细纱机高速高效工艺及器材配置的技术探讨

2015-04-16缪定蜀

纺织器材 2015年5期

缪定蜀

（苏州市纺织工程学会，江苏苏州 215004）

0 引言

我国环锭纺纱正进入优质、高速、高效、低耗发展阶段，涌现出大量新思路、新工艺、新器材推动此目标实现。在跨入21世纪短短十几年内，我国细纱机在大量运用自动化、智能化、模块化、蛛网化等先进技术，配合新材料、新器材、新技术、新设备推动细纱机向高速、高效、优质、低耗方向发展。但由于我国细纱机数量庞大，整体自动化水平较低，加上工艺、管理滞后，企业中出现了不顾客户真正的质量及使用价值要求，采取过度工艺，滥用器材的现象，使其优势难以发挥到最佳。在高速优质基础上，如何配套使用器材与工艺，正本清源，使细纱机效能最大化是笔者撰写此文的目的。

1 值得探讨的几个问题

实现新型细纱机高速纺纱的前提是稳定的质量，高效的生产率，根据现阶段企业在生产过程中必须排除干扰现代工艺技术及管理的因素，值得技术人员探讨的问题主要表现在以下6个方面。

1.1 现代工艺的设计原则及功能如何定位？现代工艺有哪些特征？

1.2 如何跳出在工艺设计中把乌斯特公报水平作为企业内部考核重点，却忽视客户及消费者最终价值与功能取向的窠臼？

1.3 如何看待过度使用控制棒作为提高质量的杀手锏？如何做到柔性控制，确保质量长期稳定在客户允许的波动范围内？

1.4 在任何环境与条件下，采用何种手段能保证细纱前罗拉钳口握持稳定不打滑？

1.5 如何处理好新型器材与工艺及质量的关系，跳出紧隔距、强控制、重加压的工艺思路？

1.6 新型高速细纱机的哪些工艺及器材运用更为成熟？

2 现代工艺的功能定位、设计原则及要求

2.1 功能定位

工艺是软件技术，可以成为核心技术。从市场经济角度看现代工艺功能有两点：一是工艺设定首先要满足后道用户的产品质量、生产效率，可承受的成本费用及最终消费者的使用价值；二是工艺应为企业产品质量与经济效益服务，做到最佳用棉成本，全流程贯彻耗能低、效率高、质量优、产量高，一年四季生产稳定的原则。

2.2 设计原则

工艺是生产管理的灵魂，调配好则生产、质量稳定可靠，否则生产顾此失彼，质量波动。工艺设计应根据不同设备性能，挖掘其最佳功能，为实现产品各项质量指标服务。现代工艺设计原则为在高效、高产、优质、低耗前提下，围绕客户用途，全面系统地做到对加工纤维的柔性开松、柔性梳理、柔性牵伸、柔性控制。

2.3 相关要求

2.3.1 性价比好

产品是企业生存之本，应以降低成本、提高利润为前提，这样设计的工艺才有价值，即必须在满足产品质量的条件下，以配棉成本和生产成本为依据。

2.3.2 全面系统

工艺设计应根据原材料接替及客户质量需求变化通盘考虑，以实现整个生产系统长期可靠地运行，不可盲目追求单一质量指标；避免以条干为目的，采取过度刚性工艺，如控制棒用偏小直径控制环及偏小尺寸隔距块，造成春夏、秋冬季节及下半夜的质量波动与质量事故。

2.3.3 灵活性

工艺灵活性即要求工艺能应“料”而变，应“环”而变，应“机”而变，应“器”而变；即工艺要依据原料、空调、设备、器材等变化而变化。

2.3.4 长期稳定

工艺必须优选，杜绝单一追求指标的短期做法以及变化工艺的随意性，应在柔性工艺理念下，减少工艺加工中的过度梳理、过度收紧、过度控制、过重加压，真正做到低耗优质。克服工艺管理上的两大薄弱环节：一是避免工艺上车检查由于人员精简走过场；二是避免出现万能工艺，如清梳联、清棉、并条等工序，翻改品种却工艺照旧［1］。

3 注重最终价值与功能取向

工艺设计不能仅以乌斯特公报水平取代客户与消费者的最终价值与功能取向要求。目前，企业中普遍存在营销接单人员与工艺工程师沟通互动较少的现象，即工艺工程师仅凭一张简单且无客户详细要求的订单下单，不了解客户对纱线各项指标及用途的要求，有些企业甚至只是电话或口头传达，往往造成设计不计成本，盲目追求USTER条干CV值水平，或配棉质量过差，导致客户屡次投诉甚至索赔，形成工厂狠抓生产质量与质量指标难于控制的怪圈与顽疾。

