漿紗機采用張力控制或伸長控制的決定因素

王軒軒

(恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001)

漿紗機各區的控制方式主要有張力控制和伸長控制兩種。電氣控制技術的進步，為兩種控制方法的組合使用提供了更加便利的條件。本文通過分析經紗在漿紗機各區中受到的不同影響因素，來理清一些概念，以供漿紗機的研發和使用者參考。

1 張力控制和伸長控制的作用

張力控制包括開環控制和閉環控制，開環控制指按照程序設定或變頻器計算來實現一定的張力控制，無實際張力值反饋。目前的閉環控制是指增加相應的傳感器來實現張力在線檢測和反饋，比如直接使用壓力應變片式的張力傳感器，或利用張力平衡點的角電位傳感器等。張力波動和小張力的控制是其中的一個難點。前期的張力閉環控制也有通過機械結構實現的，比如退繞的AB控制，鄭紡機G142C系列漿紗機的卷繞張力無級變速器控制等，但結構復雜，故障率高，目前已被新技術所代替。

伸長控制是通過機械或電氣的方式進行速度差控制來實現。比如在圖1中，經紗在引紗輥處速度是V1,在上漿輥處速度是V2，則該區伸長率即為(V2-V1)/V1。相對張力控制，其制造成本和技術難度較低，操作簡單。

經紗張力與伸長控制的作用，主要是為了保證經紗順利實現合格的上漿。張力控制的作用主要有：保證經紗伸直，排列均勻；帶動各個導輥及無齒鏈條傳動的預烘烘筒；保證順利分絞及通過伸縮筘；確保卷繞成緊密、結實的織軸等。經紗張力和伸長的控制原則是：合理調節張力，盡量控制伸長[1]。

2 漿紗機基本分區

以恒天重工GA308七單元漿紗機為例來說明基本分區，如圖1所示。

圖1 GA308型漿紗機張力區劃分示意圖

經軸架到引紗輥為退繞區，引紗輥到上漿輥為喂入區，上漿輥到合并烘為濕區，合并烘到拖引輥為干區，拖引輥到卷繞軸為卷繞區。

3 各區控制方式的選擇

3.1 經紗狀態在各區的不同性和傳遞性

經紗在不同區有著不同的狀態，包括上漿與否、回潮率、溫度、受力情況等，這些狀態決定了經紗的伸長狀態，及其物理屬性彈性系數，如果相鄰區域之間依次傳遞，經紗的狀態也進行著傳遞，即本區域經紗如果產生了一定的伸長率ε1，如果這種狀態并未得到恢復，便進入了下一區域，那么下一區域是在此狀態的基礎上進行的，如果該區域根據速度差控制產生ε2，則兩個區域產生的總伸長是ε1+ε1(1+ε2)，而不是簡單的ε1+ε2。

3.2 退繞區

該區域目前廣泛使用的是消極送出和整經軸摩擦制動相結合的經紗退繞方式[2]。因此不能進行伸長控制。

圖2 退繞張力分析圖

首先分析影響退繞張力F的因素。退繞張力F和退繞直徑D,氣缸壓力P和剎車帶包角α的關系如下式，f為摩擦系數，k為輔助系數。和退繞直徑D成反比，和氣缸壓力P成正比。

剎車帶受到拉力后要產生彈性變形，在正常情況，帶的彈性滑動并不是發生在相對于全部包角αmax的接觸弧上，當接觸弧達到最大值αmax時，達到最大的剎車力[4]。

在影響退繞張力的因素中容易忽略一個速度因素，當退繞直徑在較短的時間內可以看作不變時，如果速度從低速逐漸變為高速，退繞張力是變大的，剎車力中α逐漸變大直至和該力平衡。這個原因可以從做功的方面來進行分析，WF- W剎車=E彈+ T織軸+ T經紗。退繞張力和剎車力的做功轉變為經軸和經紗的動能以及經紗的彈性能。經軸的動能，隨著引紗輥牽引速度的增加，是逐漸增加的，因此需要退繞張力F增加才能實現，F增加后，剎車力中的α相應增加，剎車力相應增加，達到平衡時，速度穩定在高速上。用單紗張力儀現場測試的結果和該推論一致：在退繞區，退繞直徑和氣缸氣壓沒有明顯變化時，退繞張力高速時大于低速時的，即低速時紗較松。

實現恒張力退繞，必須考慮退繞直徑、速度、經軸轉動慣量的變化以及加減速時的慣性，而可調節的因素只有一個氣缸氣壓，因此此處的張力控制較為復雜，也是漿紗控制技術中的一個難點。該區的控制形式有：①在經軸架和引紗輥之間增加機械式AB退繞閉環控制；②張力傳感器和檢測經軸轉速的接近開關并用。利用經軸和引紗輥轉速之比(引紗輥直徑已知，引紗輥轉速可由所配旋轉編碼器測得)，可以計算出經軸當前直徑；③僅用張力傳感器實現閉環控制；④根據經驗數據曲線，對氣缸氣壓進行程序控制。目前形式(1)由于故障率較高已經不再使用。②③④在市場上都有應用。只是精度上存在差異。需要說明的是，退繞張力如果控制精度低，不能完全實現恒張力退繞，則經紗的狀態就會傳遞到下一區。喂入區如果使用伸長控制，則由于經紗狀態的傳遞性，則在喂入區，經紗的張力也不是恒定的。

