现代喷气织机自动化特性及在高端品种上的应用(上)

            1 喷气织机的技术发展概况
            喷气织机最大特点是车速快、效率高、机物料消耗少、喷气引纬方式合理，运转操作简便安全，劳动生产率高，适用于大批量、中号数、高密度、高品质的织物，在棉织物、牛仔布、防羽布、色织布、中长仿毛、弹性织物、毛巾织物等方面应用较多。由于喷气织机的入纬率在无梭织机中最高,射流喷射引纬初期在品种上面临一些局限,涉及到交叉学科多,对配套组件的技术要求高,故20世纪60年代初由捷克开发面世以来,在发展上一直面临很多瓶颈,与剑杆及片梭织机相比缺乏比较优势。
            1981年后喷气织机由于射流技术的突破性进步以及相关工业如交流伺服电机、单板机、传感器、空压机及变频调速技术的应用,大大提高了运转速度,织机的自动监控水平也取得了显著的进展。经过近10年的不断改进,尤其是20世纪90年代后期电子电力技术、PCC、数字信号处理技术(DSP)、现场总线管理技术(CANBUS)的迅猛发展,在欧洲喷气织机上得到有效应用,现代喷气织机后来居上,已具有速度高、自动监控水平高、产品质量高、品种适应性强等许多优点,机电高度一体化,成为无梭织机中发展最快及最有发展前景的机型。
            国际先进的喷气织机在整体技术水平上，关键的主控制系统普遍采用32位计算机及CAN总线控制，对主喷、辅喷、牵伸喷嘴和电磁阀等形成的织机气流控制系统、电子送经系统、电子卷取系统、开口系统、电子绞边、电子剪刀等能进行有效控制，能够采集、监测、设定、调整各种工艺参数，具有故障诊断功能，可以通过英特网、工业以太网、现场总线，实现织机联网控制、诊断和管理。普遍采用不同形式的电机直接传动织机的主轴技术；开口系统采用优质的积极式凸轮、电子多臂和电子提花装置；电子送经机构、电子卷取机构、自动寻纬机构已经成为标准配置；采用电子绞边装置、电子剪刀装置等；不断优化设计气流通道各部件的结构，配用高性能的配套件等，达到实现喷气织机高速、节能、高效的目的。
            世界上先后商业化生产过喷气织机的企业有捷克的因果斯塔特、苏尔寿、道尼尔、津田驹、日产、丰田、毕加诺、舒美特、斯密特等,由于国际上无梭织机的市场竞争日趋严酷,目前国际级的喷气织机制造商仅有日本的丰田、津田驹和欧洲意达集团的Promatech、苏尔寿及比利时毕加诺和德国道尼尔。也就是业内都熟知的两大流：欧洲机型与日本机型。日本机型的优势在市场,而欧洲机型的优势在技术,双方各有所长。而日本机型与欧洲机型本身,虽然制造商不同,但技术特点极为相似。鉴于本人在意达集团内部工作了8年,就以意达集团的三种喷气织机PROMATECH即舒美特的MYTHOSETEC,SULTEX的L5500,意达上海的L88为基础,就喷气织机的几项热点技术与国内织造界同仁探讨。 
            2 现代喷气织机设计的基本思想
            主要有：卓越的机械和织造性能；广泛的适应性；在不降低质量的前提下，减少管理费用和产品消耗；完美的织造质量。
            喷气织机与其他无梭织机的最大区别是其采用气流喷射引纬技术,相对与剑杆与片梭,由于其采用非强制自由端引纬,比如喷气飞机与高速火车及汽车, 可以达到更高的速度。如果不考虑原料的适应能力,其在机械入纬率上有先天优势,这也是其与替代品竞争的最大法宝。而现代喷气织机的设计就要在可能前提下把这个优势发挥到极至。而高速必然对织机的机械特性带来更高要求,织机的机械部分必须适应长时间高负荷的稳定运转。国际常规喷气织机的机械入纬率已达到2500 m/min左右,MYTHOS ETEC的工厂条件下的期望转速为190 cm幅宽织机稳定在1200r/min。目前在国内绍兴庆茂，190幅宽织机作纯棉品种积极凸轮开口绝大多数机台实现了1100r/min左右的长期大生产,这也是国内喷气织机使用速度上达到的最高水平。
