自調(diào)勻整技術(shù)在高產(chǎn)梳棉機上的應用及其勻整效果的分析（上） 

費青  中國紡織科學研究院

自調(diào)勻整的研究，從清棉機的洋琴裝置（天平調(diào)節(jié)裝置）算起，已有百余年歷史，但自調(diào)勻整技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛用于生產(chǎn)實踐，還是近50多年的事。1953年展出英國人雷伯（Raper）發(fā)明的自調(diào)勻整器以后，首先在精梳毛紡工業(yè)得到應用，1959年在米蘭國際紡機展上第一次展出了棉紡用的自調(diào)勻整器，一為Graf公司的梳棉機的自調(diào)勻整器，一為Uster等公司的并條機自調(diào)勻整器。此后，許多國家相繼制造了許多不同類型的自調(diào)勻整器，由于梳棉機應用金屬針布，高速梳理以及發(fā)展清梳聯(lián)等新技術(shù)后，梳棉機采用自調(diào)勻整越來越顯出其優(yōu)越性和必要性。

目前采用的生條不勻率指標為條干和5m重量不勻率，不能全面反映生條不勻結(jié)構(gòu)的特點，它僅僅代表生條不勻率總頻譜中極小的一部分。圖1為錫萊研究所做的長片段生條不勻率，圖2為我們試驗的卷喂生條和清梳聯(lián)生條各不同片段長度的不勻率。

圖１    錫萊研究所的長片段生條不勻率曲線

圖2    生條CB（L）曲線（切斷稱重法）

Uster公司不勻波段長度分類為：超短片段0.25m以下，短片段0.25~2.5m以下，中片段2.5~25m以下，長片段25~250m，超長片段250以上。

近年來，國內(nèi)外清梳聯(lián)發(fā)展較快，我國清梳聯(lián)的研究起步雖較早，但發(fā)展緩慢而有迂回，其主要原因是過去遇到了一些問題，除清梳聯(lián)結(jié)構(gòu)、配套流程和制造質(zhì)量等問題外，在工藝質(zhì)量上主要是生條重量不勻率偏高和重量偏差的控制問題。如京棉三廠1983年8月~10月資料：棉卷喂入和清梳聯(lián)的生條5m不勻率分別為4.61%和3.84，細紗支數(shù)不勻率分別為1.91%和2.16%。

從京棉三廠試驗資料表明：

（1）在相同條件下，片段長度小于200~250m時，清梳聯(lián)生條內(nèi)不勻優(yōu)于卷喂生條不勻率，但到250~300m片段時，兩者已接近。

（2）隨著片段長度增加，內(nèi)不勻率降低，但卷喂生條的內(nèi)不勻率降低得快，因而如片段長度超過250~300m后，就會發(fā)生清梳聯(lián)生條不勻率比卷喂生條大的趨勢。

（3）資料說明清梳聯(lián)生條總不勻率比卷喂好，但成紗支不勻卻是清梳聯(lián)差，這就暴露了清梳聯(lián)超長片段不勻率差、平均重量偏差大的問題。

（4）這就是清梳聯(lián)生條的質(zhì)量關(guān)鍵，也是梳棉機自調(diào)勻整的主要任務。

（5）這種超長片段不勻的生條，不能依靠梳棉機的均勻作用和并條機的并合作用來修正，也即它們都不能解決清梳聯(lián)超長片段不勻和平均重量偏差的問題（見圖3）。雖然并條機可以采用人工抽檢調(diào)換牽伸牙的辦法，但因是間斷性的，不能徹底解決B區(qū)的漂移問題。

圖3    清梳聯(lián)超長片段不勻示意圖

由上述分析可見，為要解決清梳聯(lián)生條超長片段不勻和平均重量偏差問題，在一般二道并條的棉紡系統(tǒng)中，如采用清梳聯(lián)時，為保證質(zhì)量，宜采用自調(diào)勻整來修正對細紗極為有害的不勻結(jié)構(gòu)即超長片段不勻和重量偏差問題。

