漿紗機(jī)采用張力控制或伸長控制的決定因素

王軒軒

(恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001)

漿紗機(jī)各區(qū)的控制方式主要有張力控制和伸長控制兩種。電氣控制技術(shù)的進(jìn)步，為兩種控制方法的組合使用提供了更加便利的條件。本文通過分析經(jīng)紗在漿紗機(jī)各區(qū)中受到的不同影響因素，來理清一些概念，以供漿紗機(jī)的研發(fā)和使用者參考。

1 張力控制和伸長控制的作用

張力控制包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制指按照程序設(shè)定或變頻器計算來實現(xiàn)一定的張力控制，無實際張力值反饋。目前的閉環(huán)控制是指增加相應(yīng)的傳感器來實現(xiàn)張力在線檢測和反饋，比如直接使用壓力應(yīng)變片式的張力傳感器，或利用張力平衡點的角電位傳感器等。張力波動和小張力的控制是其中的一個難點。前期的張力閉環(huán)控制也有通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，比如退繞的AB控制，鄭紡機(jī)G142C系列漿紗機(jī)的卷繞張力無級變速器控制等，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，目前已被新技術(shù)所代替。

伸長控制是通過機(jī)械或電氣的方式進(jìn)行速度差控制來實現(xiàn)。比如在圖1中，經(jīng)紗在引紗輥處速度是V1,在上漿輥處速度是V2，則該區(qū)伸長率即為(V2-V1)/V1。相對張力控制，其制造成本和技術(shù)難度較低，操作簡單。

經(jīng)紗張力與伸長控制的作用，主要是為了保證經(jīng)紗順利實現(xiàn)合格的上漿。張力控制的作用主要有：保證經(jīng)紗伸直，排列均勻；帶動各個導(dǎo)輥及無齒鏈條傳動的預(yù)烘烘筒；保證順利分絞及通過伸縮筘；確保卷繞成緊密、結(jié)實的織軸等。經(jīng)紗張力和伸長的控制原則是：合理調(diào)節(jié)張力，盡量控制伸長[1]。

2 漿紗機(jī)基本分區(qū)

以恒天重工GA308七單元漿紗機(jī)為例來說明基本分區(qū)，如圖1所示。

圖1 GA308型漿紗機(jī)張力區(qū)劃分示意圖

經(jīng)軸架到引紗輥為退繞區(qū)，引紗輥到上漿輥為喂入?yún)^(qū)，上漿輥到合并烘為濕區(qū)，合并烘到拖引輥為干區(qū)，拖引輥到卷繞軸為卷繞區(qū)。

3 各區(qū)控制方式的選擇

3.1 經(jīng)紗狀態(tài)在各區(qū)的不同性和傳遞性

經(jīng)紗在不同區(qū)有著不同的狀態(tài)，包括上漿與否、回潮率、溫度、受力情況等，這些狀態(tài)決定了經(jīng)紗的伸長狀態(tài)，及其物理屬性彈性系數(shù)，如果相鄰區(qū)域之間依次傳遞，經(jīng)紗的狀態(tài)也進(jìn)行著傳遞，即本區(qū)域經(jīng)紗如果產(chǎn)生了一定的伸長率ε1，如果這種狀態(tài)并未得到恢復(fù)，便進(jìn)入了下一區(qū)域，那么下一區(qū)域是在此狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如果該區(qū)域根據(jù)速度差控制產(chǎn)生ε2，則兩個區(qū)域產(chǎn)生的總伸長是ε1+ε1(1+ε2)，而不是簡單的ε1+ε2。

3.2 退繞區(qū)

該區(qū)域目前廣泛使用的是消極送出和整經(jīng)軸摩擦制動相結(jié)合的經(jīng)紗退繞方式[2]。因此不能進(jìn)行伸長控制。

圖2 退繞張力分析圖

首先分析影響退繞張力F的因素。退繞張力F和退繞直徑D,氣缸壓力P和剎車帶包角α的關(guān)系如下式，f為摩擦系數(shù)，k為輔助系數(shù)。和退繞直徑D成反比，和氣缸壓力P成正比。

