0 前言

變頻器作為一項(xiàng)成熟的高新技術(shù)在細(xì)紗機(jī)上的應(yīng)用日趨加快。現(xiàn)有的國內(nèi)外細(xì)紗機(jī)均已配備或可配備變頻調(diào)速裝置，其主要優(yōu)勢在于能夠根據(jù)一落紗的大、中、小紗張力變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級(jí)變速，優(yōu)化紡紗條件，以盡可能地保持紡紗各階段的張力穩(wěn)定，對(duì)進(jìn)一步降低斷頭，減少毛羽，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低能耗和減輕值車工勞動(dòng)強(qiáng)度都將起到積極作用。此外，變頻調(diào)速有利于加強(qiáng)紡織廠機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在線檢測、顯示和控制，提高工藝過程的控制精度，保證質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理。

1 變頻調(diào)速的調(diào)整方式

細(xì)紗機(jī)利用變頻器調(diào)節(jié)錠子速度快慢，無論是進(jìn)口機(jī)型或國產(chǎn)機(jī)型通常有兩種形式。一種較常見的是定長制方式，即按不同紡紗號(hào)數(shù)所紡的滿紗總長劃分為十點(diǎn)，設(shè)定長度區(qū)間，每個(gè)區(qū)間根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的斷頭情況來設(shè)置相應(yīng)的錠子速度，達(dá)到減少斷頭的目的。該方式設(shè)置較為精細(xì)，但在更改品種時(shí)則需全部重新設(shè)置，工藝調(diào)整不簡便。另一種則是定位制方式，即根據(jù)實(shí)際紡紗中鋼領(lǐng)板級(jí)升在大、中、小紗幾個(gè)主要位置段設(shè)置相應(yīng)速度來減少斷頭，從更換品種上講，調(diào)整方便，也較直觀。本文介紹的細(xì)紗變頻裝置即為定位制形式。

2 紡紗張力變化特點(diǎn)

錠子在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一落紗的斷頭分布是小紗比較多，大紗次之，中紗比較少。細(xì)紗卷繞高速回轉(zhuǎn)形成氣圈，氣圈在不同紡紗階段的波動(dòng)影響紡紗張力的大小，是造成斷頭多少的直接因素。弄清一落紗中氣圈張力的變化特點(diǎn)對(duì)控制紡紗張力平穩(wěn)變化，減少斷頭十分關(guān)鍵。

（1）紡紗張力與錠子速度的關(guān)系：紡紗張力與錠子速度呈拋物線關(guān)系，即當(dāng)錠速增大時(shí)，紡紗張力隨著增大，且錠子速度愈高，紡紗張力增加幅度更大。
（2）一落紗中紡紗張力的變化：在始紡空管時(shí)紡紗張力比較大，是因?yàn)闅馊Ρ容^長而卷繞直徑偏小。隨著鋼領(lǐng)板上升，氣圈張力趨小，但在管底成形完成前后出現(xiàn)氣圈凸形比較大，張力比較不穩(wěn)定，造成鋼絲圈運(yùn)動(dòng)也不穩(wěn)定。管底成形完成之后，卷繞直徑的變化對(duì)紗條張力影響起著主要作用，鋼領(lǐng)板位置在上升（小直徑處）時(shí)紡紗張力大，氣圈凸形小。鋼領(lǐng)板位置在底部（大直徑處）時(shí)紡紗張力小，氣圈凸形大。中紗階段是紡紗張力和氣圈形狀比較穩(wěn)定階段。大紗滿紗前氣圈凸形較平直，但高度過小時(shí)紡紗張力有急劇回升現(xiàn)象，且失去對(duì)張力的調(diào)節(jié)作用，張力不穩(wěn)定。紗線卷繞每次作短動(dòng)程升降，且上升慢，下降快。經(jīng)用張力儀測定，在鋼領(lǐng)板由上轉(zhuǎn)向下的瞬間，張力峰值出現(xiàn)突變，這時(shí)氣圈形態(tài)變化也較大，易引起斷頭及捻度傳遞不勻。

3 調(diào)速與紡紗張力的匹配

根據(jù)一落紗中紡紗張力的變化規(guī)律，通過調(diào)整錠速來對(duì)之進(jìn)行控制。變速位置主要控制三個(gè)方面：一是大紗、小紗卷繞小直徑時(shí)采用較低的錠速；中紗卷繞大直徑，張力小，可采用較高的錠速；二是對(duì)鋼領(lǐng)上升及下降中張力突變部位可進(jìn)行相應(yīng)變速；小紗上升時(shí)紡紗張力漸小，錠速可適時(shí)增快，下降時(shí)張力漸大，可減慢錠速；三是空筒管開車生頭時(shí)，張力波動(dòng)大，采用適宜接頭的低速運(yùn)行。

本系統(tǒng)生頭速度選擇為工藝速度的84％，如過低反而造成接頭困難。管紗成形全過程中降低錠速比較好不要超過工藝速度的10％，因錠速過低會(huì)影響管紗成形，從而造成退繞不良。如降速幅度較大時(shí)，也要適當(dāng)加重鋼絲圈，對(duì)平衡全過程紡紗張力、改善成形與減少毛羽均有利。

