细纱机传动系统的创新和发展

2015-12-19刘荣清

纺织器材 2015年2期

刘荣清

（《棉纺手册》编写组，上海 200092）

0 引言

棉纺细纱机是纺纱厂应用最多的设备，是能耗、物耗最大，用工最多的机器。其耗电约占纺纱机总用电的10%～15%，对产品的成本影响最大。

细纱机传动系统是设备的关键，但长久以来，变化不大。全机由一台交流感应主电机传动牵伸、加捻、卷绕成形机构运行。系统由带轮、齿轮、链轮、凸轮等组成多级驱动，传动机构复杂，传动效率低，能耗、物耗大、润滑要求高，不能满足整机集中自动控制、运行同步协调、在线检测调整等要求，创新潜力较大，也很迫切［1］。

1 现代细纱机传动系统创新理念

1.1 应用新型电机驱动

新型电机发展较快，如稀土永磁同步电机，无电刷直流电机、伺服电机、变频电机等技术都已成熟。使用新型电机，可节省电耗，适应生产自动化要求，投资回收周期短。

1.2 推行机电一体化实行多电机独立驱动

采用各传动机构独立驱动，实行机电一体化，不仅简化传动结构，而且可提高传动效率，减少摩擦损耗，节省能耗。

1.3 采用变频、伺服技术和无级调速

采用变频、伺服技术和无级调速技术，可代替传统的机械变速，更方便、精确地实现工艺参数的自动调控。

1.4 全机采用中央计算机程序控制

全机采用可编程计算机集中调控，触摸屏操作，自动显示产量、质量等生产数据、生产工艺参数、故障原因等，还可实现统计、储存、分析、报警等。

2 主要传动系统的创新和发展

2.1 牵伸罗拉部分

新型细纱机采用3列罗拉分别由3台伺服或变频电机单独驱动，如图1所示，俗称电子牵伸装置。

图1 Zinser 351型细纱机电子牵伸装置

电子牵伸装置有两个特点。一是通过后罗拉转速的变化和时间差异，可生产各类竹节纱，其速度变化决定粗节的大小，速度变化的频率决定粗节的间隔长度和变化。如果控制一组有色粗纱从后罗拉间歇喂入，另一组粗纱从中罗垃连续喂入，即可生产段彩花色纱。一般可纺制图2中5种形态的竹节花式纱。二是电子牵伸可以方便调整细纱总牵伸和牵伸分配，不用人工调换齿轮，并且可实现微调。电子牵伸已被广泛应用，丰田细纱机是最先使用的，它有花样模拟软件，可供多种选择。Rieter K44、K45型细纱机设置Virospin系统，并有18种不同形式的花式设定。我国南通金驰JC型多功能细纱机，江阴昶振CZIF型打样机也有类似装置。现在花式纱产量约占全球纱总产量的10%。一般车间可配置适量电子牵伸的细纱机，这是适应产品开发的上策［2－6］。

图2 5种形态的竹节纱

2.2 加捻部分

几十年来，细纱机一直沿用主电机拖动滚筒，再由锭带传动锭子加捻的模式。一般为四锭一组，结构复杂、部件多，锭子转速不稳定，锭间捻差大，调整捻向很麻烦；改变捻度要人工调换齿轮。现代细纱机有两种新的锭子传动的方式。

2.2.1 采用龙带传动锭子

龙带传动已用于转杯纺纱机和倍捻机。用一台电机传动一根龙带和一组锭子，如图3所示。为了保证锭速稳定，需设张力调整装置和压轮。其优点是锭速差异比锭带传动小，传动效率高，用电一般比锭带传动低5%。缺点是噪声较大，龙带保养费用较高。目前细纱机仅Zinser系列仍在使用。龙带传动结构简单，可废除传统滚筒和锭带等部件和器材。

图3 龙带传动

2.2.2 采用电锭直接驱动锭子

关于电锭的发展和展望文献［3］、［4］已有较详细的评述。电锭具有省电，降低捻度不匀率，锭速稳定，调速、变捻向方便，可以减少滚筒、锭盘等附件，缩短机幅或占地面积，降低噪声，实行一机异捻多品种生产等优点。存在的主要问题是电机一次性投入价格较高，保养、维护、管理方面还有待实践摸索。目前，倍捻机和转杯纺已逐步扩大电锭的应用，前景看好。

2.3 卷绕成形部分

传统细纱机采用主电机传动成形变换齿轮、成形凸轮、锯齿撑牙等完成钢领板升降，实现细纱卷绕成形，机构复杂且易发故障。目前，已有细纱机采用电机独立驱动，并用牵吊方式完成钢领板的升降。

现代细纱机采用伺服或变频电机、电子凸轮（eCAM），严格按预设的凸轮曲线轨迹，直接驱动钢领板运动，摒弃机械凸轮复杂机构，精确完成钢领板上下变速升降和始绕动程递增等成形要求。据介绍印度朗维公司LRS／AX型细纱机电子凸轮运行效果良好，不仅节约电耗且调整方便，值得借鉴推广［7］。

2.4 吸棉装置的改进

我国纺纱厂多数采用总风管分机集体吸棉，其优点是车间开车时，可先开吸风，减少开车时的飘断头。缺点是不同机位的机台，风量、风压差异较大，不能满足不同品种细纱对吸风的不同要求，而且单机火患容易波及其它机台。现在的新型细纱机已采用变频电机单独吸棉系统，可根据所纺品种的纤维种类（如化纤、纯棉）和纤维的长度、刚性、线密度等特性，预先设定负压真空度，通过负压传感器实现风机转速的调控，保持负压稳定，并及时发出回棉箱储量信号，及时清除飞花，达到能耗低、断头少、效率高的效果。Zinser351型细纱机可在Easyspin触摸屏上直接完成负压参数的设定，同时可在开车前预先打开吸风。Rieter K45型细纱机在设置ELEXIStart功能时，可根据需要选择开放1／4或1／2机台的吸风。近期，Rieter公司又推出了Ecoried吸棉笛管，其控制片仅在断头时自动打开，可减少吸风50%。

3 整机传动系统的控制和协调

整机传动系统采用可编程计算机集中调控，其数控程序系统框图见图4。

整机采用PLC集中控制，使各部分传动集中在一个平台，自动按程序驱动，触摸屏显示、储存、调控有关参数，实现人机对话。整机程控的主要内容有：① 根据一落纱断头分布或纺纱张力变化规律，设定大、小纱车速自动调整，使断头稳定、生产正常、平均产量有所提高；② 利用变频或伺服调速，对前罗拉和锭子的开关车时间实行微调（不同步），可减少开关车断头及小辫子纱形成；③ 实现管纱落纱、定长、定位三自动关车［8］。