FA506型細紗機集體落紗改造關鍵技術分析

吳叢俊 卞克玉

（1.常州天虹紡織有限公司，江蘇常州，213166；2.常州紡織服裝職業技術學院，江蘇常州，213164）

細紗工序是紡紗最重要的工序，細紗機生產效率直接決定紡紗產量，從而影響經濟效益。傳統細紗機落紗用工普遍較多，國內大部分紗錠仍然采用人工落紗，不但用工多、強度大，而且人工落紗對紗線質量也有一定的影響。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約成本，采用集體落紗（以下簡稱集落）就是實現細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紗機進行了集落改造，效果明顯，改造方案介紹如下。

1 細紗短車集落控制系統

集落是一項非常復雜的系統，涵蓋機、電、氣等多項技術，要能自動實現“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械部分和控制部分，機械部分主要包括升降抓取機構、空管喂管機構、滿管輸送機構、導紗板翻轉機構等幾大部分［1?2］；控制系統主要包括主機變頻速度控制、鋼領板升降控制、集落控制等；集落裝置要能實現觸摸屏參數設置、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統一起來。目前有兩種控制改造方式，一種是兩個控制系統各自獨立，即分體式；另一種是兩個控制系統合二為一集成到一起，即一體式。前者改造技術難度小，但存在參數不匹配導致的通訊故障，從而造成落紗故障或留頭率偏低；后者程序調試復雜，難度較大。綜合考慮，我公司采用后者，通過PLC控制中心實施升降伺服控制、變頻主電機集中控制，類似于現有的細紗長車落紗控制方式，效果較好。

2 細紗短車集落改造要點

2.1 錠子改造

傳統細紗機采用的是光桿錠子，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20 000 r/min左右的高速，同時鋁套管錠子功耗低，運轉平穩，噪聲小。我公司經過綜合比較，最終選用YND4000系列錠子，該系列錠子專門用于集落改造，依據細紗機斷面尺寸及集落裝置運行空間位置要求進行了優化設計，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 氣架升降控制機構

氣架升降機構是集落的核心裝置，集落通過機械臂將機械手提升，然后驅動抓管器抓取滿管或空管。因升降機構需要在同一直線上運動，因而幾乎所有的集落裝置都采用人字臂機構［3］，由人字臂結構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，可以在系統內設定好氣架運行的若干個位置參數。另外，傳統抓管機構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外擺動作，而我公司的設計取消了寄存位置，采用鋼帶凸盤式輸送機構，空滿管交換時凸盤移動錯開1個錠位實現交換。這種設計可減少2次重復擺動動作，有效減少了落紗時間。

升降機構運動規律：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；鋼領板下降到最低，主機停止，葉子板抬起；升降臂內擺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，葉子板翻轉復位，（下降過程中）滿管輸送；升降臂內擺15°復位，鋼領板上升開始紡紗。

由于短車細紗機鋼領板上方的空間不足，影響抓管器對紗管的抓取，因而需要對細紗機高度進行調整。一般有兩種調整方法：一種是降低鋼領板高度騰出空間；另一種是整體抬高細紗機高度。結合細紗車間現場條件，我公司通過在細紗機底部增加橡膠墊塊將細紗機整體抬高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，控制不當易影響紗線質量；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，凹槽內有刀片結構。當落紗鋼領板降落時，紗線進入凹槽，由于錠子的轉速產生拉力作用，凹槽中的刀片將紗線割斷。傳統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，這就需要調整落紗時鋼領板下降速度、錠子速度、鋼領板下降的最低位置。經過優化，我公司調整了鋼領板下降的最低位置，即鋼領平面低于割紗器2 mm～3 mm，另外優化了回絲繞在錠子收集區的繞圈數，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。同時調整了鋼領板下降落紗時包身紗圈數（約在1.5圈左右），錠速5 000 r/min～7 000 r/min左右。包身紗和錠速的調整還要根據實際生產的品種決定。

2.5 鋼領板與葉子板控制

采用集落時，鋼領板在落紗和開車動作中要能自適應調節，因為這會影響錠腳回絲率及留頭率。在落紗動作和開車動作觸發時，都要能夠根據紡紗品種、紡紗張力等參數合理調節鋼領板速度，通過變頻電機靈活控制鋼領板升降速度和高低位置［5?6］。

