FA506型细纱机集体落纱改造关键技术分析

吴丛俊 卞克玉

（1.常州天虹纺织有限公司，江苏常州，213166；2.常州纺织服装职业技术学院，江苏常州，213164）

细纱工序是纺纱最重要的工序，细纱机生产效率直接决定纺纱产量，从而影响经济效益。传统细纱机落纱用工普遍较多，国内大部分纱锭仍然采用人工落纱，不但用工多、强度大，而且人工落纱对纱线质量也有一定的影响。近年来随着用工成本的上升，纺纱厂都在努力减少用工以节约成本，采用集体落纱（以下简称集落）就是实现细纱工序减员增效的一个重要手段，同时还可以最大限度减少对纱管的破坏，延长细纱管的使用寿命。对于老式短车来说，加装集落装置是最直接的改造方法，但在实际改造过程中要综合考虑，因厂施策。我公司和某自动化科技公司合作对细纱机进行了集落改造，效果明显，改造方案介绍如下。

1 细纱短车集落控制系统

集落是一项非常复杂的系统，涵盖机、电、气等多项技术，要能自动实现“纺纱，落纱，自动开车，再纺纱，再落纱”全过程。集落装置一般包括机械部分和控制部分，机械部分主要包括升降抓取机构、空管喂管机构、满管输送机构、导纱板翻转机构等几大部分［1⁃2］；控制系统主要包括主机变频速度控制、钢领板升降控制、集落控制等；集落装置要能实现触摸屏参数设置、故障报警、输入与显示等功能。另外改造加装的集落控制部分要能与原来的正常落纱控制系统统一起来。目前有两种控制改造方式，一种是两个控制系统各自独立，即分体式；另一种是两个控制系统合二为一集成到一起，即一体式。前者改造技术难度小，但存在参数不匹配导致的通讯故障，从而造成落纱故障或留头率偏低；后者程序调试复杂，难度较大。综合考虑，我公司采用后者，通过PLC控制中心实施升降伺服控制、变频主电机集中控制，类似于现有的细纱长车落纱控制方式，效果较好。

2 细纱短车集落改造要点

2.1 锭子改造

传统细纱机采用的是光杆锭子，这种锭子与纱管之间的接触面积较小，不能承受集落装置中抓管器拔纱时的冲击，因而不宜用于集落，必须更换。集落要使用专门的铝套管锭子，这种锭子与配套的纱管接触面积大，有很好的抗吸振功能，能承受抓管器拔管时的冲击，且有利于高速，普遍可适应20 000 r/min左右的高速，同时铝套管锭子功耗低，运转平稳，噪声小。我公司经过综合比较，最终选用YND4000系列锭子，该系列锭子专门用于集落改造，依据细纱机断面尺寸及集落装置运行空间位置要求进行了优化设计，尤其适用于不降低龙筋位置的改造方案。除了更换锭子，还需要选配铝套管专用的薄壁纱管。另外，采用20.5 mm的小直径锭子，并配备刹锭器。

2.2 气架升降控制机构

气架升降机构是集落的核心装置，集落通过机械臂将机械手提升，然后驱动抓管器抓取满管或空管。因升降机构需要在同一直线上运动，因而几乎所有的集落装置都采用人字臂机构［3］，由人字臂结构通过活塞推动连杆升降。我公司的气架控制采用了伺服控制，动作精准，可以在系统内设定好气架运行的若干个位置参数。另外，传统抓管机构一般都采用了寄存装置，即先将空管放到寄存位置，然后再将满纱抓到输送带上，再由机械手将寄存位上的空管放到锭子上，在此过程中升降臂有多次升降与内外摆动作，而我公司的设计取消了寄存位置，采用钢带凸盘式输送机构，空满管交换时凸盘移动错开1个锭位实现交换。这种设计可减少2次重复摆动动作，有效减少了落纱时间。

升降机构运动规律：升降臂由零位外摆15°后上升到抓管器垂直高度距纱管顶端15 mm处；钢领板下降到最低，主机停止，叶子板抬起；升降臂内摆15°并下降至抓管器气囊顶住管头位置，抓管，升降臂抬起纱管底部距离锭尖10 mm位置；升降臂外摆15°（此时检测装置检测有无纱管未拔下，如有，则停止动作，等待人工拔管），升降臂下降至管纱底部垂直距离高于空管顶端15 mm位置；升降臂内摆15°并下降约15 mm，抓管器气囊释压，管纱直接自由落体放入钢带空锭处；钢带移动35 mm，升降臂下降至抓管器气囊顶住空管顶部，抓空管，升降臂上升25 mm；升降臂外摆15°，升降臂上升到抓管器垂直高度距纱管顶端15 mm处位置（与抓满管动作类似）；升降臂内摆15°，升降臂下降至纱管底部插入锭子30 mm处，抓管器释压放管，直至抓管器头把整个纱管插入锭子根部；升降臂上升至纱管底部距离锭尖10 mm位置；升降臂外摆15°位置，升降臂下降，叶子板翻转复位，（下降过程中）满管输送；升降臂内摆15°复位，钢领板上升开始纺纱。

