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现代整经技术及其发展趋势
作者:江南大学 王鸿博 高卫东
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引言

整经技术是将一定根数的经纱按工艺设计规定的长度和幅宽,以适宜的、均匀的张力平行卷绕在经轴或织轴上的工艺过程。整经工序使得经纱卷装由筒子变成经轴或织轴,若所制成的是经轴,则再通过浆纱工序形成织轴。若所制成的是织轴,则提供给穿经工序,为构成织物的经纱系统作准备,是织前准备的关键工序之一。

目前整经技术发展迅速,集机、电、液、气及计算机技术于一体化,充分体现设备的高速化、整经质量的高质化、控制技术的自动化和生产品种的高适应化。 目前高水平的整经机主要有瑞士Benninger(贝宁格)、德国Sucker-Muller-Hacoba(祖克-米勒-哈科巴)、德国Karl Mayer(卡尔·迈耶)等。本文将围绕分批整经设备的主要技术特点以及发展趋势进行讨论。

1 整经卷绕

分批整经时,片纱密度较稀(一般为4 ~ 6根/ cm),为使经轴成形良好,分批整经按很小的卷绕角卷绕,接近于平行卷绕方式,对卷绕过程的要求是整经张力和卷绕密度均匀、适宜,卷绕成形良好。现代分批整经机上伸缩筘能左右往复移动,引导纱线平行地均布在整经轴表面,并且互不嵌入,便于退绕。根据纱线直径及纱线排列密度,伸缩筘动程在0 ~ 40 mm范围内调整。在伸缩筘到导纱辊以及导纱辊到整经轴卷绕点之间存在着自由纱段,因为自由纱段的作用,整经轴上每根纱线卷绕点的左右往复动程远小于伸缩筘动程,一般为2 ~ 5 mm。部分分批整经机在结构设计上作了改进,缩短了自由纱段长度,使伸缩筘往复运动的导纱功效准确地传递到整经轴上,提高了经纱排列的均匀性。

为保持整经张力恒定不变,整经轴必须以恒定的表面线速度回转,于是随整经轴卷绕半径增加,其回转角速度逐渐减小,而整经卷绕功率恒定不变,因此整经机的整经卷绕过程应具有恒线速、恒张力、恒功率的特点。

1.1 摩擦传动的整经轴卷绕

交流电动机通过传动带使滚筒恒速转动,整经轴搁在导轨上并受水平压力的作用紧压在滚筒表面,接受滚筒的摩擦传动。由于滚筒的表面线速度恒定,所以整经轴亦以恒定的线速度卷绕纱线,达到恒张力卷绕的目的。这种传动系统简单可靠、维修方便,但存在制动过程经轴表面与滚筒之间的滑移造成的纱线磨损、断头关车不及时等弊病,随着整经速度提高,情况会进一步恶化,因此高速整经机不采用这种传动方式,如国产1452型。

1.2 直接传动的整经轴卷绕

这是目前高速整经机普遍采用的传动方式。这种整经机的经轴两端为内圆锥齿轮,它工作时与两端的外圆锥齿轮啮合,接受传动。采用经轴直接传动后,随经轴卷装直径逐渐增加,为保持整经恒线速度,经轴转速应逐渐降低,这种对经轴的调速传动可以采用3种方式:调速直流电动机传动;变量液压马达传动;变频调速电机传动。

1.2.1 调速直流电机传动
直流电机直接传动整经轴卷绕纱线,压辊紧压在整经轴表面施加压力,并将纱线速度信号传递给测速发电机。机构采用间接法恒张力控制,它以纱线的线速度为负反馈量,通过控制线速度恒定来间接地实现恒张力的目的。

1.2.2 变量液压马达传动
纱线经导纱辊卷入由变量液压马达直接传动的整经轴,在电动机的拖动下,变量油泵向变量液压马达供油,驱动其回转。串联油泵将高压控制油供给变量油泵和变量液压马达,控制它们的油缸摆角,以改变液压马达的转速。

1.2.3 变频调速传动
由交流电机传动整经轴卷绕纱线,根据所设计的整经线速度,由电位器设定一个模拟量,实际的整经线速度经测速发电机测出作为反馈取出一个模拟量,经过A /D转换,PLC运算后输出一个模拟调节量,送入FVR变频器,从而控制交流电机速度,随着经轴直径的增大,线速度反馈量随之增大,经过PLC运算后送入到FVR,控制电动机速度不断下降,使整个整经过程中线速度保持恒定。由于变频调速系统具有调速精度高、响应快、性能可靠等特点,目前高速整经机普遍采用变频调速传动方式。

