条并卷机带式卷绕系统的研究与应用

张立彬 任家智 贾国欣

(1. 江苏凯宫机械股份有限公司,江苏苏州，215300；2.中原工学院，河南郑州，450007；3.河南工程学院，河南郑州，450007)

精梳作为生产高档纱线的重要工序备受关注，相关的研究也很多。作为精梳准备的条并卷机其工作效率、小卷质量等对决定精梳的梳理效果具有重要的作用。长期以来条并卷机采用成卷罗拉托持卷绕的系统生产小卷，随着对纱线品质和精梳机生产效率要求的提高，这种方式已无法满足需要[1]。本文在传统条并卷机卷绕理论基础上，研究采用新型带式卷绕系统，并对两种卷绕系统进行生产实践，实现卷绕效率和质量的提高。

1 传统卷绕系统存在的问题

传统以E32型为代表系列条并卷机，卷绕由两个直径为700 mm、质量约150 kg的铸造件成卷罗拉完成，即便近几年来部分机型设计采用焊接结构件取代铸件，其质量仍在100 kg左右，如图1所示；纤维层在两个同向回转的成卷罗拉的摩擦力带动下卷绕在筒管上，形成20 kg～25 kg的精梳小卷[2-3]。伴随机构设计理念的进步和对成纱品质要求的不断提高，其不足之处也日益凸显，具体如下。

(1)生产效率低。成卷部件质量和体积大，限制了成卷速度的提高，其卷绕速度最高为120 m/min，而企业生产速度多为100 m/min。

(2)能耗需求高。小卷定长一般为300 m，约3 min生成一个小卷，然后落卷、上管、生头、卷绕重新开始。落卷时主电机停转，落卷完毕后重新启动，短时间内2个分别重达150 kg的成卷罗拉速度由120 m/min降至0，然后再加速到120 m/min。笨重的成卷罗拉频繁的启动、停止，会耗费大量的功率且对零部件强度和精度要求极高，造成大量能源需求。

(3)指标差。卷绕过程中成卷罗拉与小卷间为线接触，接触面积小，压强大，容易造成纤维层结构的破坏，易受力不均，产生黏卷、毛卷等现象，影响最终的棉层质量及重量不匀率[4]。

图1 传统条并卷联合机成卷机构

2 带式卷绕系统的研究内容

2.1 工作原理

针对上述传统成卷系统的缺陷，借鉴缠绕卷曲原理研究开发带式卷绕系统，工作原理如图2所示。

图2 带式卷绕系统工作原理示意图

环状带套装在分布于小卷圆周范围内的罗拉上并被张紧，在罗拉的摩擦力带动下平带做旋转运动，再带动位于系统中心的筒管或小卷转动。经过紧压罗拉压实的纤维层，通过带与筒管之间摩擦力的带动卷绕在筒管上[5-6]。为了获得平整、均匀的小卷侧面，在筒管的两侧面装有轴心位置固定的旋转夹盘。夹盘与筒管旋转中心同时对卷绕中的小卷两侧面有挤压作用，卷绕中平带在成卷夹盘之间稳定运行，使得小卷侧面平整、光洁。

2.2 带式卷绕调节装置的应用

带式柔性卷绕过程中，因平带高速运行，易出现跑偏的现象，将纤维层边缘挤入成卷夹盘与平带之间的间隙中，形成破边，严重时影响小卷的成卷质量，甚至造成无法正常生产。为解决上述问题，开发了条并卷机带式卷绕的调节装置，对高速运动平带的跑偏进行及时调整，保证系统的正常运行及生产质量[7]。

平带卷绕装置的机构由罗拉组合件A、B、C、检测端、位置调节驱动和控制系统组成，原理如图3和图4所示；平带在罗拉组合件A和C之间被设置在其中的罗拉组合件B呈S形隔开，罗拉组合件B一端与设备主架交接连接，另一端可以做上下摆动，起到调整平带两端张力的作用。在小卷卷绕过程中设置于平带端部的CCD传感器时时检查平带边缘位置，该信号及时传送到PLC控制中心，PLC根据要求判断并发送运动指令给控制电机，实现闭环控制。根据平带总是朝向张力大的位置移动原理，时时控制卷绕平带的移动方向。调整后再检测，检测后再调整，保证运行中平带平稳。机构简洁，准确快捷，维修方便，保证了卷绕平带的平稳运行，减少了不正常停车的情况和跑偏对平带造成的损坏，提高了设备的运行可靠性。