由于短车细纱机钢领板上方的空间不足，影响抓管器对纱管的抓取，因而需要对细纱机高度进行调整。一般有两种调整方法：一种是降低钢领板高度腾出空间；另一种是整体抬高细纱机高度。结合细纱车间现场条件，我公司通过在细纱机底部增加橡胶垫块将细纱机整体抬高40 mm，同时将龙筋降低30 mm，即可保证锭子顶部距胶辊下方距离增加到370 mm左右，保证升降臂最高位置与龙筋之间距离在25 mm左右，从而确保后续抓管器抓管时有充分的位置拔管。这种改造方式与其他集落改造技术相比，可有效减少升降臂的动作。

2.3 抓管器选择

抓管器是集落的核心装置。抓管方式一般有气囊式和活塞式，活塞式对纱管定位要求较高，控制不当易影响纱线质量；而气囊式属于柔性抓取，从顶部抓管不触碰纱体，对纱线质量没有影响。因此，我公司采用气囊式抓管器［4］，需要抓管时，由气囊驱动抓管器抓住纱管顶部；放管时，抓管器会模拟挡车工按压纱管顶端（压力在6 kg左右），使纱管插到锭子底部。

2.4 割纱器选择

割纱器的作用是在落纱时割断纱线便于落纱，其形状类似于飞轮，凹槽内有刀片结构。当落纱钢领板降落时，纱线进入凹槽，由于锭子的转速产生拉力作用，凹槽中的刀片将纱线割断。传统手工落纱时纱尾留在纱管底部，而集落一般都会将纱尾绕在锭子割纱器的下方，这就需要调整落纱时钢领板下降速度、锭子速度、钢领板下降的最低位置。经过优化，我公司调整了钢领板下降的最低位置，即钢领平面低于割纱器2 mm～3 mm，另外优化了回丝绕在锭子收集区的绕圈数，一般控制在5圈～8圈，否则易造成整台车的断头和原料浪费。同时调整了钢领板下降落纱时包身纱圈数（约在1.5圈左右），锭速5 000 r/min～7 000 r/min左右。包身纱和锭速的调整还要根据实际生产的品种决定。

2.5 钢领板与叶子板控制

采用集落时，钢领板在落纱和开车动作中要能自适应调节，因为这会影响锭脚回丝率及留头率。在落纱动作和开车动作触发时，都要能够根据纺纱品种、纺纱张力等参数合理调节钢领板速度，通过变频电机灵活控制钢领板升降速度和高低位置［5⁃6］。

为了保证叶子板打开、关闭动作时叶子板的一致性，减少因叶子板状态不良造成断头，我公司更换成带弹簧的碳纤维叶子板。

2.6 程序控制部分优化

控制系统主要通过PLC对全机进行控制。主轴电机采用变频电机控制，能灵活调节锭速；落纱部分采用伺服电机，精准控制升降轴位置与升降动作；气动装置控制整个气架的里外摆动作，采用伺服驱动器控制。触摸屏作为人机交互界面，既可以接受用户输入，也可以实时显示各种参数，比如细纱成形、罗拉转速、线速度、锭速、钢领板升降速度、捻度、卷绕长度等。另外，为了保证安全性与可靠性，在升降装置上增加了限位控制，避免出现故障后损坏机器。

改造后的系统可以实现中途停车、中途落纱、紧急情况关车等功能；中途停车按下时机器会进行自适应停车；中途落纱时，钢领板会自动下降到落纱位置，全机停止，吹吸风装置自动停在车尾。系统还具有完善的分级权限控制，一级密码开放全部权限，二级密码开放工艺员级权限，三级密码开放维修工级权限。

2.7 满管空管回收系统

空满管回收是集落的一个重要功能。我公司采用的是钢带式输送系统，钢带运转平稳，传动精确，送纱速度较快。落纱结束后，钢带带动满管自动输出，在轨道末端，轨道两侧一边高一边低，因纱管活套在锭子上，在重力作用下会倒到垂直输送带上，再由输送带直接输送到运纱小车里。空管输送同样也通过垂直输送带运输，空管上升过程中经过定位装置，依靠重力作用保证空管大头朝下，再经过计数装置后输送到各个锭位。计数装置以全机台锭数为依据，确保空管数量准确。

