環錠紡細紗機集體落紗的自動化升級改造實踐

高紅河

（中國人民解放軍第四八零六工廠，浙江舟山 316000）

摘要：分析了當前國內紡紗企業紡紗設備的技術及用工現狀，普遍存在的“用工多、招工難”的問題。提出將先進的集體自動落紗技術，來改造現有的細紗老機，以達到減少落紗用工緩解企業“招工難”等問題，通過對比分析了當前主流的環錠細紗機采用自動集體落紗裝置后給企業帶來的較大經濟價值，為國內眾多中小型紡紗企業提供了一條花錢少效果好的改造捷徑。

關鍵詞：環錠細紗機 集體落紗  升級改造

中圖分類號：TS104.7 文獻標志碼：B 文章編號：1009-265X（2019）02-0000-00

Practice of Automation Upgrading and Transformation of Ring Spinning Frame with Collective Doffing

Gao Honghe

(NO.4806 Factory of PLA , Zhoushan 31600, China)

Abstract: This paper analyzes the current spinning technology and labor employment status of domestic spinning enterprises. The problem of “large demand for employees and difficulty in recruiting” exists generally. Advanced collective automatic doffing technology is proposed to transform existing spinning frames so as to relieve the problem of “difficulty in recruiting”. Current mainstream ring spinning frame applied with automatic collective doffing device brings large economic value for enterprises, which provides a transformation shortcut for numerous small and medium spinning enterprises in China.

Key word ：ring spinning frame; collective doffing; upgrading and transformation

改革開放近 40 年來，中國棉紡織業在技術進步與產能發展上都取得了很大成績，

紡紗錠數由當初的 2000 萬錠發展到現在的 1.2 億錠，接近全球棉紡總規模的一半，在世界棉紡市場上占有半壁江山[1] 。但近幾年由于歐美紡織品市場對東南亞、南亞紡織品市場的傾斜，給中國的紡織品進出口市場造成了巨大的壓力，再加上國內紡織業近幾年由于原料和加工成本的不斷提高，工資成本又遠高于東南亞國家，行業進一步發展遇到較大困難。紡織企業在面對嚴峻的形勢下求生存與發展，必須要加快轉型升級，加大更新生產設備，合理運用企業現有的技術裝備與有限的資金，寄希望通過適當改造來實現轉型升級。環錠細紗機集體落紗技術的升級改造，就是其中一項既經濟又實惠的升級改造方案。現將中國人民解放軍第四八零六工廠近幾年來在國內對現有環錠細紗機改成集體自動落紗升級改造情況及取得經濟效果分析如下。

1 目前國內紡紗設備技術現狀

目前國內有環錠細紗機 1.2 億錠，近幾年來通過新建和更新改造已有帶集體自動落紗長機（1000 錠/臺）3000 多萬錠，但仍有 80%以上的是常規細紗機在現在

——————————————

收稿日期：2017—12—01

作者簡介：高紅河（1980——  ），男 ，山東東明人，工程師，主要從事現代紡機技術與新產品開發方面的研究。

的紡織廠中使用，是 20 世紀 90 年代末和 21 世紀前幾年紡織業大發展時期投入使用的。設備主要型號有 FA506、FA507 以及后來上市的 JWF1516、EJM128K、DTM129 等等， 設備結構設計合理、穩定扎實、工業制造水平、電氣控制都處于一個技術相對的成熟期， 再加上各種新型材料和專件的采用；特別是電氣控制已經淘汰老舊邏輯開關量控制方式，相當大比例的采用當時比較成熟先進的 PLC ，加變頻器控制技術。這批技術裝備曾經為企業的發展取得經濟效益，但是至今已使用 20～30 年，設備磨損增加，使用性能已與當前產能、質量要求有一定差距，成為企業的轉型升級的阻礙。

1.1 改造現有細紗技術裝備的必要性

由于常規細紗機使用已有 20～30 年，隨著近幾年紗線市場對紗線品質需求的提高， 各種紡紗新技術的不斷應用，這些常規型細紗機相比現在的新型細紗機，在設計優化、新材料、新技術等方面已顯落伍，達不到紡紗現代化的要求，尤其是在用機器換人，減少繁重的人工操作尤為迫切，必須進行升級換代。

中國整體國民經濟各領域的繁榮發展，使人們對就業有了更加多樣性的選擇，而紡織行業是一個勞動密集型行業，勞動強度大，工作環境封閉，且三班連續運轉，工人生活單調，使得很多紡織廠里的技術熟練工大批量改行，不愿意在紡織行業從業，造成紡紗行業大面積出現了“招工難、用工貴、熟練慢、流失快”的用工困境，“用工難”已經成為制約這個行業穩定生產和快速發展的瓶頸[2]。

