自调匀整技术在高产梳棉机上的应用及其匀整效果的分析（上）

奶茶色月季 2019-06-07

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自调匀整技术在高产梳棉机上的应用及其匀整效果的分析（上）

费青中国纺织科学研究院

自调匀整的研究，从清棉机的洋琴装置（天平调节装置）算起，已有百余年历史，但自调匀整技术的迅速发展和广泛用于生产实践，还是近50多年的事。1953年展出英国人雷伯（Raper）发明的自调匀整器以后，首先在精梳毛纺工业得到应用，1959年在米兰国际纺机展上第一次展出了棉纺用的自调匀整器，一为Graf公司的梳棉机的自调匀整器，一为Uster等公司的并条机自调匀整器。此后，许多国家相继制造了许多不同类型的自调匀整器，由于梳棉机应用金属针布，高速梳理以及发展清梳联等新技术后，梳棉机采用自调匀整越来越显出其优越性和必要性。

目前采用的生条不匀率指标为条干和5m重量不匀率，不能全面反映生条不匀结构的特点，它仅仅代表生条不匀率总频谱中极小的一部分。图1为锡莱研究所做的长片段生条不匀率，图2为我们试验的卷喂生条和清梳联生条各不同片段长度的不匀率。

图１锡莱研究所的长片段生条不匀率曲线

图2 生条CB（L）曲线（切断称重法）

Uster公司不匀波段长度分类为：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，长片段25~250m，超长片段250以上。

近年来，国内外清梳联发展较快，我国清梳联的研究起步虽较早，但发展缓慢而有迂回，其主要原因是过去遇到了一些问题，除清梳联结构、配套流程和制造质量等问题外，在工艺质量上主要是生条重量不匀率偏高和重量偏差的控制问题。如京棉三厂1983年8月~10月资料：棉卷喂入和清梳联的生条5m不匀率分别为4.61%和3.84，细纱支数不匀率分别为1.91%和2.16%。

从京棉三厂试验资料表明：

（1）在相同条件下，片段长度小于200~250m时，清梳联生条内不匀优于卷喂生条不匀率，但到250~300m片段时，两者已接近。

（2）随着片段长度增加，内不匀率降低，但卷喂生条的内不匀率降低得快，因而如片段长度超过250~300m后，就会发生清梳联生条不匀率比卷喂生条大的趋势。

（3）资料说明清梳联生条总不匀率比卷喂好，但成纱支不匀却是清梳联差，这就暴露了清梳联超长片段不匀率差、平均重量偏差大的问题。

（4）这就是清梳联生条的质量关键，也是梳棉机自调匀整的主要任务。

（5）这种超长片段不匀的生条，不能依靠梳棉机的均匀作用和并条机的并合作用来修正，也即它们都不能解决清梳联超长片段不匀和平均重量偏差的问题（见图3）。虽然并条机可以采用人工抽检调换牵伸牙的办法，但因是间断性的，不能彻底解决B区的漂移问题。

图3 清梳联超长片段不匀示意图

由上述分析可见，为要解决清梳联生条超长片段不匀和平均重量偏差问题，在一般二道并条的棉纺系统中，如采用清梳联时，为保证质量，宜采用自调匀整来修正对细纱极为有害的不匀结构即超长片段不匀和重量偏差问题。

自调匀整在梳棉机上还是并条机上，各有优缺点，目前国外高产梳棉机都配有自调匀整。梳棉机上装自调匀整器有下列优缺点：（1）梳棉机配台多，但现今高产梳棉机出现后，该问题要好些；（2）速度低，自调匀整机构相对可以简单，各元件、环节容易过关，而且检测控制易于准确；（3）在混纺系统中，可以正确混纺比；（4）梳棉机自调匀整与并条的并合作用相配合，能得到比较完美的结果。

近年来，不仅高产梳棉机都采用自调匀整器，而且在高速并条机上也都配有自调匀整器。

1 梳棉机自调匀整器的型式

自1959年瑞士第一次展出梳棉机自调匀整器以来，特别是近年来得到了迅速的发展，种类很多。

1.1 自调匀整器的组成

一般由检测、转换、比较、调节、执行（包括变速）等部件组成。在有些匀整器中还有延时机构。

1.2 自调匀整器的类型

（1）开环。先检测后变速，它有如下要求：①控制系统的延时与从检测点到变速点之间必须时间配合得当；②严格符合调节的基本方程，以使输出棉条定量保持常数，否则，开环无法修正其输出偏差；③由于缺乏自检能力，它不能修正由于各环节或元件变化所引起的偏差（如温湿度变化、元件的衰退）且不如闭环系统稳定，平均定量容易发生漂移；④匀整片段短，最短约为纤维长度的6~8倍，可以提高中短片段的均匀度；⑤在棉纺中由于检测点到匀整变速点的距离短，一般没有记忆延时机构。