            喷气织机相对于剑杆与片梭的弱势在于其品种适应性,当然相对于喷水只适合疏水性纤维而言,其又有品种适应性优势。所以喷气织机要想在市场上占据越来越大的份额,必须不断提高其品种适应性。目前欧洲的喷气机型都达到了20g/m2到800 g/m2的织物克重,短纤5.8 tex～194 tex,长丝22 dtex~1210 dtex的纱号范围,4根/cm～200根/cm的纬密范围,织造难度系数大于日系机型。
            1999年以前，国内引进的喷气织机大多集中在传统棉织领域,以消极踏盘开口为主。而1999年后由于绍兴轻纺城市场的兴起及舒美特、毕加诺等在长丝多臂织造尤其是中长仿毛厚重与弹力仿牛仔等产品上的突破,以及2001年以后丰田、津田驹在吴江市场锦棉、棉锦交织产品的适应,国内喷气织机的进口有了大幅增加。2000年至今国内引进的近8万台喷气,大致形成了萧绍、吴江、传统棉纺织地区三分天下的格局。目前喷气在棉丕布、床单布、合纤、色织、长丝棉交织、牛仔领域都得到了广泛应用,在绢纺、毛、真丝领域以及化纤家纺国内也有少量应用的例子。这也意味着由于喷气织机品种适应性的提高,挤占了原属剑杆与喷水的市场,所以喷气织机发展过程中注重品种适应能力,是其最关键的要素之一。
            织机是长时期运转的生产资料,生产过程中的消耗和管理及使用的简便也是它必须面临的课题;喷气织机在使用中必须采用压缩空气和异形筘,对原纱质量要求高也是其弱点之一。另外，市场竞争又必须要求制造商提供高性价比的产品。喷气织机车速高、打纬力大、经向断头少,但引纬过程中的退捻是难以克服的难题,如何取长补短,达到最完美的布面质量与风格,是技术开发中必须关注的问题。另外，喷气织机正常运转与慢车及停止时速度的绝对值差异大,在织造过程中如何有效防止稀密路,也是喷气织机必须解决的问题。
            3 现代喷气织机的机械结构
            喷气织机的基本机械构造是织机今后一切运动的基础，道尼尔、舒美特、苏尔寿在这一点上异曲同工。在织造过程中．喷气织机采用的是高频次、小开口、大张力、强打纬工艺,绝对坚实的结构基础和极端稳定加厚的机架作为影响织造产质量、可织性、寿命与效率的因素极其重要。舒美特采用了两侧120mm厚度墙板的箱式结构摒弃了原CLIPPER天鹰喷气源于天马剑杆的墙板结构,而当天马超优秀剑杆织机进化为ALPHA型号时也采用了MYTHOS喷气织机相同的箱式结构。而当MYTHOS发展为MYTHOS ETEC时主横梁又进一步加宽加大,可见织机技术发展体现的基本构造加强的方向。
            同时严格校准织机的动静平衡,在设计时尽量考虑织机的负荷平衡,以彻底减少振动。由此欧洲喷气织机即使在车速1200 r/min时也不需要地脚螺栓或胶水于地面固定。
            组成尽量简单，引导机器设计的另一个附加因素是探索减少组件的数目，采用越少的组件，就会有越少的故障率发生的危险，这样使机器的可靠性大大提高，并且可降低机器运营成本，也方便今后的维护保养。为彻底消除打纬方向动能与织机墙板支承产生的扭转力矩,舒美特、苏尔寿、道尼尔都采用了把打纬凸轮箱集成在主墙板上,  采用厚的墙板可使其内部容纳一些组件，从而进一步减少零件的数目，以避免机器表面的复杂组合。这往往是机器不稳定的根源,从而使织机具备了前所未有的稳定性,