針對目前“招工難、用工貴”這一現狀，迫使紡紗企業，一方面通過對企業現有的紡紗設備進行升級換代，采用自動化程度高的新設備如自動化的細紗長機來，提高企業的生產能力；另一方面通過增加薪金、提高職工福利、改善工作環境等方法來留住工人， 以應對殘酷的市場競爭。而采用新設備來更新舊設備必然造成設備投入成本的增加，而提高職工的工資與福利待遇也會增加企業的噸紗用工成本，使企業的運營成本大步提升，增大企業資金流轉的壓力。因此采用對現有常規細紗機的改造升級，提高設備自動化程度，減少勞動用工則是一種最經濟效果好的方案。

2 集體落紗技術

2.1 現有集體落紗技術

當前市場上生產銷售的國內外最新技術的環錠細紗機就是帶有集體落紗技術的細紗長機。

目前國外具備集體落紗技術的環錠細紗機，有德國 Zinser 公司、Suessen 公司、瑞士 RIETER 公司、日本 TOYOTA 公司、意大利 Marzoli 公司等制造的各種新機。這幾家公司的產品在技術水平、制造工藝上都代表了目前紡織技術的最高水平，雖其性能優于是國內同類產品，但對國內紡織企業最致命的是價格昂貴、投入成本高，故使用面難以擴大。

國內已批量生產的同類細紗機有：經緯紡織機械股份有限公司榆次分公司的 JWF15 系列細紗機，上海太平洋集團的 EJM178 系列細紗機，中國人民解放軍第四八零六工廠的凱靈牌 ZJ15 系列細紗機等多家單位，這些產品技術成熟，制造水平高，價格符合國情[3]。

目前國內外的集體落紗技術已經趨于成熟完善，但這些設備制造企業的集體落紗技術多以長整機（1000 錠以上）的形式進入市場，且單錠售價高，對當下的主流中小型紡織企業的轉型升級沒有太大的實際意義。為適應市場需求，緩解紡織企業的生存壓力， 目前有很多紡機制造企業，在現有集體落紗整機技術的基礎上，適時開發推出了針對常規環錠細紗機的集體落紗技術升級改造方案。

2.2 幾種集體落紗改造方案的技術對比分析

2.2.1 集體落紗裝置

a) 集體落紗裝置的構成

環錠細紗機升級改造的集體落紗裝置基本上與整機的集體落紗裝置一致，是一個較為復雜的系統，共包括：落管機構、理管、導紗板翻轉、凸盤輸送、電子檢測裝置 5 大

部分，氣缸傳動和伺服驅動兩動力子系統，一個電氣控制系統，其主要機械機構如圖 1

集體落紗裝置機構示意圖所示[4 -5]。

在完成一次集體落紗過程中，首先電氣控制中心接到滿紗信號后，伺服系統驅動落紗氣架將空紗管從下導軌的凸盤上抓起放到中間位上，為抜滿紗管做好準備；下一步控制鋼領板電機下鋼領板，接著控制導紗葉子板氣缸翻起導紗葉子板；再下一步落紗氣架上升將錠子上的滿紗管拔下，放到下導軌空凸盤上，再上升到中間位把中間位的空紗管插到錠子上，完成紗管的落管、插管；最后導紗葉子板氣缸翻落導紗葉子板，并自動開始開機紡紗。在新的紡紗過程中，下導軌凸盤在輸送氣缸驅動下完成滿紗管的收集，同時將理空管機分揀、整理的空紗管排布到收集完滿紗管后的下導軌空凸盤上，并輸送到與錠子相對的位置上，等待下一次落紗的到來。 

a) 縱向布局圖

b) 機架橫截面圖

1.交流伺服電機 2.減速機 3.同步帶 4.絲桿螺母 5.傳動軸 6.長人字臂 7.短人字臂

8.氣架 9.氣缸 10.拉桿 11.連桿機構 12.空管 13.滿紗管 14.抓管器 15.導軌凸盤圖 1 集體落紗裝置機構示意圖

b) 集體落紗裝置的優點適應性強、結構可靠、運行穩定

目前，市場上采用的集體落紗改造方案都是以老機架為安裝基準的，可以針對不同的機型個性化設計，傳動系統以機架、車尾底板為定位基準，采用新型節能錠子，下移龍筋，不改變紡紗角度，保證成紗品質。

