,该装置仅适用于立达公司的环锭细纱机。

  COMPACT easy集聚纺系统是机械式集聚纺系统,采用Y形纤维通道,先利用喇叭口形纤维通道将纤维束集聚,再经过倾斜通道完成纤维束的进一步压缩集聚,能够有效地进行双重集聚,而不会产生能耗增加。该装置还配置有压力棒,位于集聚通道上游,有利于改善纱线条干。该集聚纺装置直接连接至环锭细纱机的喇叭口横动杆,可以横向运动,对胶辊磨砺需求更低,可增加使用寿命,降低维护需求。该装置安装和拆卸便捷,便于集聚纺和普通环锭纺的快速切换。

  2 细纱工序过程连续化

  2.1 粗细联系统 

  粗纱作为细纱工序的原料,其运输工作量大,费时费力,实现粗纱到细纱机的智能输送有重要价值。粗细联输送系统是与自动落纱粗纱机配合使用的过程型系统,可以减少劳动力成本,缩减粗纱的占地面积,减少运输过程中的人为纱

由于粗细联是起始于全自动落纱粗纱机,所以生产粗细联系统的厂家主要是粗纱机生产厂家,国内主要有经纬纺织机械有限公司、青岛环球集团股份有限公司、常州市同和纺织机械制造有限公司等主机厂

  2.2 集体落纱与细络联系统 

  集体落纱系统是实现细纱满管自动落纱的自动化系统,可以替代落纱工繁重的体力劳动。集体落纱系统的性能优劣主要考量其落纱速度、留头率等。集体落纱系统的分类形式众多,按纱管夹持形式可分为气囊式和气缸式,按拔管高度形式可分为管顶式和管身式,按筒管输送形式可分为托盘输送式和钢带输送式,按纱管寄放形式可分为固定寄放和活动寄放,按拔管动作形式可分为摇臂式和直臂式。目前,几乎所有细纱机生产厂家都能提供细纱机集体落纱系统,同时,市场上能提供集体落纱系统老机改造的厂家众多。

  集体落纱系统为细络联提供了条件,细络联即细纱机与自动络筒机之间的管纱自动输送系统,同时在输送环节辅助以RFID射频技术,可对管纱追踪,实现管纱质量追溯。细络联避免了管纱在运输过程中相互磨压造成的纱线损伤。

  目前,细络联的连接方式主要为多对一连接和群对群连。多对一连接是多台细纱机的管纱供应与之相连的单台络筒机,多对一连接在一定程度上可较合理地选择细纱机和络筒机的配台数和单台锭数,便于机台排列布置,但由于配置固定,偶尔会出现产能不匹配或者空置现象,不利于充分利用产能。群对群连接是细纱机组与自动络筒机组连接,细纱机与络筒机之间形成了独立通道,其适应性和灵活性优于人工转运式,通过各络筒机产能余缺调剂,实现了细纱机组与络筒机组全产能的匹配。但其占地面积较大,运行模式较为复杂,需配置具有调度功能的智能群控系统。自动络筒机的技术含量高,研发难度较大,具备生产自动络筒机的厂家有意大利萨维奥公司、日本村田公司、德国赐来福公司、青岛宏大纺织机械有限责任公司。细络联系统技术的核心是自动络筒机,其严重依赖于自动络筒机生产厂家。

  3 辅助模块

  3.1 细纱在线监控与粗纱自停装置 

  细纱单锭监测及粗纱停喂系统将成为细纱机的标配。该系统使挡车工的看台能力得到大幅提升,探测到细纱断头后控制粗纱停喂,可减少粗纱浪费和吸风回花,提高纤维制成率;粗纱停喂还能消除因细纱断头而产生的纤维绕胶辊、绕罗拉现象,消除胶辊绕花对邻近锭子成纱质量的影

  3.2 自动接头机器人 

  纺纱断头后需要接头,自动接头机器人在喷气涡流纺纱机和转杯纺纱机已经成熟,而环锭纺细纱机应用自动接头机器人仍未能推广,主要是由于接头效率和设备成本仍然无法满足纺纱企业要求,究其根源还是环锭纺纱单锭纺纱速度低,纺纱锭数庞大,对自动接头机器人的接头效率要求更。本次纺机展有两家企业展出了环锭细纱机自动接头机器人,分别是瑞士立达公司和经纬纺织机械有限公司,其中经纬纺织机械有限公司的自动接头机器人依托于西班牙品特公司的技术支持。自动接头机器人有助于降低纺纱厂的工人劳动强度,减少用工,但现阶段其成本高昂,很难在纺纱企业大面积推广。

  4 结语 

  综上所述,从细纱工序的自动化和柔性化来看,国内主机和配套产品近年来有了长足的进步,与国外先进整机相比差距进一步缩小;在许多自动化改造的细节方面,国内创新水平不断提升。实现纺纱流程的自动化和柔性化已经成为共识,机器换人势不可挡,通过系统研发,将在主机与配套全方位实现创新突破。细纱工序的自动化和柔性化主要是通过实现细纱机的自动化、前后道工序衔接的自动化、纺纱流程信息化和智能化,进而以点带面实现纺纱全流程的智能化。

  随着我国经济的高速发展,用工成本快速增长,且工人对劳动强度和工作环境提出了更高要求,对于劳动密集型的纺纱企业而言,实现生产过程的自动化和柔性化迫在眉睫。由于我国纺纱产业规模巨大,为避免国外先进纺机设备与技术对我国的封锁与制约,国内纺机与配套企业的自主研发至关重要。对于纺纱行业这种国民经济支柱产业和重大民生产业,只有支持与鼓励我国纺机企业加大自主研发力度,攻坚克难,实现自力更生,才能保证行业的健康、稳定发展。

(棉纺织技术)
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