            织机结构极其坚固和稳定，可以使钢筘运动更符合织造的要求，而不必损害织机产量与增加能量消耗。同时由于新一代适应低速大扭矩启动的交流同步电机如开关磁阻、无刷同步电机的采用,织机用于减速和缓冲的皮带轮与离合器等完全可以取消,织机的传动链得到大幅度优化与简化，从源头上大大减少了机械故障发生的可能，也为喷气织机向更高入纬率发展提供了先决条件。机械结构应该是欧洲喷气织机最具领先优势的地方。
            4 新的运动学规律
            提高喷气织机性能的一个重要因素是稳定的引纬，这需要增加引纬时间与降低引纬张力。而喷气织机的速度越来越快,留给每一转单位运动的时间越来越短。如何在高速前提下保持引纬稳定性是必须解决的问题,而且在每一转中分配给引纬的度数越大,留给打纬的度数越小。所以欧洲喷气织机不约而同的采用了共轭打纬系统。引纬时钢筘处于后止心位置，梭口满开,机构绝对静止,这样可减少所需的压缩空气量和减少纬纱引纬过程中的张力。这种新的运动学规律也遇到矛盾，即延长引纬时间将会增加打纬速度可能增加振动并传递到织机的基础结构，当然大的打纬动能会适合厚重织物。因此，只有增强织机结构才可能两全齐美,达到预定的目标。
            通过织机结构的增强，意达集团的舒美特、苏尔寿作到了改进窄幅和宽幅喷气织机的运动学规律，170 cm～230cm幅宽多臂和积极凸轮织机,静止角为70度;260 cm～400 cm幅宽多臂和积极凸轮织机,静止角为100度; 170 cm～230 cm幅宽大提花织机,静止角为100度;260 cm～400cm幅宽大提花织机,静止角为150度。毕加诺和道尼尔也有类似的度数,从而可使织机车速大大提高，同时降低纬纱引纬过程中的张力和减少压缩空气消耗,尤其对细号低强纬纱,效果显著。
            5 织机的主传动系统
            近年来在喷气织机技术发展上最引人注目的是主传动方式的进步,从而带来织机主传动链的革命性变化。20世纪80年代后期，数字信号处理技术(DSP)开始应用于电机控制领域，其主要用来直接控制感应电机的磁通量和转矩，以达到对电机转矩进行快速、高性能的控制。这就为织机由交流异步电动机向交流同步电动机转变提供了条件。
            织机主电机也经历了普通超启动三相异步电动机、三相异步电动机加变频器、开关磁阻步进电机、无刷永磁同步电机的变化。毕加诺由于对步进电机的研究较为深入(其送经卷取系统历来采用的即为步进电机),率先采用了SUMO电机;而意达集团由于在无刷电机的应用上有近二十年历史,自然采用了无刷永磁交流同步电机,即HIDRIVE。目前在三个型号喷气织机,L5500、MYTHOSETEC、L88上都成为标准配置;而日系机在该项技术应用上反应迟缓。
            （1）三相异步电机定速运行，功率因数低，效率低；不可调速、简单可靠，但启动对设备冲击大，启动冲击电流大，影响电网正常运行；存在绝缘老化（分布绕组，承受的匝间峰值电压高达1000 V），相比寿命居中。 
            （2）三相异步电机+变频控制变频调速、单参量线性控制、变速控制，功率因数较低，节约电能20％～50％；自动化程度较好、调速范围窄，频率在36 Hz～45 Hz之间最佳，低于36 Hz效率急剧下降；采用软启动，对设备无冲击。但控制电路比较复杂，容易发生击穿短路现象；存在高次谐波，功率因数低，对电网有污染，长期接触对人体有危害：高次谐波导致电动机绝缘老化（分布绕组，承受的匝间峰值电压高达1000多伏，还有高次谐波电压），电动机寿命较短。
