FA506型細(xì)紗機(jī)集體落紗改造關(guān)鍵技術(shù)分析

吳叢俊 卞克玉

（1.常州天虹紡織有限公司，江蘇常州，213166；2.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州，213164）

細(xì)紗工序是紡紗最重要的工序，細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)效率直接決定紡紗產(chǎn)量，從而影響經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)落紗用工普遍較多，國內(nèi)大部分紗錠仍然采用人工落紗，不但用工多、強(qiáng)度大，而且人工落紗對紗線質(zhì)量也有一定的影響。近年來隨著用工成本的上升，紡紗廠都在努力減少用工以節(jié)約成本，采用集體落紗（以下簡稱集落）就是實(shí)現(xiàn)細(xì)紗工序減員增效的一個重要手段，同時還可以最大限度減少對紗管的破壞，延長細(xì)紗管的使用壽命。對于老式短車來說，加裝集落裝置是最直接的改造方法，但在實(shí)際改造過程中要綜合考慮，因廠施策。我公司和某自動化科技公司合作對細(xì)紗機(jī)進(jìn)行了集落改造，效果明顯，改造方案介紹如下。

1 細(xì)紗短車集落控制系統(tǒng)

集落是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涵蓋機(jī)、電、氣等多項(xiàng)技術(shù)，要能自動實(shí)現(xiàn)“紡紗，落紗，自動開車，再紡紗，再落紗”全過程。集落裝置一般包括機(jī)械部分和控制部分，機(jī)械部分主要包括升降抓取機(jī)構(gòu)、空管喂管機(jī)構(gòu)、滿管輸送機(jī)構(gòu)、導(dǎo)紗板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等幾大部分［1?2］；控制系統(tǒng)主要包括主機(jī)變頻速度控制、鋼領(lǐng)板升降控制、集落控制等；集落裝置要能實(shí)現(xiàn)觸摸屏參數(shù)設(shè)置、故障報警、輸入與顯示等功能。另外改造加裝的集落控制部分要能與原來的正常落紗控制系統(tǒng)統(tǒng)一起來。目前有兩種控制改造方式，一種是兩個控制系統(tǒng)各自獨(dú)立，即分體式；另一種是兩個控制系統(tǒng)合二為一集成到一起，即一體式。前者改造技術(shù)難度小，但存在參數(shù)不匹配導(dǎo)致的通訊故障，從而造成落紗故障或留頭率偏低；后者程序調(diào)試復(fù)雜，難度較大。綜合考慮，我公司采用后者，通過PLC控制中心實(shí)施升降伺服控制、變頻主電機(jī)集中控制，類似于現(xiàn)有的細(xì)紗長車落紗控制方式，效果較好。

2 細(xì)紗短車集落改造要點(diǎn)

2.1 錠子改造

傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)采用的是光桿錠子，這種錠子與紗管之間的接觸面積較小，不能承受集落裝置中抓管器拔紗時的沖擊，因而不宜用于集落，必須更換。集落要使用專門的鋁套管錠子，這種錠子與配套的紗管接觸面積大，有很好的抗吸振功能，能承受抓管器拔管時的沖擊，且有利于高速，普遍可適應(yīng)20 000 r/min左右的高速，同時鋁套管錠子功耗低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。我公司經(jīng)過綜合比較，最終選用YND4000系列錠子，該系列錠子專門用于集落改造，依據(jù)細(xì)紗機(jī)斷面尺寸及集落裝置運(yùn)行空間位置要求進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，尤其適用于不降低龍筋位置的改造方案。除了更換錠子，還需要選配鋁套管專用的薄壁紗管。另外，采用20.5 mm的小直徑錠子，并配備剎錠器。

2.2 氣架升降控制機(jī)構(gòu)

氣架升降機(jī)構(gòu)是集落的核心裝置，集落通過機(jī)械臂將機(jī)械手提升，然后驅(qū)動抓管器抓取滿管或空管。因升降機(jī)構(gòu)需要在同一直線上運(yùn)動，因而幾乎所有的集落裝置都采用人字臂機(jī)構(gòu)［3］，由人字臂結(jié)構(gòu)通過活塞推動連桿升降。我公司的氣架控制采用了伺服控制，動作精準(zhǔn)，可以在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定好氣架運(yùn)行的若干個位置參數(shù)。另外，傳統(tǒng)抓管機(jī)構(gòu)一般都采用了寄存裝置，即先將空管放到寄存位置，然后再將滿紗抓到輸送帶上，再由機(jī)械手將寄存位上的空管放到錠子上，在此過程中升降臂有多次升降與內(nèi)外擺動作，而我公司的設(shè)計取消了寄存位置，采用鋼帶凸盤式輸送機(jī)構(gòu)，空滿管交換時凸盤移動錯開1個錠位實(shí)現(xiàn)交換。這種設(shè)計可減少2次重復(fù)擺動動作，有效減少了落紗時間。

