國產漿紗機的技術發展歷程與展望

高衛東 姜為民 王靜安 王文聰

［1.江南大學，江蘇無錫，214122；2.江南大學（紹興）產業技術研究院，浙江紹興，312000；3.黑牡丹紡織有限公司，江蘇常州，213003］

漿紗工藝同織造技術一樣，在紡織工業中有著悠久的歷史。人們利用天然淀粉及其衍生物等作為漿料來處理經紗，經紗通過上漿提高其可織性，達到織機高速高效生產的目的。原紗、漿液和漿紗機是決定上漿后紗線性能改善程度的三大體系。

漿紗機作為織造準備機械的核心，伴隨著無梭織造技術的發展，在寬幅化、大卷裝和高速化方面不斷取得突破。梳理我國不同階段漿紗機的技術特點、發展歷程及創新內容，展望漿紗機發展的新趨勢，對于新一代漿紗機的研究與開發具有重要意義。

1 國產漿紗機的發展歷程

1.1 1491 型漿紗機

在20 世紀50 年代，國產漿紗機的機型為1491 型，其主要技術特征為［1］：經軸數量分為6個、9 個兩種配置，經軸制動采用發夾式彈簧加壓；上漿輥的工作幅寬為140 cm，最高漿紗線速度為35 m/min；為單浸雙壓上漿方式，由一根被動回轉的浸沒輥和兩根主動回轉的上漿輥組成；依靠壓漿輥自重壓漿，最大壓漿力為1.8 kN；漿紗進入烘房完全采用熱風烘燥；全機采用單獨主傳動電機，功率5.3 kW。該機型通過邊軸對上漿輥、拖引輥和織軸進行傳動，傳動鏈中只有一組鐵炮式無級變速器改變拖引輥和上漿輥之間的伸長率，織軸通過摩擦離合器傳動。

1.2 G142 型漿紗機

在20 世紀60 年代，國產漿紗機為G142 型，其主要技術特征如下［2］。經軸數量分為6 個、9個、12 個3 種配置，經軸制動采用發夾式彈簧加壓；上漿輥的工作幅寬為140 cm，最高漿紗線速度為60 m/min；依然采用單浸雙壓上漿方式和熱風烘燥模式；依靠彈簧加壓和壓漿輥自重壓漿，最大壓漿力為1.8 kN；全機配備3 臺傳動電機，全機總功率17.11 kW。正常運轉情況下，由主電機通過邊軸對引紗輥、上漿輥、拖引輥和織軸進行傳動，其中包含了無極變速器、差微變速器、摩擦盤、單向離合減速器等，以控制各區的漿紗伸長率和織軸的卷繞張力與卷繞密度。依靠變速電機的驅動控制改變無極變速器的速比，實現常規車速的無極調控；采用專門的慢速電機傳動，實現低車速運行（2 m/min）。

在G142 型漿紗機基礎上，后又發展了多種類似機型，如G146型等，將工作幅寬增加到200 cm，使用雙浸雙壓上漿方式，最高車速60 m/min，采用橡膠材料壓漿輥，運用了氣動加壓技術，最大壓力達到6 kN。

1.3 GA301 型漿紗機

在20世紀80 年代后期，GA301 型國產漿 紗機問世，主要技術參數如下［3］。經軸架可容納16個經軸，每4 個一組，上下兩層排列，經軸最大直徑為800 mm，工作幅度1 800 mm，經軸退繞張力有重錘調節和氣動自控兩種形式。每個經軸架配一個制動氣缸，通過氣缸內氣壓的變化改變對經軸的制動力矩，從而保證經軸退卷始末經紗退繞張力的恒定；上漿輥的最大工作幅寬為180 cm，最高線速度為60 m/min。采用雙漿槽、雙浸雙壓上漿方式，由兩根被動回轉的浸沒輥和兩根主動回轉的上漿輥組成上漿裝置。壓漿依靠氣動加壓，最大壓漿力為15 kN，壓漿力可隨車速變化。烘燥采用分層熱風預烘+分層烘筒預烘+合并烘筒烘燥方式，分層預烘各2 個烘筒，合并烘筒4個，烘筒數量共8 個。織軸最大卷繞直徑800 mm，最大卷繞張力5 kN。全機功率43.5 kW。主傳動采用變頻調速，最低車速2 m/min，最高車速達60 m/min。正常運轉情況下，由變頻調速電機通過邊軸對引紗輥、上漿輥、烘筒、拖引輥和織軸進行傳動。全機張力與伸長分五區控制，退繞區（經軸-引紗輥）、喂入區（引紗輥-上漿輥）、濕紗區（上漿輥-烘筒）、干紗區（烘筒-拖引輥）分別采用XPI 型無級變速器調節控制，卷繞區（拖引輥-織軸）采用R 型無級變速器來保證織軸恒功率卷繞。

