高精度纤维混纺自动称量机组的研制与应用

邢怀祥 王子傲 徐倾跃 郭良浩

（1.郑州宏大新型纺机有限责任公司，河南郑州，450001；2.中国农业大学，北京，100083）

目前，受人们生活水平提高和市场环境的影响，越来越多纺织企业加大了对差异化多组分纤维混纺的开发力度，研究攻关色纺纱，棉与各种化纤、植物纤维、动物纤维混纺纱以及动植物纤维混纺纱的生产技术，形成了五彩缤纷的纱线市场［1-2］。提高纺织企业对市场的快速适应性和产品的附加值，必将给纺织企业带来新的生机。

传统的原料混和多采用人工混和或在并条机上进行混并，造成纤维之间混和质量不稳定、比例不准、没有立体感。如何将各种可纺纤维混和成多元化立体色彩、全成分比例均匀分布，精准截面含量的混和效果成为多样化纺纱头等大事。我们将自动控制技术和精准智能称量有机结合在一起，研制开发出了一种高精度纤维混纺自动称量机组。

1 高精度纤维混纺自动称量机组的结构原理与性能

高精度纤维混纺自动称量机组如图1 所示。由图1 可以看出，高精度纤维混纺自动称量机组由开棉机（凝棉器）、风机、称量配棉机、帘子混棉机及智能控制系统所组成，其工艺流程:（抓取的小块原棉）→JWF1126B-160 型开棉机（FA051A-120 凝棉器）×（1～4）→JWF1062 型喂棉称量机×（1～4）→JWF1028 型帘子混棉机→清梳联合机生产线。

该流程就是将色棉或棉及化纤由抓棉机经凝棉器喂入开棉机，经开松打手初步开松后，通过风机喂入自动称量机上棉箱，经喂棉罗拉喂入，开松打手精细开松后喂入称量控制系统，根据预先设定的比例经智能自动计量后依次平铺叠加在下方的混棉帘子上，由水平帘、喂棉罗拉经开松打手输送到下一机台，整个流程设计遵循了由粗到细有步骤地逐步开松纤维的原则，减少对纤维的损伤，同时提高了称量精度，在生产实践中达到了称重误差小于0.2%的水平。

图1 高精度纤维混纺自动称量机组

1.1 JWF1126B-160 型开棉机

该机为高精度纤维混纺自动称量机组的第一道设备，主要作用为储棉与预开松，其结构如图2 所示。

图2 JWF1126B-160 型开棉机结构

它主要由机架、储棉喂棉箱、给棉装置、梳针打手及电气控制部分等组成。机架为钢板焊接结构，通过撑挡连接而成；储棉喂棉箱为单层高棉箱结构，容积达到2 m3，储棉量大，喂棉稳定；给棉装置采用四罗拉结构，具有均衡喂棉功能，采用变频控制及双罗拉加弹簧加压给棉方式，给棉连续稳定均匀；打手由筒体及梳针板组成，针板与筒体采用螺钉连接，打手两端装有密封装置；电气由PLC 可编程控制器与触摸屏控制。

1.2 JWF1062 型喂棉称量机

该机为高精度纤维混纺自动称量机组中关键设备，主要作用是将原料进一步开松，并精确称重提供给下一台设备。其结构如图3 所示。该机主要由机架、上棉箱、给棉装置、打手、下棉箱、称斗、集尘箱及电气控制系统等组成。机架为钢板焊接结构，通过撑挡连接而成；上棉箱为双层气压棉箱，采用连续喂棉方式，保证了上棉箱压力稳定，使称重喂给时喂棉更加均匀稳定，同时为了清洁及更换品种方便，排气网眼板与后门采用整体结构；给棉装置为四罗拉分梳喂入系统，具有精确喂入功能，采用双速喂棉系统，初始向称斗喂给时给棉罗拉采用高速喂入，当即将达到标准重量时给棉罗拉采用低速喂入，保证了高精度喂给；打手由筒体及梳针板组成，针板与筒体采用螺钉连接，打手两端装有密封装置，采用全梳针方式，保证了对纤维开松柔和精确喂给的目的；下棉箱由喂棉通道和阻断活门组成，实现精准喂棉；称斗由不锈钢材料焊接而成，通过气动控制开启活门，为了减少机械振动对称斗的影响，增加了双重减振措施，用以保证称量高精度称重、放称向下一机台喂棉。