2.2.2 幾種常見集體落紗裝置改造方案對比

環錠細紗機的集體落紗裝置改造，以原細紗機機架為基礎加裝一整套集體落紗裝置。

a) 可以根據原機型的不同，設計不同的安裝方式

根據原機機架端面尺寸不同，可分為直接加裝和換中墻板兩種安裝方式。

直接加裝是以原機機架為基準，在龍筋上加裝落紗機構，此種方式對原機機架改動小、施工簡單、工期短，相對改造成本低。

換中墻板是因為此類機型中墻板尺寸過大，影響集落裝置的安裝，所以要更換，將原機機架推倒，用重新設計的新中墻板替換原中墻板再重新平車，將集體落紗裝置安裝在中墻板上。此種方式的新中墻板是專門針對集體落紗機構設計的，其特點是機架結構更合理、更穩定，但也帶來安裝施工工程量大、周期長，改造成本高等問題。

b) 滿、空管輸送裝置的比較

當前集體落紗改造在滿、空管輸送裝置上，主要有鋼帶式和導軌凸盤式兩種。

鋼帶式可以選擇平鋼帶式和立鋼帶式，其原理是在一條鋼質平帶上按錠距裝上凸

盤，通過電機帶輪驅動鋼帶輸送紗管，特點是鋼帶運轉平穩，完成一次滿、空管輸送時間短、效率高；但隨著設備運行時間的增長，易出現鋼帶疲勞伸長、凸盤錠距變化、甚至斷裂的現象，故對鋼帶材質、鋼帶的安裝精度要求較高，一旦錠距變長或鋼帶損壞必須更換整條鋼帶，且初投成本和更換維護成本高。由于老機車機架結構低，用鋼帶式必須配合小卷裝的短紗管和錠子。

導軌凸盤式采用鈑金制作的導軌定位，用氣缸推動推桿使凸盤在導軌槽內滑動前進，完成滿、空管輸送，結構簡單，安裝方便，改造維護成本低，采用經過特殊設計的導軌及過渡轉彎接頭，避免了導軌積花、卡凸盤以及因凸盤紗管與錠子錯位而抓管失敗等問題。由于是氣缸往復驅動，完成一次滿、空管輸送時間長。凸盤也分單凸柱和雙凸柱兩種，雙凸柱凸盤對凸盤的定位精度要求高，故較少采用。

c) 氣架升降部分的比較

在集體落紗氣架升降部分，現在多數采用“伺服電機+蝸輪變速箱+滾珠絲杠”的驅動，但也有部分采用“步進電機+梯形螺桿”驅動。兩種裝置各有優缺點，前者傳動精度高，定位準確，響應速度快，穩定性高，但成本高；后者優點是成本低，但傳動精度、定位、響應速度都不如前者，并且螺桿副使用時間久了存在磨損，需要調整，甚至需要更換。

d) 電氣控制系統部分

電氣控制系統是決定改造成敗的核心，它包括電氣元器件和控制程序兩部分。電氣元器件有各種品牌的組合，各個用戶廠家可以根據自身的經濟狀況做相應的選擇。控制程序現在主要有兩種，一種是疊加一個集體落紗控制程序，與老機原紡紗控制程序通過通訊聯系，集體落紗控制程序和原紡紗控制程序是兩套各自獨立的控制程序，這種控制方式設計簡單，但因老機原電氣系統元器件沒有更新，在實際生產運行中，易存在不匹配、通訊不暢、通訊信號丟失等問題，兩個控制程序在控制自動落紗和紡紗工藝過程中各自獨立，邏輯配合不夠緊密，對開車留頭率影響較大，一旦兩者通訊不暢、信號丟失就造成自動落紗失敗。另一種是將老機原有紡紗控制的電氣系統全部推翻，將紡紗控制程序、集體落紗控制程序重新整合成一套完整的整體式控制程序，由一個中心 PLC 控制，電氣元件重新布線，各種功能、使用效果和目前使用的集體落紗長機一樣。相比較于第一種集體落紗控制方式，程序設計復雜，難度大，成本相對較高。

3 集體落紗改造實例

中國人民解放軍第四八零六工廠從事細紗機整機生產已有 40 多年，開發生產帶集體落紗的長機（1000 錠以上）也有 10 多年，集體落紗技術成熟完善。通過對國內紡紗廠所使用的常規細紗機調研、歸類、分析，除個別老型號細紗機由于結構問題，屬于淘汰類機型，不適用于集體落紗裝置的技術改造，再有使用年限長破損嚴重瀕臨報廢的不宜改造外，目前仍在使用的、常規的、包括做過緊密紡、竹節紗等技術改造的細紗機， 都可以進行集體落紗技術改造。

3.1 主要改造內容

中國人民解放軍第四八零六工廠為某紡織廠改造為例，該廠機型為經緯 2007 年出廠的 FA506 型 480 錠 180 動程的細紗機，并進行過四羅拉緊密紡改造，主電機未采用變頻器。經過綜合考慮、以經濟實用為原則合理配置，采用整體式控制系統的集體落紗改造方案。具體包括：

a) 電氣部分：增加 22Kw 主變頻器，0.75Kw 鋼領板電機變頻器；PLC+擴展+人機界面；伺服控制器和伺服電機；相關電氣檢測控制元件；

b) 增加一整套氣動元件；

c) 人字形氣架升降部件采用單錠活塞式抓管器，伺服電機+蝸輪變速箱+滾珠絲桿驅動；

d) 滿、空紗管輸送部件采用導軌凸盤式，雙氣缸驅動；