自調(diào)勻整在梳棉機上還是并條機上，各有優(yōu)缺點，目前國外高產(chǎn)梳棉機都配有自調(diào)勻整。梳棉機上裝自調(diào)勻整器有下列優(yōu)缺點：（1）梳棉機配臺多，但現(xiàn)今高產(chǎn)梳棉機出現(xiàn)后，該問題要好些；（2）速度低，自調(diào)勻整機構(gòu)相對可以簡單，各元件、環(huán)節(jié)容易過關(guān)，而且檢測控制易于準確；（3）在混紡系統(tǒng)中，可以正確混紡比；（4）梳棉機自調(diào)勻整與并條的并合作用相配合，能得到比較完美的結(jié)果。

近年來，不僅高產(chǎn)梳棉機都采用自調(diào)勻整器，而且在高速并條機上也都配有自調(diào)勻整器。

1     梳棉機自調(diào)勻整器的型式

自1959年瑞士第一次展出梳棉機自調(diào)勻整器以來，特別是近年來得到了迅速的發(fā)展，種類很多。

1.1   自調(diào)勻整器的組成

一般由檢測、轉(zhuǎn)換、比較、調(diào)節(jié)、執(zhí)行（包括變速）等部件組成。在有些勻整器中還有延時機構(gòu)。

1.2   自調(diào)勻整器的類型

（1）開環(huán)。先檢測后變速，它有如下要求：①控制系統(tǒng)的延時與從檢測點到變速點之間必須時間配合得當；②嚴格符合調(diào)節(jié)的基本方程，以使輸出棉條定量保持常數(shù)，否則，開環(huán)無法修正其輸出偏差；③由于缺乏自檢能力，它不能修正由于各環(huán)節(jié)或元件變化所引起的偏差（如溫濕度變化、元件的衰退）且不如閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，平均定量容易發(fā)生漂移；④勻整片段短，最短約為纖維長度的6~8倍，可以提高中短片段的均勻度；⑤在棉紡中由于檢測點到勻整變速點的距離短，一般沒有記憶延時機構(gòu)。

（2）閉環(huán)。檢測機構(gòu)在變速部位的前方，它能減少由于牽伸機構(gòu)和外界干擾所引起的影響，它有自檢能力，故比開環(huán)穩(wěn)定；但它不能勻整波長等于或小于變速點到檢測點之間“時差”長度的不勻波，所以機前檢測機后調(diào)速的長回路閉環(huán)系統(tǒng)，主要勻整長片段不勻。而短回路閉環(huán)系統(tǒng)能勻整較短的片段長度不勻。

（3）混合環(huán)和復合環(huán)。前者為系統(tǒng)中既有開環(huán)又有閉環(huán)的自調(diào)勻整系統(tǒng)，兼有開環(huán)、閉環(huán)的優(yōu)點，既能保持長、中、短片段的勻整效果，又能自動修正各種因素波動所引起的偏差，從調(diào)節(jié)性能看是比較完善的，但其機構(gòu)比較復雜。后者泛指由兩個勻整環(huán)復合而成的自調(diào)勻整系統(tǒng)。

按安裝部位分有機前、機后和機前檢測機后調(diào)節(jié)。按勻整長度分有長片段、中片段和短片段自調(diào)勻整器。從結(jié)構(gòu)型式分有機械式、機械電子式、電氣式、機械液壓式和氣流電氣式等。

2     梳棉機自調(diào)勻整器結(jié)構(gòu)簡介

2.1   機后開環(huán)短片段自調(diào)勻整器

這類自調(diào)勻整器的特點是由給棉羅拉檢測并變速，檢測點和變速點都在給棉羅拉處，或檢測點在刺輥處如MK5D型梳棉機。位置滯后為0或極短（MK5D型），但系統(tǒng)滯后不為0；給棉羅拉檢測的并非是棉層的平均厚度。

如C501梳棉機上提供的是中片段和短片段（混合環(huán)）自調(diào)勻整器。MT中片段自調(diào)勻整器是中片段后開環(huán)（見圖4），位移傳感器5安裝在給棉羅拉1的兩端支臂4上，傳感器把給棉羅拉傳來的棉層2的厚度信號轉(zhuǎn)換并發(fā)送給計算機控制器6，控制器（計算機）就會指示無刷變速電動機7改變給棉羅拉轉(zhuǎn)速，從而達到勻整的目的，勻整棉條長度可短于1m。 