2 整经筒子架

整经筒子架的基本功能就是放置整经所用的筒子。筒子架一般还有纱线张力控制、断纱自停与信号指示等功能,这些功能对提高整经速度、质量、生产效率有着重要影响。

2.1 筒子架分类

2.1.1 按筒子纱退绕方式分
按筒子纱线退绕的方式分,筒子架可以分为轴向退绕式和切向退绕式两种。 轴向退绕的整经筒子为圆锥筒子,经纱轴向退绕时筒子不需回转,这有利于整经速度及整经质量的提高,并可使筒子卷装容量增加,因而得到广泛采用。切向退绕的整经筒子为有边筒子,筒子需绕锭座回转退绕出经纱,由于筒子回转惯性大,退绕启动时纱线突然张紧,张力猛增;而停动时,纱线松弛,张力锐减,这种方式整经质量差,筒子容量也受限制,因此不适于高速整经。

2.1.2 按更换筒子的方式分
整经筒子架可分为连续整经式和间断整经式两种。连续整经式筒子架又称为复式筒子架,从复式筒子架上引出的每根纱线是由两只筒子(工作筒子和预备筒子)交替供应的,预备筒子的纱头与正在退绕的工作筒子的纱尾接在一起,在工作筒子上的纱线退绕完毕时,预备筒子自动进入退绕工作状态,成为工作筒子。这种整经方式的换筒工作是在整经连续生产过程中进行的,更换筒子不需停台。间断整经式筒子架上引出的每根纱线是由一只筒子供给的,筒子上的纱线用完时,必须停车进行换筒,也称为间歇整经方式。

间断整经式筒子架又分为固定式和活动式两种,前者引出的每根纱线是由一组筒子架上的筒子供给的,筒子上的纱线用完时,由人工逐个换筒,停台时间较长,对整经机械效率有显著影响;而后者引出的每根纱线是由两组筒子架(工作筒子架和预备筒子架)交替供应的,工作筒子架上的筒子退绕完毕时,整经机短暂停车,通过人工或自动化操作,预备筒子架与工作筒子架相互换位,预备筒子架进入退绕工作位置,成为工作筒子架,原来的工作筒子架退出工作位置,被换上新的满筒,转为预备筒子架。

就换筒停台时间而言,活动式筒子架介于固定筒子架和复式筒子架之间,比固定式筒子架大大缩短。此外,活动式筒子架与复式筒子架相比还具有如下优点。

1)有利于高速整经。复式筒子架上,纱线从工作筒子跳到预备筒子时,经纱张力发生突变,突变量随整经速度的提高而增加,通常纱线张力增加1 倍以上,引起纱线断头。

2)可减少翻改品种产生的筒脚纱,而复式筒子架在翻改品种时,产生大量筒脚纱。

3)有利于减少筒子架占地面积。在筒子卷绕直径与整经根数相同的情况下,采用复式筒子架将使筒子架长度增加1倍以上。

4)有利于均匀整经片纱张力。由于活动式筒子架较短,筒子架不同区域引出的纱线其长度差异就减少,从而各纱线之间张力差异也减小。同时,在络筒定长条件下各筒子的退绕直径相等,对均匀片纱张力有利。

5)有利于提高整经机械效率。筒子架长度缩短,工人在断头处理时(特别是处理后排纱线断头)所走的路程也就缩短,断头处理的停台时间减少,机械效率提高。

2.1.3 按筒子架的外形分
筒子架可分为V形筒子架和矩形筒子架(矩 - V形亦属矩形)两种。在V型筒子架上纱线离开张力装置后被直接引到整经机伸缩筘上,这为换筒和断头处理带来方便,并使得筒子架不同区域引出的纱线对导纱通道的摩擦包围角差异很小,有利于片纱张力均匀。由于纱线所受的导纱摩擦作用较弱,因此特别适合于低张力的高速整经。此外,V形筒子架上同排张力器的工艺参数可以统一,便于集中管理。它的主要缺点是占地面积较大,虽然长度方向比矩形筒子架缩短20 %,但宽度却增加1倍以上。矩形筒子架的特点刚好与V形筒子架相反。

2.2 几种新型筒子架

2.2.1 循环链式筒子架
循环链式筒子架如图1所示。这种筒子架的特点是成V形,安装的筒子架两侧各有一对循环链条,这链条可使一排排的筒子锭座立柱围绕环形轨道移动,将用完的筒子锭座从筒子架外侧的工作位置,运送到内侧的换筒位置,而将事先装好的满筒送至工作位置。筒子架内侧有较大的空地,可以存放筒子和运筒工具。采用这种筒子架,可大大节约换筒时间。循环链式筒子架有利于提高整经的片纱张力均匀程度,并十分适宜于在低张力的高速整经中使用。