4 强化前罗拉与胶辊握持应用的探讨

一百年来，环锭细纱机前罗拉握持始终是弹性体与刚性体之间的握持，为了更好地握持，弹性体——牵伸胶辊的硬度（A512型细纱机）从邵尔A80度降至目前的邵尔A63度，由线握持变成一定宽度的面握持，改善了横向握持均匀度，有利于对三角区边纤维的控制。要做到细纱前罗拉钳口握持稳定不打滑，即不出“硬头”，似乎在现有条件下很难做到。从牵伸理论角度看，不出“硬头”就是处理好握持力与牵伸力或者引导力与控制力的矛盾。在牵伸过程中只要做到最小握持力始终大于最大牵伸力，前钳口线上浮游纤维引导力始终大于控制力，即属于比较理想的牵伸状态。高弹性是胶辊低硬度的基础，否则会产生塑性变形；但按现有技术，丁腈橡胶无法做到更小硬度（目前无法做到低于邵尔A60度）下的弹性恢复。聚氨酯胶辊硬度可以做到邵尔A55度，弹性恢复好于现有丁腈橡胶胶辊且更加耐磨，回磨周期可提高3～4倍，表面粗糙度可适当偏高且不影响条干和抗绕效果。对集聚纺而言，这种性能要求更高，因为集聚纺设备没有清洁辊，所以绕花对其成纱质量影响较大［2－3］。

实际生产中如何强化前罗拉与胶辊的握持？目前，广泛采用的低硬度高弹性胶辊在柔性工艺下基本能够满足要求。但某些厂采取过紧的隔距以平衡牵伸力，使前胶辊过度加压，出现某些论文中提到的涂料配比越浓条干反而越好的反常现象。这种握持力增加过多而牵伸力并未同步增加，反而造成胶辊弹性恢复不良，反包围弧延伸使变速点位移变化，破坏条干CV值，增加锭差。此外，现有牵伸装置工艺上往往存在喂入定量过大，牵伸倍数过大，导致纱疵、毛羽相应增加；隔距块或者隔距块控制棒过小也会造成短粗竹节相应增加。

较为理想的握持状态是在前上胶辊做到“光、滑、爽、燥”的前提下，表面粗糙度可以偏大掌握，以表面粗糙度Ra值小于1.0μm为准，即胶辊硬度满足牵伸中弹性恢复要求，如采用低硬度聚氨酯胶辊。此外，如果前罗拉制造技术获得突破：即将现有斜齿改为人字交叉齿使前胶辊摩擦传动力得到左右平衡，或者在钳口工作面覆盖耐磨半弹性体，使上下均为弹性握持，可使前档压力在更小的条件下实现可靠握持。保持前钳口稳定的另一个重要条件是上、下胶圈控制纤维的稳定性，即运用可靠的器材做到上、下胶圈运行同步、无滑溜，即可满足纺纱牵伸稳定性要求。

5 现阶段较成熟的工艺与器材

据实而言，各种类型环锭纺纱并没有真正的原创工艺，高效工艺只能说是一种理念，是挖掘工艺潜力的延伸，如果企业的管理技术上档次则可获益，反之无利可图，这是急功近利者的必然结果。以笔者个人看法，以下较为适合中国国情。

5.1 V型牵伸工艺的大面积推广

V型牵伸是传统平面牵伸改为后罗拉重心提高到主牵伸区平面的牵伸型式。该牵伸把后罗拉中心抬高12.5mm，后上罗拉后移约25mm，使后上罗拉和后下罗拉中心线与前、中、下罗拉连线形成约

25°夹角，从而使后区形成一个曲线牵伸区。这种配置减少了粗纱须条在后区牵伸中的捻回重分布现象，并使其保留较多的剩余捻回，保证喂入前区牵伸的须条结构紧密均匀，与前区摩擦力界良好配合，并形成稳定一致的摩擦力界分布。同时，纱条以较高的紧密度呈 V 形喂入主牵伸区［4－5］。

V型牵伸的优势：① 相对于平面牵伸同等定量条件基本符合柔性牵伸，增加了粗纱在后下罗拉和中上罗拉的接触角，使纱条伸直度提高，总牵伸倍数较传统牵伸倍数大，约60倍，后牵伸为1.2～1.8倍；② 在保质前提下可适应粗纱重定量，可缓减粗纱供应，减少粗纱开台，降低总成本；③ 后区握持距达55mm～60mm，非握持距仅30mm～35mm，既握持长纤维又控制短纤维，仅需换上、下销及胶圈就可适纺中长纤维与短纤维。

V型牵伸新开车或温湿度不良易造成“出硬头”，原因是后胶辊压力小于100N／双锭，握持力小于牵伸力导致胶辊滑溜。解决办法：后胶辊直径大于28.5mm；将后胶辊后移量减少2mm；适当调大后牵伸倍数及隔距块。