圖4    C501梳棉機的自調(diào)勻整器示意圖

2.2   機前開環(huán)短片段自調(diào)勻整器

如RRC型、奧普蒂馬型、德國KB88、KU12型、日本大東（DHC）、Platt 2000型梳棉機的自調(diào)勻整器等?；袅炙刮炙?/span>Platt2000的自調(diào)勻整器為機前短開環(huán)，它安裝在棉網(wǎng)成條喇叭口處，由一個二上三下的牽伸裝置（1.5倍）、無電刷直流（調(diào)速）電動機、傳動系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成（見圖5）。由一對檢測羅拉對棉條進行檢測，位移傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，通過計算機比較，計算后立即控制牽伸裝置按需要改變牽伸比對棉條進行修正。耦合器把定速和直流電動機的變速耦合后，傳動牽伸裝置的前羅拉達到改變牽伸修正棉條重量的勻整的目的。從檢測到修正的反應速度快，僅0.004 s，棉條重量CV%可控制在1%以內(nèi)。 

圖5    Platt2000的自調(diào)勻整器示意圖

2.3   機前閉環(huán)短片段自調(diào)勻整器

Crosrol STAL2的自調(diào)勻整器見圖6，機前裝有一組牽伸箱，在牽伸出口區(qū)由凹凸檢測羅拉通過無摩擦杠桿放大20倍，作用于液壓控制閥，通過變速器使前羅拉變速，控制閥的油流入油缸的速度是根據(jù)棉條不勻率的大小而變化的，活塞就按此速度推動變速器進行調(diào)整，當棉條重量檢測值接近預定值或開慢車時，調(diào)整速度就減慢（即油流速度減慢），以免產(chǎn)生調(diào)整過頭的危險。 

圖6    Crosrol STAL2的自調(diào)勻整示意

當牽伸平均值為1.5時，勻整范圍為±30%，勻整最短片段長度在出條速度20m/min時為1m左右，300m/min時為2m左右。

2.4    長片段閉環(huán)自調(diào)勻整器

如UCC-L、Crosrol LTAL2、CK-7C的TLC型、DK2的CC-825型、無錫YZ-1、2型、青機的FT021等，都采用機前檢測（凹凸羅拉或氣壓喇叭口）、機后調(diào)速（給棉羅拉變速或改變棉箱壓力），這類自調(diào)勻整器的特點是以解決清梳聯(lián)生條超長波不勻為主，勻整片段長度較長，國內(nèi)引進的梳棉機和國產(chǎn)梳棉機不少采用此類自調(diào)勻整器。

2.4.1   LTAL2型

在機前采用一對檢測羅拉檢測棉條粗細，經(jīng)杠桿放大，進入液壓系統(tǒng)（具有積分、比較功能），由液壓控制閥將棉條的重量變化改變成油壓活塞位置的變化，推動皮帶，用以改變變速器的速比，使給棉羅拉變速，以勻整喂入量（見圖7）。 

圖7    ＬTAL2的自調(diào)勻整示意

2.4.2   青紡機FT021型

采用機前凹凸羅拉檢測，經(jīng)差動變壓器轉(zhuǎn)換成電信號，放大后，推動電動機調(diào)節(jié)薄膜開關(guān)，改變下棉箱內(nèi)的氣壓，從而改變棉箱輸出棉層密度。由于采用步進比例調(diào)節(jié)，因而超調(diào)現(xiàn)象少，但勻整長度長。

2.5    混合環(huán)自調(diào)勻整器

兼有開環(huán)、閉環(huán)的優(yōu)點，可勻整長、短片段，可分兩類：（1）兩檢一控式，如C4、C50、DK760、DK803、FT-022型等都采用兩個檢測點，在長片段閉環(huán)自調(diào)勻整器的基礎(chǔ)上，增加一個機后檢測點。其機后為開環(huán)方式；（2）一檢兩控式，機前檢測，同時控制機后給棉羅拉和機前牽伸區(qū)的前羅拉變速，如CX400梳棉機和UCC-S型混合環(huán)自調(diào)勻整裝置，它是長閉環(huán)和機前短開環(huán)相結(jié)合；（３）在混合環(huán)和復合環(huán)中，可有一檢二控、二檢一控和二檢二控方式。