图3 JWF1062 型喂棉称量机结构

1.3 JWF1028 型帘子混棉机

该机为高精度纤维混纺自动称量机组中最后一台设备，将不同纤维经配棉称量机按比例称重后，垂直平铺在水平帘上，再由水平帘、喂棉罗拉经开松打手输送到下一机台，达到了横铺直取的混棉效果，如图4 所示。该机主要由机架、给棉装置、打手、混棉帘子及电气控制系统等组成。机架为钢板焊接结构，通过撑挡连接而成；给棉装置由三罗拉组成，分布成两上一下结构，喂入可靠；打手由筒体及梳针板组成，针板与筒体采用螺钉连接，打手两端装有密封装置；混棉帘子由帘子、主动辊、被动辊、托辊等组成。混棉帘子的运转与称量机的称重、开秤协调同步，当称量机在喂入称斗纤维并计量重量时，称斗处于关闭状态，帘子运转，前进一个称斗宽度距离，当称量机称斗中的喂入纤维达到设定重量时，称斗打开，帘子处于停止状态，纤维落下，平铺在帘子上，与前面另一个的称量单元上一次落下的纤维形成多种纤维层的叠加，经打手开松混和，完成精确混棉；电气由PLC 可编程控制器与触摸屏控制。

图4 JWF1028 型帘子混棉机结构

1.4 智能控制系统

该系统由连续喂棉装置、PLC 可编程控制器、触摸屏人机对话、智能传感器装置以及智能称重控制软件平台组成。采用连续喂棉技术给智能称量配棉机配棉，上棉箱结构为气控双层喂棉箱，使该机上棉箱内纤维密度保持稳定，确保称量配棉机喂棉均匀；双速变频喂棉技术智能控制称量配棉机的给棉罗拉，进一步保证喂给精度的准确性；定量实时动态校正、误差统计补偿、预测控制策略等智能软件平台控制高精度称量，称量准确。

2 高精度纤维混纺自动称量机组的使用情况

高精度纤维混纺自动称量机组研制完成后，安装于国内某大型纺纱集团的清梳联合机中，生产T/R 70/30 14.8 tex 纱。

2.1 生产流程

JWF1012 型往复抓棉机或FA002A 型抓棉机→JWF1126B 型开棉机（FA051A-120 型凝棉器）×3→JWF1062 型喂棉称量机×3→JWF1028型帘子混棉机→JWF1026 型多仓混棉机+JWF1124C 型开棉机→ZF9104 型风机→TF2202型配棉三通→JWF1204B 型梳棉机×16→（并条）→（粗纱）→（细纱）

2.2 主要工艺参数设定

JWF1126B-160型开棉机:打手转速580 r/min，给棉罗拉最高转速1.95 r/min（变频控制），ZF9104-425 型风机最高转速2 660 r/min（变频控制）。JWF1062 型配棉称量机:打手最高转速670 r/min（变频控制），给棉罗拉最高转速3.25 r/min（双速，变频控制）。JWF1028型帘子混棉机:打手转速410 r/min，给棉罗拉转速20 r/min。

2.3 纺纱效果

2.3.1 纤维混和精度测试

在梳棉机棉条处每天取样3 次，跟踪试验5天，用溶解法测试涤粘混纺比，测试统计结果见表1。

表1 涤粘混纺比测试结果

从表中的统计结果看，5 天内连续跟踪测试，混棉比例的误差均小于1.5%，混棉精度高，该机组混棉效果很好。

2.3.2 成纱质量

成纱质量是根据实际生产报表进行统计分析，结果如下。

从以上可知，由于该流程的应用，成纱质量指标均达到了2018 年USTER 公报5%的相似产品水平。

2.3.3 使用效果

常规混纺工艺一般分两步。第一步称量打包，其混和工艺:称量排包抓棉→凝棉器+初开棉→混棉机→凝棉器+打包。第二步纺纱生产，其工艺流程:排包抓棉→凝棉器+初开棉→混棉机+精开→风机→梳棉机。