本系統(tǒng)變頻調(diào)速是通過改變預(yù)設(shè)頻率數(shù)值來改變錠子速度。由于頻率變化與錠速基本呈線性關(guān)系（扣除錠帶滑溜率等因素），頻率數(shù)值增減百分比即視作錠速變化百分比。頻率變化基準(zhǔn)值為50 Hz。變頻裝置上有顯示窗口及數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)，按不同紡紗段變速要求，依據(jù)圖1中對(duì)應(yīng)的頻率比乘以頻率基準(zhǔn)值，按順序（即對(duì)應(yīng)紡紗時(shí)間或紡紗位置）輸入頻率實(shí)際值即可。紡紗整個(gè)過程每一對(duì)應(yīng)位置的頻率及頻率變化的速率均可顯示，一目了然。大紗、中紗、小紗及鋼領(lǐng)板上下位置的轉(zhuǎn)換是通過傳感器輸入的信號(hào)經(jīng)PLC計(jì)算、比較后完成的。

圖1 細(xì)紗紡紗變頻示意圖

4 變頻調(diào)速在細(xì)紗紡紗過程中的作用

4.1 變頻調(diào)速對(duì)紡紗斷頭的影響

細(xì)紗斷頭原因較多，在排除空調(diào)、機(jī)械、操作及清潔工作不良、筒管不良、粗紗不良等因素后，采用變頻調(diào)速后細(xì)紗斷頭率可降低30％左右（見表1）。表1說明，無論與本機(jī)臺(tái)比，還是與相鄰機(jī)臺(tái)比斷頭都降低。對(duì)比數(shù)據(jù)中，小紗斷頭數(shù)尚不明顯，其原因是工藝上小紗段降速時(shí)間較短，尚未脫離紡紗張力峰值較大的區(qū)域，工藝上可進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

表1 A512型細(xì)紗機(jī)加裝變頻調(diào)速裝置前后紡紗斷頭測試

注：第一落紗195 min，第二落紗200 min；A512型細(xì)紗機(jī)錠子數(shù)408錠；變頻參數(shù)：生頭頻率35 Hz，
小紗頻率 45 Hz，中大紗頻率47.5 Hz～50 Hz，中大紗頻率47 Hz～ 52 Hz，大紗頻率45 Hz。

4.2 變頻調(diào)速對(duì)成紗毛羽的影響

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，廣東湛江棉紡廠在紡紗生產(chǎn)中，細(xì)紗錠速在小紗時(shí)從11 900 r／min增大至13 950 r／min，錠速增加17.22％，毛羽值H由4.10 mm增至4.53 mm，增幅10.50％；中紗錠速增加14.4％，毛羽值H增加17.28％；大紗錠速增加10％，毛羽值H增加17.1％。我廠在同粗紗、同錠條件下也測出毛羽數(shù)隨錠速呈正比例增加，所得結(jié)論與上吻合。

細(xì)紗機(jī)采用變頻調(diào)速后，紡紗毛羽測試結(jié)果見表2。設(shè)定小紗、大紗降速10％，中紗增速5％。由表2可知，采用變頻裝置后，各紗段毛羽都減少，其中小紗毛羽減幅達(dá)38.12％。

表2　 3┨以上毛羽測試　　 單位：根/10M

此外，在分組試驗(yàn)中，測試的第三、四、八組中當(dāng)無變頻調(diào)速時(shí)，大、中、小紗因鋼領(lǐng)或鋼絲圈因素毛羽數(shù)較其他組明顯突增，為正常毛羽數(shù)的3倍至4倍，而且國產(chǎn)鋼領(lǐng)普遍存在著本身表面處理質(zhì)量離散較大的問題，因此毛羽極差大。然而采用變頻調(diào)速器后這三組機(jī)臺(tái)小紗段毛羽數(shù)均同步下降，說明降速后可明顯減緩紡紗張力，縮小錠差。

4.3 變頻調(diào)速與成紗捻度

紡紗段紗條捻度在一落紗過程中的變化規(guī)律為：(1)卷繞直徑相同時(shí)，紗條捻度隨氣圈高度減小而增加，滿紗部位的紗條捻度較小紗為多；(2)在鋼領(lǐng)板一次動(dòng)程內(nèi)，卷繞小直徑時(shí)的紗條捻度較卷繞大直徑時(shí)多，且鋼領(lǐng)板下降時(shí)紗條的捻度比上升時(shí)略多。

從根本上講，鑒于環(huán)錠紡卷繞成形特點(diǎn)，其存在不同情況，捻度不勻是客觀存在的，當(dāng)然捻度差異相差不會(huì)很大。而真正影響捻不勻的因素主要有滾盤、滾筒、錠子狀況及錠帶盤之間的滑溜差異，錠子與筒管配套不良，筒管本身質(zhì)量問題造成運(yùn)行中跳管等情況。

