自调匀整对整个前纺和成品的影响

    自调匀整的研究始于20世纪60年代，随着电子和计算机技术的发展，自调匀整装置在原有作用原理的基础上，控制技术和实现手段都有很大的发展，在现代纺纱生产中的作用已十分重要。
    1 并条机自调匀整装置介绍
　　 1．1 控制方式
　　 自调匀整的控制方式可分为开环、闭环和混合环三种形式。开环系统属针对性匀整，适合短片段不匀，闭环系统适合长片段不匀，混合环系统能兼长短片段不匀，但机构复杂，制造精度要求很高。并条工序对控制成纱重量不匀和重量偏差指标有非常重要的把关作用，对匀整的针对性具有较高的要求。从目前的情况看，在并条机上具有良好作用的自调匀整大都属开环系统，只要其主要工艺（如延迟时间）设置良好，匀整效果十分理想。
　　 USC型、USG型自调匀整装置，其作用原理如图1所示。4根-8根条子由导条架喂入，通过给棉罗拉，进入沟槽罗拉与检测罗拉组成的检测机构，然后扩展成棉网进入牵伸装置。检测机构上下罗拉间保持有一定的压力，随喂入条子单位长度重量的不同检测罗拉上下移动，由位移传感器发出讯号，检测相应断面到达主牵伸区时，伺服电机变速，调整主牵伸区牵伸倍数，以达到匀整出条条干的目的，同时在紧压罗拉处，对出条条干进行在线监控，在线检测匀整结果经微机统计比较，在荧光屏上以数字和图表方式显示出条子的质量数据。在线检测的FP喇叭头还能不断核对出条号数和出条实际条干不匀，如果超出已设定的警报界限时，并条机能自动停车并发出报警信号，显示器还能随时显示多项工艺、质量、产量等统计数据。


    图1 开环式自调匀整作用原理
　　 USC、USG型自调匀整的传动机构采用机电组合差速合成方式，这种方式具有控制功率小、伺服电机故障不影响主机运行，控制方法简单等较为突出的优点。匀整范围有土10％；±15％、±20％和土25％四档；适宜纤维长度为22 mm～100mm；控制精度土1％；在线检测统计班产、总产、效率、生产时间；出条监测重量偏差(A％)、出条(CV值)及不同片段重量CV值(CVl m、CV3 m、CVl0m、CVl00m)，是一种对前纺中短片段具有完整在线检测功能的自调匀整装置。
　　 1．2 牵伸调节方式
　　 自调匀整装置是通过改变牵伸罗拉的速度来调节牵伸倍数的，可以改变后罗拉的速度，也可以改变前罗拉的速度。在自调匀整装置中，调节前罗拉速度或调节后罗拉速度各有优缺点。从负荷上看，希望调速部分的功率愈小愈好，以降低系统的设备费用。调节后罗拉速度一般所需要功率比前罗拉小，也比较容易满足系统对惯性的要求；从提高系统的调节精度来看，前罗拉速度比后罗拉调节有利，因为前罗拉的转速比后罗拉速度高，转速误差率可降低。另外，调速部分一般作高速运转，这样，减速齿轮系统可尽量减少，因而，也减小了齿轮误差。但在前罗拉变速时，必须同时改变紧压罗拉、圈条器等的速度，因为其负荷大，相应的惯性也大，有时不易满足系统的惯性要求。后罗拉变速则不同，由于速度低，如果速度变化仅百分之几，则误差就大，而且，后罗拉变速时整个喂入机构，如导条架、检测机构及后罗拉等的速度都要变化，容易产生意外牵伸；前罗拉变速时，牵伸倍数与喂入纱条的重量变化为线性关系；而后罗拉变速时，则为双曲线关系。在调整时，线性关系比较容易调节。
　　 实际上，由于并条机出条速度的不断提高，较少考虑前罗拉速度的改变。同时，随着并条机牵伸机构的不断改进完善，往往将牵伸区分成两部分，在工艺侧重点上有所区别，自调匀整在调节牵伸时也应考虑尽量少改变原有的前后牵伸区的牵伸配置，特别是对牵伸质量影响较大的后区牵伸倍数，避免恶化条干。SH802-E型并条机上的USC型自调匀整装置是通过改变Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ罗拉的速度，I罗拉速度保持不变。这种调节方式保持后区牵伸倍数不变，而以Ⅱ、Ⅲ罗拉速度的改变来调节前区牵伸倍数。
　　 有的自调匀整装置保持并条机主牵伸倍数不变，专门设计一个预牵伸区进行牵伸调节，如在主牵伸区后方设置一对简单罗拉，须条在进入主牵伸前先进入预牵伸区，经过自调匀整的作用，使进入主牵伸区的条子定量均匀一致。采用这种方式，应在工艺上避免因增加一个牵伸性能并不完善的预牵伸区而恶化条干。