5.2 后区控制棒上销的运用

控制棒上销是在上销后侧作相应延伸，是V型牵伸的进一步完善优化。目前有常用两种型式：一是单控制棒上销，用于V型牵伸，可解决V型牵伸反包围弧带来的摩擦力界宽度向牵伸中区扩展造成变速点后移的牵伸波动，使条干质量更加优化；二是双控制棒上销，用于平面后区牵伸，靠近中上罗拉的控制棒可解决反包围弧造成牵伸力波动及变速点后移问题，且靠近后罗拉的控制棒相当于V型牵伸装置，可增加控制纱条的曲线牵伸区域。

5.3 碳纤上销的推广运用

碳纤材料的出现，解决了铁质上销因为磨损造成胶圈打滑跑偏、中凹、同步性差的难题。目前常见的碳纤上销包括纺纯棉6833系列可适合弹簧摇架与气加压摇架两类的有边上销、无边上销、前沿有三角形及椭圆形或曲线S型上销。近两年推出的6939系列上销也适合弹簧摇架与气加压摇架两类，是6833系列上销的加长延伸，在下销前沿至前罗拉钳口的浮游区增加一段包围弧，形成曲线牵伸，胶圈下压作用增强，可有效缩短近一半浮游区，从而有利于减少纤维间移距偏差，较刚性控制棒具有柔性控制特征，上销前沿对纤维须条的作用随着直径变粗压力增大，牵伸效率提高，反之压力减小，牵伸效率降低。具体规格有：S型曲线牵伸可控制浮游纤维上销，加挡边上销可减少飞花附入，减少工作挡尺寸上销，降低摇架压力、节能降耗的CS型上销，以及特别适宜赛络集聚纺、高能耗的牵伸上销。

5.4 新型下销的推广运用

新型下销将老式下销前平面由8mm缩短至4mm～6mm，加宽拱形曲面弹性层，可增强对中区纤维控制。此外，平面与后部曲面高度差由1.5mm增大至2.5mm～3.0mm，弹性更好，上托高度减小，可增加上销下压的控制强度，与新型碳纤上销胶圈形成摩擦力界强度低于胶圈钳口，稳定了握持力实现了强控制。但立达G32型、G33型的RI－QDraft气加压摇架配备的有利于纤维导向桥的Ri－Q－Bridge新型下销，没有采用传统的高低差曲面形式，而是采用更为柔性的曲线形下销，这种考虑能使细纱长车条件下牵伸摩擦力更小，从而使下胶圈运行更加稳定，较好地延长了下胶圈使用寿命，据称粗细节可减少约30%。

从柔性牵伸及生产稳定性看，在纯棉精梳针织纱工艺上不主张使用控制棒，因为控制棒在纯棉普梳及产品档次要求不很高的情况下效果明显，但不利于长期稳定生产，除非将现有刚性控制棒改为上下弹性调节的控制棒。须条厚，反弹力大；须条薄，反弹力小。欧瑞康细纱机罗拉前区隔距做到目前国内最小16mm，这有利于空调有波动的情况。传统铁中上罗拉可以考虑改为表面高硬度聚酯材料，邵尔A硬度为85度～92度（2mm厚，一般用6819A压套，6825EA中铁辊，无锈，减少滑溜），如果采取上销的张力结构，对中上罗拉直径范围放宽至25.0mm～25.5mm，这样中区与上、下胶圈形成约3mm的弹性握持区，既避免铁质上罗拉生锈，又可增强横向握持均匀度，改善条干CV值约0.4个百分点。

后区控制棒上销的运用，弥补了后区对浮游区失控的空白，稳定了中部摩擦力界变速点的波动。上销在纺纱牵伸中至关重要，组合零部件最多，包括配套的上胶圈、上罗拉、隔距块、控制棒，组合件多最易造成锭差及条干CVb值变差。6939系列上销改善条干CV值，降低IPI疵点，提高强力，降低精梳落棉率效果明显。

5.5 我国高速卷绕器材瓶颈突破

集聚纺技术在我国推行已有十多年，初期为满足线速度在40m／s以上高速运行要求，必须用价格昂贵的进口钢丝圈。后来，中纺联组织国内数家著名制造钢领、钢丝圈的企业进行攻关，重庆金猫纺织器材有限公司在2009年首先研发出BS（蓝宝石）钢丝圈，打破高端钢丝圈完全依赖进口局面，进而与国内知名高校联合研发的TP（黄晶）钢丝圈，其质量水平和尺寸精度显著提高，能够像进口同类产品一样做到无走熟期，使用寿命达20d～30d，线速度突破45m／s，可适应高速、细号（最细1.62tex）纺纱。

