络筒机工艺设计与质量控制

络筒机工艺设计与质量控制
                     
                     摘要
供染色的筒纱比普通的筒纱要求更高，特别是要求筒纱的密度均匀一致、有非常精密的无重叠的纱线层、锭长锭径更加准确、纱线的退绕更好，这种卷装在染色过程中具有最佳的液体渗透性。本文对影响筒纱密度及均匀性的相关因素进行了实验分析，对相关工艺参数进行了优化。得出了以下结论：
松式络筒速度不影响筒纱密度；臂压力对密度的影响较大，一般在密度相差较大时优先考虑调整臂压力；张力是控制筒纱密度的关键因素，在筒纱密度相差不大时进行微调；超喂的目的是充分释放张力，根据纱线品种的不同可选择不同的超喂比；交叉角主要是配合软边表消除硬边和方便下道工序退绕，一般情况选择精密型，根据纱线品种可选择不同的交叉角。交叉角一般不宜选择太大；温湿度对松式卷装密度影响较大，一般要控制它的稳定性。
 
   随着人们审美意识的增强和生活水平的提高，高档色织产品愈来愈受到人们喜爱。不仅仅真丝绸，化纤丝、人造丝、混纺纱和棉纱等也可采用色丝制造，这就促使纱筒软色工艺在色织行业获得广泛应用。一般纱筒染色前需要将外购的坯纱络成适合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用，因此松式精密络筒机的需求日益增加。如何生产出合格的松式筒子卷装，方便筒纱均匀染色就成为人们需要着手解决的问题。
                   国内外研究现状
高档色织产品愈来愈受到人们喜爱，纱线的染色目前大都采用两种方式，一种是绞纱染色，另一种是筒纱染色。两种染色方式比较，绞纱染色投资成本相对较少，但绞纱染色后还需要经过络筒上织机私用，因此目前很多用户希望直接筒纱染色。为了生产出筒纱染色的合格卷装，国内外的许多纺织机厂及技术人员做了一系列的研究。首先生产出能做松式络筒的设备，其次要优化影响筒纱密度的工艺。
供染色的筒纱比普通的筒纱要求更高，它不仅要求清除纱疵、接长纱线、外形美观、退绕良好、具有一定重量的卷装，而且还要求筒纱的密度均匀一致、有非常精密的无重叠的纱线层、锭长锭径更加准确、纱线的退绕更好。
纱染色的卷装要求，分析影响筒子松式卷装的主要因素，通过生产工艺的探索实验，得到最佳的生产工艺，以便采用合适的工艺，生产出供筒纱染色的合格卷装，来达到控制筒纱质量的目的，从而给企业带来更大的经济效益。
           高速松式络筒机的性能原理
1.1  高速松式络筒机的工艺过程及机器结果组成
高速松式络筒机机电一体化程度很高，每个单锭都有计算机数据处理终端控制。
络筒机的工艺过程及机器结构组成：合格的筒纱或管纱->松式络筒机的超喂->张力控制系统->在线张力控制张力器->导纱装置->卷绕支持装置->合格的松式筒纱。
1.2  计算机数据处理终端
目前先进高速松式络筒机都配有计算机数字终端，装在控制头上的计算机数字处理终端控制着卷装锭子上电子导纱器等所有参数的操作，对于每种纱线可选择最有效及最合适的交叉角以得到密度可控的高质量卷装。通过控制头上的“计算机数字处理终端”使卷绕锭子的电子导纱器程序化，可输入数据并使卷装成形参数程序化。
计算机数字处理终端可改变工艺参数设有：交叉角、卷绕速度、导纱动程、锥度、软边、喂入罗拉控制、电子式张力控制等。所有数据都持续受到监控，这样可实时获得所有信息，了解到各个筒纱的现状。
1.3  高速松式络筒机的主要部件及特点
2.3.1 导纱装置