剎車帶受到拉力后要產(chǎn)生彈性變形，在正常情況，帶的彈性滑動并不是發(fā)生在相對于全部包角αmax的接觸弧上，當(dāng)接觸弧達(dá)到最大值αmax時，達(dá)到最大的剎車力[4]。

在影響退繞張力的因素中容易忽略一個速度因素，當(dāng)退繞直徑在較短的時間內(nèi)可以看作不變時，如果速度從低速逐漸變?yōu)楦咚伲死@張力是變大的，剎車力中α逐漸變大直至和該力平衡。這個原因可以從做功的方面來進(jìn)行分析，WF- W剎車=E彈+ T織軸+ T經(jīng)紗。退繞張力和剎車力的做功轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)軸和經(jīng)紗的動能以及經(jīng)紗的彈性能。經(jīng)軸的動能，隨著引紗輥牽引速度的增加，是逐漸增加的，因此需要退繞張力F增加才能實現(xiàn)，F(xiàn)增加后，剎車力中的α相應(yīng)增加，剎車力相應(yīng)增加，達(dá)到平衡時，速度穩(wěn)定在高速上。用單紗張力儀現(xiàn)場測試的結(jié)果和該推論一致：在退繞區(qū)，退繞直徑和氣缸氣壓沒有明顯變化時，退繞張力高速時大于低速時的，即低速時紗較松。

實現(xiàn)恒張力退繞，必須考慮退繞直徑、速度、經(jīng)軸轉(zhuǎn)動慣量的變化以及加減速時的慣性，而可調(diào)節(jié)的因素只有一個氣缸氣壓，因此此處的張力控制較為復(fù)雜，也是漿紗控制技術(shù)中的一個難點。該區(qū)的控制形式有：①在經(jīng)軸架和引紗輥之間增加機(jī)械式AB退繞閉環(huán)控制；②張力傳感器和檢測經(jīng)軸轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)并用。利用經(jīng)軸和引紗輥轉(zhuǎn)速之比(引紗輥直徑已知，引紗輥轉(zhuǎn)速可由所配旋轉(zhuǎn)編碼器測得)，可以計算出經(jīng)軸當(dāng)前直徑；③僅用張力傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制；④根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)曲線，對氣缸氣壓進(jìn)行程序控制。目前形式(1)由于故障率較高已經(jīng)不再使用。②③④在市場上都有應(yīng)用。只是精度上存在差異。需要說明的是，退繞張力如果控制精度低，不能完全實現(xiàn)恒張力退繞，則經(jīng)紗的狀態(tài)就會傳遞到下一區(qū)。喂入?yún)^(qū)如果使用伸長控制，則由于經(jīng)紗狀態(tài)的傳遞性，則在喂入?yún)^(qū)，經(jīng)紗的張力也不是恒定的。

3.3 喂入?yún)^(qū)

該區(qū)為上漿區(qū)，張力及伸長率需要盡量小，否則會影響上漿率[5]。該區(qū)的控制形式有：①通過張力傳感器進(jìn)行恒張力閉環(huán)控制；②通過機(jī)械或電氣實現(xiàn)的伸長控制。目前兩種形式都有廣泛的使用。但由于退繞張力的控制難度較大，速度有變化時，恒張力不易實現(xiàn)，所以如果該區(qū)使用張力控制，對退繞區(qū)是一個較好的補(bǔ)充，效果較好，尤其對于雙漿槽,有利于兩層經(jīng)紗張力的一致性控制。形式②中的電氣伸長控制有時會設(shè)定高低速兩個伸長率來避免低速時經(jīng)紗過松。

3.4 濕區(qū)