升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律：升降臂由零位外擺15°后上升到抓管器垂直高度距紗管頂端15 mm處；鋼領(lǐng)板下降到最低，主機(jī)停止，葉子板抬起；升降臂內(nèi)擺15°并下降至抓管器氣囊頂住管頭位置，抓管，升降臂抬起紗管底部距離錠尖10 mm位置；升降臂外擺15°（此時檢測裝置檢測有無紗管未拔下，如有，則停止動作，等待人工拔管），升降臂下降至管紗底部垂直距離高于空管頂端15 mm位置；升降臂內(nèi)擺15°并下降約15 mm，抓管器氣囊釋壓，管紗直接自由落體放入鋼帶空錠處；鋼帶移動35 mm，升降臂下降至抓管器氣囊頂住空管頂部，抓空管，升降臂上升25 mm；升降臂外擺15°，升降臂上升到抓管器垂直高度距紗管頂端15 mm處位置（與抓滿管動作類似）；升降臂內(nèi)擺15°，升降臂下降至紗管底部插入錠子30 mm處，抓管器釋壓放管，直至抓管器頭把整個紗管插入錠子根部；升降臂上升至紗管底部距離錠尖10 mm位置；升降臂外擺15°位置，升降臂下降，葉子板翻轉(zhuǎn)復(fù)位，（下降過程中）滿管輸送；升降臂內(nèi)擺15°復(fù)位，鋼領(lǐng)板上升開始紡紗。

由于短車細(xì)紗機(jī)鋼領(lǐng)板上方的空間不足，影響抓管器對紗管的抓取，因而需要對細(xì)紗機(jī)高度進(jìn)行調(diào)整。一般有兩種調(diào)整方法：一種是降低鋼領(lǐng)板高度騰出空間；另一種是整體抬高細(xì)紗機(jī)高度。結(jié)合細(xì)紗車間現(xiàn)場條件，我公司通過在細(xì)紗機(jī)底部增加橡膠墊塊將細(xì)紗機(jī)整體抬高40 mm，同時將龍筋降低30 mm，即可保證錠子頂部距膠輥下方距離增加到370 mm左右，保證升降臂最高位置與龍筋之間距離在25 mm左右，從而確保后續(xù)抓管器抓管時有充分的位置拔管。這種改造方式與其他集落改造技術(shù)相比，可有效減少升降臂的動作。

2.3 抓管器選擇

抓管器是集落的核心裝置。抓管方式一般有氣囊式和活塞式，活塞式對紗管定位要求較高，控制不當(dāng)易影響紗線質(zhì)量；而氣囊式屬于柔性抓取，從頂部抓管不觸碰紗體，對紗線質(zhì)量沒有影響。因此，我公司采用氣囊式抓管器［4］，需要抓管時，由氣囊驅(qū)動抓管器抓住紗管頂部；放管時，抓管器會模擬擋車工按壓紗管頂端（壓力在6 kg左右），使紗管插到錠子底部。

2.4 割紗器選擇

割紗器的作用是在落紗時割斷紗線便于落紗，其形狀類似于飛輪，凹槽內(nèi)有刀片結(jié)構(gòu)。當(dāng)落紗鋼領(lǐng)板降落時，紗線進(jìn)入凹槽，由于錠子的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生拉力作用，凹槽中的刀片將紗線割斷。傳統(tǒng)手工落紗時紗尾留在紗管底部，而集落一般都會將紗尾繞在錠子割紗器的下方，這就需要調(diào)整落紗時鋼領(lǐng)板下降速度、錠子速度、鋼領(lǐng)板下降的最低位置。經(jīng)過優(yōu)化，我公司調(diào)整了鋼領(lǐng)板下降的最低位置，即鋼領(lǐng)平面低于割紗器2 mm～3 mm，另外優(yōu)化了回絲繞在錠子收集區(qū)的繞圈數(shù)，一般控制在5圈～8圈，否則易造成整臺車的斷頭和原料浪費(fèi)。同時調(diào)整了鋼領(lǐng)板下降落紗時包身紗圈數(shù)（約在1.5圈左右），錠速5 000 r/min～7 000 r/min左右。包身紗和錠速的調(diào)整還要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的品種決定。