采用混合環(huán)后，勻整效果大，勻整值百分率增加，生條的重不勻率改善見表1、2。C51、C4、DK803、DK903、DK760、DK740、CX400、C501型等高產(chǎn)梳棉機都采用。

由表1、2可見，采用自調(diào)勻整器后，勻整效果是明顯的。（1）生條重量不勻率改善，重量偏差減??；（2）采用自調(diào)勻整器后，不僅可以改善生條的內(nèi)不勻率（CV內(nèi)%），而且特別改善了臺間不勻率。但自調(diào)勻整能力是有一定限度的，它不可能把各種喂入不勻（如各種清梳聯(lián)喂棉箱產(chǎn)生的不勻差異）勻整到同一水平，調(diào)研資料表明，采用自調(diào)勻整器后，只能在原有清梳聯(lián)重不勻率的基礎(chǔ)上得到一定值的改善。因此采用自調(diào)勻整器后，對清梳聯(lián)還應盡可能提高勻整能力，也就是說，生條不勻率的改善要依靠清梳聯(lián)和自調(diào)勻整器的共同效果，只有兩者都好，才能獲得均勻的生條。

2.5.1   Ucc-S型

為氣流電氣式，混合環(huán)系統(tǒng)采用一檢二控的方式，它是在Ucc-L基礎(chǔ)上再裝一機前開環(huán)短片段勻整器，如圖8所示。棉條由氣壓喇叭口6檢測，通過電器控制箱2，一方面由變速裝置1改變給棉羅拉速度，另一方面由變速裝置3改變機前牽伸區(qū)7牽伸羅拉的速度，由于牽伸區(qū)牽伸倍數(shù)低，并裝有儲存棉條的裝置8，因而條筒和圈條器不需變速，使勻整裝置有低慣性、高效的特點。最小勻整長度為10cm，勻整范圍喂入差異為-30%~+50%。

 圖8     Ucc-Ｓ勻整器

1、3-變速裝置；2-電氣控制箱、給定值棉條支數(shù)調(diào)整器；4-速度傳感器；5-給棉羅拉； 6-氣流測量喇叭口；7-牽伸箱；8-棉條儲存器

2.5.2   DK740、DK760和FT、SYH自調(diào)勻整器

采用機后兩個檢測點（機后給棉羅拉和機前階梯羅拉或彈片式喇叭口）共控一個機后變速給棉羅拉。

（1） DK740和DK760梳棉機的CFD-CCD自調(diào)勻整器

裝有CFＤ機后短片段和CCD長片段相結(jié)合的混合環(huán)自調(diào)勻整器見圖9，CFD檢測點位于給棉羅拉與給棉板間，檢測喂入棉層厚度的變化，通過檢測桿、傳感器把變化信號傳送到微機9。CCD檢測點位于機前喇叭口處，檢測輸出棉條粗細的變化，通過杠桿、傳感器等把變化信號送入9，微機9根據(jù)CFD、CCD檢測點反饋來的信號。分析后輸出信號2來調(diào)節(jié)給棉羅拉的速度。微機9中的4、5、6是FBK533棉箱的壓力勻整器。

 圖9    DK740型自調(diào)勻整器

CFD機后短片段自調(diào)勻整器對棉層的檢測是通過給棉羅拉和給棉板內(nèi)測定板之間的夾持點進行的（見圖10），通過位移傳感器3轉(zhuǎn)換為電信號。 

 圖10    CFD機后短片段自調(diào)勻整器

CCD長片段自調(diào)勻整器對輸出棉條的檢測是通過壓輥處彈簧舌式喇叭口進行的（見圖11），通過位移傳感器2轉(zhuǎn)換成電信號。前后檢測與各自給定值間的偏差信號，通過微機處理后控制給棉羅拉電動機，使其調(diào)速，得到勻整長短片段的目的。CCD為DK740的基本型自調(diào)勻整器，可以單獨使用，即只配CCD長閉環(huán)自調(diào)勻整器，也可選配CFD組成長短片段混合環(huán)自調(diào)勻整器。 

