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技术交流
全自动半自动转杯纺纱技术发展和新型纱线开发
添加时间:2012-08-18 13:53:48      浏览次数:1434
汪军
(东华大学)
 
自1965年第一台工业用转杯纺纱机问世以来的40多年中,转杯纺纱技术和设备的发展水平和发展速度与环锭纺纱200多年来的发展相比要高得多、快得多。转杯速度的提高、转杯型式的改变、排杂系统的使用、阻捻器装置的发明、整机头数的扩大、接头方式的变革、不断完善的配套装置,都大大提高了机器的自动化水平。
 
1 转杯纺纱技术发展
1.1高速高产
转杯纺与环锭纺相比,高速高产是它的一个优势。正因为这个因素,其纱线经济支数不断提高,目前中低支纱线已是转杯纺的天下。转杯纺高速的关键在于转杯转速的提高,从最初的3万r/min提高到如今的17万r/min。转杯速度的提高,从设备角度来看,主要是转杯高速轴承的研制与整机高速时振动问题的解决。
 
从纺纱工艺来看,以下3个方面问题的解决对转杯速度能否进一步提高十分关键。
 
a)转杯转速提高,转杯直径需要减小,而自排风式的转杯无法提供合适的真空度,因此抽气式转杯纺纱机逐步取代了自排风式转杯纺纱机。当然这是指应用于棉纺行业为主的转杯纺纱机而言,对毛、麻、绢、化纤等行业如果采用较低速度、较大尺寸转杯则是另外一个问题。
b)高速情况下,纱条的动态张力会提高,这就需要对一些关键元器件进行研发。纺纱过程中,纱线的动态强力低于动态张力时就会发生断头,因此在纺纱器中,假捻、捻陷和阻捻的综合运用就很有讲究,如假捻盘的形式和规格、转杯凝聚槽的形状和分梳辊的针布等。
c)高速情况下,接头的方式必须从人工转为全自动或半自动。人工接头的方法是操作人员用左右手的配合完成,一般而言,在低速(转杯转速在6万r/min以下)情况下,挡车工经过培训可以完成。而速度进一步提高时,人工就很难接上头了,原因是人左右手配合的时间至少要100ms左右。因此当转杯转速提高时,必须要有全自动或半自动接头装置。
 
1.2高品质高质量
转杯纺纱成纱质量的不断提高和产品品质的提高也是转杯纺纱技术进步的一个方面。随着人们生活水平的提高,客户对转杯纱的质量要求也在不断提高,相应的检测标准也随之提高,成纱质量检测范围逐步扩大。如USTER公报的转杯纱的统计值中增加了细节(-40%)、粗节(+35%)、棉结(+200%)、毛羽、截面形状等多个统计值,转杯纺完全可以用好的原料纺制高品质的纱线。转杯纺纱机的使用最初以棉纺行业为主,现已逐步应用到毛、麻、丝和化纤行业。纺纱线密度从74~29tex逐步扩展到118~18.5tex,甚至236~9.85tex。织物品种也从机织产品向低捻针织产品、产业用品、装饰家用品及特种用途产品方向发展。
 
纺纱器设计中排杂系统的引人是提高纱线质量的一项措施。阻捻器的发明使转杯纺纺制低捻针织纱成为可能。数年前,19.2tex粘胶转杯针织纱的市场火爆表明,转杯纺完全可以纺制一些高品质的纱线。全自动、半自动接头装置的使用,电清监测水平的提高都为转杯纱质量的不断提高奠定了基础。
 
1.3高度自动化和智能化
随着控制技术的提高,转杯纺的自动化程度也越来越高。特别是全自动转杯纺纱机,在正常运行中,几乎不需要人工操作,极大地减少了影响纱线质量的人为因素。负压稳定系统、纱线接头系统、电清在线监控和变频控制、伺服驱动等的应用,使挡车工的劳动强度大大降低,纱线质量进一步稳定,为转杯纺纱技术的发展提供了良好的条件。
 