（2）闭环。检测机构在变速部位的前方，它能减少由于牵伸机构和外界干扰所引起的影响，它有自检能力，故比开环稳定；但它不能匀整波长等于或小于变速点到检测点之间“时差”长度的不匀波，所以机前检测机后调速的长回路闭环系统，主要匀整长片段不匀。而短回路闭环系统能匀整较短的片段长度不匀。

（3）混合环和复合环。前者为系统中既有开环又有闭环的自调匀整系统，兼有开环、闭环的优点，既能保持长、中、短片段的匀整效果，又能自动修正各种因素波动所引起的偏差，从调节性能看是比较完善的，但其机构比较复杂。后者泛指由两个匀整环复合而成的自调匀整系统。

按安装部位分有机前、机后和机前检测机后调节。按匀整长度分有长片段、中片段和短片段自调匀整器。从结构型式分有机械式、机械电子式、电气式、机械液压式和气流电气式等。

2 梳棉机自调匀整器结构简介

2.1 机后开环短片段自调匀整器

这类自调匀整器的特点是由给棉罗拉检测并变速，检测点和变速点都在给棉罗拉处，或检测点在刺辊处如MK5D型梳棉机。位置滞后为0或极短（MK5D型），但系统滞后不为0；给棉罗拉检测的并非是棉层的平均厚度。

如C501梳棉机上提供的是中片段和短片段（混合环）自调匀整器。MT中片段自调匀整器是中片段后开环（见图4），位移传感器5安装在给棉罗拉1的两端支臂4上，传感器把给棉罗拉传来的棉层2的厚度信号转换并发送给计算机控制器6，控制器（计算机）就会指示无刷变速电动机7改变给棉罗拉转速，从而达到匀整的目的，匀整棉条长度可短于1m。

图4 C501梳棉机的自调匀整器示意图

2.2 机前开环短片段自调匀整器

如RRC型、奥普蒂马型、德国KB88、KU12型、日本大东（DHC）、Platt 2000型梳棉机的自调匀整器等。霍林斯沃思Platt2000的自调匀整器为机前短开环，它安装在棉网成条喇叭口处，由一个二上三下的牵伸装置（1.5倍）、无电刷直流（调速）电动机、传动系统和计算机控制系统组成（见图5）。由一对检测罗拉对棉条进行检测，位移传感器转换成电信号，通过计算机比较，计算后立即控制牵伸装置按需要改变牵伸比对棉条进行修正。耦合器把定速和直流电动机的变速耦合后，传动牵伸装置的前罗拉达到改变牵伸修正棉条重量的匀整的目的。从检测到修正的反应速度快，仅0.004 s，棉条重量CV%可控制在1%以内。

图5 Platt2000的自调匀整器示意图

2.3 机前闭环短片段自调匀整器

Crosrol STAL2的自调匀整器见图6，机前装有一组牵伸箱，在牵伸出口区由凹凸检测罗拉通过无摩擦杠杆放大20倍，作用于液压控制阀，通过变速器使前罗拉变速，控制阀的油流入油缸的速度是根据棉条不匀率的大小而变化的，活塞就按此速度推动变速器进行调整，当棉条重量检测值接近预定值或开慢车时，调整速度就减慢（即油流速度减慢），以免产生调整过头的危险。

图6 Crosrol STAL2的自调匀整示意

当牵伸平均值为1.5时，匀整范围为±30%，匀整最短片段长度在出条速度20m/min时为1m左右，300m/min时为2m左右。

2.4 长片段闭环自调匀整器

如UCC-L、Crosrol LTAL2、CK-7C的TLC型、DK2的CC-825型、无锡YZ-1、2型、青机的FT021等，都采用机前检测（凹凸罗拉或气压喇叭口）、机后调速（给棉罗拉变速或改变棉箱压力），这类自调匀整器的特点是以解决清梳联生条超长波不匀为主，匀整片段长度较长，国内引进的梳棉机和国产梳棉机不少采用此类自调匀整器。

2.4.1 LTAL2型

在机前采用一对检测罗拉检测棉条粗细，经杠杆放大，进入液压系统（具有积分、比较功能），由液压控制阀将棉条的重量变化改变成油压活塞位置的变化，推动皮带，用以改变变速器的速比，使给棉罗拉变速，以匀整喂入量（见图7）。