2.5 鋼領(lǐng)板與葉子板控制

采用集落時，鋼領(lǐng)板在落紗和開車動作中要能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@會影響錠腳回絲率及留頭率。在落紗動作和開車動作觸發(fā)時，都要能夠根據(jù)紡紗品種、紡紗張力等參數(shù)合理調(diào)節(jié)鋼領(lǐng)板速度，通過變頻電機(jī)靈活控制鋼領(lǐng)板升降速度和高低位置［5?6］。

為了保證葉子板打開、關(guān)閉動作時葉子板的一致性，減少因葉子板狀態(tài)不良造成斷頭，我公司更換成帶彈簧的碳纖維葉子板。

2.6 程序控制部分優(yōu)化

控制系統(tǒng)主要通過PLC對全機(jī)進(jìn)行控制。主軸電機(jī)采用變頻電機(jī)控制，能靈活調(diào)節(jié)錠速；落紗部分采用伺服電機(jī)，精準(zhǔn)控制升降軸位置與升降動作；氣動裝置控制整個氣架的里外擺動作，采用伺服驅(qū)動器控制。觸摸屏作為人機(jī)交互界面，既可以接受用戶輸入，也可以實(shí)時顯示各種參數(shù)，比如細(xì)紗成形、羅拉轉(zhuǎn)速、線速度、錠速、鋼領(lǐng)板升降速度、捻度、卷繞長度等。另外，為了保證安全性與可靠性，在升降裝置上增加了限位控制，避免出現(xiàn)故障后損壞機(jī)器。

改造后的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)中途停車、中途落紗、緊急情況關(guān)車等功能；中途停車按下時機(jī)器會進(jìn)行自適應(yīng)停車；中途落紗時，鋼領(lǐng)板會自動下降到落紗位置，全機(jī)停止，吹吸風(fēng)裝置自動停在車尾。系統(tǒng)還具有完善的分級權(quán)限控制，一級密碼開放全部權(quán)限，二級密碼開放工藝員級權(quán)限，三級密碼開放維修工級權(quán)限。

2.7 滿管空管回收系統(tǒng)

空滿管回收是集落的一個重要功能。我公司采用的是鋼帶式輸送系統(tǒng)，鋼帶運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動精確，送紗速度較快。落紗結(jié)束后，鋼帶帶動滿管自動輸出，在軌道末端，軌道兩側(cè)一邊高一邊低，因紗管活套在錠子上，在重力作用下會倒到垂直輸送帶上，再由輸送帶直接輸送到運(yùn)紗小車?yán)铩？展茌斔屯瑯右餐ㄟ^垂直輸送帶運(yùn)輸，空管上升過程中經(jīng)過定位裝置，依靠重力作用保證空管大頭朝下，再經(jīng)過計數(shù)裝置后輸送到各個錠位。計數(shù)裝置以全機(jī)臺錠數(shù)為依據(jù)，確保空管數(shù)量準(zhǔn)確。

3 改造效果分析

3.1 設(shè)備運(yùn)行

集落改造后經(jīng)過一段時間內(nèi)的試運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)集落系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)自動落紗、自動輸送滿管、自動投放空管；動作準(zhǔn)確，精度高，插、拔管率高，留頭率高；落紗時間約為2.5 min，落紗后運(yùn)輸滿紗、排管時間約為20 min，效率明顯提升，用工明顯減少。尤其是針對較粗紗號品種，以36.9 tex為例，落紗效率提高了30%左右，可減少用工75%左右。

在用工方面，不再需要傳統(tǒng)落紗人員與理管工，僅需增加1名輔助工進(jìn)行補(bǔ)管，同時及時清理空管紗線，定期對傳動部分的積花進(jìn)行清理。

3.2 設(shè)備清潔與保養(yǎng)

與集落改造前相比，減少了保養(yǎng)任務(wù)，如錠子加油從2個月變?yōu)?個月，但對集落裝置額外增加了保養(yǎng)維護(hù)工作。需要加強(qiáng)集落操作的培訓(xùn)；設(shè)備維護(hù)人員要定期觀察和調(diào)校兩邊氣架高低以及落紗過程中抓管器中心是否對準(zhǔn)錠尖；定期檢查落紗過程中各動作是否到位；要經(jīng)常性對光電裝置進(jìn)行檢查、調(diào)試，避免光電裝置失靈。

3.3 設(shè)備操作注意點(diǎn)

落紗操作要更加細(xì)致，發(fā)現(xiàn)錠子上有廢紗要及時清理，否則會影響插管和拔管的成功率或?qū)е虏骞懿坏轿弧＜喚€接頭時要用剎錠器，避免錠子與紗管磨損。當(dāng)錠子完全停下來之后再拔紗管，以免對錠子紗管造成傷害。