（1）横动导纱采用的是“导纱器”，即俗称的“兔子头”，对纱线的损伤很小，特别适用于高档色织纱线的卷绕；另外由于各电机在机械上没有直接的传动连接，辅以高速精密运动控制软件算法，可以很方便地实现高速精密交叉卷绕，往复频率最大为800次/分钟，即每分钟1600次换向。它是目前最先进的导纱模式。这种电子导纱形式的卷装具有良好的退绕性能。
（2）横动伺服电机控制。为了保证纱筒具备良好的染色性能，需要从开始卷绕到满筒之间任何直径点上，筒子上的纱线在空间上成立体交叉，彼此都不平行，保证每层纱线没有重叠，就是说需要对纱筒的卷绕比进行精密控制。所谓卷绕比，就是横动导纱钩每往复一次，纱筒卷绕的圈数。交叉卷绕有传统的槽筒卷绕（任意卷绕）、恒定卷绕比精密卷绕、数控分层卷绕三种形式，一般采用恒定卷绕比精密交叉卷绕和数控分层卷绕两种功能实现精密交叉卷绕，“单锭控制驱动器”通过实时采集卷绕电机反馈编码器脉冲信号计算其实时速度，根据精密卷绕工艺要求，用独特数控算法得出横动伺服电机的速度给定指令，以保证横动伺服电机转速与卷绕电机转速按照卷绕比的定义保持一定关系，让纱线以空间螺旋线的形状往复绕在纱筒上。
（3）卷绕无刷电机。卷绕电机直接驱动纱筒旋转，实现纱线的卷绕运动。横动和卷绕两个运动合成后即表现为纱线以螺旋线的形状来回卷绕在纱筒表面。
2.3.2 卷绕支撑装置
（1）支撑罗拉，每个导纱器均装有一个支撑罗拉。它有卷绕驱动，每个罗拉均装有一个磁性体，并与一个静态的探测器装在一起用于检测筒子转速，进而控制筒纱长度。
（2）卷绕支架，支架由两边两个支架组成，可调节卷取筒管和支撑罗拉间的平行度。即可生产平行卷装和有锥度的卷装。
1）控制臂：一个带有控制编码器的马达，一根传输皮带，一个锥形环，这种传输可防止卷取筒管的磨损。可根据所要求的卷装密度和硬度来调节和保持支撑罗拉上的卷绕压力。
2）筒子支架压力补偿装置：每个筒子支架均装有一个气动装置，用于调节和补偿支撑罗拉上的筒子的传输压力，即臂压力。
2.3.3 喂纱装置
（1）超喂罗拉：精密卷绕过程中纱线线速度肯定大于纱筒退绕线速度，张力值也因此增大，而过大的张力不但得不到优质纱筒，而且会增加纱线的断头，降低生产效率。因此，高速松式络筒机采用了所谓“超喂”的办法，即送出纱线的速度大于卷取纱线的速度，将纱线卷绕时筒子“硬拖”纱线的状况改变成缓和地卷取纱线的状况，从而减少断头，获得满意的松式卷绕筒子。纱线在超喂滚筒上环绕的圈数取决于超喂量得大小，一般的超喂量控制值在1.02～1.06（一圈情况下）之间，它可以通过计算机终端调节超喂量。
（2）张力控制装置：精密卷绕加工时纱线张力的大小直接影响筒子卷绕的松紧度，从而影响筒子绕纱的容量和染色的容易，并影响纱线加工的断头率，因而各种精密卷绕络筒机都有纱线的张力控制环节，特别是供筒子染色用的纱线的加工张力，不宜过大，以获得松式卷筒，有利于染色。本方案除了采取措施保证相对恒定的纱线卷绕线速度外，还另外设计有一个张力递减调节装置，采用一个步进电机控制的张力调节杆。在线速度升速过程中，通过调节步进电机的转角状态，控制张力调节杆的角度，改变纱线通过门栅夹持力度，以保证卷绕张力恒定，另外按照特殊纱筒“里紧外松”的工艺要求，可以根据纱筒卷绕半径调节张力杆的角度，保证卷绕纱筒小直径时卷绕张力大，大直径时卷绕张力小。它有一个簧片和法兰安装在一起，给予纱线正确的张力，它可以通过计算机终端调节。
（3）在线张力控制张力器：它是全电子化的张力控制系统，可持续控制纱线张力，从开始一直到卷装成形结束。它可通过数字终端设定的纱线卷绕张力，纱线卷绕张力受一安装在每一卷绕锭子上的特殊的“在线”电子探测器检测，电子张力控制装置反之对纱线产生作用。即使对于一个很小的纱线张力变化，此张力器也能把张力恢复到设定值。