經(jīng)紗經(jīng)過上漿后，進(jìn)入濕區(qū)。濕區(qū)長度較長，并且經(jīng)紗處于半烘干狀態(tài)，不同經(jīng)紗會有不同的熱收縮性，影響因素較多，因此存在一些不同的看法。經(jīng)紗在動態(tài)的情況下，斷裂強(qiáng)力和速度有一定的相關(guān)性，目前已有一些研究成果。但經(jīng)紗張力、伸長與速度的關(guān)系目前尚不能明確。一種觀點認(rèn)為：①干紗張力在30 g以下時幾乎不發(fā)生蠕變(即拉伸到達(dá)某一限度后伸長即停止)，而濕紗與時間的對數(shù)約略成正比例關(guān)系，即隨著時間的延長而繼續(xù)不斷伸長；②紗速越高，紗的張力就需相應(yīng)地增大，濕紗的長度越長或紗速越慢，即使張力相同，但由于荷重時間延長，因而紗的伸長也隨之增大[5]。這種觀點的一個佐證就是，在普遍的實際應(yīng)用中，如果濕區(qū)采用伸長控制，低速時經(jīng)紗會比高速時張力小，相對松弛，紗片上甚至?xí)霈F(xiàn)卷邊的現(xiàn)象，導(dǎo)致干區(qū)分絞困難。這種情況的原因，可能是退繞和喂入?yún)^(qū)未能完全實現(xiàn)恒張力控制所致，經(jīng)紗的狀態(tài)傳遞到該區(qū)，并不能肯定是上述①②造成的。觀點①②的試驗條件不詳，即經(jīng)紗以什么狀態(tài)進(jìn)入檢測區(qū)，是否能保持在高低速時進(jìn)入狀態(tài)一致目前存疑。

該區(qū)的控制形式有：①通過張力傳感器進(jìn)行恒張力閉環(huán)控制；②通過電氣實現(xiàn)伸長控制，但不是恒伸長率設(shè)定，高速和低速時需設(shè)定不同的伸長率，高速時伸長率設(shè)定小于低速的設(shè)定；③通過電氣實現(xiàn)伸長控制，恒伸長率設(shè)定；④通過機(jī)械無級變速器實現(xiàn)的伸長控制。形式④容易發(fā)生低速時紗松的問題。形式①②可以解決該問題。如果在退繞和喂入?yún)^(qū)可以實現(xiàn)較好的恒張力控制，則采用形式③也可以。形式③和②表面上存在矛盾，其原因可能是不同的設(shè)備控制程序和精度有差異造成的。

3.5 干區(qū)

進(jìn)入該區(qū)域的經(jīng)紗最大的特點是，經(jīng)紗剛剛經(jīng)過濕區(qū),濕區(qū)經(jīng)紗的狀態(tài)傳遞到該區(qū)。

該區(qū)的控制形式有：①通過張力傳感器進(jìn)行恒張力閉環(huán)控制；②通過機(jī)械或電氣實現(xiàn)的伸長控制。形式②容易發(fā)生的問題是，低速時，紗松，但如果低速時間長時，紗又變緊，原因是低速時間長時，經(jīng)紗干燥，經(jīng)紗的彈性系數(shù)變大。形式②中的電氣伸長控制有時會設(shè)定高低速兩個伸長率來避免低速時經(jīng)紗過松或過緊，同時避免經(jīng)紗總伸長過大。目前，形式①應(yīng)用比較普遍，可以避免出現(xiàn)高低速張力波動的問題。

3.6 卷繞區(qū)

隨著變頻電機(jī)在拖引輥和卷繞軸上的應(yīng)用，兩單元控制技術(shù)日趨成熟，目前該區(qū)域已經(jīng)實現(xiàn)恒張力控制，可以采用張力傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，或者采用卷繞程序進(jìn)行開環(huán)控制， 兩者在張力波動的精度上存在差異，可根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇使用。

4 結(jié)束語

無論漿紗機(jī)各區(qū)采用何種控制形式，理清了本文所述的概念以及影響各區(qū)經(jīng)紗狀態(tài)的因素后，圍繞保證順利實現(xiàn)上漿的目的，可以更合理地設(shè)定工藝參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)。

[1] 湯其偉.GA308型漿紗機(jī)的原理及使用[M].北京：中國紡織出版社，2005.

[2] 朱蘇康，陳元甫.織造學(xué)(下冊)[M].北京：中國紡織出版社，1996.

[3] 蕭漢濱.祖克漿紗機(jī)原理及使用[M].北京：中國紡織出版社，1999.

[4] 蒲良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].北京，高等教育出版社，1996.

[5] 深田要，一見輝彥.劉冠宏譯.經(jīng)紗上漿[M].北京：中國紡織出版社，1979.

[6] 盛愛軍.細(xì)號高密織物漿紗及生產(chǎn)工藝研討[J].山東紡織科技，2011，52(6)：31—33.