擋車工在落紗時要及時關(guān)注落紗狀態(tài)，在黃燈閃爍準(zhǔn)備落紗時要及時巡視機(jī)臺，確保葉子板上無工具，無雜物；落紗過程中關(guān)注葉子板有無完全翻起，如未翻起要及時停車檢查，以免造成整機(jī)斷頭，甚至損壞葉子板及其升降軸。抓管器抓完滿紗時要及時查看有無拔出，如有未拔出的紗管，擋車工要及時手工拔下。

集落改造運(yùn)行3個月內(nèi)出現(xiàn)的故障斷頭基本上都是操作故障，例如集落自動到手動的切換、中途停車開車等操作。集落安裝前期可能會有一些小故障，主要是操作不熟練，一般故障排除后按復(fù)位就可以繼續(xù)運(yùn)行。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

以我公司R 36.9 tex品種為例，一期改造32臺，每臺480錠，合計15 360錠。采用傳統(tǒng)落紗方式插、拔管率控制在99.5%，留頭率控制在95%，而采用集落之后可分別提高至100%、98%。落紗時間由5 min縮短到2.5 min左右，效率提升明顯。

從用工成本角度來說，采用人工落紗時，32臺車需要一組落紗人員（4人），外加1人理管，兩班合計需要10人。而采用集落后可取消落紗人員，每班僅需1名輔助工，合計可節(jié)約人工8人，以每個人每月0.8萬元計，年可節(jié)約工資約76.8萬元。

集落投資費(fèi)用主要包括改造費(fèi)用、錠子重購費(fèi)用、紗管重購費(fèi)用和設(shè)備安裝費(fèi)用。改造費(fèi)用：每錠180元，32臺合計276.48萬元；錠子費(fèi)用：每錠48元，合計73.728萬元；紗管費(fèi)用：每個3元，按1∶4配備，合計18.432萬元；設(shè)備安裝費(fèi)：每臺0.6萬元，合計19.2萬元。上述集落投資總費(fèi)用為387.84萬元。

根據(jù)集落總投資及年節(jié)約人工費(fèi)，可大致估算出回收投資年限約為5.05年，即5年左右可以收回集落投資費(fèi)用。另外，上述成本計算中是以新購鋁套管錠子為例進(jìn)行計算的，實(shí)際上如果采取分步改造的方式，邊改造邊優(yōu)化，改造機(jī)臺的錠子還可以用于舊機(jī)臺配件的周轉(zhuǎn)，就可進(jìn)一步節(jié)約成本。如新錠子48元/個，老式錠子37元/個，實(shí)際新錠子投入僅增加11元/個左右，可以更有效減少錠子成本。

4 集落應(yīng)用建議

（1）考慮到配件循環(huán)利用，5萬錠及以上規(guī)模企業(yè)不建議一次性進(jìn)行集落改造，因?yàn)榇笈扛鼡Q下來的機(jī)配件和紗管無法繼續(xù)使用，只能當(dāng)廢品處理，浪費(fèi)巨大。

（2）考慮到集落紗頭打斷位置與人工落紗有差異，絡(luò)筒擋車工找頭效率低，建議將自動絡(luò)筒機(jī)紗庫式改為托盤式，這樣既可以降低絡(luò)筒工序勞動強(qiáng)度，也可以提升絡(luò)筒效率。

（3）集落對一些特殊品種翻改的適應(yīng)性并不是太好，有時多機(jī)臺集中落紗會造成擋車工來不及接頭。此時需要進(jìn)一步優(yōu)化全車間落紗參數(shù)，或在車間多預(yù)備人工來處理一些意外問題。當(dāng)然，集落斷頭大多也可以通過安裝單錠監(jiān)測裝置來解決。

5 結(jié)語

短車集落改造是近年來紡紗企業(yè)細(xì)紗機(jī)改造的一個重點(diǎn)方向，尤其是國內(nèi)短車存量市場大，不管對于紡紗企業(yè)而言還是紡機(jī)生產(chǎn)廠家都是技術(shù)提升改造的良好機(jī)遇。雖然集落改造初期投入較大，但完全可以通過提升效率、減少用工成本來收回投資。在實(shí)際改造過程中要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，盡可能分步驟改造，可不斷積累經(jīng)驗(yàn)；紡紗企業(yè)要與紡機(jī)改造企業(yè)共同研討改造方案，充分應(yīng)用智能化控制技術(shù)的成果，優(yōu)選配件，優(yōu)化控制系統(tǒng)；進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)、落紗操作培訓(xùn)等工作，最終實(shí)現(xiàn)減員增效的目的。