2 高速松式络筒工艺设计与质量控制
2.1  染色筒子的质量要求
松式络筒要求非常精密的纱线层，这样可以生产出密度可控的用于染色的松式卷装。松式卷装在染色过程中具有最佳的液体渗透性，其内外层纱线密度完全均匀。松式络筒的要求不是越松越好，基本点是密度均匀一致，根据染色经验一般密度设计要求以0.35g/cm³为中心，0.38-0.40g/cm³为宜。
2.2  影响纱筒密度的因素与控制方法
松式络筒对工艺的要求非常严格，为了生产出符合染色要求的松式卷装，首先要通过大量的实验测的数据，对数据进行统计分析，从影响松式卷装的主要因素着手，逐项进行修正，积累一定的经验，按生产品种和染色的要求对工艺进行优化设计来达到质量控制的目的。
影响松式络筒卷装的主要因素有：速度、臂压力、张力、超喂、交叉角、温湿度。
（1） 卷绕线速度：理论上分析，纱筒卷绕的线速度随纱筒的卷绕半径变化而变化，而线速度的变化直接引起卷绕张力的波动，从而会影响纱筒的成形质量和纱线的机械物理性能。如果外层纱的张力大于内层纱的张力，就容易产生筒子外层纱挤压内层纱的胀边现象；如果络纱过程中张力变化过大，也会容易造成纱线因络纱张力不同出现纱线拉伸率不同，这就要求在络筒过程中尽量减小张力及压力的波动。所以除保证恒定纱筒压力外，保证卷绕速度相对稳定是控制张力波动的一项重要措施。目前，松式络筒机一般采用800～1000m/min的线速度为宜。
（2） 臂压力：它是影响筒纱密度的关键因素之一。可根据所要求的卷装密度和硬度来调节和保持支撑罗拉上的卷装压力。随着筒纱直径的增大卷装重量加大，这时筒子支架的气动装置来调节和补偿支撑罗拉上的传输压力。根据经验生产松式卷装臂压力一般选择在2～3N。
（3） 超喂：超喂的目的是充分释放张力，一个超喂罗拉在卷绕过程中的最后牵伸之前对纱线进行超喂，补偿了由喂入卷装的退绕造成的张力变化。超喂值可又控制系统控制超喂电机，根据纱线品种最大超喂可达70%以上。
（4） 张力：调节筒纱密度重要方法，主要是通过改变张力的大小来调节。一般张力装置与一个簧片安装在一起，通过数字式控制面板来调节法兰弹簧上的压力改变纱线的张力。它设有一个起始张力和一个结束张力，张力由计算机终端控制，按一线性变化来控制筒纱大小卷装时的密度一致性。一般可设置几克到几十克不等。
（5） 交叉角：筒纱的卷绕方式可分为精密型网状卷绕、随意模式的卷绕、间层式卷绕。高速松式络筒机一般采用精密卷绕，也可采用其他方式卷绕。交叉角用度来表示，它表示的是卷装上纱线的卷绕半角。度数越高退绕越好，但导丝速度也越高，建议使用中间值。精密卷绕具有恒定的卷绕数其交叉角是变化的，它的特点是卷装上的纱线有规律地精确分层，较高的卷装卷绕速度，较高的卷装退绕速度，生产直径有限制的卷装，卷装的内外层密度差异小。正是精密卷绕的交叉角是变化的，这就方便了我们设置左右软边表。通过设置正确的软边表来消除筒纱的硬边，这也是松式络筒要满足筒纱染色的关键技术之一。为了达到染色的要求还可以设置锥度表生产出完美的卷装。实际生产中我们只要在计算机中的选择卷绕方式、软边表及锥度表。
（6） 温湿度：松式络筒对温湿度的要求非常高，温湿度的微小变化都会影响筒纱的密度和成形。这就需要良好的生产环境来控制温湿度的变化。一般温湿度控制在70%左右。
2.3  实验及分析
3.3.1工艺参数对筒纱密度的影响
现以纯棉100英支的双股线为例，生产松式平行卷装，通过实验分析各工艺对松式卷装的影响。
1） 速度
卷装线速度设定为800、1000、1200m/min，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-1.