全自动转杯纺纱机是转杯纺纱机发展的一个趋势,但其不菲的价格未必能够完全替代半自动转杯纺纱机。
 
1.4原料多元化
目前,转杯纺纱原料尽管已从棉扩大到绢、麻、毛、化纤等领域,但是应用面还不广,仍然是以棉为主体。转杯纺纱可应用纤维长度和细度差异大的不同纤维开发出多种混纺纱线,这方面明显优于环锭纺纱。化纤领域中涤纶、粘胶等品种近年来也得到很好的开发,但是目前的原料基本上是以适应环锭纺的为主,多家工厂正积极开发针对转杯纺的专用的原料(主要是在长度和细度方面)。此外,转杯纺在毛、麻领域中的应用,尚仅仅停留在局部混纺纱产品上,而没有将粗梳毛纺系统及麻纺系统中的前纺部分一起加以配套考虑,以形成转杯纺纱的毛纺系统工程和麻纺系统工程。
 
1.5纱线品种多样化
纱线品种多元化主要指花式纱线和混纺纱线。
转杯纺花式纱线基本上是竹节纱和包芯纱两种。国内外的纺机制造公司都曾在转杯纺纱机上增加可以生产竹节纱和包芯纱的功能。如Rieter(立达)公司的BT904型机、Schlafhorst(赐来福)公司生产的Autocoro 480型机均采用独立传动喂给罗拉的SEl2纺纱器,可同时用于生产竹节纱。苏拉捷克公司的BbD330型机为了提高半自动接头质量而采用喂给罗拉独立传动的机构。也可用于生产竹节纱。但转杯纺纺制包芯纱由于机构复杂,不能算很成功。但转杯纺由于其成纱机理的特殊性,在其设备上开发花式纱是否有很大的应用价值和前景以及经济上是否合算,也正在探索中。如果有其它更简单的新型纺纱设备可以用来生产花式纱,那么转杯纺纺制花式纱就未必划算。
 
在混纺纱方面,转杯纺也大有前途。在色纺纱、多组分混纺等方面,也有不少企业进行了有益的探索,开发了一些品种,也是转杯纺纱产品开发的一个发展趋势。
 
2 转杯纺纱机的比较
2.1全自动转杯纺纱机与半自动转杯纺纱机的比较
目前,全自动转杯纺纱机的生产商基本上只有Schlafhorst(赐来福)公司和Rieter(立达)公司,其代表产品为Autocoro 480和R40,两者总体水平接近。半自动转杯纺纱机国际上也基本以欧瑞康旗下的BD系列和Rieter公司的BT系列为主。国产设备中,不少企业的产品属于半自动转杯纺纱机,其接头质量与国际先进机型尚有差距。表1列出了国际先进全自动转杯纺纱机与半自动转杯纺纱机某些指标的差别。从表l中可知,全自动转杯纺纱机接头质量好于半自动纺机,但是价格太贵,其主要原因在于接头小车。接头小车实际上是一个“机器人”,涉及光、机、电、气、纺纱工艺与自动控制技术融合等问题,技术含量非常高,一般一台全自动转杯纺纱机需要配置2~4台接头小车,成本很高。
 
近年欧瑞康赐来福公司推出了Autocoro$360智能经济型转杯纺纱机,从该公司提供的技术数据来看,Autocoro$360与Autocoro 480的差异主要在于简化了接头小车结构,降低了机器价格。
 
2.2 BD系列与BT系列半自动转杯纺纱机的比较
BD系列与BT系列转杯纺纱机制造商曾经都属于捷克斯洛伐克,后由于种种原因分别被苏拉(现在的欧瑞康)集团和Rieter公司收购,发展成为目前两大系列。两者之间的最大区别如表2所列。总体上两种机型水平相当,主要区别在于提高半自动接头质量的方式不同,两种方式各有巧妙,也都能有效地提高接头质量。从机理上说,BD系列采用喂给罗拉倒退方式,能够避免损伤纤维,似乎更合理一些,但是限于条件,尚无法对两种接头方式的质量进行直接比较。目前一般认为,半自动接头的质量与全自动接头质量相比略差一些。笔者认为,如果将BD和BT两种提高接头质量的方式结合在一起,其接头质量应该会更好,有可能与全自动接头质量相媲美。
 