由于近几年市场不景气，迫使企业降低生产成本。过去采用中低端的钢领、钢丝圈造成生产效率低下、断头增加、用工增加、招工困难的境况必须改变。企业如果采用长寿、耐磨的钢领、钢丝圈，将纺纱速度从16kr／min提升至17.6kr／min，产量就增加10%，即1万锭增产约110t，按每吨加工费0.9万元计，一年增效99万元，10万锭即增效近千万元，意味着1.2亿纱锭少开1 200万锭，一年至少节电10亿（kW·h）。

6 新型创新器材的运用

6.1 性能要求

新型器材应满足两点：一是根据产品质量要求有调整空间；二是按照工艺（定量、加压、速度、捻度等）设定做到柔性控制。保证器材质量28字：外观精细、尺寸精密、调整精巧、柔和控制、节能降耗、性能可靠、经久耐用，这是新型器材适应未来高品质、高速细纱机最基本的要求。

6.2 存在问题

6.2.1 同机台同品种器材规格不同

曾经在某厂同一品种上发现有多种形式的上销、多种颜色及规格的隔距块、多种规格的胶辊等，除了企业本身管理混乱外，器材厂上门推销及试验是现有企业普遍现象，使企业成为设备与器材竞争又一战场。

6.2.2 改造越改越乱

改造的目的本应是提升产品档次，但如果企业为了节约成本，选择质次价廉的器材，也会导致故障频繁、质量波动，所以器材选择一定要以质量稳定可靠、性能优良耐用为准。集聚纺改造中，罗拉和摇架质量十分关键，一般纺企不愿换新，往往最终做不出好产品。

6.2.3 工艺影响

工艺设定要根据器材的规格与适应的范围而合理使用，不少企业由于管理漏洞，气加压摇架的总压力差异非常大，如工艺规定0.08MPa，实际可能为0.03 MPa～0.20MPa，实测前档压力最高300N／双锭（工艺要求160N／双锭～180N／双锭）。隔距块虽不起眼，但对牵伸力及CVb值非常关键，有些厂不仅同时用单面和双面隔距块，而且隔距块差异约0.6mm（工艺要求为±0.025mm），笔者做过试验，当隔距块相差0.10mm时，CVb值相差约0.4个百分点。

6.2.4 使用器材常见的问题

目前，受整个市场环境影响，企业效益普遍不好，为降低成本，配棉评级越来越差，空调越开越不正常，品种翻改越来越频繁，这些都可能使器材在牵伸变化巨大情况下出现问题，季节交替更是质量出问题的高峰期。

6.3 对现阶段我国棉纺器材发展的总体看法

在细纱纯棉纺纱突破18kr／min的高速耐用器材上没有重大突破，尤其是细纱长车越长越难控制，而粘胶产品R 19.4tex纺纱技术在锥面钢领上已经达到17.6kr／min，接近18kr／min，长期生产没有悬念。

由于器材与配件的可靠性、稳定性影响着整机的生产，福建长乐一家拥有近百万锭的企业认为，用好现代化纺纱设备最最关键之处就是用好器材。该厂特别青睐细纱短车，觉得短车性能可靠、维修方便，他们在短车上生产的粘胶及CVC产品不逊于进口流水线细纱长车的产品品质，而成本却低很多，秘诀就在于选择符合产品质量的器材。此外，细纱长车投入市场不过十来年，其可靠性、稳定性还需进一步提高。

总体而言，由于新材料、新技术、新工艺、新设备的推动发展，细纱配套器材相对其他工序改善条干CV值，器材的创新影响更为明显，最具代表性的是低硬度高弹性胶辊与前后牵伸区控制棒的运用；改善摩擦力界，能更有效控制纤维运动的上、下销的创新利用；改善握持力、长寿耐用的新型聚氨酯胶辊以及比普通A3钢领有更好性价比的轴承钢及铬合金钢钢领的出现。

碳纤维上销将大面积取代铁上销，这是新型器材的发展趋势。新型下销及配套的滚动胶圈张力架将会取代老式下销及滑动式张力架。在高速、优质、高端的纱线品种上，聚氨酯胶辊将取代丁腈胶辊；锥面钢领、蓝宝石高速长寿命钢丝圈是适应高速生产的最佳选择。

SF型牵伸装置可满足约70倍的牵伸要求，解决了粗纱重定量难题，提高了特细特纱的条干CV值。FA系列细纱机前区中罗拉滑块尺寸的缩小，使前区罗拉隔距从17mm缩至15mm，更有利于对浮游纤维的控制，这是目前具有更多推广价值的技术改造［6］。