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变频控制竹节纱纺纱装置的设计和应用

竹节纱是在普通单纱的长度方向上出现节粗、节细的形状，这些粗节和细节看上去很象竹子的节结，故称竹节纱。竹节纱作为花式纱的一种，在针织物和机织物上得到了十分广泛的应用，风格独特，服饰性能良好，很受市场的欢迎。
　　我公司技术人员采用变频技术，结合可编程控制器LOGO！对A513型细纱机进行技术改造，生产出了满足市场需求的高档精梳纯棉竹节纱。我公司设计的竹节纱纺纱装置，结构简单，投入成本低，且对原机结构变动不多，工艺调整和品种翻改方便，不需对设备特殊维修，产品质量稳定可靠。
1 竹节纺纱装置的设计
1.1 传动系统的设计
　　由于竹节纱生产的周期短，批量少，在细纱机上改造纺竹节纱装置，应根据企业的实际生产状况，传动系统设计需掌握以下原则：
（1）细纱机基本结构和主要传动部件保持不变。
（2）传动路线简短，安装和拆卸方便。
（3）品种适应范围广，工艺调整方便快捷。
（4）速度变换采用无触点运行，减少机械冲击和磨损。
　　基于上述要求，结合A513型细纱机的结构特点，对中后罗拉突然增速法和前罗拉突然减速法两种竹节纱纺纱方案进行论证后，决定采取中后罗拉突然增速法的设计方案。
　　中后罗拉突然增速法竹节纱纺纱装置传动系统设计如下：
　　在细纱机车头主墙板和二墙板间，拆除31T和73T齿轮，在车头上方采用支架固定安装电机，电机通过齿形带经原73T处传动至中、后罗拉，该电机采用8极电机由变频器控制其运行速度，而前罗拉传动路线不变。为了保证纺纱装置运行的安全性，电机支架使用10mm厚钢板。
1.2 电气控制系统的设计
　　电气控制系统是竹节纱纺纱装置的核心，主要由可编程控制器LOGO！或PLC和变频器组成，该电气控制系统线路简洁，运行可靠。具体设计如下：
（1）接线框图LOGO！控制器和变频器控制的细纱电气原理图，见图2所示。
　　图2中风机起动、主机起动、全机停止按钮分别使用了三个输入通道（I1、I2、I3），变频故障使用了一个输入通道（I4），主机过载保护使用了一个输入通道（I5），安全门行程开关使用了一个输入通道（I6），满纱信号使用了一个输入通道（I7），4档速度输出占用了3个输出通道，Q1/FQ=1时，1速；Q2/2DF=1时，2速：Q3/3DF=1时，3速：Q2/2DF=Q3/3DF=1时，4速。选用西门子LOGO！230RCL控制器满足了生产工艺的需求。
（2） LOGO！编程
　　根据工艺要求，先运行风机，再运行主机，变频电机和主机同步运行和停止，满纱时自动停车，变频器报警必须停车，安全门（罩）打开时停车，按停止按钮时停车。为了便于品种翻改和工艺调整，变频器可以根据工艺要求设计4种频率来调节竹节粗细，用LOGO！控制器来控制这4种频率输出时间的间隔来控制竹节长短和间距。据此设计LOGO！
2 纺纱工艺和质量控制
2.1 纺纱工艺原理
　　我公司设计的竹节纱纺纱装置，采用LOGO！控制器和变频控制，其竹节的产生和设计采用循环法，即竹节在纱线上的分布是一个大的循环，大的循环内包括若干个子循环，通过子循环的设计形成大循环，可以控制竹节在布面上形成有规律性分布和无规律性分布的效果。循环法竹节纱的竹节循环树状结构
　　通过生产实践表明：有规律性竹节纱的竹节循环的子循环应控制在两个以内，布面效果好；而无规律竹节纱的竹节子循环至少在两个以上，较多的子循环可以使竹节在布面上的分布获得更为理想的效果。由于我公司所用变频器的局限性，子循环的数量最多仅有三个。