3 改造效果分析

3.1 设备运行

集落改造后经过一段时间内的试运行，我们发现集落系统运行可靠，能够实现自动落纱、自动输送满管、自动投放空管；动作准确，精度高，插、拔管率高，留头率高；落纱时间约为2.5 min，落纱后运输满纱、排管时间约为20 min，效率明显提升，用工明显减少。尤其是针对较粗纱号品种，以36.9 tex为例，落纱效率提高了30%左右，可减少用工75%左右。

在用工方面，不再需要传统落纱人员与理管工，仅需增加1名辅助工进行补管，同时及时清理空管纱线，定期对传动部分的积花进行清理。

3.2 设备清洁与保养

与集落改造前相比，减少了保养任务，如锭子加油从2个月变为3个月，但对集落装置额外增加了保养维护工作。需要加强集落操作的培训；设备维护人员要定期观察和调校两边气架高低以及落纱过程中抓管器中心是否对准锭尖；定期检查落纱过程中各动作是否到位；要经常性对光电装置进行检查、调试，避免光电装置失灵。

3.3 设备操作注意点

落纱操作要更加细致，发现锭子上有废纱要及时清理，否则会影响插管和拔管的成功率或导致插管不到位。纱线接头时要用刹锭器，避免锭子与纱管磨损。当锭子完全停下来之后再拔纱管，以免对锭子纱管造成伤害。

挡车工在落纱时要及时关注落纱状态，在黄灯闪烁准备落纱时要及时巡视机台，确保叶子板上无工具，无杂物；落纱过程中关注叶子板有无完全翻起，如未翻起要及时停车检查，以免造成整机断头，甚至损坏叶子板及其升降轴。抓管器抓完满纱时要及时查看有无拔出，如有未拔出的纱管，挡车工要及时手工拔下。

集落改造运行3个月内出现的故障断头基本上都是操作故障，例如集落自动到手动的切换、中途停车开车等操作。集落安装前期可能会有一些小故障，主要是操作不熟练，一般故障排除后按复位就可以继续运行。

3.4 经济效益分析

以我公司R 36.9 tex品种为例，一期改造32台，每台480锭，合计15 360锭。采用传统落纱方式插、拔管率控制在99.5%，留头率控制在95%，而采用集落之后可分别提高至100%、98%。落纱时间由5 min缩短到2.5 min左右，效率提升明显。

从用工成本角度来说，采用人工落纱时，32台车需要一组落纱人员（4人），外加1人理管，两班合计需要10人。而采用集落后可取消落纱人员，每班仅需1名辅助工，合计可节约人工8人，以每个人每月0.8万元计，年可节约工资约76.8万元。

集落投资费用主要包括改造费用、锭子重购费用、纱管重购费用和设备安装费用。改造费用：每锭180元，32台合计276.48万元；锭子费用：每锭48元，合计73.728万元；纱管费用：每个3元，按1∶4配备，合计18.432万元；设备安装费：每台0.6万元，合计19.2万元。上述集落投资总费用为387.84万元。

根据集落总投资及年节约人工费，可大致估算出回收投资年限约为5.05年，即5年左右可以收回集落投资费用。另外，上述成本计算中是以新购铝套管锭子为例进行计算的，实际上如果采取分步改造的方式，边改造边优化，改造机台的锭子还可以用于旧机台配件的周转，就可进一步节约成本。如新锭子48元/个，老式锭子37元/个，实际新锭子投入仅增加11元/个左右，可以更有效减少锭子成本。

4 集落应用建议

（1）考虑到配件循环利用，5万锭及以上规模企业不建议一次性进行集落改造，因为大批量更换下来的机配件和纱管无法继续使用，只能当废品处理，浪费巨大。

（2）考虑到集落纱头打断位置与人工落纱有差异，络筒挡车工找头效率低，建议将自动络筒机纱库式改为托盘式，这样既可以降低络筒工序劳动强度，也可以提升络筒效率。

（3）集落对一些特殊品种翻改的适应性并不是太好，有时多机台集中落纱会造成挡车工来不及接头。此时需要进一步优化全车间落纱参数，或在车间多预备人工来处理一些意外问题。当然，集落断头大多也可以通过安装单锭监测装置来解决。

5 结语

短车集落改造是近年来纺纱企业细纱机改造的一个重点方向，尤其是国内短车存量市场大，不管对于纺纱企业而言还是纺机生产厂家都是技术提升改造的良好机遇。虽然集落改造初期投入较大，但完全可以通过提升效率、减少用工成本来收回投资。在实际改造过程中要结合企业实际情况，尽可能分步骤改造，可不断积累经验；纺纱企业要与纺机改造企业共同研讨改造方案，充分应用智能化控制技术的成果，优选配件，优化控制系统；进一步加强设备保养、落纱操作培训等工作，最终实现减员增效的目的。