图1 循环链式筒子架

2.2.2 分段旋转式筒子架
分段旋转式筒子架如图2所示,筒子架以3排筒子锭座立柱为一个回转单元。停车时启动电动机1,通过链条驱动蜗杆、蜗轮传动副2、3及各单元的主立柱回转,使内侧的满筒4转过180°至外侧工作位置,外侧的空筒5转到内侧换筒位置。由于换筒时间缩短,整经机械效率得到提高。

2.2.3 组合车式筒子架
组合车式筒子架如图3所示,由若干辆活动小车1和框架组成,车底下装有轮子,能自由地移动。整经所需的一批筒子装在若干辆活动小车上,每辆活动小车两侧为筒子锭座,所容纳的筒子排数和层数不尽相同,一般可容纳约80 ~ 100只筒子。纱线从筒子上引出后,经过导纱瓷板2和张力架3引向机头。每个筒子架活动小车的数量可根据实际需要选定,但备用活动小车数量至少应等于工作小车数。换筒前,先将装载满筒的小车推到筒子架旁,待筒子架上的纱线用完时,启动链条装卸装置,从筒子架框架后部撤出带有筒脚的小车,并将满筒小车装入到工作位置,这种换筒方式缩短了停台时间,提高了整经机械效率。但是,备用的小车数量多,设备价格高,并且占地也大。


图3 组合车式筒子架

3 整经张力装置

整经时为了使经轴获得良好成形和较大的卷绕密度, 在整经筒子架上一般设有张力装置,给纱线以附加张力。设置经纱张力装置的另一目的是调节片纱张力,即根据筒子在筒子架上的不同位置,分别给予不同的附加张力,抵消因导纱状态不同产生的张力差异,使全片经纱张力均匀。值得指出的是随着整经速度的提高,因导纱部件和空气阻力附加给纱线的张力已能满足整经要求,故有些整经机不再专门配置张力器,附加张力通过导纱部件作微调。

3.1 垫圈式张力装置

图4所示为几种垫圈式张力装置。图4(a)为最传统的垫圈式张力装置,该装置通过改变张力圈 4的质量来调节纱线张力,张力装置的输出张力波动较大。双柱压力盘式张力装置如图4(b)所示,它主要通过改变双柱之间的氧化铝张力柱 8的位置来改变纱线包围角,从而起到调节纱线张力的作用。双张力盘式张力装置如图4(c)所示,它是一种设计比较合理的张力装置,第1组张力盘起减震作用,第2 组张力盘控制纱线张力。纱线在张力器出口处有包围角,尽量避免筒子退绕造成的纱线张力波动的进一步扩大。减震环和弹簧加压方式使累加法张力装置中的动态附加张力波动减少到最小程度。在圆盘驱动齿轮的作用下,两只底盘慢速回转,防止了飞花、杂物的积累,保证张力装置正常工作。这种张力装置由于输出张力波动较小,适应高速整经。


1-瓷柱 ; 2-张力盘; 3-绒毡; 4-张力圈; 5-纱线; 6-挡纱板; 7-压力盘; 8-张力柱;
9-导纱钩; 10-立柱;11-调节轴;12-导纱眼; 13、13`-上张力盘; 14、14`-下张力盘;
15-减震环; 16、16`-从动轮; 17-主动齿轮; 18-加压弹簧。
图4 几种垫圈式整经张力装置

3.2 HH型罗拉张力装置

此类装置有两个橡胶罗拉,一个固定,另一个活动。两罗拉均有免修防尘轴承,纱线通过导纱眼进入罗拉夹,并以90°的偏转角通向机头,纱线张力来源于张力弹簧对活动罗拉的压力。两罗拉均由纱线带动,罗拉周边速度与纱线速度一致,以减少张力装置对纱线的磨损。为降低磨损,固定橡胶罗拉可用铝制罗拉代替。该张力装置适用于线密度在180 dtex以上的经纱,所有的单丝和人造短纤维均可处理,最大工作速度为800 m / min。