 圖11    CCD長片段自調(diào)勻整器

（2）FT022A型混合環(huán)微機自調(diào)勻整器

本系統(tǒng)由傳感器、給棉電動機、微機控制器等部分組成。其中傳感器包括棉條輸出部分的階梯羅拉棉條厚度傳感器和喂入部分的棉層厚度傳感器。

系統(tǒng)的工作原理如圖12所示。棉層經(jīng)給棉羅拉喂入梳棉機，棉層的厚度信號進入微機控制器，梳棉機輸出的棉條經(jīng)安裝在階梯羅拉上的位移傳感器將棉條粗細信號送入微機控制器中。在正常運行（梳棉機高速）時，微機控制器將上述兩路信號進行處理，得出給棉羅拉轉(zhuǎn)速的控制電壓。經(jīng)交流調(diào)壓驅(qū)動電路控制給棉羅拉轉(zhuǎn)速，從而保持生條定量不變。達到降低生條重量偏差，減少重不勻的目的。當梳棉機處于開慢車及慢轉(zhuǎn)快、停車或快轉(zhuǎn)慢的過程中，微機控制器則根據(jù)道夫轉(zhuǎn)速信號，讓給棉羅拉跟蹤道夫速度，實現(xiàn)類似于機械傳動的“硬傳動”。

圖12    ＦＴ022A自調(diào)勻整器

（3）FT024型自調(diào)勻整器

采用“開環(huán)”控制原理，檢測和調(diào)節(jié)在同一部位進行，對棉條的中、長、短片段均能得到補償。

①檢測機構(gòu)采用在給棉羅拉上加壓的方式，棉層的厚度通過給棉羅拉的位移由位移傳感器檢測，可以檢測到0.01 mm的微小變化，

②執(zhí)行機構(gòu)采用變頻調(diào)速技術(shù)。

③速度跟蹤采用兩只速度傳感器，一只連續(xù)監(jiān)測給棉羅拉的速度，另一只監(jiān)視道夫的速度，以便梳棉機在生頭、啟動、減速等速度改變的過程中保持系統(tǒng)的同步。

④保護和報警功能，當原料達不到勻整要求時，勻整器延時停車并報警，故障解除后方能開車。

⑤基本工作原理及其調(diào)節(jié)。其功能是根據(jù)棉箱輸出棉層的不同厚度，保持梳棉機有穩(wěn)定的纖維喂入量。當喂入棉層厚度變化時，微機通過位移傳感器檢測到棉層厚度變化信號并進行運算分析處理，計算出牽伸補償量，通過改變給棉電動機轉(zhuǎn)速來改變給棉羅拉與道夫的牽伸比，以保持恒定的棉條定量輸出，降低棉條的長片段不勻。

FT024型的參數(shù)均由撥碼開關(guān)的電位器設(shè)定牽伸、延時時間、速度系數(shù)、工作方式，各保護功能的設(shè)定都可撥碼而改變。通過面板上的視窗可隨時監(jiān)視棉層的狀態(tài)，日常的微調(diào)通過面板上的電位器即可完成。其主要指標為總不勻率≤2.5%，內(nèi)不勻率≤1.5%，改善率≤30%，響應速度1m/s。

（4）FT025型自調(diào)勻整器

采用混合環(huán)控制原理，CPU采用更高位的芯片，響應速度更快，更適應高產(chǎn)梳棉機，且主機采用一體化控制，通過通訊方式實現(xiàn)自調(diào)勻整器參數(shù)的設(shè)置和顯示，棉條的各片段均能得到補償。若不需通訊，內(nèi)部又具有獨立完整的參數(shù)和顯示功能，根據(jù)內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置可選擇勻整器工作在“開環(huán)”或“閉環(huán)”狀態(tài)。

①檢測機構(gòu)：后部采用給棉羅拉檢測棉層厚度，前部出條處裝有一棉條位移傳感器，用于檢測最終出條質(zhì)量。當微機控制器檢測到棉條傳感器發(fā)生變化超過一定值時，結(jié)合棉層厚度檢測值，通過計算分析改變電動機速度，以保證長短片段的出條質(zhì)量。

②執(zhí)行機構(gòu)、速度跟蹤、保護和報警等均采用FT024型的形式。

③道夫快慢勻整一致：道夫在快、慢速時輸出的條重存在一定的差異，FT025型在參數(shù)單元中增加了一參數(shù)用于調(diào)整道夫慢速時的牽伸量，從而達到了道夫快、慢速時輸出的條重始終是一致的。