　　 1．3 喂入检测系统
　　 喂人检测系统的作用是将喂入须条的不匀变化以某种信号反应出来，有机械式、电气式及气流检测等多种不同的方式，因后两者对外界因素(纤维品种、纤维分布状况、温湿度等)变化较敏感，使检测信号不够稳定，目前，使用较成熟的技术是机械电器结合式检测，如利用一线位移传感器配合一对凹凸罗拉(对输入棉条进行连续测量)，其工作原理是凹罗拉固定不动，凸罗拉通过弹簧加压紧靠在凹罗拉上，形成一测量钳口。由于钳口中棉条粗细的变化，使凸罗拉推动传感器的探头发出信号。根据位移量的大小，传感器输出相应的电压值，该值与棉条输入量有良好的线性关系，同时得到放大和传送。这种结构的优点
　　 是测量稳定可靠，不易受外界干扰，操作使用方便。为使凹凸罗拉组成的测量钳口能正确反应须条不匀的变化，要合理设置测量罗拉加压、直径和沟槽宽度等参数，同时还要注意须条定量、回潮率、结构性状等对测量信号的影响，不同品种可以设置不同的测量参数。USC型、USD型自调匀整均根据不同的匀整范围设置了最大测量偏差，并提供了不同的测量罗拉槽宽度。
　　 1．4控制计算机
　　 控制计算机是整个自调匀整系统的核心。选择工业级的主CPU减少了外围控制元件。因为整个系统共有8个采样点，为减少采样等待时间，减少主CPU的负担，单独设计了一个采样子系统，该子系统由单片机控制，它将所有信号采集后，通过并行接口传输到主CPU。此外，硬件设计上采取了许多有效的措施，如掉电保护电路的设计采用了电源掉电信号控制、片选控制、掉电中断控制以及锂电池的保护处理等，达到了在任何状态下的数据均完整可靠的设计目标。
　　 软件设计采用了实时操作系统进行控制设计。主程序中，设计了内容丰富的6级菜单系统。通过这些菜单，可以直接观察系统内的各项工艺数据，可以输入各种控制参数，能对显示菜单进行更改。此外，设计中还增加了自检和测试功能，通过显示面板就可以了解整个系统的工作情况。
　　 1．5 伺服系统
　　 伺服系统主要包括控制电机、伺服控制器、刹车控制器和大功率变压器等。控制电机使用无刷类电机，选择功率为1．2 kW的交流伺服电机。电机刹车控制板用于吸收电机减速运行时反馈给控制器的能量。
　　 1．6 出条检测
　　 一般的开环自调匀整系统在出条端是没有检测点的，控制系统根据喂入检测信号调节牵伸倍数后直接输出须条，无法在线了解匀整效果。USC、USG型自调匀整均在出条处设置了检测喇叭口，它不同于闭环系统的出条检测，与自调匀整的控制系统没有关系，是一个直接监测输出条质量，向计算机提供信号的高精度监测器。出条检测采用具有高速、高精度特点的FP棉条压力传感器，能检测条子的微小变化，实现对棉条质量的监控。若配合高性能的软件，还能直接在终端显示棉条的条干数值和波谱图，这对系统调试和质量监控有重要的意义。
　　 1．7 显示终端
　　 终端是控制系统与操作人员连接的桥梁，通过显示终端对有关工艺条件和技术参数进行设定，并随时了解生产情况和出条质量。USC型、USG型自调匀整终端选用点阵型液晶，液晶本身自带控制线路，其控制是由一个计算机控制系统完成。
　　 1．8 匀整技术参数
　　 1．8．1 死区长度
　　 死区长度即后区凹凸罗拉到主牵伸区变速点间的距离。它决定匀整部分对喂人量波动的延长时间。对于开环式自调匀整装置，可以用下式近似表示死区长度值L：


式中：
　　 --检测点到前罗拉握持点的距离；
　　 --纤维平均长度；
　　 --纤维长度离散系数；
　　 --纤维变速点到前罗拉握持点间的距离。
　　 若纱条输入速度为v1，系统惯性的延迟时间为t＇，则匀整系统的延迟时间为t=（1／v1）-t＇，而延迟时间的确定将直接影响匀整系统的匀整效果。
　　 由上式可知，死区长度与检测点位置有关。USC型自调匀整装置检测点位于后罗拉后方约1150mm处，且死区长度应随加工纤维的长度及长度离散情况的不同而异。另外，延迟时间除了与死区长度有关，还要考虑系统延迟时间的影响，不同的自调匀整装置，具有不同的t＇值，在确定纱条输人速度时，除了对喂入张力的影响，还要考虑到其与延迟时间有关。