3.3 FB型细纱张力装置

该类装置用来处理很细的纱线,导纱机构是一个绞盘罗拉,有几圈纱线绕于其上,罗拉在退绕纱的带动下转动,由于绞盘罗拉的特殊设计,绕于其上的几圈连续经纱彼此没有干扰,这样就减少了纱线摩擦。纱线的张力通过一个可移动的表面涂有橡胶的罗拉作用于绞盘罗拉轴产生,并通过中央弹簧调节大小,张力范围可调性很大,本装置对经纱无磨损。该张力装置适用于线密度在10 ~ 830 dtex之间的经纱,可加工所有传统种类的纱线,最大工作速度为800 m / min。

3.4 T型盘式张力调节装置

该类张力装置可在高速条件下处理线密度范围宽广的经纱。经纱通过进口纱眼、一组导纱盘和出口纱眼,在偏转45°后导入,由于以一定的角度导入导纱盘,所以尘埃的产生倾向降低了。两导纱盘周期性顺着经纱运动方向被驱动,以防止盘面对经纱的磨损而产生的任何沉淀,纱盘内的任何沉积物都可能提高上张力盘,从而使纱线张力下降。通过质量平衡角杆,所需纱线张力可以用具有平直特性曲线的弹簧来调节。盘式张力装置适用于线密度在100 dtex以上的经纱,如果采用具有不同表面结构的盘,则所有已知的连续长丝和短纤维均可加工,其最大工作速度为 1 200 m / min。T型盘式张力器属摩擦盘型张力器,因为其独特的设计,当加工短纤维纱线时飞花会积聚在张力器的内面及外面,利用此专利设计的内部间隙性除尘系统可防止飞花积聚在张力器上。

3.5 电磁阻尼张力装置

有些新型整经机上配置了电磁张力装置(图5),它利用可调电磁阻尼力对纱线施加张力。纱线包绕在一个转轮上(转轮半径R),转轮由轴承支承,其摩擦阻尼力距很小。转轮内设有电磁线圈,产生电磁阻尼力距(F×r)施加给转轮。通过改变线圈电流参数即可调节纱线张力的大小(T0、T1分别为纱线进入和离开张力装置的张力,v为纱线速度,ε为转轮回转角速度)。

3.6 导纱棒式张力装置

这种张力装置的设置主要是为了调节片纱的张力均匀程度(图6),筒子架每排设有一套导纱棒式张力装置,纱线自筒子引出后,经过导纱棒1、2,绕过纱架立柱3,再穿过自停钩4而引向前方。通过调节导纱棒2的位置来调节导纱棒1、2间的距离大小,从而调节纱线对导纱棒的包围角来改变和控制经纱张力,它只能调节整排经纱张力,不能调节单根经纱的张力。


图6 导纱棒式张力装置

4 其它装置

4.1 断头自停装置

一般筒子架上每锭都配有断头自停装置,整经断头自停装置的作用是当经纱断头时,立即向整经机车头控制部分发信号,由车头控制部分立即发动停车。高速整经机对断头自停装置的灵敏度提出了很高要求,要求在800 ~ 1 200 m / min整经速度下整经断头不卷入经轴,从而方便挡车工处理断头。因此为尽早检测,断头自停装置安放在整经筒子架的前部,断头自停装置还带有信号指示灯。当纱线发生断头时,自停装置发信号关车,同时指示灯指示断头所处的层次位置,便于挡车工找头。整经断头自停装置主要有电气接触式和电子式两种。

4.2 加压装置

整经加压是为了保证卷绕密度的均匀、适度,保证卷装成型良好。加压方式有机械式、液压式和气动式。以液压式压辊加压机构为例,如图7所示。自重为P的压辊1对整经轴2施加压力N,压辊装在压辊臂3上,绕O点转动,压辊臂的另一端A上装有拉力弹簧,弹簧拉力F对O的力矩用以平衡压辊对O的重力矩,在压辊臂上还施加着由压辊加压油缸和制动器所产生的恒定力矩M。通过机构参数的合理选择,使整经过程中加压压力N数值几乎不变,这种加压装置为恒压力加压装置。为适应不同品种纱线的卷绕,可调节加压油缸(汽缸)中的压力,使力矩M变化,从而改变加压压力。


图7 液压式压辊加压机构

4.3 制动装置

目前,高速整经机一般具备三辊同步制动。由于线速度很高,新型分批整经机的设计速度普遍达到1 200 m / min,为使发生经纱断头后能迅速制停,不使断头卷入经轴,机上配备高效的液动或气动制动系统。为了防止制动过程中测速辊、压辊与经纱发生滑移造成测长误差和经纱磨损,在高速整经机上普遍采用测速辊、压辊和经轴三者同步制动,其中压辊在制动开始时迅速脱离经轴并制动,待经轴和压辊均制停后压辊再压靠在经轴表面。制动方式有液压式、气压式和电磁离合器式。液压制动系统的制动力大,制动效果好,在纱线卷绕直径达1 200 mm、卷绕速度1 200 m / min的条件下,制动距离仅为4 m。不过液压系统加工要求高,工作油的泄漏会污染纱线和工作环境。气压制动虽不引起污染,但制动效果略逊,并需配备压缩空气系统。部分整经机还备有倒纱装置,倒纱长度达10 m,对减少倒断头疵点更为有利。