在GA301 型漿紗機基礎上，后又發展了多種機型，如GA308 型，全機功率75.6 kW，經軸最大直徑1 000 mm，工作幅寬增加到2 000 mm，雙浸四壓上漿方式，烘房采用全部12 個烘筒，最高車速100 m/min，織軸最大直徑1 000 mm，最大卷繞張力6 kN。采用橡膠材料壓漿輥，氣動加壓，最大壓力40 kN。GA300X 系列及其衍生機型仍是目前應用較多的國產漿紗機類型。

1.4 XS62S 型漿紗機

XS62S 型漿紗機為近10 多年發展起來的國產漿紗機，型號S 代表主傳動為全伺服控制。主要技術特征如下［4］。經軸架一般為每4 個一組，分上下兩層排列，可容納36 個經軸。也可采用每6個一組，分上、中、下3 層排列，最多可容納42 個經軸。經軸直徑為800 mm、1 000 mm，幅寬一般為2 000 mm，最寬2 800 mm。每個經軸配一個制動氣缸，通過氣缸內氣壓的變化來改變對經軸的制動力矩，從而保證經軸退卷始末經紗退繞張力的恒定。上漿輥的工作幅寬一般為2 000 mm，最寬為2 800 mm，最高線速度可達180 m/min。采用雙漿槽配合無浸沒輥、單上漿輥的上漿方式，其中上漿輥主動回轉，帶動預壓輥同步回轉，可配備單預壓輥和雙預壓輥兩種形式。壓漿依靠氣動加壓，最大壓漿力為50 kN，壓漿力可隨車速變化。烘燥為全烘筒烘燥方式，其中分層預烘各4 個～8個烘筒，合并烘筒4 個～8 個，總共12 個～24 個烘筒烘燥。織軸最大卷繞直徑1 250 mm，最大幅寬4 000 mm，最大卷繞張力7 kN。全機功率62 kW～86 kW。該機型采用伺服電機對漿槽引紗輥、前漿槽上漿輥、前漿槽預烘烘筒、后漿槽引紗輥、后漿槽上漿輥、后漿槽預烘烘筒、合并烘筒、拖引輥和織軸進行獨立傳動控制，構成9 單元全伺服電機傳動，實現片紗張力與伸長的五區控制。

2 國產漿紗機的技術進步

2.1 適應的總經根數增加

早期的國產漿紗機所對應產品多為窄幅低密織物，總經根數3 000 根左右，而現在寬幅高密織物非常普及，漿紗機性能大幅提升，能適應的總經根數超過30 000 根，相應的經軸總數從早期的幾個發展到現在的40 多個［5］。

2.2 達到的產量水平提高

漿紗機的理論產量可以用單位時間內完成上漿的片紗面積加以衡量，可以定義為漿紗機上漿輥的工作幅寬和漿紗線速度的乘積。早期的漿紗機1491型為49 m2/min（1.4 m×35 m/min）、G142型為108 m2/min（1.8 m×60 m/min）、GA308 型為180 m2/min（1.8 m×100 m/min），如今XS62S 型已可達到400 m2/min 以上（2.8 m×150 m/min 或2.4 m×180 m/min）。產量大幅提升源自于高壓漿力、高烘燥能力和傳動系統的高速適應性。據此，可以根據漿紗機產量把國產漿紗機分為四代，分別對應于50 m2/min、100 m2/min、200 m2/min、400 m2/min 產量水平。

2.3 高壓壓漿技術

壓漿輥的壓力最早是利用壓漿輥的自重壓漿，壓漿輥只能配置在上漿輥的正上方。后發展了氣缸加壓和氣囊加壓，壓漿力提高到15 kN～50 kN 的水平。壓漿力的提高一方面提高了漿液分布的均勻性，提升了漿紗性能，另一方面也降低了漿紗中的水分，減輕了烘房的烘燥負荷，有利于提升質量、提高產量以及節約能耗。