表3-1 速度与筒纱密度关系
卷装线速度（m/min）
800
1000
1200
密度（g/cm³）
0.393
0.393
0.395
从表3-1实验数据分析，纱线的速度对筒纱密度影响不明显，因此理论上纱线的线速度可以任意选的，且纱线的线速度高，产量高。实际生产中纱线的线速度与纱线粗细、原料种类等有关，并且纱线的线速度越高，筒纱的外观形状越难控制。为了不影响纱线的机械物理性能，松式络筒机一般采用800～1000m/min的线速度为宜。
2） 臂压力
臂压力是影响筒纱密度的关键因素之一，现选的臂压力为2、3、4 N进行生产，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-2.
表3-2 臂压力与筒纱密度关系
臂压力（N）
2
3
4
密度（g/cm³）
0.373
0.396
0.415
从表3-2可见，随着臂压力的增大，筒纱密度逐步增加，因此臂压力是影响筒纱密度的关键因素之一，当实际密度与设计密度相差较大时，必需通过调节臂压力才能实现。
3） 超喂
现设定超喂率为5、25、50%进行生产，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-3.
表 3-3  超喂与筒纱密度关系
超喂（%）
5
25
50
密度（g/cm³）
0.406
0.376
0.375
从表3-3可见，超喂由5%增到25%时，筒纱密度呈现下降，当超喂继续增大到50%时，筒纱密度几乎不再变化，因此超喂是充分释放张力，当释放不充分时密度明显偏大，筒纱成形有涨边现象，即筒纱的内外层纱线的密度有差异。当超过了释放范围对密度的影响就不明显了，且释放过大还会影响纱线的断头。一般纱线选择在25%左右较好。
4） 张力
张力是影响密度的重要因素，现设定张力为5、15、25克进行生产，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-4.
表3-4  张力与筒纱密度关系
张力（g）
5
15
25
密度（g/cm³）
0.375
0.396
0.425
从表3-4可见，随着张力的增加，筒纱密度增加，因此张力对筒纱的密度影响明显，一般根据不同的纱线品种选择不同的张力来控制筒纱密度。尽管张力调节筒纱密度比较方便，调节范围比较大，但在实际生产中张力应选择适中，因为张力太小会影响筒纱的成形，张力太大不仅影响筒纱成形还直接损失纱线的物理机械性能，导致纱线断头增加。因此当张力选择适中时不符合筒纱密度要求时要考虑选择适当的臂压力来满足密度要求。
5） 交叉角
现用16º（固定交叉角）和精密卷绕进行生产，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-5.
表3-5  交叉角与筒纱密度关系
交叉角
16 º（固定交叉角）
精密
密度（g/cm³）
0.376
0.375
从表3-5可见，交叉角对密度的影响不大。本文在前述的“交叉角”分析中知道它影响筒纱的成形及后道工序的染色、退绕。精密卷绕的交叉角是变化的，这就方便了我们设置左右软边表。通过设置正确的软边表来消除筒纱的硬边，这也是松式络筒要满足筒纱染色的关键技术之一。
6） 温湿度
由于纺织纤维具有吸放湿性能，因此车间相对湿度应该对纱线的加工带来一定的影响。现在相对湿度为60、70、80%条件下进行生产，对筒纱密度进行测定，测定结果见表3-6.
表3-6  温湿度与筒纱密度关系
温湿度（%）
60
70
80
密度（g/cm³）
0.366
0.372
0.391
由表3-6可见，随着相对湿度的增加，筒纱密度呈现增加趋势。即温湿度对筒纱的密度影响也比较明显，因为当温湿度增加时纱线的吸湿增强，纱线之间的粘附力增大，所以密度明显增大。通常使用选择70%左右为宜。松式络筒要求温湿度相对要稳定，生产时若变化较大不仅对密度的一致性有影响，且直接影响筒纱的外观，产生鼓边、松芯等。
3.3.2 工艺的优化设计
（1）现需设计纯棉100英支的双股线松式平行卷装，要求内外层纱线的密度一致，允许范围是±0.015g/cm³.
