纺织技术 | 粗细联数控纺纱系统

所谓的粗细联，就是以全自动落纱粗纱机为中心或发起点，实现全自动纺纱、自动落纱、自动生头。满纱与空管自动交换、自动输送至纱库储存、粗纱到细纱的自动输送、细纱尾纱的自动在线清理、纱管尾纱筛选，纱管颜色识别，射频品种识别等功能，最终实现粗纱纺制和输送的自动化、连续化、满足纺纱厂多品种生产的自动化需求。与传统纺纱方式相比，能避免工序间纱疵、毛羽的产生，减少占地面积，减少用工人数，效率可以提高30%左右。

粗细联合系统由计算机集中控制，可根据不同生产工艺的设置进行全自动运行，通过其网络通信系统可实时监控粗纱的供需情况，并进行生产运行、统计分析和管理，实现了设备的远程控制和诊断。多台粗纱机共用一个智能纱库，纱库可以存放不同品种的满纱和空管，用户可以根据实际生产需要，通过触摸屏设置每台细纱机所用的粗纱品种，解决了工序间不同粗纱品种易混淆的问题，细纱工序可从纱库中“按需”取用满管粗纱，从而有效地解决了小批量、多品种的生产管理问题。

纱管可不区分颜色（RFID射频识别），从而可大量减少纱管数量；粗细联输送系统实现了工序间的物流、信息流、工序转换的自动化和智能化，使工序间物流与信息流更充分融合。图1是2台粗纱机共用一个纱库，供应5台长车细纱机示意图。

图1 2台粗纱机供应5台长车细纱机示意图

粗细联所需的设备包括：自动落纱粗纱机、换纱机械手、粗纱输送系统、尾纱清除机、空管筛选系统。它们的结构形式、特点、设计的关键点在此分述之。

1.自动落纱粗纱机

自动落纱粗纱机是在多电机传动电脑型悬锭粗纱机的基础上，配置自动落纱装置，从生头、纺纱、落纱、换纱实现全自动的工艺流程。目前，市场在用的自动落纱粗纱机可分为两大类，即外置式和内置式。外置式的代表机型有环球集团的CMT1801和马佐里的FT1D。内置式的代表机型有天津宏大JWF1418A和德国青泽的670。无论是内置式和外置式自动落纱粗纱机，其目的都是实现满纱后自动落纱及空管与粗纱自动转换两个功能，以便于粗纱集中贮存和自动输送，但是两者又有本质上的区别。

内置式自动落纱粗纱机的落纱方式是当纺纱到设定长度后，锭翼定向、定位停车（必要条件），下龙筋超降，粗纱被拉断分离（长纤维附加破捻动作），车内轨道自动对接（充分条件）,吊锭及空管在传动链条带动下进入前后排锭翼之间，吊锭与满纱管对正，此时空管间隔半个锭距，下龙筋上升，直至吊锭动作取纱，然后下龙筋下降到规定位置，链条移动半个锭距，使空管对准筒管轴，下龙筋上升，直至空管放置到筒管齿轮上，下龙筋下降到始纺位置，链条退回，轨道复位，自动生头进行下一循环纺纱。

外置式自动落纱粗纱机的落纱方式是当纺纱到设定长度后，粗纱机自动停车（无定位定向要求），下龙筋超降，粗纱被拉断分离（长纤维附加破捻动作），下龙筋移出到指位置，此过程中提纱架同时下降，吊锭与空管间隔半个锭距排列，首先吊锭与满纱对正取纱，提纱架上升，传动钢带旋转半个锭距，此时空管与筒管轴对正，提纱架下降直至空管放置到筒管轮上，提纱架上升，下龙筋延时复位，自动生头进行下一循环纺纱。

从以上两种落纱方式看出，内置式落纱动作繁琐，耗时较长（大于人工落纱时间），对设备的制造、装配、电器控制精度要求严格，否则达不到预期效果，机器结构紧凑占地面积小；外置式落纱由于纺纱与落纱机构分离，互不干涉，当落纱机构出现临时性故障时，可手动人工落纱，不妨碍主机继续纺纱，从而保证生产的连续性，单排落纱时间小于2分钟，满纱与空管交换时间小于50分钟，结构设计简单、透明，便于维护，与内置式落纱比较机器占地面积较大。

粗细联合纺纱系统能否实现产业化，关键在于机器的稳定性和可靠性；从环球集团已出厂使用的50台自动落纱粗纱机看，我们总结出以下设计关键点供同行专家探讨。

1.1 自动落纱粗纱机

自动落纱粗纱机的纺纱主机是在多电机传动电脑粗纱机上改进而成的。CMT1801自动落纱粗纱机采用四电机分部传动，管导式下锭杆方式纺纱，纺纱速度可达1200r/min。

