转杯纺纱机清纱系统的改进设计及实践

刘　红　王　强　宋雅露

文章在分析了转杯纺纱机清纱系统的功能需求之后，对系统的检测部分进行了改进设计，提出了基于RS–485总线结构的带智能接口的清纱系统的实现思路和解决方案，并对改进后的清纱系统进行了纺纱对比实验，效果较理想。

After analyzing the functional requirement of yarn clearer system of rotor spinning machinery and improving the design of measuring part, the article put forwards the implementation idea and solution of the yarn clearer system with intelligent interface based on RS-485, and made a comparative experiment of spinning with the modified system.

在纺织生产中，疵点和不匀是经常发生的，即使是使用最好的纺纱原料、最新的纺纱设备以及最优的纺纱工艺，纱疵和不匀也不可避免。使用先进的清纱设备能有效提高纱线质量，但大多数国产转杯纺纱设备使用的清纱器是从络筒机清纱器改进而来，效果不是十分理想。研制适合国产转杯纺纱机的电子清纱系统变得越来越迫切。

1转杯纺纱机对清纱系统的要求

（1）转杯纱的纱疵一般由短粗节、长粗节、长细节、木纹纱疵、扁平纱等构成，必须清除。其中，前 4 种纱疵都可以利用普通的清纱器切除，而扁平纱的切除则需要采用新的设计思路来完成。

（2）转杯纺纱机生产出的纱线成品是筒子纱，异纤的存在将直接影响后面的染色，因此，纱线生产企业对转杯纺纱机清纱系统提出了异纤检出的要求。

（3）转杯纺纱机的喂给、分梳、转杯和卷绕速度会随着纺纱工艺的要求发生变化，所以清纱系统的检测参数最好能根据速度进行自动调整，以防止误切和满足低速运行的清疵要求。

（4）清纱系统最好能形成网络，以便将各类有害纱疵的统计结果迅速反馈给车间，协助工艺人员选择合理工艺参数，减少有害纱疵的产生。

2转杯纺纱机清纱系统的改进措施

由于纺纱车间环境的温度和湿度会发生变化，而转杯纺纱机成品筒子纱的毛羽少，捻度变化小，采用光电式清纱器比较合适。因此，在设计中针对光电式清纱器进行改进。

2.1清纱系统检测头的改进

2.1.1增加双光源，实现扁平纱的检测

常用的光电式清纱器采用单光源检测，由于单光源只能对纱线一个方向的粗细变化进行检测，从而出现扁平纱。本设计改为采用双光源配置的检测头，采用X、Y两个方向的红外光源对纱线两个方向的粗细变化进行检测，从而解决因扁平纱疵和捻度变化带来的检测误差。

2.1.2增加摩擦传感器，进行异纤检测

本设计采用摩擦电效应方式鉴别丙纶等异纤。当带有异纤的纱线穿过传感电极时，介电系数较高的棉纤维带正电荷，介电系数较低的丙纶带负电荷，较大的电位差将生成摩擦电流，通过设置电流大小来判别异纤的存在。

2.1.3清纱系统检测部分电路改进

改进的红外光电式清纱系统检测部分电路原理框图如图 1 所示。

当纱线通过相对封闭的光电检测槽时，槽的X轴和Y轴两个方向由红外线发光管形成双向光源，纱线上任一方向出现纱疵时，接收器的受光面积发生变化，其输出光电流随之变化，变化幅值与纱疵的直径变化成正比；纱疵越长，光电流变化的维持时间越长。光电接收器输出的电流信号经放大及调理后，形成与纱疵形状对应的电压信号，两个方向的电压信号经过比较筛选电路取出最大值送入鉴别电路。同时，当纱线穿过传感器的电极板槽时，丙纶等异纤和棉纤维发生摩擦形成摩擦电流，该电流经放大也送入鉴别电路。两种电信号与清纱单元设定的清纱参数进行比较，在清纱范围内，则通过驱动电路驱动给棉电磁铁动作，停止喂棉，完成对纱疵的清除功能。