图3 平带卷绕的调节装置

图4 平带卷绕调节原理示意图

2.3 平带张力在线控制

卷绕过程中平带的张力需满足稳定运行和小卷压力需求两方面条件。平带成卷时，筒管的中心位置不变，小卷被平带包覆一定的表面，靠着平带的张力，对其包覆面施压。随着纤维卷直径增大，张力补偿罗拉C向上摆动补偿小卷包围弧的增长，如图5所示[8-9]；控制罗拉C的运动位移规律，即可调整平带的张紧状态，调整小卷的加压情况，而罗拉C的运动规律通过杠杆机构由气缸力与平带力共同决定。

图5 卷绕张力控制示意图

纤维卷成形和精梳条的质量密切相关，而成形的好坏由卷绕中的压力决定，在卷绕过程中，从小卷到满卷纤维卷密度应尽量保持一致，通过PLC和比例阀控制气缸压力，使之按照小卷压力需要进行运动，使纤维卷在整个工作过程中不黏连，不松动，重量不匀率低。

2.4 带式卷绕的优势分析

(1)带式卷绕系统取消了笨重的成卷罗拉、升降臂等机构，结构简洁，减轻了机器的功率损耗。

(2)卷绕速度可得到提高，系统运动惯量降低，为高速运行提供了基础条件。

(3)增强了卷绕过程中对小卷的控制，大角度柔性包覆式卷绕，棉层与棉层间受到更加均匀的压力，避免黏卷现象。

(4)可有效改善小卷的重量不匀率。

3 实例应用与分析

将上述研究内容应用于JSFA3180型条并卷机，并在同等条件下与采用传统卷绕系统的JSFA360型条并卷机对比测试指标及分析。

3.1 试验条件

测试最终成纱为JC 14.6 tex纱，精梳准备工艺如下：原料为新疆细绒棉，预并数6根，预并牵伸倍数5.8倍，喂入定量20.5 g/5 m,并合数26根,牵伸倍数1.46倍,棉卷定量73 g/m。

3.2 小卷重量不匀率对比

在速度同样为120 m/min的情况下测试两种机型，并对带式卷绕180 m/min～220 m/min高速运行指标进行测试，结果如表1所示。

表1速度与小卷质量对比表

型号成卷速度/m·min-1重量CV/%JSFA360JSFA3180JSFA3180JSFA3180JSFA31801201201802002200.950.320.500.330.17

由测试结果可知：在120 m/min速度条件下，JSFA360型条并卷机小卷重量不匀率为0.95%，刚刚满足<1%的生产标准要求，JSFA3180型条并卷机的小卷重量不匀率为0.32%，降低较明显；带式卷绕的JSFA3180型条并卷机在成卷速度提高到180 m/min～220 m/min时，小卷重量不匀率均在0.5%以内，满足生产要求，相比之下速度和指标均得到有效提高。

3.3 小卷成形对比

在正常生产速度条件下，随机抽取小卷对圆周表面、退绕面及端面进行对比，如图6、图7和图8所示；抽样速度为JSFA360型条并卷机(以下简称传统机)120 m/min、JSFA3180型条并卷机(以下简称新机)180 m/min。

(a) 传统机圆周表面

图6 小卷圆周表面对比图

(a) 传统机退绕面

图7 小卷退绕面对比图

(a) 传统机端面

图8 小卷成形端面对比图

由带式与传统卷绕系统对比知：带式卷绕系统的圆周表面更平整，条痕轻，棉条分布均匀性好；退绕面及棉层表面一致性好，小卷层次清晰，无黏卷、毛卷现象；小卷内部棉层分布均匀，纤维平行度好，退绕时无个别棉条扭曲现象；端面平整性略差些。分析认为120 m/min低速运行和机械式成卷罗拉对棉层端面的控制更好些。

4 结论

(1)带式卷绕系统取消了笨重的成卷罗拉、升降臂，结构简洁，减轻了机器的功率能耗，将生产速度由100 m/min提高到200 m/min，效率提高1倍以上。

(2)带式卷绕系统增强了卷绕过程中对小卷棉层的控制，大角度柔性包覆式卷绕，棉层间压力均匀；120 m/min的同等条件下，较传统机型重量不匀率改善0.63个百分点，降低66.3%，成卷速度在180 m/min～220 m/min时，重量不匀率均在0.5%以内，满足生产要求，速度和指标均得到有效提高。

(3)带式卷绕小卷圆周表面平整，条痕及棉层均匀性好；退绕面及棉层表面更为平整，层次清晰、无黏卷现象，避免了退绕时出现个别棉条扭曲的现象，纤维平行度好。不足之处为较低速运行的传统条并卷机小卷端面略差。