　　 因死区长度受多种因素影响，是一个不确定参数，匀整系统的设计应为用户正确选用该参数提供方便。使用USC型、USG型自调装置时，系统手册会推荐一个死区长度，但实践证明，它并非最佳死区长度。由于影响因素较多，还需经试验进行修正才能确定最佳值。生产实际中，当品种翻改、原料变化时，都会使匀整点发生变化，应考虑死区长度的合理调节。
　　 1．8．2 放大倍数
　　 放大倍数决定着对喂入量波动的响应程度。由于检测装置是机械式检测喂入条线密度，受原料性能、密集程度、蓬松性等因素影响，与客观实际的波动有一定差异，必须以放大倍数的调整决定匀整机构调节量的大小。若放大倍数过大或过小，都会使匀整后的输出条定量偏离设定值。因此，每次原料调整、品种变化时，必须经过试验调整来确定最佳的放大倍数。
2 典型自调匀整装置主要工艺性能
　　 高速并条机上使用的USTER公司的USC型、USG型自调匀整装置是目前世界上具有代表性的先进产品，现将生产实践中的工艺性能试验情况总结如下。
　　 2．1 匀整范围
　　 在安装有USC型自调匀整装置的并条机上进行加减条试验，将喂入条由7根-→8根-→7根-→6根一→7根变化（变化范围 -14．2％　～　+14．2％），每次间隔大于100 m，然后按喂入条顺序取出条子变换时刻前后形成的输出条试样，进行不同片段长度不匀率分析，结果显示条干CV和不同片段的重量不匀率和重量偏差无明显变化。但在7根喂入时加减2根（变化范围 -28．6％ ～ +28．6％）条子时，因超出匀整范围（±25％），生产无法正常进行，说明USC型自调匀整在匀整范围内有很好的匀整作用。
　　 2．2 短片段不匀的匀整效果
　　 在VOUK SH802-E型并条机正常喂人精梳条中夹进一根具有明显短片段不匀的精梳条，对喂入条和输出条进行波谱图和条干CV分析，结果显示精梳条中具有波长为8cm ～ 10cm不匀波经USC型自调匀整后完全消除，条干CV由6．10％降为3．45％，说明USC型自调匀整装置对短片段不匀具有较好的匀整效果。
　　 2．3 精梳条结合波改善效果
　　 将精梳条（波谱分析存在33cm～43cm接合波）喂入SH802-E型并条机，分别在USC型自调匀整装置开启和关闭两种情况下对输出条取样，进行波谱图分析，结果显示接合波经USC型自调匀整后已基本消失，说明自调匀整对改善精梳条接合波效果明显，这也为实现精梳后单并工艺提供了技术条件。
　　 2．4 不同片段长度的匀整效果
　　 在安装有USG型自调匀整的FA326型并条机上，对经过自调匀整的输出条进行1 m、2 m、3m、4m、5 m不同片段的重量不匀试验，并条机的两个眼分别进行，结果显示两眼测得的数值基本相同，相同片段长度的有匀整的比无匀整的要好，重量CV比无匀整的要小。在有匀整的情况下，片段长度越长，匀整效果越好，说明并条机自调匀整对短片段的匀整要求比较高，技术难度较大。
　　 2．5 USG型自调匀整合格率
　　 在安装USG型自调匀整的FA326型并条机上，对8根、7根、9根不同喂入条件下的输出条5m称重各20段，分别计算出8根-→7根和8根-→9根的匀整效果。结果显示，在8根正常喂入的情况下，增减一根条子，其匀整率都在标准范围内。匀整率越小，说明重量差异越小，匀整效果越好。
3 结束语
　　 随着现代纺纱生产技术的不断提高。并条机自调匀整技术的应用已十分重要，其技术和作用已成为并条工序现代化的关键所在。
　　 (1)并条机自调匀整对精梳条接合波有较好的改善作用，可满足实现精梳后单道并条工艺。
　　 (2)并合可以改善条子的长片段不匀，并条机自调匀整的作用关键是改善短片段不匀，将并合和自调匀整结合起来，可以实现并条工序的最佳工艺效果。
　　 (3)开环式控制系统具有较强的匀整针对性，是并条机自调匀整装置较理想的控制方式，加上出条在线检测装置，实现在线监控，使其作用更加完善。
　　 (4)自调匀整装置不能影响并条机的工艺作用，针对不同的牵伸形式设计合理的牵伸调节方式十分重要。
　　 (5)我国并条机的自调匀整技术与国际先进水平相比还有一定的差距，主要表现在可以匀整的片段长度和制造精度，应加强有关技术研究，努力赶超世界先进水平。