2.4 無浸沒輥的單上漿輥上漿技術

早期的上漿裝置多采用雙上漿輥形式。雙上漿輥上漿裝置的代表形式是雙浸雙壓六輥式，其漿槽內有2 根浸沒輥、2 根上漿輥、1 根預壓漿輥、1 根壓漿輥。紗線由引紗輥引入漿槽，第一浸沒輥將紗線浸入漿液中吸漿，然后經第一對上漿輥和壓漿輥壓漿，再經第二浸沒輥和第二對上漿輥和壓漿輥再次浸漿和壓漿。雙浸雙壓六輥式上漿裝置由于壓漿點均在上漿輥頂部，在低速時壓漿點的漿液量偏少，有可能出現“輕漿”。為克服這一缺陷，將雙浸雙壓六輥式改良為雙浸雙壓五輥式，取消了第二浸沒輥，將第二壓漿輥改變為側壓，紗線出第一壓漿輥壓點后沿第二上漿輥進入漿液內，再進入上漿輥與壓漿輥壓點后以垂直方式出漿槽，完成第二次浸壓［6］。五輥式保證了第二壓漿點的漿液量，避免慢速時出現“輕漿”。

無論是五輥式還是六輥式，由于采用浸沒輥設計，浸沒輥軸端支承浸沒在漿液中，一方面其回轉受到較大的漿液阻力作用，另一方面采用由紗線帶動的被動回轉形式，導致在加速和減速時，因慣性和阻力作用，浸沒輥與紗線易形成較大速差而產生摩擦作用，對片紗張力與伸長狀態產生不利影響。具體而言，雙上漿輥設計會在以下方面存在缺點：輥子數量多使得漿槽容積較大，漿液保溫蒸汽消耗多，并且會給工人操作帶來不便；各上漿輥直徑的一致性和安裝的平行度要求高，方能保證紗線平穩運行；兩根上漿輥由鏈條傳動，在加速、減速時存在不同步現象，并且兩根上漿輥之間的紗段為無依托的自由紗段，導致紗線張力與伸長的不受控，且易發生移位并合，這是造成干分區斷頭和撞筘的重要因素，漿紗車速越高，斷頭和撞筘也越多。

從基本的設計思路來看，由于單次浸壓作用難以保障紗線對漿液的充分吸收，早期上漿裝置采用了雙上漿輥的配置形式，這就造成了系統獨立運行部件多、結構緊湊性差，繼而導致前述各項問題。對此，近年來國產新型漿紗機摒棄了浸沒輥，采用單根上漿輥配合預壓輥或噴淋裝置對傳統上漿形式進行改進，在確保紗線得到充分浸壓作用的同時減少獨立部件，提高結構緊湊性。這種單上漿輥的配置具體又分為單預壓輥和雙預壓輥兩種形式。單預壓輥單上漿輥上漿裝置如圖1所示［7］。雙預壓輥單上漿輥上漿裝置如圖2所示。

圖1 單預壓輥單上漿輥上漿裝置

圖2 雙預壓輥單上漿輥上漿裝置

對于單預壓輥單上漿輥上漿裝置，紗線由經軸退繞后進入漿槽，首先包圍在預壓輥表面，預壓輥下部浸在漿液中，借助于其帶漿作用，與上漿輥之間形成漿液池，實現對經紗的第一次浸漿和壓漿。隨后包圍到上漿輥上的經紗隨上漿輥下部浸入到漿液中，然后到達壓漿輥的壓點，完成對經紗的第二次浸漿和壓漿。

對于雙預壓輥單上漿輥上漿裝置，紗線由經軸退繞后進入漿槽，首先包圍在上預壓輥表面，上預壓輥借助于噴淋管的噴漿，與上漿輥之間形成漿液池，實現對經紗的第一次浸漿和壓漿。下預壓輥下部浸入主漿槽的漿液中，通過帶漿方式與上漿輥之間形成另一個漿液池，實現對包圍在上漿輥上的經紗第二次浸漿和壓漿。壓漿輥下部浸入主漿槽的漿液中，將漿液帶入其與上漿輥之間，實現對經紗的第三次浸漿和壓漿。預壓輥為橡膠輥，預壓輥的壓力小于壓漿輥，且不隨車速變化。上漿輥表面可以是不銹鋼，也可以是橡膠材料。從生產經驗來看，采用橡膠材料對貼伏毛羽更為有利。

2.5 全烘筒烘燥技術

漿紗機的烘燥最早是采用熱風式，因其烘燥效率低下，大大限制了車速的提高。隨后采用熱風-烘筒聯合烘燥，在烘燥的最后階段，漿紗基本烘干才與烘筒接觸，避免出現漿紗黏烘筒現象。直到聚四氟乙烯防黏材料的應用，預烘烘筒涂覆聚四氟乙烯，解決了漿紗黏烘筒問題，烘筒烘燥完全取代了熱風烘燥。