            （3）交流同步电机+能调速系统计算机控制+模糊化控制技术、多参量非线性控制、变速控制、功率因数高，可达0.99，效率高，节约电能30％～80％;自动化程度最好、调速范围宽，调速比可达1∶20以上，在很宽的调速范围内效率都在90％左右；软起动对设备无冲击。控制电路不存在击穿短路现象，电动机结构简单，运行安全可靠：启动电流小，启动转矩大，功率因数高，对电网没有冲击和污染；电动机结构简单坚固，不存在绝缘老化（集中绕组，承受的匝间峰值电压仅几十伏），电动机寿命最长。 
            通常我们的织机结构是：主电机通过皮带传动飞轮，飞轮通过主离合器带动织机。另外为了防止停车档的产生，另加一套慢速离合器与慢速电机，可单独驱动织机，或只驱动开口机构，使织机在寻纬的同时主轴静止，钢筘不接触织口。织机的调速可通过独立变频器，或更换皮带轮以及双速电机来实现。这样的话，我们在机器驱动部分就由：主电机（变频器）及主电机皮带、飞轮、主离合器、慢速离合器、慢速电机、多臂（凸轮）机同步皮带组成。
            而现在的HIDRIVER：通过驱动器和软件控制无刷电机通过齿轮组直接驱动开口机构，而它与主轴之间由类似于以前慢速离合盘的一个双齿连接器来完成可控制的驱动。当织机正常运转或开慢车时双齿连接器咬合，电机同时直接的传动主轴和开口机构；当织机要寻纬时，双齿连接器就脱开，电机只驱动开口机构。这样它也能够达到防止停车档的要求。它的主要部件就是驱动器、无刷电机、双齿连接器和传动齿轮组。
            无刷电机本身带有定位装置，并且可以通过编写的软件利用不同的电信号来控制其在任何时间或任何位置的运动状况，它可以在瞬间产生一个很大的扭矩使织机迅速的达到目标转速，或是在一个很大的反扭矩的作用下迅速的停车。因此与过去的传动结构相比使用HIDRIVER有以下的几点优势：
            （1）更简单的机械结构。
            （2）更加的可靠：所有的传动都是封闭在传动箱中，而且是油浴齿轮传动，精度更高，更安全。
            （3）更低的日常维护费用：更简单的结构，皮带等易耗品的替代，必然降低了维护成本。            
            （4）更加简便的操作：使用HIDRIVER之后，所有的功能都有一个电机来完成，减少了过去复杂信号切换以及一系列复杂的机械运动过程，使得织机完成每一次停车寻纬的时间大大缩短，非常有效的提高的生产的效率。
            （5）更加的降低了织机的能耗：过去主电机总是在不停的转动之中，而且大量传动部件在运转之中摩擦、发热，将会消耗掉很多的电能；现在只有当织机在运转织造的时候，电机才转动，织机停电机也就停。所以能够大大降低织机的能耗。
            （6）更好的产品稳定性：根据无刷电机的特性，能在瞬间产生很大的扭矩从而迅速的启动，这样的话就能够在第一纬有足够的打纬力，不至于产生在许多织机存在的有些品种第一纬打纬力不够而造成开车稀档的问题,同时布面质量明显优于三相异步电机系统。
            HIDRIVE与SUMO电机的区别:
            （1）无刷永磁电机在国际控制电机技术领域公认是优越于开关磁阻电机的技术,在低频振动,
            矩频特性,过载失步,响应时间上SUMO存在先天劣势。
            （2）无刷电机不需要马达冷却而开关磁阻电机必须。
            （3）无刷电机对电网无污染而开关磁阻电机有污染。

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