图7 ＬTAL2的自调匀整示意

2.4.2 青纺机FT021型

采用机前凹凸罗拉检测，经差动变压器转换成电信号，放大后，推动电动机调节薄膜开关，改变下棉箱内的气压，从而改变棉箱输出棉层密度。由于采用步进比例调节，因而超调现象少，但匀整长度长。

2.5 混合环自调匀整器

兼有开环、闭环的优点，可匀整长、短片段，可分两类：（1）两检一控式，如C4、C50、DK760、DK803、FT-022型等都采用两个检测点，在长片段闭环自调匀整器的基础上，增加一个机后检测点。其机后为开环方式；（2）一检两控式，机前检测，同时控制机后给棉罗拉和机前牵伸区的前罗拉变速，如CX400梳棉机和UCC-S型混合环自调匀整装置，它是长闭环和机前短开环相结合；（３）在混合环和复合环中，可有一检二控、二检一控和二检二控方式。

采用混合环后，匀整效果大，匀整值百分率增加，生条的重不匀率改善见表1、2。C51、C4、DK803、DK903、DK760、DK740、CX400、C501型等高产梳棉机都采用。

由表1、2可见，采用自调匀整器后，匀整效果是明显的。（1）生条重量不匀率改善，重量偏差减小；（2）采用自调匀整器后，不仅可以改善生条的内不匀率（CV内%），而且特别改善了台间不匀率。但自调匀整能力是有一定限度的，它不可能把各种喂入不匀（如各种清梳联喂棉箱产生的不匀差异）匀整到同一水平，调研资料表明，采用自调匀整器后，只能在原有清梳联重不匀率的基础上得到一定值的改善。因此采用自调匀整器后，对清梳联还应尽可能提高匀整能力，也就是说，生条不匀率的改善要依靠清梳联和自调匀整器的共同效果，只有两者都好，才能获得均匀的生条。

2.5.1 Ucc-S型

为气流电气式，混合环系统采用一检二控的方式，它是在Ucc-L基础上再装一机前开环短片段匀整器，如图8所示。棉条由气压喇叭口6检测，通过电器控制箱2，一方面由变速装置1改变给棉罗拉速度，另一方面由变速装置3改变机前牵伸区7牵伸罗拉的速度，由于牵伸区牵伸倍数低，并装有储存棉条的装置8，因而条筒和圈条器不需变速，使匀整装置有低惯性、高效的特点。最小匀整长度为10cm，匀整范围喂入差异为-30%~+50%。

图8 Ucc-Ｓ匀整器

1、3-变速装置；2-电气控制箱、给定值棉条支数调整器；4-速度传感器；5-给棉罗拉； 6-气流测量喇叭口；7-牵伸箱；8-棉条储存器

2.5.2 DK740、DK760和FT、SYH自调匀整器

采用机后两个检测点（机后给棉罗拉和机前阶梯罗拉或弹片式喇叭口）共控一个机后变速给棉罗拉。

（1） DK740和DK760梳棉机的CFD-CCD自调匀整器

装有CFＤ机后短片段和CCD长片段相结合的混合环自调匀整器见图9，CFD检测点位于给棉罗拉与给棉板间，检测喂入棉层厚度的变化，通过检测杆、传感器把变化信号传送到微机9。CCD检测点位于机前喇叭口处，检测输出棉条粗细的变化，通过杠杆、传感器等把变化信号送入9，微机9根据CFD、CCD检测点反馈来的信号。分析后输出信号2来调节给棉罗拉的速度。微机9中的4、5、6是FBK533棉箱的压力匀整器。

图9 DK740型自调匀整器

CFD机后短片段自调匀整器对棉层的检测是通过给棉罗拉和给棉板内测定板之间的夹持点进行的（见图10），通过位移传感器3转换为电信号。

图10 CFD机后短片段自调匀整器

CCD长片段自调匀整器对输出棉条的检测是通过压辊处弹簧舌式喇叭口进行的（见图11），通过位移传感器2转换成电信号。前后检测与各自给定值间的偏差信号，通过微机处理后控制给棉罗拉电动机，使其调速，得到匀整长短片段的目的。CCD为DK740的基本型自调匀整器，可以单独使用，即只配CCD长闭环自调匀整器，也可选配CFD组成长短片段混合环自调匀整器。