2.6 漿紗機主傳動數控技術

漿紗機的主傳動是一個多單元系統，早期的漿紗機上，主電機傳動采用鐵炮無極變速器、差微變速器、摩擦盤、單向離合減速器等，實現對各單元的速度微調，以控制各區的漿紗伸長率、織軸的卷繞張力和卷繞密度。后改進為用兩個變頻控制電機分別驅動織軸卷繞和其他單元。現在對主傳動的所有單元都采用變頻電機或伺服電機驅動。

在全伺服電機驅動的雙漿槽漿紗機上，漿紗機的傳動系統中，變頻器驅動正在被伺服驅動器所取代，這代表漿紗機正在走向高端。伺服驅動器一般具有3 倍過載能力，可滿足慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩要求，這是變頻器所不及的；伺服系統借助于電機軸后端的旋轉編碼器，使得控制精度遠遠高于變頻系統。顯然，伺服系統的上述特性在漿紗伸長率控制方面具有顯著優勢，通常以拖引輥的速度為基準，設定烘筒與拖引輥、上漿輥與烘筒、引紗輥與上漿輥之間的速比系數，達到精確控制漿紗伸長率，保持漿紗彈性的目的。

2.7 氣動退繞張力技術

經軸退繞區為經紗伸長第一控制區，各經軸間的經紗退繞張力要均勻一致，以保證整片經紗伸長恒定和均勻。在漿紗過程中，一方面經軸卷裝半徑不斷減小，經紗張力矩下降，另一方面經軸質量也在不斷減小，經軸軸承座摩擦產生的經軸回轉阻力矩也隨之減小，因此若不加以控制，隨著經軸的退繞，經紗張力將無法保持恒定。為了能夠按照漿紗工藝要求對經紗張力進行調節，在早期的漿紗機上通過重錘或彈簧夾附加力矩裝置，向經軸管附加一個摩擦制動力矩，使得上機經紗張力符合工藝要求，并在漿紗過程中，通過人工對附加制動力矩進行微調，以減小各個經軸的經紗退繞張力差異。

目前漿紗機上普遍摒棄了重錘或彈簧夾附加力矩裝置，改進為氣缸制動（帶摩擦裝置），可通過設定摩擦制動氣缸的供氣壓力進行調整，以達到工藝規定的經紗張力，并在漿紗過程中，根據片紗張力的檢測結果，自動調節氣缸供氣壓力，從而保持整個片紗的張力恒定。

3 未來漿紗技術展望

3.1 單經軸退繞張力控制技術

經軸退繞張力的穩定一致與否是影響漿紗質量的重要因素之一。目前國內外最先進的漿紗機機型已經能夠實現經軸退繞張力的閉環控制。具體而言，該技術通過檢測并合后整片經紗的張力，對所有經軸摩擦制動力進行集體調控，能夠有效保證片紗總張力的恒定。受限于張力傳感與控制裝置的成本與安裝空間，目前尚未實現對于每個經軸退繞張力的獨立控制。但是由于整經生產、制動機構、傳動部件等方面差異的存在，每一個經軸的張力狀態必然存在差異。而目前的控制方法無法對每個經軸的退繞張力進行單獨控制，必然導致片紗張力不勻的存在。

因此，今后漿紗機對經軸退繞張力的控制將進一步細化到每個經軸退繞張力的一致性，即通過檢測每個經軸的回轉狀態和經紗張力狀態，單獨調節每個經軸制動氣缸的壓力，保持每個經軸的經紗張力處于工藝設定水平，消除經軸間的經紗張力差異，進一步改善織機上經紗張力的一致性［8］。

3.2 多因素智能修正回潮率精準測量技術

漿紗回潮率是指漿紗中水分的質量對漿紗干燥質量的百分比，用來衡量漿紗中含有水分的多少，反映漿紗的烘干程度，是漿紗的關鍵指標之一。過高的漿紗回潮率會導致漿紗易發生黏連現象，過低的漿紗回潮率會導致落漿落物增多，兩者均會降低漿紗的性能，影響織造效率與布面質量。

目前基于在線檢測的漿紗回潮率自動控制已在現代漿紗技術的發展中得到廣泛重視。在國內外的先進機型中，已經出現基于實時檢測的片紗回潮率自動控制技術。這類技術普遍采用兩個導電壓輥夾持離開烘房后的片紗，實時測定壓輥間片紗的電阻，并通過紗線電阻與回潮率間的關系模型估計片紗回潮率；繼而以設定的回潮率為控制目標，實時調控漿紗車速，從而實現漿紗回潮率的穩定精準控制。然而，電阻率會受到紗線纖維的種類及混紡比、漿料組分和上漿率的變化、經紗紗號和織物密度的影響，目前尚未實現漿紗機回潮率在線的精準測量，因而需要開發智能化的校準模型，以精準推算出漿紗回潮率，達到以穩定回潮率為目標的車速智能控制。