變頻調(diào)速本身是控制錠速的變化，與前羅拉輸出是同步的，對(duì)捻度的變化也是同步的，但不能糾正因滑溜差異產(chǎn)生的捻不勻。此外，在上述提到的鋼領(lǐng)板上升及下降轉(zhuǎn)換瞬間紡紗張力比較大，不僅易造成斷頭，且紡紗段因張力波動(dòng)大對(duì)捻度傳遞不利。為解決這一矛盾，系統(tǒng)加裝了調(diào)節(jié)鋼領(lǐng)板上下轉(zhuǎn)換的緩沖裝置，經(jīng)張力測試儀測定，能較有效地抑制張力峰值，變頻后的紡紗張力峰值與無變頻時(shí)的張力峰值相比減小了60％左右。

當(dāng)然，改善捻度要綜合考慮，如紡紗工藝優(yōu)化，應(yīng)用新型紡紗器材如高性能橡膠錠帶，運(yùn)用新技術(shù)如單錠電機(jī)傳動(dòng)等，但變頻調(diào)速無論從理論上或?qū)嵺`中看均不會(huì)惡化捻不勻。

5 用好變頻器應(yīng)注意的事項(xiàng)

變頻器雖然在紡織設(shè)備上應(yīng)用廣泛，但在細(xì)紗機(jī)上推廣應(yīng)用時(shí)間不長，原因主要有：(1)細(xì)紗車間要求24h連續(xù)生產(chǎn)，必須做到長時(shí)間無故障運(yùn)行；(2)變頻器要適應(yīng)高溫高濕，飛花短絨較多的環(huán)境(各廠空調(diào)狀況差異大)；(3)價(jià)格因素。

通過生產(chǎn)實(shí)踐，變頻器在使用中需注意以下幾點(diǎn)：

(1)變頻器容許的功率與配制的細(xì)紗機(jī)主機(jī)功率要有20％的余地。我廠細(xì)紗電機(jī)功率為15kW，變頻器選用SPF-18.5型。否則，會(huì)由于機(jī)臺(tái)間機(jī)械傳動(dòng)阻力差異及工藝上壓力調(diào)整等因素造成變頻器負(fù)荷過重或過載停車。
(2)變頻器本身有散熱片風(fēng)道和風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，但在使用中，如直接用于細(xì)紗車間會(huì)造成風(fēng)道很快堵塞無法正常工作，甚至?xí)^熱停車。較好的解決辦法應(yīng)增加一套簡易過濾裝置，值車工定時(shí)做清潔，非常簡便、可靠。
(3)細(xì)紗車間在高溫高濕季節(jié)的溫度通常在30℃～35℃。該變頻器工作允許的環(huán)境溫度為40℃，能夠滿足細(xì)紗工作環(huán)境溫度要求。
(4)該變頻器可根據(jù)參數(shù)調(diào)整報(bào)警系統(tǒng)，具有120％、1 min過載能力，可在尚未出現(xiàn)停車前發(fā)現(xiàn)問題，并預(yù)先處理，對(duì)變頻器起著可靠的保護(hù)作用。
(5)細(xì)紗錠子速度通常高達(dá)15000 r／min左右，變頻器變速啟動(dòng)與傳統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)不同。如啟動(dòng)時(shí)間過長或鋼領(lǐng)板位置不當(dāng)，均可能造成開車后斷頭明顯增加，甚至無法開車。通過對(duì)變頻器模塊參數(shù)的優(yōu)選則可達(dá)到比較少的斷頭效果。

6 結(jié)束語

(1)變頻調(diào)速可在提高產(chǎn)量基礎(chǔ)上減少斷頭，或在保持現(xiàn)有產(chǎn)量情況下較明顯減少小紗、大紗的斷頭。通常，在斷頭率同等水平上，產(chǎn)量可增加5%。
(2)錠子速度調(diào)節(jié)范圍更廣，翻改品種快捷方便，無需更換皮帶盤。
(3)對(duì)某些紡紗有一定難度的品種如強(qiáng)捻紗、包芯紗、麻棉紗及高檔精梳產(chǎn)品，通過變速選擇生產(chǎn)過程比較佳點(diǎn)，可比較大程度提高單產(chǎn)，減少斷頭。
(4)采用變頻器控制主電機(jī)可比較大潛力挖掘電機(jī)的無功功率，充分利用和提高功率因數(shù)，從而達(dá)到節(jié)電的目的。
(5)細(xì)紗斷頭的減少為值車工擴(kuò)大看臺(tái)、減少萬錠用工、節(jié)約生產(chǎn)成本提供了可能。
(6)通過變頻降速對(duì)減少小線毛羽效果較好，有利于減小大、中、小紗毛羽值的極差，具有潛在的商業(yè)價(jià)值。
(7)變頻器與機(jī)上PLC及計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)可連為一體，監(jiān)視在線生產(chǎn)及質(zhì)量情況。
(8)變頻調(diào)速裝置僅僅給企業(yè)提供一個(gè)紡紗優(yōu)化的平臺(tái)，工廠必須結(jié)合自身產(chǎn)品、設(shè)備、原料、工藝等特點(diǎn)進(jìn)行合理配置，才能發(fā)揮比較佳功能。