纺纱至设定长度，下龙筋板自动超降到落纱位置；落纱架准备到位之后，减速机驱动下龙筋板整体移出至前定位开关位置，同时落纱架开始下降；落纱架下降取满纱，取纱后落纱架上升直至脱开下锭杆，然后通过落纱架内部的钢带回转装置，进行半锭距回转，实现空管的对中；紧接着落纱架下降，将空纱管释放在木管轮上；落纱架上升，待落纱架上升至一定高度，下龙筋板移回到后定位开关位置，下龙筋板上升至始纺位置，进行新一轮的纺纱。整个落纱过程时间只需2分钟，是传统落纱时间的六分之一，大大节约了时间，也减轻了工人的工作量 。

粗纱机和落纱机各拥有自己独立的CPU，通过现场总线实现数据的交换动作的协调，用自主开发的纺纱同步控制系统（发明专利ZL200510045181.0）实现恒张力纺纱；新增加了部分特殊功能，例如，下龙筋快速移出断纱（专利号ZL2010.20281802.1）此功能不仅能保证棉纺落纱时断纱，也可应用于毛纺粗纱机自动断纱。

金宝来公司把粗细联合自动纺纱系统应用于毛纺取得了成功，纤维长度115mm，破捻 断纱效果得到验证，该功能在内置式粗纱机上是无法完成的。自动落纱系统（发明专利ZL200810016066.4）；粗纱机集棉装置（发明专利ZL201010157227.9），断电同步控制装置（专利号ZL2008200197.X）；落纱打结功能，保证了运纱过程不脱落；插管时筒管轮自动旋转匹配，提高了插管准确率；瞬时快速生头等等。在粗纱机后面设立空中储存纱库，大量减少粗纱占地面积。不同号数粗纱占用不同的轨道，避免了纱号混淆的问题发生，可实现多品种纺纱、储存，同时消除了人为纱疵的产生。

粗纱管：自动落纱粗纱机的一个关键动作就是放空管，要保证每一循环（120~156锭）动作成功率达到99.9%（环球企业标准），必须使用专用粗纱管。我们在反复试验的基础上开发出三段组合式粗纱管（专利号ZL2010 2 0281817.8），纱管底部采用聚甲醛材料，圆周分布13个锥度槽；中部导套采用尼龙1010材料，与纱管齿轮轴上的滚动轴承配合，确保1200转/分时，纱管径向跳动0.08mm；纱管主体采用高强度ABS材料，并留打结槽和25mm的生头绒布。试验证明该纱管完全适合下定锭杆式自动落纱粗纱机使用，与粗纱机的取放管旋转功能配合，可实现取放管成功率接近100%。

1.2 粗纱吊锭

图2 粗纱吊锭

取满纱、放空管的成功几率除要求机器定位对中外，吊锭能否及时打开或关闭吊爪是关键，在现有的条件下，纱管不可能做到理论上的垂直，吊锭也不可能做到理论上的均布（累计误差大），因此，在取纱、放管过程中吊锭吊爪与纱管发生碰撞的几率就较大，出现一次就不能保证100%的成功，就会影响生产效率。环球集团在吸取意大利、丰田、印尼等吊锭制作技术的基础上，开发出圆弧头、吊爪隐蔽、异弹力（取纱放管弹力不同）型吊锭（专利已授理），使用效果很好；外置式落纱取放管时，吊锭靠与其相连的弹簧进行缓冲，而内置式落纱无此功能，因此吊锭的损坏几率及落纱不成功率会明显增高。

1.3 锭翼

自动落纱粗纱机一般都采用下锭杆方式，锭翼采用无中杆锭翼，由于锭翼结构的特殊性，在平衡、中心对称方面有特殊要求，压掌叶旋转最小半径要求在合理的范围内波动,否则在始纺、落纱时会与纱管发生干涉。锭翼旋转中心与纱管旋转中心不重合度要求小于0.3mm以确保纺纱张力均匀。压掌叶的旋转向心力设计也是一个重点，否则否无法保证百分之百自动生头。自动落纱锭翼的压掌高度有明确的标准要求，既要满足标准的成型尺寸又要保证高度差异小于3mm，落纱时纱管与压掌距离大于8mm。

图3 锭翼

2.满纱与空管交换机械手

在一套粗细联系统中，满纱与空管交换机械手，是必备的辅助设备；它的作用是负责把粗纱机换纱架上的粗纱导入输送导轨上，把空管置换在纱架上供下一循环使用。外置式和内置式换纱，换纱机械手结构不同，每一换纱循环耗用时间也不同，换纱时间必须与粗纱机的最高纺纱速度和最低纺纱支数相匹配，否则纺纱与落纱会发生时间干涉。外置式落纱系统由于落纱时纱架自动升至换纱高度，机械手只进行水平旋转即可，换纱速度快，120锭只需40min，效率高；内置式落纱系统由于落纱后的高度与输送导轨之间有高度差，因此换纱时间较长，必须考虑每次多个同时落纱，这样就对换纱可靠性提出了更高的要求。换纱机械手普遍采用气动，也有把直线运动变为旋转运动的机械结构，换纱时的检测控制和缓冲系统是该机构的设计重点。

