高精度纖維混紡自動稱量機組的研制與應用

邢懷祥 王子傲 徐傾躍 郭良浩

（1.鄭州宏大新型紡機有限責任公司，河南鄭州，450001；2.中國農業大學，北京，100083）

目前，受人們生活水平提高和市場環境的影響，越來越多紡織企業加大了對差異化多組分纖維混紡的開發力度，研究攻關色紡紗，棉與各種化纖、植物纖維、動物纖維混紡紗以及動植物纖維混紡紗的生產技術，形成了五彩繽紛的紗線市場［1-2］。提高紡織企業對市場的快速適應性和產品的附加值，必將給紡織企業帶來新的生機。

傳統的原料混和多采用人工混和或在并條機上進行混并，造成纖維之間混和質量不穩定、比例不準、沒有立體感。如何將各種可紡纖維混和成多元化立體色彩、全成分比例均勻分布，精準截面含量的混和效果成為多樣化紡紗頭等大事。我們將自動控制技術和精準智能稱量有機結合在一起，研制開發出了一種高精度纖維混紡自動稱量機組。

1 高精度纖維混紡自動稱量機組的結構原理與性能

高精度纖維混紡自動稱量機組如圖1 所示。由圖1 可以看出，高精度纖維混紡自動稱量機組由開棉機（凝棉器）、風機、稱量配棉機、簾子混棉機及智能控制系統所組成，其工藝流程:（抓取的小塊原棉）→JWF1126B-160 型開棉機（FA051A-120 凝棉器）×（1～4）→JWF1062 型喂棉稱量機×（1～4）→JWF1028 型簾子混棉機→清梳聯合機生產線。

該流程就是將色棉或棉及化纖由抓棉機經凝棉器喂入開棉機，經開松打手初步開松后，通過風機喂入自動稱量機上棉箱，經喂棉羅拉喂入，開松打手精細開松后喂入稱量控制系統，根據預先設定的比例經智能自動計量后依次平鋪疊加在下方的混棉簾子上，由水平簾、喂棉羅拉經開松打手輸送到下一機臺，整個流程設計遵循了由粗到細有步驟地逐步開松纖維的原則，減少對纖維的損傷，同時提高了稱量精度，在生產實踐中達到了稱重誤差小于0.2%的水平。

圖1 高精度纖維混紡自動稱量機組

1.1 JWF1126B-160 型開棉機

該機為高精度纖維混紡自動稱量機組的第一道設備，主要作用為儲棉與預開松，其結構如圖2 所示。

圖2 JWF1126B-160 型開棉機結構

它主要由機架、儲棉喂棉箱、給棉裝置、梳針打手及電氣控制部分等組成。機架為鋼板焊接結構，通過撐擋連接而成；儲棉喂棉箱為單層高棉箱結構，容積達到2 m3，儲棉量大，喂棉穩定；給棉裝置采用四羅拉結構，具有均衡喂棉功能，采用變頻控制及雙羅拉加彈簧加壓給棉方式，給棉連續穩定均勻；打手由筒體及梳針板組成，針板與筒體采用螺釘連接，打手兩端裝有密封裝置；電氣由PLC 可編程控制器與觸摸屏控制。

1.2 JWF1062 型喂棉稱量機

該機為高精度纖維混紡自動稱量機組中關鍵設備，主要作用是將原料進一步開松，并精確稱重提供給下一臺設備。其結構如圖3 所示。該機主要由機架、上棉箱、給棉裝置、打手、下棉箱、稱斗、集塵箱及電氣控制系統等組成。機架為鋼板焊接結構，通過撐擋連接而成；上棉箱為雙層氣壓棉箱，采用連續喂棉方式，保證了上棉箱壓力穩定，使稱重喂給時喂棉更加均勻穩定，同時為了清潔及更換品種方便，排氣網眼板與后門采用整體結構；給棉裝置為四羅拉分梳喂入系統，具有精確喂入功能，采用雙速喂棉系統，初始向稱斗喂給時給棉羅拉采用高速喂入，當即將達到標準重量時給棉羅拉采用低速喂入，保證了高精度喂給；打手由筒體及梳針板組成，針板與筒體采用螺釘連接，打手兩端裝有密封裝置，采用全梳針方式，保證了對纖維開松柔和精確喂給的目的；下棉箱由喂棉通道和阻斷活門組成，實現精準喂棉；稱斗由不銹鋼材料焊接而成，通過氣動控制開啟活門，為了減少機械振動對稱斗的影響，增加了雙重減振措施，用以保證稱量高精度稱重、放稱向下一機臺喂棉。