3.3 喂入區

該區為上漿區，張力及伸長率需要盡量小，否則會影響上漿率[5]。該區的控制形式有：①通過張力傳感器進行恒張力閉環控制；②通過機械或電氣實現的伸長控制。目前兩種形式都有廣泛的使用。但由于退繞張力的控制難度較大，速度有變化時，恒張力不易實現，所以如果該區使用張力控制，對退繞區是一個較好的補充，效果較好，尤其對于雙漿槽,有利于兩層經紗張力的一致性控制。形式②中的電氣伸長控制有時會設定高低速兩個伸長率來避免低速時經紗過松。

3.4 濕區

經紗經過上漿后，進入濕區。濕區長度較長，并且經紗處于半烘干狀態，不同經紗會有不同的熱收縮性，影響因素較多，因此存在一些不同的看法。經紗在動態的情況下，斷裂強力和速度有一定的相關性，目前已有一些研究成果。但經紗張力、伸長與速度的關系目前尚不能明確。一種觀點認為：①干紗張力在30 g以下時幾乎不發生蠕變(即拉伸到達某一限度后伸長即停止)，而濕紗與時間的對數約略成正比例關系，即隨著時間的延長而繼續不斷伸長；②紗速越高，紗的張力就需相應地增大，濕紗的長度越長或紗速越慢，即使張力相同，但由于荷重時間延長，因而紗的伸長也隨之增大[5]。這種觀點的一個佐證就是，在普遍的實際應用中，如果濕區采用伸長控制，低速時經紗會比高速時張力小，相對松弛，紗片上甚至會出現卷邊的現象，導致干區分絞困難。這種情況的原因，可能是退繞和喂入區未能完全實現恒張力控制所致，經紗的狀態傳遞到該區，并不能肯定是上述①②造成的。觀點①②的試驗條件不詳，即經紗以什么狀態進入檢測區，是否能保持在高低速時進入狀態一致目前存疑。

該區的控制形式有：①通過張力傳感器進行恒張力閉環控制；②通過電氣實現伸長控制，但不是恒伸長率設定，高速和低速時需設定不同的伸長率，高速時伸長率設定小于低速的設定；③通過電氣實現伸長控制，恒伸長率設定；④通過機械無級變速器實現的伸長控制。形式④容易發生低速時紗松的問題。形式①②可以解決該問題。如果在退繞和喂入區可以實現較好的恒張力控制，則采用形式③也可以。形式③和②表面上存在矛盾，其原因可能是不同的設備控制程序和精度有差異造成的。

3.5 干區

進入該區域的經紗最大的特點是，經紗剛剛經過濕區,濕區經紗的狀態傳遞到該區。

該區的控制形式有：①通過張力傳感器進行恒張力閉環控制；②通過機械或電氣實現的伸長控制。形式②容易發生的問題是，低速時，紗松，但如果低速時間長時，紗又變緊，原因是低速時間長時，經紗干燥，經紗的彈性系數變大。形式②中的電氣伸長控制有時會設定高低速兩個伸長率來避免低速時經紗過松或過緊，同時避免經紗總伸長過大。目前，形式①應用比較普遍，可以避免出現高低速張力波動的問題。

3.6 卷繞區

隨著變頻電機在拖引輥和卷繞軸上的應用，兩單元控制技術日趨成熟，目前該區域已經實現恒張力控制，可以采用張力傳感器進行閉環控制，或者采用卷繞程序進行開環控制， 兩者在張力波動的精度上存在差異，可根據實際情況進行選擇使用。

4 結束語

無論漿紗機各區采用何種控制形式，理清了本文所述的概念以及影響各區經紗狀態的因素后，圍繞保證順利實現上漿的目的，可以更合理地設定工藝參數，指導生產。

[1] 湯其偉.GA308型漿紗機的原理及使用[M].北京：中國紡織出版社，2005.

[2] 朱蘇康，陳元甫.織造學(下冊)[M].北京：中國紡織出版社，1996.

[3] 蕭漢濱.祖克漿紗機原理及使用[M].北京：中國紡織出版社，1999.

[4] 蒲良貴，紀名剛.機械設計[M].北京，高等教育出版社，1996.

[5] 深田要，一見輝彥.劉冠宏譯.經紗上漿[M].北京：中國紡織出版社，1979.

[6] 盛愛軍.細號高密織物漿紗及生產工藝研討[J].山東紡織科技，2011，52(6)：31—33.