　　竹节纱的竹节在布面分布的效果与竹节子循环的工艺设计有很大关系。对于有规律竹节纱而言，采用一个子循环设计布面效果比较僵化，采用二个子循环设计布面较为活泼。而对于无规律竹节纱，采用两个子循环容易使竹节在布面上产生规律性分布，产生的质量问题较多；采用三个子循环设计，竹节在布面的分布较为均匀，产生竹节规律性分布疵布的机会极少；同时，对于无规律性竹节纱的每个循环而言，每个子循环的竹节间距均不能是布幅的整数倍，否则将产生竹节规律性分布的疵布。
2.2 竹节纺纱工艺设计举例
2.2.1 有规律性竹节纱工艺设计
　　JC18.5tex竹节纱,质量要求如下:
　　竹节粗度S:+150%,长度L:3cm,竹节间距:2m,捻度Tt90捻/10cm
　　根据上述要求,竹节循环采用一个循环设计即可满足要求,具体纺纱工艺设计如下:
　　粗纱干定量:5.50g/10m
　　细纱总牵伸倍数:32.26倍
　　细纱后牵伸倍数:1.25倍
　　细纱锭速:14763r·min-1
　　前罗拉转速/线速：209r·min-1/16.415m·min-1
　　变频电机频率：f1=8.8Hz f2=27Hz
　　频率控制时间：t1=7.3s t2=0.15s
2.2.2 无规律竹节纱工艺设计
　　JC14.5tex竹节纱,无规律竹节纱，质量要求如下:
　　竹节粗度S:±50%,竹节长度L:3cm,竹节分布:无规律；竹节平均间距:2m,捻度Tt:106捻/10cm。
　　根据上述要求,竹节循环采用三个子循环设计,经过试织满足了布面要求,具体纺纱工艺设计如下:
　　粗纱干定量:5.50g/10m
　　细纱总牵伸倍数:41.17倍
　　细纱后牵伸倍数:1.25倍
　　细纱锭速:14763r·min-1
　　前罗拉转速/线速：177r·min-1/13.902m·min-1
　　变频电机频率：f1=5.9Hz f2=23Hz
　　控制输出时间：t1=17s t1′=20.5s t2=0.05s　t2″=29.5s
2.3 竹节纱的质量检测与控制
　　竹节纱的测试没有专门的仪器,目前我公司在进行竹节纱的质量检测与控制工作中都采取间接测试和实物比较两种办法。竹节纱的间接测试主要有以下几种方法:
(1)纱疵分级仪
　　用纱疵分级仪对竹节纱进行检测,目的是测定竹节纱在纱疵分类中的位置和数量，通过量化的竹节参数与设计要求相比较,修正有关纺纱工艺参数，同时对单位长度的竹节个数测定，计算竹节的平均间距，确定是否满足工艺设计要求。
（2）电容式条干仪
　　用电容式条干仪检测竹节纱，竹节被作为粗节和棉结记录下来，但竹节参数不明确，没有纱疵分级仪那样具体和量化，但是对规律性竹节纱的检测十分有效，竹节间距明显地反映在波谱图上机械波的波长，对于两个子循环的竹节纱波谱上有两个相应的机械波，可以核定工艺设计的准确性。
（3）黑板条干法
　　用黑板条干检测竹节纱的方法最为简单明了，对于有规律性竹节纱的竹节在黑板上呈明显的周期性，能有效地控制有规律性竹节纱的质量；对于无规律性竹节纱，也可以观察竹节在黑板上的分布状态，但不能确定竹节的平均间距，也不能量化竹节参数。
　　竹节纱的布面效果必须试织形成实物样照，观察竹节在布面的分布和竹节粗细与长短在布面的视觉效果，最终确定工艺参数。但试织实物样照的代价较高，投入较大，对于没有织机的企业存在较大的困难。因此，竹节纱的生产应十分谨慎，避免质量纠纷。
3 结语
　　（1）LOLO！控制器和变频器控制技术的竹节纱纺纱装置，机构简单，控制准确，质量稳定，投资少，适合纺织企业技术改造。
　　（2）该纺纱装置的工艺参数必须在生产实际中进行调试，以减少工艺设计中的误差，提高产品质量的稳定性。
　　（3）采用该纺纱装置，停机后断头率很高，需进一步完善设计，降低停机断头率。