圖3 JWF1062 型喂棉稱量機結構

1.3 JWF1028 型簾子混棉機

該機為高精度纖維混紡自動稱量機組中最后一臺設備，將不同纖維經配棉稱量機按比例稱重后，垂直平鋪在水平簾上，再由水平簾、喂棉羅拉經開松打手輸送到下一機臺，達到了橫鋪直取的混棉效果，如圖4 所示。該機主要由機架、給棉裝置、打手、混棉簾子及電氣控制系統等組成。機架為鋼板焊接結構，通過撐擋連接而成；給棉裝置由三羅拉組成，分布成兩上一下結構，喂入可靠；打手由筒體及梳針板組成，針板與筒體采用螺釘連接，打手兩端裝有密封裝置；混棉簾子由簾子、主動輥、被動輥、托輥等組成。混棉簾子的運轉與稱量機的稱重、開秤協調同步，當稱量機在喂入稱斗纖維并計量重量時，稱斗處于關閉狀態，簾子運轉，前進一個稱斗寬度距離，當稱量機稱斗中的喂入纖維達到設定重量時，稱斗打開，簾子處于停止狀態，纖維落下，平鋪在簾子上，與前面另一個的稱量單元上一次落下的纖維形成多種纖維層的疊加，經打手開松混和，完成精確混棉；電氣由PLC 可編程控制器與觸摸屏控制。

圖4 JWF1028 型簾子混棉機結構

1.4 智能控制系統

該系統由連續喂棉裝置、PLC 可編程控制器、觸摸屏人機對話、智能傳感器裝置以及智能稱重控制軟件平臺組成。采用連續喂棉技術給智能稱量配棉機配棉，上棉箱結構為氣控雙層喂棉箱，使該機上棉箱內纖維密度保持穩定，確保稱量配棉機喂棉均勻；雙速變頻喂棉技術智能控制稱量配棉機的給棉羅拉，進一步保證喂給精度的準確性；定量實時動態校正、誤差統計補償、預測控制策略等智能軟件平臺控制高精度稱量，稱量準確。

2 高精度纖維混紡自動稱量機組的使用情況

高精度纖維混紡自動稱量機組研制完成后，安裝于國內某大型紡紗集團的清梳聯合機中，生產T/R 70/30 14.8 tex 紗。

2.1 生產流程

JWF1012 型往復抓棉機或FA002A 型抓棉機→JWF1126B 型開棉機（FA051A-120 型凝棉器）×3→JWF1062 型喂棉稱量機×3→JWF1028型簾子混棉機→JWF1026 型多倉混棉機+JWF1124C 型開棉機→ZF9104 型風機→TF2202型配棉三通→JWF1204B 型梳棉機×16→（并條）→（粗紗）→（細紗）

2.2 主要工藝參數設定

JWF1126B-160型開棉機:打手轉速580 r/min，給棉羅拉最高轉速1.95 r/min（變頻控制），ZF9104-425 型風機最高轉速2 660 r/min（變頻控制）。JWF1062 型配棉稱量機:打手最高轉速670 r/min（變頻控制），給棉羅拉最高轉速3.25 r/min（雙速，變頻控制）。JWF1028型簾子混棉機:打手轉速410 r/min，給棉羅拉轉速20 r/min。

2.3 紡紗效果

2.3.1 纖維混和精度測試

在梳棉機棉條處每天取樣3 次，跟蹤試驗5天，用溶解法測試滌粘混紡比，測試統計結果見表1。

表1 滌粘混紡比測試結果

從表中的統計結果看，5 天內連續跟蹤測試，混棉比例的誤差均小于1.5%，混棉精度高，該機組混棉效果很好。

2.3.2 成紗質量

成紗質量是根據實際生產報表進行統計分析，結果如下。

從以上可知，由于該流程的應用，成紗質量指標均達到了2018 年USTER 公報5%的相似產品水平。

2.3.3 使用效果

常規混紡工藝一般分兩步。第一步稱量打包，其混和工藝:稱量排包抓棉→凝棉器+初開棉→混棉機→凝棉器+打包。第二步紡紗生產，其工藝流程:排包抓棉→凝棉器+初開棉→混棉機+精開→風機→梳棉機。