3.粗纱输送系统

粗细联合纺纱输送系统是与自动落纱粗纱机配合使用运纱单元，可以减少劳动力成本，缩减粗纱占用空间，减少人为纱疵、毛羽等质量缺陷，是今后企业的一个发展方向。

目前，国内外的粗纱输送导轨分为两种形式，一是采用铝合金成型导轨插接，另一种是采用成型铁轨法兰连接。前者表面光滑美观，重量轻，便于弯曲成型；后者制造成本低，连接方便。导轨分直道部分，180°弯道，90°弯道，45°弯道，30°弯道等等。导轨设计看似简单，其实有许多问题必须解决，例如，输送导轨的密封防缠花问题是影响链条平稳运行的关键，链条维护站点设计，导轨顶面防积花设计等等。

图4 粗纱库

每节链条送纱的数量不同，则导轨的弯曲半径不同，这些参数直接影响纱库的排布和整体布局；需根据工艺流程来设计。根据纺纱直径的不同，导轨输送锭距分为140mm、160mm、185mm几种规格，同时还要考虑倾斜运纱坡度，坡度越大、纱径越大则锭距越大。导轨运纱分道转换分为手动和电动，手动分轨靠运纱者一手牵引粗纱一手提前分道；而电动分轨则通过开关检测自动控制，运纱链条靠电机驱动摩轮输送；整个输送过程采用模块化程序控制，采用PLC技术、现场总线技术，设计粗细联输送系统满管与空管的控制、联网通信系统，实时监控粗纱的供需情况，细纱机则通过远程模块和主机实现通讯，减少了布线的距离，使整个电器控制系统更加简单可靠。

采用软触式人机界面实现参数设置、故障检测和运行监控，操作简单，实现了控制的信息化和数字化。虽然软件的核心算法相对复杂，但其界面设计却简单明了，使得软件核心的复杂性对用户的操作来说是透明的。牵引车沿导轨运纱由于投资成本太大，目前还不适合国内推广。

4.尾纱清除机

尾纱清除机是粗细联合纺纱系统必备的设备之一。目前在非自动运输情况下，多数企业处理粗纱尾纱靠细纱工人随时清理，对于坏纱则靠人工割除，即浪费时间又浪费棉纱。但是在自动运输系统中尾纱必须靠尾纱清除机来完成。设备一般配备在细纱机区域，1500锭配备一台，清理完的粗纱管自动输送至纱库备用。对于清理不彻底或无法通过机器清理的尾纱管，则通过机械手在尾纱清除机之后进行转换，进行特殊处理。

CMTF002粗纱尾纱自动清除机的主要工作原理是：模块化程序控制电机按程序设置依次动作，电机驱动摩擦轮带动链条前后运动，从而实现粗纱管的输送。当光电检测到有纱管的信号后，通过计数模块控制输送轨道上的电机使粗纱管准确定位，然后升降电机通过皮带传动使筒管轴上升到规定高度，将粗纱管转移到粗纱尾纱自动清除机上，紧接着筒管轴上的伺服电机开始工作，此时的吸嘴已经通过气缸推动到规定的位置，并通过光电检测自动找头，在风机负压的作用下配合筒管轴的旋转来退绕粗纱，所有的粗纱管都清除完成后，升降电机再次升高到规定位置，将清除好尾纱的粗纱管转移到输送轨道上。

图5 尾纱清除机

尾纱清除机每次清理纱管的数量根据粗纱机所供纱锭的数量来定，一般每两台粗纱机配备一台8头尾纱清除机。一台合格的尾纱清除机必须具备下列条件：

（1）取放纱管的成功率；要求达到99%。

（2）清理效果；除坏纱外，要求100%完全清理。

（3）尾纱开松效果；不损伤纤维，完全开松，能直接回用。

5.纱管筛选系统

从细纱机返回到粗纱机的纱管必须达到100%合格，而尾纱清除机的清理标准规定为99%，仍有1%不能使用，因此需要采用纱管筛选系统来完成筛选，纱管筛选系统配置在尾纱在线清理机的后面，通过色标光电、传感器来识别不合格纱管，靠旋转机械手进行交换，通过二次处理，空管合格率达到100%。

6.结语

粗细联技术，是国家“十二五”高端纺织技术装备8个重点发展领域中的一个重要分支，研究、发展粗细联技术，将助推我国由纺织大国向纺织强国目标快速迈进，期待同行专家共同做深入探讨，促进我国粗细联系统快速发展，尽早实现产业化。

作者：王成吉（青岛环球集团股份有限公司）

编辑： 中国纱线网，转载请注 明出处

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