2.3国产与国际先进半自动转杯纺纱机的比较
总体上,国产转杯纺纱机比国际先进的转杯纺 纱机水平要差一截,主要表现在:a)没有有效提高接头质量的措施,接头质量差.b)纺高支纱的能力弱一些;c)转杯转速略低一些;d)整体稳定性略差。
 
从目前的情况看,最大的差距在于接头质量,由于受专利保护的原因,国产机尚未采用BD和BT 系列提高接头质量的方法。此外,在纺纱器的设计制造方面也还有一定的差距。
 
3新型纱线开发
转杯纺纱在以棉为主的中粗支纱领域站稳脚跟后,在中细支纱和开发花式纱方面大有进展。
 
3.1提高适纺支数
国内目前转杯纺纱生产的纱支90%在29tex以上,其中59tex以上的约占一半。相反,国外转杯纺纱80%~90%是生产19.7~59tex,其中19.7~29tex约占一半。从生产量来分析,国内转杯纺纱的生产量已占中粗支纱总量的较大比例,生产能力再扩大的空间有限。从全球转杯纺纱与环锭纺纱数量的比例上说,国内转杯纺纱还有拓展空间,关键是要积极开拓19.7~29tex这一范围内转杯纱的产品领域。
 
3.2开发混纺纱和色纺纱
混纺和色纺产品是纺纱发展的一个趋势。环锭纺领域已经发展到采用5~7种成分的原料混纺,特别是在服饰面料方面尤其受欢迎。转杯纺领域的混纺无论是品种还是组分数均远不及环锭纺,因此这方面的研究和开发将有很大的发展前途。转杯纺的色纺目前也不多,仅以麻灰纱为主。
 
由于转杯纺是自由端纺纱,多组分的混纺有一定难度,特别是对分梳辊等关键元器件的研发尤为重要。目前国内有些企业开发了一些混纺品种,取得了很好的效果。
 
3.3 特色品种的开发
在毛、麻、绢领域,转杯纺通常使用其落纤,纤维长度较短,与棉型纤维混纺。但是毛、麻和丝纤维毕竟有自己的特色,因此开发长纤维的转杯纺产品应该说很值得期待,20世纪90年代国内对毛纺转杯纺的开发形成一个小高潮,也取得了不错的效果。在毛纺、麻纺、绢纺等领域内,如果在人工转杯纺纱机的基础上进行技术改造、创新,应该能够开发一些特色产品。
 
4 结论
 
a)转杯纺纱技术正朝着高速高产、高品质高质量、高度自动化和智能化、原料多元化和纱线品种多样化的方向发展。从设备的角度分析看,纺纱器是核心,接头质量是关键,分梳辊、假捻盘和转杯是重点。
b)全自动转杯纺纱机应是发展的趋势。但在目前阶段,半自动转杯纺纱机由于其良好的性价比,还会在市场上占有相当的份额。从我国的国情来看,建议国内的制造商能够从提高接头质量、稳定纱线质量方面入手提高设备的性能,在未来的一段时间内还是有很大的市场潜力。
c)全自动转杯纺纱机由于价格因素,市场份额不会迅速增加。只有自动接头小车的技术能够进一步提高,成本进一步下降,或者说性价比提高了,其市场份额才能有效扩大。
d)人工转杯纺纱机在棉纺领域内会逐渐淘汰,但是在长纤维领域内还是可以有所作为的,通过对纺纱器、转杯、分梳辊等的改造,可开发一些特色产品。
e)转杯纱线的产品应该朝中细支纱、针织用纱、混纺纱和色纺纱方向发展。一些毛、麻类的特色品种的纱线也值得开发。
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