④FT025型的主要指標與FT024型相同。

（5） SYH600型系列梳棉機自調(diào)勻整器

該系列主要型號有SYH600型、SYH601型、SYH602型、SYH603型。該裝置由工業(yè)控制計算機進行控制，主機運算速度快，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。

工作原理是通過喂棉羅拉及凹凸羅拉檢測棉層厚度，經(jīng)計算機控制系統(tǒng)計算，依棉條重量變異而自動控制喂棉速度和出條速度，對棉條的中、長、短片段進行有效控制，保證輸出棉條質(zhì)量，分開環(huán)、混合環(huán)和復合環(huán)等類型。SYH600型二檢二控（復合環(huán)）的控制原理見圖13。

圖13    SYH600型系列自調(diào)勻整器

SYH自調(diào)勻整系列的特征見表3。 

（6）C501梳棉機的ST短片段自調(diào)勻整器：此ST自調(diào)勻整器（見圖14）為機前檢測機后給棉羅拉和機前牽伸裝置變速的混合環(huán)自調(diào)勻整器，棉條在進入牽伸裝置6之前，由喇叭口傳感器檢測棉條粗細，轉(zhuǎn)換成電信號，由微機（控制器）3處綜合處理，調(diào)節(jié)無刷直流變速電動機5和2，機后改變給棉羅拉速度，機前改變牽伸裝置的牽伸比，以校正任何殘余的支數(shù)偏差。勻整棉條長度可短于4cm，當使用ST自調(diào)勻整器時，其梳棉機牽伸的基礎(chǔ)值是通過微機設(shè)定的，如棉網(wǎng)重量（厚度）超過其基礎(chǔ)值±10%時就可修改。 

圖14    ST短片段自調(diào)勻整器

2.6   雙閉環(huán)中片段自調(diào)勻整器

Uster在Ucc-L基礎(chǔ)上在錫林前罩板處加裝一個光學檢測點（圖15），根據(jù)反射原理測定錫林針布上的纖維負荷，與大壓輥處的檢測信號共同控制給棉羅拉變速，即二檢一控式。因錫林前罩板區(qū)與給棉羅拉的時差較短（與長閉環(huán)比），故勻整片段可稱中片段。

圖15    雙閉環(huán)中片段自調(diào)勻整器

2.7    梳棉機自調(diào)勻整器檢測點、變速勻整點及方式

2.7.1   檢測點

（1）機后給棉羅拉處或刺輥處（MK5D采用刺輥力矩傳感器）測定喂入量的變化，在DK803、DK903、FA225A等梳棉機上采用多塊（10塊）彈簧檢測板檢測喂入棉層厚度，比給棉羅拉檢測有了很大進步，向測定棉層厚度目標前進了一大步。

（2）機前檢測采用階梯羅拉（凹凸羅拉）、喇叭口（氣壓式或簧片式）測定輸出棉條的粗細變化。

（3）采用電子秤式檢測的棉層重量傳感器，也稱精密稱重法，如圖16所示。機前檢測有階梯羅拉或凹凸羅拉和彈簧舌式喇叭口（見圖11）或氣壓喇叭口兩種方式前后檢測與各自給定值間的偏差信號，通過微機處理控制給棉羅拉電動機，使給棉羅拉調(diào)速，達到勻整長短片段的目的。這是長閉環(huán)與機后短開環(huán)相結(jié)合。 

圖16    電子秤式檢測的棉層重量傳感器

2.7.2   變速勻整點

（1）改變給棉羅拉速度；（2）改變機前牽伸區(qū)牽伸羅拉的速度；（3）道夫速度（轉(zhuǎn)移率變化），但此勻整速度慢，對某些短波存在惡化。

2.7.3   檢測喂入棉層和輸出棉條厚度變化

機前機后檢測喂入棉層和輸出棉條厚度（粗細）的變化，通過位移傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，由微機控制機后給棉羅拉電動機或機前牽伸羅拉電動機變速，改變梳棉機牽伸比或機前牽伸機構(gòu)牽伸比，達到棉條勻整的目的。 

（未完待續(xù)）