从生产效率、用工人数、吨纱耗电、工人劳动强度等方面，将高精度纤维混纺自动称量机组的使用与常规混纺纱生产进行对比。

生产效率。目前按一条生产线16 台梳棉机计算，一套机组产量616 kg/h，而人工打包机最大产量400 kg/h，使用该项目生产效率提高54%。

吨纱用电。整套称量机组用电功率实测34.1 kW，按照目前一条生产线16 台梳棉机计算，一天生产14.04 t，吨纱用电58.3 kW·h；常规装机功率50.05 kW，吨纱用电125.125 kW·h，使用该机组后吨纱用电减少了66.825 kW·h。

用工。常规混纺按一天生产14 t 的产量计算，目前人工混料生产标准是每人每天（长白班）1.5 t，混料需要用工9.36 人；混棉后尚需打包，打包按目前公司每人生产标准是每天打60 个棉包、每包重量100 kg 计算，需要打包用工2.34 人，混料与打包共需用工11.7 人。而高精度混纺称量机组一条生产线一天生产14 t，仅需抓棉机上盘装箱工2 人即可。从上述数据看出，每使用一套高精度混纺自动称量机组，可减少用工9.7 人。

劳动强度。使用该机组后，降低了挡车工和清棉上盘装箱工的劳动强度。使用常规混料、常规混纺生产线时，生产工人需要混料时将棉包上盘装箱，混和后再打包，还需再次将棉包上盘装箱进入纺纱生产线。使用高精度混纺自动称量机组后，工人按排包工艺要求，只需一次上盘装箱就可直接纺纱生产。两者相比，高精度混纺自动称量机组避免了挡车工的打包劳动，使清棉上盘装箱工人劳动强度可有效降低1 倍。

2.4 可靠性（故障率）测定

该机组进行连续生产，机器运转正常，传动平稳，依据中国纺织机械器材工业协会制定的纺织机械可靠性试验评价文件，根据值班挡车工记录，从4 月1 日 到5 月30 日 共120 个 班，只 出 现3次Ⅴ类轻微故障，加权故障系数0.2，测试期内加权故障系数0.6，平均无故障工作时间MTBF=n×t×c/r=10 台 单 元 机×120 班×8 h/3 次=3 200 h，可靠性高，运转可靠。

3 高精度纤维混纺自动称量机组技术验收

高精度纤维混纺自动称量机组投入生产使用后，通过了国家纺织机械质量监督检验中心检测，质检项目符合Q/ZH 335—2019《高精度自动称量机组》标准规定的要求。以下为中国纺织工业联合会组织的科技成果鉴定结论。

该项目自主研发的高精度纤维混纺自动称量机组实现了多种纤维精准比例、连续稳定供棉，整体技术达到了国际先进水平，对提高纺纱企业生产效率、减少用工、改善劳动环境、高精度混和的效果显著，具有良好的推广前景和经济效益。主要创新点:构建了气电混控排风式称量机上棉箱喂棉系统，实现连续供棉，上棉箱储棉量稳定，为后续的均恒喂棉提供保障；开发了智能称量控制系统，根据实际称量结果进行在线补偿，并对喂棉量进行实时动态平衡，显著提高了喂棉量控制精度；喂棉罗拉采用弹簧加压、精准调速，降低了喂棉量的波动，保证了精细喂棉；研发的称量装置双重减振机构，抗振效果好，消除了外部冲击对称斗的影响，保证了称量精度。

4 结束语

高精度纤维混纺自动称量机组解决了纤维混纺自动化、数字化、智能化的难题，拓展了我国清梳产品的应用空间。不同纤维之间的混纺比精度的提高，保证了成纱质量的稳定性；纺织厂生产效率的提高、能耗的降低和用工成本的减少，减轻了企业用工难的问题，提高了棉纺企业的经济效益；同时，生产环境更加整洁、减少了工人的劳动强度。高精度纤维混纺自动称量机组的推出，增强了纺织企业主导产品核心竞争力，为纺织企业经济效益的提升奠定了坚实的基础。