J26型噴氣紡紗機風箱花收集自動化設計

王 磊 趙海燕

（江蘇精亞集團有限公司，江蘇無錫，214466）

1 噴氣渦流紡簡介

1.1 成紗原理

噴氣渦流紡作為一種新型紡紗技術，集粗紗、細紗、絡筒和卷繞為一體，具有工藝流程短、高速、高度自動化特征，是棉紡行業最具市場前景的紡紗技術之一［1］。近年來，隨著噴氣渦流紡企業的增多、規模的擴大，噴氣渦流紡紗技術在我國得到了迅速的發展。

噴氣渦流紡成紗原理如圖1所示。纖維條經牽伸后從前羅拉鉗口輸出，在喂入元件的引導下進入紡錠。纖維束前端經引導針引導進入錠子內孔（空心錠），形成紗線的芯。加捻元件的切向噴射孔噴出旋轉氣流，形成渦流，尾端自由端的纖維在該渦流作用下圍繞芯紗進行旋轉、包纏，加捻成紗，最后卷繞成筒子紗［2-3］。

圖1 噴氣渦流紡成紗原理示意圖

1.2 風箱花的產生原因

從成紗原理看，噴氣渦流紡屬于非自由端紡紗，一端被握持，一端被加捻，而纖維在加捻過程中，其表面的短絨、毛羽因纖維長度過短無法被捻入紗線內形成有效纖維，這類短纖維需要及時剔除以保證成紗的質量。風箱花生成原理如圖2所示，噴氣渦流紡紗機生產時，風箱內的風門蓋板保持常開狀態（處于藍線位置），3 kPa壓頭的主風機使紡錠內形成高真空度，短絨、毛羽被強力的氣流吸入風箱，在風箱內部濾網的攔截下，短纖維與氣流實現分離，氣流透過濾網排至濾塵室過濾，而截留在風箱內的短絨、毛羽就是所謂的風箱花。風箱花是有用纖維，可作為下腳料回用，因此定期對風箱花進行收集必不可少。

圖2 風箱花生成原理圖

2 風箱花收集系統的自動化設計

2.1 人工收集形式

當前噴氣渦流紡紗機風箱花常用的收集形式以人工收集為主。通過點動機臺操控面板上的清潔按鈕來旁通吸風氣流，促使風箱內部由負壓變為常壓，吸附在濾網上的風箱花因重力自然下落，擋車工便可打開風箱掏出風箱花。人工收集作為常用的收集形式在紡織廠已沿用多年，但實際生產中也暴露了一些弊端。一是人工收集的時間不固定，可能出現風箱花積滿但無人收集的情況；風箱花回收不及時堵塞濾網，影響風箱透風，造成主風機空轉，燒損電機；同時，紡錠內的真空度也會大幅下降，紗線上的短絨、毛羽無法完全吸凈。二是人工收集的效率低，工作量大。風箱花人工掏出后需要先放置在回花筐內，待存儲到一定量時再拖運至打包房打包，收集過程費時費力。

針對目前人工收集形式所存在的弊端，本文提出將自動化技術應用于風箱花的收集。以7臺J26型噴氣紡紗機為例，通過設計一套風箱花的自動收集系統，以求解決風箱花收集不及時、工作量大、效率低等問題。

2.2 自動收集形式

首先對風箱進行改造，在與外界大氣接觸的面板上加裝補風氣缸，通過引入定量的補風氣流帶走風箱花。其次加裝氣缸Y1、Y2，通過氣缸的開啟控制每臺車風箱花的收集次序。最后加裝自動收集的PLC控制模塊，與J26型噴氣紡紗機控制程序銜接，實現自動收集，原理如圖3所示。新增的PLC控制模塊逐臺向J26型噴氣紡紗機輸出清潔指令，驅動風箱內氣缸A關閉、補風氣缸B打開。氣缸A關閉工藝風則會旁通，風箱內變為常壓。打開補風氣缸B補風進入風箱，Y1或Y2氣缸打開，在吸棉風機抽吸下，風箱花被吸至打包房。自動收集實現了兩大功能：一是用PLC控制程序替代在機臺上點動清潔按鈕這個動作；二是利用吸棉風機吸棉取代人工手掏。

圖3 自動收集形式原理圖

2.3 自動收集系統設計

自動收集系統如圖4所示。系統由吸棉風機、排塵風機、吸棉口、管路系統、纖維壓緊器及自動打包機組成。

圖4 自動收集系統圖

經管網阻力計算，吸棉選用7.5 kW的吸棉風機，排塵選用4 kW排塵風機，兩臺風機串聯運行，提供系統足夠的吸棉動力，使風箱花通過管道輸送至自動打包機進行打包。

7臺J26型噴氣紡紗機左、右兩個風箱底板分別設計直徑160 mm的吸棉口，用于軟管的連接。吸棉口的尺寸設計過大吸風量大，能耗高；吸棉口過小容易堵花，所以選擇合理的吸棉口尺寸相當關鍵。

管路系統的管道尺寸設計直徑為220 mm，依據13 m/s～14 m/s的最佳經濟流速設計。作為纖維輸送通道，流速過高，管道壓損大，能耗高；流速過低，纖維在管道內易沉降堵管道。