通过3.3.1的实验依据，本文设计工艺参数组合见表3-7.对筒纱内网层密度进行测定，实验数据见表3-8.
表3-7 工艺参数一
卷装线速度（m/min）
臂压力（N）
超喂（%）
张力（g）
交叉角
温湿度（%）
800
3
25
8
精密
69
表3-8 筒纱内外层密度
序号
直径（mm）
体积（cm³）
重量(g)
密度（g/cm³）
1
70
95.93
37
0.392
2
74
164.66
65
0.396
3
86
393.76
153
0.388
4
96
610.92
241
0.395
5
116
1116.84
442
0.394
6
130
1527.77
600
0.393
从表3-8可见，筒纱内外层密度最大差异为0.008小于±0.015g/cm³，差异在要求范围，符合工艺设计的要求，满足了松式卷装的要求。
(2)现需设计纯棉60英支的双股线松式平行卷装供筒纱染色。要求密度在0.37±0.015g/cm³，重量1000±30g，直径160±2mm。
由3.3.1的实验依据，本文进行工艺参数优化设计，工艺参数见表3-9.对筒纱密度进行测定，实验数据见表3-10.
表3-9 工艺参数二
卷装线速度（m/min）
臂压力（N）
超喂（%）
张力（g）
交叉角
温湿度（%）
900
3
25
12
精密
71
表3-10 筒纱的密度
序号
直径（mm）
体积（cm³）
重量(g)
密度（g/cm³）
1
158.4
2475.1
1004
0.406
2
159.3
2496.9
1024
0.410
3
158.4
2460.0
1006
0.409
4
158.3
2469.3
1014
0.411
5
158.0
2420.1
1008
0.417
6
158.5
2475.4
1014
0.410
从表3-10实验数据分析可见，5锭号密度为0.417与设计密度偏差为0.057，远大于偏差值，1锭号密度为0.406与设计密度偏差为0.046，也大于偏差值，总体讲筒纱密度值偏大。3.3.1的实验数据，影响筒纱密度的主要因素为臂压力和张力，本文就调整这两个参数，对表3-9工艺参数二进行优化设计，臂压力由3N调整为2.5N，张力由12g减小为8g。优化后的工艺参数见表3-11.对筒纱的密度进行测定，实验数据见表3-12.
表3-11 工艺参数三
卷装线速度（m/min）
臂压力（N）
超喂（%）
张力（g）
交叉角
温湿度（%）
900
2.5
25
8
精密
70
表3-13 筒纱的密度
序号
直径（mm）
体积（cm³）
重量(g)
密度（g/cm³）
1
161.3
2615.69
990
0.378
2
160.8
2596.47
982
0.378
3
161.3
2615.69
985
0.376
4
161.7
2631.10
978
0.371
5
161.4
2619.54
980
0.374
6
161.2
2611.84
1000
0.382
从表3-12实验数据统计，4锭号密度最小，6锭号密度最大，密度平均值为0.3765，与设计密度0.37的偏差为0.0065，在设计范围内，优化后的工艺三符合要求。
3 结论
通过实验分析：
（1） 松式络筒速度不影响筒纱密度，但影响纱线可纺性及成形好坏，应保持相对稳定，不宜过高。
（2） 臂压力也应该适中，过高过低都会影响松式卷装的成形及密度的一致性。一般在密度相差较大时优先考虑调整臂压力。
（3） 张力是控制筒纱密度的关键因素，在筒纱密度相差不大时优先调节。根据纱线的品种选择不同的张力值。
（4） 超喂的目的是充分释放张力，根据纱线品种的不同可选择不同的超喂比，前提是减少断头和保证成形良好。
（5） 交叉角主要是配合软边表消除硬边和方便下道工序退绕，一般情况选择精密型，根据纱线品种可选择不同的交叉角。交叉角一般不宜选择太大。
（6） 温湿度对松式卷装密度影响较大，一般要控制它的稳定性。不同的温湿度选择的工艺是不同的。
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