5 贝宁格分批整经机主要技术特点

贝宁格分批整经机是国内引进数量最多的整经设备,其最新机型采用著名的V型筒子架,该筒子架采用链条回转集体换筒,集体生头但不接头,因此换筒时间非常短。V型筒子架上能显示正在工作的筒子个数,如果和车头设定的工作筒子个数不符,则机器会及时提示挡车工;筒子架上一旦有筒子纱断头,将会有指示灯显示断头发生在哪一排哪一层,方便挡车工及时处理断头,提高生产效率。该机在纱线通道上无任何导向元件,可使纱线自由运行,实现低张力高速运行。筒子架上前后区经纱张力差异是依靠预张力杆改变包围角来缩小,可将单纱张力差异缩小到最小。同时,预张力杆另一个作用是,当筒子高速退绕停车重新开车时,能将小辫子解开后再进行高速退绕。交错的纱筒布置优化了空间利用,在纱线质量允许的前提下,可以胜任1 200 m / min的高速,生产率大大提高。每根纱穿过OPTOSTOP 转向单元,对每根纱有2个小孔间歇吹风,并对每根纱进行光电断头检测。机器运转时转向单元打开,机器停车时转向单元合拢,即使在高速下,粗支纱和长距离也不会引起松纱。在车头配有防并纱机构,使经轴上纱线进行平行卷绕。对压辊采用间接加压,保证经轴呈圆柱形成型。采用大制动盘液压制动,刹车制动可靠。

6 分批整经技术的发展趋势

6.1 高速、大卷装

新型高速整经机的最高整经速度达1 200 m / min。随着织机幅宽的增加,整经机的幅宽也相应增加,幅宽可达2.4 m,特殊规格可达2.8 m。整经轴边盘直径为800 ~ 1 200 mm。

6.2 完善的纱线质量维护

取消滚筒摩擦传动,采用变频调速技术直接拖动整经轴,保持纱线恒线速、恒张力卷绕,并以压辊加压控制整经轴的卷绕密度。由于均匀适宜的卷绕密度以及大大减少了纱线的摩擦损伤,减少了纱线毛羽,使纱线的原有质量得到维护。

6.3 均匀的纱线整经张力

普遍采用单式筒子架,实行筒子架集体换筒,提高了片纱张力均匀程度。为缩短换筒工作停台时间,使用了高效率的机械装置或自动装置。采用各种形式的新型张力装置,如双张力盘式、罗拉式、电子式张力装置等,减小纱线的张力波动和各纱线之间的张力差异。电子式张力装置还具有自动调整整经张力的功能。

6.4 均匀的纱线排列

伸缩筘作水平和垂直方向的往复移动,引导纱线均匀排列,保证整经轴表面圆整。

6.5 良好的劳动保护

整经机上装有光电式或其它形式的安全装置,当人体接近高速运行区域时,立刻关车,以免人身和机械事故发生。部分整经机装有车头挡风板,保护操作人员免受带有纤维尘屑的气流干扰。

6.6 集中方便的调节和显示

整经机主要工艺参数的调节、产量的显示、机械状态指示以及各项操作按钮均集中安装在操作方便的位置,利于管理。

6.7 改善纱线质量,提高纱线的可织性

可织性是纱线能顺利通过织机加工而不致起毛、断头的重要性能。在分批整经新技术中,都反映出改善纱线原有质量,提高纱线可织性的发展趋向。

此外,在部分长丝分批整经机上还装有毛丝检测装置和静电消除装置。静电消除装置利用尖端放电原理。由高压发生器获得的高压,经高压电缆送到电极管针尖上,使针尖周围空气电离所产生的正、负离子与纱线上所积累的负的或正的静电荷中和,从而达到消除静电的目的。去除毛丝、消除静电是提高无捻长丝可织性的重要技术措施。

参考文献
[1]高卫东,荣瑞萍,徐山青.现代织造工艺与设备[M].北京:中国纺织出版社,1998.
[2]朱苏康,陈元甫.织造学[M].北京:中国纺织出版社,1996.
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (11/10/2004)
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