2.2清纱系统控制结构的改进

2.2.1根据工艺特性自动调整清纱参数

一般的电子清纱器主要功能是对设定的有害纱疵进行检测并切除，以保证成纱质量。本设计中清纱系统除了可以手动设定清纱参数外，还增加了自动调整清纱参数功能。通过检测卷绕线速度，将清纱参数传回主控PC，从而自动进行参数计算、校验和设置，以减少误切。

2.2.2增加网络接口，实现纱线统计和定长功能

本设计中，将纱疵信号回传给主控PC，经过计算机数据处理，将每一锭、每一工作组、整台车的纱线质量信息在显示屏上显示出来，以便及时有效地找出各类有害纱疵的成因，协助工艺人员选择合理工艺参数。利用每个清纱单元的计算功能，可以实现单锭的定长控制。同时，通过现场总线，还可以将整个车间的纱线质量信息进行分类统计，从而帮助相关人员找出减少纱疵的有效办法，变被动切除为主动修复，使成纱质量得到大幅度提高。

2.2.3清纱系统结构（图 2）设计

RS – 485总线具有硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点，同时它具有噪声抑制能力、数据传输速率高和长距离通信能力，十分适合转杯纺纱机清纱系统采用。在转杯纺纱机清纱系统中，一台主控PC一般需带 120 锭乃至 200锭的检测头，即有 120 ～ 200 个节点构成的网络。在网络构建中，从系统的稳定性、负载能力和扩充能力角度考虑，将RS – 485接口扩展为 4 个，分别独立驱动 4 组清纱单元，每个清纱单元带 30 个检测头（可以扩展），从而在硬件上将一个复杂的网络结构分解为 4 个同等的简单总线型网络结构。

从图 2 中看出，整个清纱系统主控PC采用工控机（称主机），通过IR – 1305A形成基于RS – 485物理协议的现场总线，IR – 1305A的 4 个扩展RS – 485接口分别接 4 个清纱单元（称从机）。从机核心为Intel 87C51单片机，利用8251芯片和主机通信，每个从机控制 30 个清纱检查头，采取主从应答方式与主机进行通信，接受主机发出的各种命令和参数，同时以中断方式接受从检查头传回的清纱数据，回传给主机进行计算和统计显示。利用IR – 1305A提供的RS232接口可以实现主机和PC之间的互联，从而完成整个转杯纺纱机车间的所有清纱系统的连接，便于对纱线质量的总体监测和控制。另外，通过将卷绕速度回传给主机，从而实现清纱参数的自动计算和调整，将调整结果通过从机传递给监测头，以减少误切。

在总线硬件的具体设计上，针对清纱系统作一些特别说明：第一，总线匹配问题，比较适合清纱系统采用的匹配方案是RC匹配，可以减小系统功耗；第二，考虑总线隔离，RS – 485总线二线制接口A、B两根线与总线之间各串一只 120 Ω的电阻；第三，正确接地，采用带隔离的RS – 485芯片。

3改进后的清纱系统工艺实践

改进后的清纱系统与国产清纱器的性能比较如表 1。

从表 1 中可以看出，改进后的清纱系统增加了异纤和扁平纱的检测，检测纤维范围广，检测参数可以随工艺自动调整，具有统计和显示功能，并可根据需要扩充打印输出功能。

使用本系统在FA601A转杯纺纱机上进行纺纱实验，以纺 C 19.5 tex转杯针织纱为例，清纱参数设置为棉结 270% × 1.0 cm，短粗节 160% × 3.6 cm，长粗节 40% × 50 cm，长细节 －40% × 50 cm。经与QS – 5清纱器对比实验，结果如 表 2。

从实验结果看，改进后的清纱系统筒子纱重量偏差减小，能检测出成纱中的异纤和扁平纱，纱疵的误切率低，基本实现统计功能。

4结语

改进后的清纱系统既可以切除已经产生的纱疵，又可以对纺纱生产过程实施监控，达到减少纱疵产生、提高成纱质量的目的。而且，后道工序生产效率和织物质量也随之提高，为企业增加了经济效益。

参考文献

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