風箱花的處理選用02纖維壓緊器，經管網輸送來的風箱花利用纖維壓緊器實現氣纖分離，風箱花被壓緊器壓緊并落至打包機落料倉內，氣流則透過壓緊器網眼排至轉籠間過濾。

風箱花的打包采用臥式自動打包機，其打包能力每小時3包～4包，單包重量80 kg～100 kg，完全可以滿足風箱花的收集量。

3 控制策略及使用效果

3.1 控制策略

自動收集系統控制界面如圖5所示。在上位機上可實時觀察J26型噴氣紡紗機的清潔情況，并根據風箱花量調節界面上設定的時間參數。

圖5 自動收集系統控制界面

PLC控制系統與J26型噴氣紡紗機控制系統進行聯鎖，其電氣連接如圖6所示。J26型噴氣紡紗機控制電路圖上 K48、KB1、KB2、KB3全部處于閉合則代表設備處于在線生產狀態，PLC控制模塊在接收到J26型噴氣紡紗機在線信號后，控制模塊內K501線圈輸出清潔信號并反饋給J26型噴氣紡紗機，驅動J26型噴氣紡紗機內的氣缸動作，具體控制策略如下。

圖6 控制系統電氣連接圖

（1）PLC控制模塊通電，檢測1號車～7號車在線情況，針對檢測到的離線機臺直接跳過清潔工序。自檢完成后延時30 s啟動排塵風機與吸棉風機并控制總管網上的補風閥打開閥。

（2）風機運轉后，激活1號車的K501，K501再輸出清潔指令給J26型噴氣紡紗機。J26型噴氣紡紗機接收到清潔信號后，其PLC控制模塊驅動氣缸A關閉，氣缸B打開。1號車K501激活后延時5 s，打開1號車左、右風箱吸棉口處設計的Y1和Y2氣缸并關閉補風閥。K501激活后延時5 s是為了確保氣缸A、氣缸B動作已完成，風箱內已處于常壓狀態，氣缸Y1和Y2一打開，風箱花就將被吸走。

（3）氣缸Y1和Y2持續打開10 s后關閉，并再次打開補風閥，即1號車左、右兩個風箱同時清棉時間為10 s，此時間可根據實際回花量大小調節。氣缸Y1和Y2關閉后延時5 s鎖定K501，驅動氣缸A打開，氣缸B關閉，1號車工藝風旁通狀態解除，至此1號車風箱花清潔過程結束。

（4）1號車K501鎖定后延時20 s激活2號車的K501，進行清潔工作。20 s的延時是為了讓纖維壓緊器有充足的時間處理1號車的風箱花。同時，設定每臺車20 s的清潔間隔時間可有效防止風箱花連續不斷地進入纖維壓緊器，避免其瞬間負荷增高而造成堵塞。

（5）按順序完成在線機臺風箱花的清潔，每臺車吸棉過程20 s，纖維處理20 s。以7臺車均在線為例，一個清潔周期時間共計280 s，每一個清潔周期結束后延時10 min開始下一個清潔周期。

3.2 使用效果

本文設計的收集系統已應用于新疆某紡紗廠的J26型噴氣紡紗機風箱花收集的改造項目上。從使用效果來看，實現了風箱花自動收集及自動打包的功能，系統運行比較穩定，但也出現了一些故障。

一是吸棉口出現被風箱花堵塞情況。棉纖維具有抱合性，風箱內的纖維在主風機高負壓作用下，吸附在濾網上并成團狀，大體積的團狀纖維直接覆蓋吸棉口而造成堵塞。針對此情況，通過縮短機臺清潔間隔時間來控制風箱花的成團體積，保證可順利進入吸棉口，效果改善明顯。

二是吸棉風機實測電流接近額定電流15 A，長期滿載運行對電機壽命會有影響。針對此情況，在吸棉風機進口端加裝了插板閥，在不影響系統運行的前提下，通過調節插板閥來控制系統內的吸棉風量，調節后實測電流降至12 A。

4 結束語

（1）J26型噴氣紡紗機既可紡化纖，又可紡純棉，可紡品種豐富，但生產不同品種所產生的風箱花量差異很大。針對這一特點，本收集系統內氣缸Y1、氣缸Y2開啟時間以及每臺車的清潔間隔時間設計為可調，使用時根據不同品種的產花量對控制界面上的這兩個參數進行相應調節，若花量大，氣缸Y1、氣缸Y2開啟時間適當設長，機臺間隔時間適當設短；若花量小，則反向調節。

（2）纖維開松或切斷裝置的開發是系統改進的一個重要命題，若風箱花被收集前先經開松，保持松散狀態，則可避免團狀的纖維堵塞吸棉口，有利于提高收集系統運行的穩定性。

（3）高能耗是制約集中收集系統在紡織廠廣泛應用的一個重要因素。對于收集系統而言，風機是能耗大戶，本收集系統吸棉風機采用的間歇工作形式是一種節能措施，但在節能性方面若想取得進一步突破還要依靠提高風機效率，高壓頭、大風量且低能耗的新型風機研發至關重要。