從生產效率、用工人數、噸紗耗電、工人勞動強度等方面，將高精度纖維混紡自動稱量機組的使用與常規混紡紗生產進行對比。

生產效率。目前按一條生產線16 臺梳棉機計算，一套機組產量616 kg/h，而人工打包機最大產量400 kg/h，使用該項目生產效率提高54%。

噸紗用電。整套稱量機組用電功率實測34.1 kW，按照目前一條生產線16 臺梳棉機計算，一天生產14.04 t，噸紗用電58.3 kW·h；常規裝機功率50.05 kW，噸紗用電125.125 kW·h，使用該機組后噸紗用電減少了66.825 kW·h。

用工。常規混紡按一天生產14 t 的產量計算，目前人工混料生產標準是每人每天（長白班）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產標準是每天打60 個棉包、每包重量100 kg 計算，需要打包用工2.34 人，混料與打包共需用工11.7 人。而高精度混紡稱量機組一條生產線一天生產14 t，僅需抓棉機上盤裝箱工2 人即可。從上述數據看出，每使用一套高精度混紡自動稱量機組，可減少用工9.7 人。

勞動強度。使用該機組后，降低了擋車工和清棉上盤裝箱工的勞動強度。使用常規混料、常規混紡生產線時，生產工人需要混料時將棉包上盤裝箱，混和后再打包，還需再次將棉包上盤裝箱進入紡紗生產線。使用高精度混紡自動稱量機組后，工人按排包工藝要求，只需一次上盤裝箱就可直接紡紗生產。兩者相比，高精度混紡自動稱量機組避免了擋車工的打包勞動，使清棉上盤裝箱工人勞動強度可有效降低1 倍。

2.4 可靠性（故障率）測定

該機組進行連續生產，機器運轉正常，傳動平穩，依據中國紡織機械器材工業協會制定的紡織機械可靠性試驗評價文件，根據值班擋車工記錄，從4 月1 日 到5 月30 日 共120 個 班，只 出 現3次Ⅴ類輕微故障，加權故障系數0.2，測試期內加權故障系數0.6，平均無故障工作時間MTBF=n×t×c/r=10 臺 單 元 機×120 班×8 h/3 次=3 200 h，可靠性高，運轉可靠。

3 高精度纖維混紡自動稱量機組技術驗收

高精度纖維混紡自動稱量機組投入生產使用后，通過了國家紡織機械質量監督檢驗中心檢測，質檢項目符合Q/ZH 335—2019《高精度自動稱量機組》標準規定的要求。以下為中國紡織工業聯合會組織的科技成果鑒定結論。

該項目自主研發的高精度纖維混紡自動稱量機組實現了多種纖維精準比例、連續穩定供棉，整體技術達到了國際先進水平，對提高紡紗企業生產效率、減少用工、改善勞動環境、高精度混和的效果顯著，具有良好的推廣前景和經濟效益。主要創新點:構建了氣電混控排風式稱量機上棉箱喂棉系統，實現連續供棉，上棉箱儲棉量穩定，為后續的均恒喂棉提供保障；開發了智能稱量控制系統，根據實際稱量結果進行在線補償，并對喂棉量進行實時動態平衡，顯著提高了喂棉量控制精度；喂棉羅拉采用彈簧加壓、精準調速，降低了喂棉量的波動，保證了精細喂棉；研發的稱量裝置雙重減振機構，抗振效果好，消除了外部沖擊對稱斗的影響，保證了稱量精度。

4 結束語

高精度纖維混紡自動稱量機組解決了纖維混紡自動化、數字化、智能化的難題，拓展了我國清梳產品的應用空間。不同纖維之間的混紡比精度的提高，保證了成紗質量的穩定性；紡織廠生產效率的提高、能耗的降低和用工成本的減少，減輕了企業用工難的問題，提高了棉紡企業的經濟效益；同時，生產環境更加整潔、減少了工人的勞動強度。高精度纖維混紡自動稱量機組的推出，增強了紡織企業主導產品核心競爭力，為紡織企業經濟效益的提升奠定了堅實的基礎。