3.3 漿紗毛羽貼伏量在線檢測技術

紗線的毛羽是指從紗線主體表面伸出的纖維，毛羽量是紗線性能的重要指標之一。通常將長度超過3 mm 的毛羽稱為有害毛羽，過多的有害毛羽將導致織造過程中開口不清，影響織造效率。漿紗工序的重要作用之一，就是通過上漿作用將紗線表面的毛羽貼伏在紗線表面，提高經紗的可織性。因而漿紗毛羽的貼伏量是衡量漿紗效果的重要指標。由于目前國內外各類漿紗機機型上均未配備有效的紗線毛羽定量檢測裝置，上漿后紗線的毛羽貼伏量仍主要依靠技術人員的主觀評判，或采用離線式的毛羽儀進行定量測試。這樣的檢測模式面臨著結果可靠性與實時性方面的不足，因此發展出了基于計算機視覺的漿紗毛羽貼伏量在線檢測技術［9］。這類方法采用安裝在漿紗機上的圖像采集裝置，結合特定的圖像分析算法，對原紗與上漿后紗線的毛羽量進行實時檢測，從而實現漿紗機毛羽貼伏量的在線檢測，為漿紗生產提供客觀可靠的指導性指標。

3.4 漿紗斷頭撞筘在線監測技術

在漿紗生產過程中，紗線斷頭的發生是不可避免的。在紗線發生斷頭后，斷裂的紗線隨相鄰紗線繼續向機頭方向運動，在伸縮筘處產生撞筘擁紗現象。通常，生產單位需安排人工巡回檢查，以及時發現撞筘的形成，對斷頭進行處理。但是人工巡檢的勞動強度較大，一旦巡檢人員未能及時發現撞筘，就會導致較長片段缺經，不利于后續織造的開展。因此，漿紗生產對自動化的撞筘在線監測技術提出了廣泛的需求。目前，采用計算機視覺技術對漿紗機進行撞筘在線監測已成為一種可能的解決方案［10］。這類方法采用圖像采集裝置與特定的識別檢測算法，實時監測撞筘的發生并第一時間通知相關人員對斷紗進行處理，能夠有效替代人工巡檢的高強度勞動，同時保障漿紗生產的質量穩定。

3.5 基于壓漿力智能控制的上漿率恒定技術

早期的壓漿輥壓力是不隨車速變化的，漿紗過程中隨著車速下降，漿紗的濕加重率下降，上漿率也隨之降低，導致漿紗可織性能下降。目前國內外最先進的漿紗機機型設置了速度-壓漿力調節功能，隨著車速下降，壓漿力也隨之按線性規律下降，使得漿紗濕加重率基本保持不變。具體原理是在設置的第一速度以下，壓漿力保持低壓（上機時設置），在第二速度時壓漿力為高壓（最大值為50 kN），在第一速度和第二速度（設置的最高速度）之間，壓漿力從低壓線性增加到高壓。然而，由于漿液性能和經紗參數差異，使得壓漿力一般不與壓出加重率呈線性關系，因此這種控制模式難以保證上漿率的恒定。因此，在特定的上漿裝置條件下，要對不同漿液組分、漿液濃度，不同的經紗材料、號數和根數，建立車速-壓漿力控制模型，在上機時輸入漿液參數和經紗參數，系統自動生成車速-壓漿氣壓曲線，實現不同車速下的上漿率恒定控制。

4 結束語

（1）國產第一代至第四代漿紗機的技術進步主要體現在以下方面：經軸退繞張力的氣動制動控制技術；無浸沒輥的單上漿輥上漿技術；中固式壓漿輥氣囊高壓壓漿技術；預烘和合并烘相結合的全烘筒烘燥技術；多單元全伺服驅動控制技術。這些技術的應用，使國產新型漿紗機實現了寬幅、高速、高產、優質的發展目標。

（2）國產漿紗機未來在以下方面可以進一步取得技術優勢：單個經軸張力退繞控制技術；基于多因素智能修正測量的回潮率精準控制技術；漿紗毛羽貼伏量在線檢測技術；漿紗斷頭撞筘在線監測技術；基于壓漿力智能控制的上漿率恒定技術。這些技術的突破將引領漿紗機技術的發展，促進漿紗質量的進一步提高。