图11 CCD长片段自调匀整器

（2）FT022A型混合环微机自调匀整器

本系统由传感器、给棉电动机、微机控制器等部分组成。其中传感器包括棉条输出部分的阶梯罗拉棉条厚度传感器和喂入部分的棉层厚度传感器。

系统的工作原理如图12所示。棉层经给棉罗拉喂入梳棉机，棉层的厚度信号进入微机控制器，梳棉机输出的棉条经安装在阶梯罗拉上的位移传感器将棉条粗细信号送入微机控制器中。在正常运行（梳棉机高速）时，微机控制器将上述两路信号进行处理，得出给棉罗拉转速的控制电压。经交流调压驱动电路控制给棉罗拉转速，从而保持生条定量不变。达到降低生条重量偏差，减少重不匀的目的。当梳棉机处于开慢车及慢转快、停车或快转慢的过程中，微机控制器则根据道夫转速信号，让给棉罗拉跟踪道夫速度，实现类似于机械传动的“硬传动”。

图12 ＦＴ022A自调匀整器

（3）FT024型自调匀整器

采用“开环”控制原理，检测和调节在同一部位进行，对棉条的中、长、短片段均能得到补偿。

①检测机构采用在给棉罗拉上加压的方式，棉层的厚度通过给棉罗拉的位移由位移传感器检测，可以检测到0.01 mm的微小变化，

②执行机构采用变频调速技术。

③速度跟踪采用两只速度传感器，一只连续监测给棉罗拉的速度，另一只监视道夫的速度，以便梳棉机在生头、启动、减速等速度改变的过程中保持系统的同步。

④保护和报警功能，当原料达不到匀整要求时，匀整器延时停车并报警，故障解除后方能开车。

⑤基本工作原理及其调节。其功能是根据棉箱输出棉层的不同厚度，保持梳棉机有稳定的纤维喂入量。当喂入棉层厚度变化时，微机通过位移传感器检测到棉层厚度变化信号并进行运算分析处理，计算出牵伸补偿量，通过改变给棉电动机转速来改变给棉罗拉与道夫的牵伸比，以保持恒定的棉条定量输出，降低棉条的长片段不匀。

FT024型的参数均由拨码开关的电位器设定牵伸、延时时间、速度系数、工作方式，各保护功能的设定都可拨码而改变。通过面板上的视窗可随时监视棉层的状态，日常的微调通过面板上的电位器即可完成。其主要指标为总不匀率≤2.5%，内不匀率≤1.5%，改善率≤30%，响应速度1m/s。

（4）FT025型自调匀整器

采用混合环控制原理，CPU采用更高位的芯片，响应速度更快，更适应高产梳棉机，且主机采用一体化控制，通过通讯方式实现自调匀整器参数的设置和显示，棉条的各片段均能得到补偿。若不需通讯，内部又具有独立完整的参数和显示功能，根据内部参数的设置可选择匀整器工作在“开环”或“闭环”状态。

①检测机构：后部采用给棉罗拉检测棉层厚度，前部出条处装有一棉条位移传感器，用于检测最终出条质量。当微机控制器检测到棉条传感器发生变化超过一定值时，结合棉层厚度检测值，通过计算分析改变电动机速度，以保证长短片段的出条质量。

②执行机构、速度跟踪、保护和报警等均采用FT024型的形式。

③道夫快慢匀整一致：道夫在快、慢速时输出的条重存在一定的差异，FT025型在参数单元中增加了一参数用于调整道夫慢速时的牵伸量，从而达到了道夫快、慢速时输出的条重始终是一致的。

④FT025型的主要指标与FT024型相同。

（5） SYH600型系列梳棉机自调匀整器

该系列主要型号有SYH600型、SYH601型、SYH602型、SYH603型。该装置由工业控制计算机进行控制，主机运算速度快，系统可靠稳定。

工作原理是通过喂棉罗拉及凹凸罗拉检测棉层厚度，经计算机控制系统计算，依棉条重量变异而自动控制喂棉速度和出条速度，对棉条的中、长、短片段进行有效控制，保证输出棉条质量，分开环、混合环和复合环等类型。SYH600型二检二控（复合环）的控制原理见图13。

图13 SYH600型系列自调匀整器

SYH自调匀整系列的特征见表3。

（6）C501梳棉机的ST短片段自调匀整器：此ST自调匀整器（见图14）为机前检测机后给棉罗拉和机前牵伸装置变速的混合环自调匀整器，棉条在进入牵伸装置6之前，由喇叭口传感器检测棉条粗细，转换成电信号，由微机（控制器）3处综合处理，调节无刷直流变速电动机5和2，机后改变给棉罗拉速度，机前改变牵伸装置的牵伸比，以校正任何残余的支数偏差。匀整棉条长度可短于4cm，当使用ST自调匀整器时，其梳棉机牵伸的基础值是通过微机设定的，如棉网重量（厚度）超过其基础值±10%时就可修改。