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

2.6 程序控制部分優化

控制系統主要通過PLC對全機進行控制。主軸電機采用變頻電機控制，能靈活調節錠速；落紗部分采用伺服電機，精準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，采用伺服驅動器控制。觸摸屏作為人機交互界面，既可以接受用戶輸入，也可以實時顯示各種參數，比如細紗成形、羅拉轉速、線速度、錠速、鋼領板升降速度、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，避免出現故障后損壞機器。

改造后的系統可以實現中途停車、中途落紗、緊急情況關車等功能；中途停車按下時機器會進行自適應停車；中途落紗時，鋼領板會自動下降到落紗位置，全機停止，吹吸風裝置自動停在車尾。系統還具有完善的分級權限控制，一級密碼開放全部權限，二級密碼開放工藝員級權限，三級密碼開放維修工級權限。

2.7 滿管空管回收系統

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，鋼帶運轉平穩，傳動精確，送紗速度較快。落紗結束后，鋼帶帶動滿管自動輸出，在軌道末端，軌道兩側一邊高一邊低，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紗小車里。空管輸送同樣也通過垂直輸送帶運輸，空管上升過程中經過定位裝置，依靠重力作用保證空管大頭朝下，再經過計數裝置后輸送到各個錠位。計數裝置以全機臺錠數為依據，確保空管數量準確。

3 改造效果分析

3.1 設備運行

集落改造后經過一段時間內的試運行，我們發現集落系統運行可靠，能夠實現自動落紗、自動輸送滿管、自動投放空管；動作準確，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，不再需要傳統落紗人員與理管工，僅需增加1名輔助工進行補管，同時及時清理空管紗線，定期對傳動部分的積花進行清理。

3.2 設備清潔與保養

與集落改造前相比，減少了保養任務，如錠子加油從2個月變為3個月，但對集落裝置額外增加了保養維護工作。需要加強集落操作的培訓；設備維護人員要定期觀察和調校兩邊氣架高低以及落紗過程中抓管器中心是否對準錠尖；定期檢查落紗過程中各動作是否到位；要經常性對光電裝置進行檢查、調試，避免光電裝置失靈。

3.3 設備操作注意點

落紗操作要更加細致，發現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導致插管不到位。紗線接頭時要用剎錠器，避免錠子與紗管磨損。當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注落紗狀態，在黃燈閃爍準備落紗時要及時巡視機臺，確保葉子板上無工具，無雜物；落紗過程中關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。

集落改造運行3個月內出現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位就可以繼續運行。

3.4 經濟效益分析

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，合計可節約人工8人，以每個人每月0.8萬元計，年可節約工資約76.8萬元。

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

根據集落總投資及年節約人工費，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用。另外，上述成本計算中是以新購鋁套管錠子為例進行計算的，實際上如果采取分步改造的方式，邊改造邊優化，改造機臺的錠子還可以用于舊機臺配件的周轉，就可進一步節約成本。如新錠子48元/個，老式錠子37元/個，實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 集落應用建議

（1）考慮到配件循環利用，5萬錠及以上規模企業不建議一次性進行集落改造，因為大批量更換下來的機配件和紗管無法繼續使用，只能當廢品處理，浪費巨大。

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

（3）集落對一些特殊品種翻改的適應性并不是太好，有時多機臺集中落紗會造成擋車工來不及接頭。此時需要進一步優化全車間落紗參數，或在車間多預備人工來處理一些意外問題。當然，集落斷頭大多也可以通過安裝單錠監測裝置來解決。

5 結語

短車集落改造是近年來紡紗企業細紗機改造的一個重點方向，尤其是國內短車存量市場大，不管對于紡紗企業而言還是紡機生產廠家都是技術提升改造的良好機遇。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。在實際改造過程中要結合企業實際情況，盡可能分步驟改造，可不斷積累經驗；紡紗企業要與紡機改造企業共同研討改造方案，充分應用智能化控制技術的成果，優選配件，優化控制系統；進一步加強設備保養、落紗操作培訓等工作，最終實現減員增效的目的。