梳棉机梳理力在线智能控制的探讨与实践

张 毅，陈玉峰

【梳棉机研究】

梳棉机梳理力在线智能控制的探讨与实践

张 毅1，陈玉峰2

（1.浙江省常山纺织有限责任公司，浙江 常山 324200；2.光山白鲨针布有限公司，河南 光山465450）

设计制造梳理力测试装置，在线检测盖板与锡林梳理区的梳理力。通过工艺试验和数据处理，分析影响梳理力的主要因素，并研究控制梳理力变化的途径。结果表明，通过梳理力测试信号，经计算转换，用于控制给棉罗拉给棉量，实现了梳理力在线智能控制，保证了盖板与锡林梳理区连续均匀的纤维层，分梳时均匀受力。

梳棉机；梳理；基础工作；公差；平整度；齿密

在梳理工艺研究中，梳理力是影响梳理质量的原因之一。锡林与盖板之间的梳理是利用两个针面的针齿摩擦握持并分梳，称之为“自由梳理”，这种分梳方式与握持梳理相比，可减少纤维的损伤。因此，对锡林与盖板之间的梳理力测量找出变化规律加以控制，一直是梳理领域的重要问题之一［1-3］。有一些学者对此进行了研究，提出了从针齿受梳和盖板间通过纤维之间的功率变化来量化梳理力的数据，但到目前生产上还没有得到应用。

本文介绍一种新型的梳理力测量装置，用于在线检测锡林与盖板梳理区梳理纤维时梳理力全过程中变化，并探讨了应用测试信号，进行信号模拟量转变，用于在线控制梳理力变化，实现均匀梳理目的。

1 问题的提出

“紧隔距、强分梳，轻定量、慢速度”的工艺原则，强调分梳排杂，却难以避免对纤维造成损伤。“柔性梳理”理念的实施，可以以小梳理力达到好的梳理效果，并且纤维损伤少，生条中的棉结、短绒少，但不能量化。

梳理力是由于纤维迂回在多根针齿之间，因针齿与纤维、纤维与纤维间的摩擦而形成的，当纤维或纤维束其一端被一个针面握持，而另一端与另一针面的针齿切向摩擦滑动进行中，受到总阻力即形成梳理力。实现在线梳理力检测智能控制，使梳理力变化稳定，纤维在分梳区内均匀梳理。

2 梳理力智能控制系统总体设计

实现梳棉机在线梳理力智能控制系统，需要满足四个功能要求：一是检测装置安装便捷，不影响值车工挡车和清洁工作；二是随梳理力的变化将信号自动采集的装置；三是将采集信号进行处理转换数据输出功能；四是得出测试结果在屏幕上显示、数据储存、控制整机梳理力。

根据所述四个功能制定如图1所示的总体方案，并确定系统结构。装有梳理力检测装置，能输出电压信号，电压信号经过模拟/数据（A/D）转换器芯片对传感信号进行调理转换，单片机读取被测数据，进行计算转换，在液晶屏上显示出来。

图1 总体方案流程图

2.1 自动检测单元设计

该系统采用功率测试标准仪来实现自动采集功率变化信号。首先测得锡林、盖板空车运转时的功率，开始梳理时再测得梳理功率，然后将测试功率换算成梳理力以及单纤维的平均梳理力。锡林、盖板区总的梳理力近似计算式为［1］：

式中：ΣR——锡林、盖板区总梳理力（牛顿）；

N——喂入纤维运转时锡林、盖板消耗的功率（kW）；

N0——空车运转时锡林、盖板消耗的功率（kW）；

V——锡林线速度（m/s）；

1kW＝ 999.6 N·m/s。

2.2 装置显示单元设计

当开始梳理时，梳理力的变化反映在功率变化上，功率变化以模拟电压信号输出；模拟电压信号经过滤放大后，再经A/D模数转换电路，将其模拟量信号转换成便于单片机处理的数字量信号，数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器，直至控制伺服电机和变频器。显示屏幕安装在梳棉机操作面板上，如图2所示。

图2 屏幕显示机构

3 梳理力的测试分析

试验品种：纯棉色纺；试验梳棉机：FA201B型。

3.1 盖板与锡林隔距对梳理力影响

盖板与锡林间的隔距（单位：英丝，即1/1 000 英寸，或 0.025 4 mm)： （1） 10、9、8、8、9；（2） 8、7、6、6、7； （3） 7、5、5、5、7。其它工艺参数：锡林速度369 r/min、刺辊速度946 r/min、盖板速度182.1 mm/min。梳理力测试结果见表1和图3。

图3 盖板隔距与梳理力关系

表1 盖板隔距与梳理力关系

根据表1可知，锡林和盖板间梳理力随着隔 距减小而增大，减小到7、5、5、5、7英丝时，梳理力增加近3倍。这是由于针齿刺入纤维层深，接触的纤维多、纤维被针齿分梳或握持长度长、梳理力大、两针面间转移的纤维量多造成的；浮于两针面的纤维少，不易被搓成棉结，所以紧隔距可以得到“强分梳”。质量对比试验结果见表2。

表2 质量对比试验结果

3.2 盖板速度与梳理力的关系

工艺参数：锡林速度369 r/min，刺辊速度946 r/min，盖板与锡林隔距7、5、5、5、7英丝。梳理力测试结果见表3和图4。

表3 盖板速度与梳理力关系

图4 盖板速度与梳理力关系

盖板速度加快时，梳理也随着增大，但变化量不大。盖板在工作区内停留的时间减少，每块盖板针面负荷略有减少，盖板花含量小。另外，加快盖板速度可以提高除杂效率，试验结果见表4。

表4 盖板速度对除杂效果的影响

3.3锡林速度与梳理力的关系

其他工艺不变，测试不同锡林速度时梳理力变化规律，结果见图5和表5。

图5 锡林速度与梳理力关系

表5 锡林速度与梳理力关系

梳理力随锡林速度的提高而增加，提高梳理力有利于提高纤维分梳效能，这从梳理公式C=kngNcLr/PNB可以看出锡林速度提高梳理力也增加，从327 r/min提高到 394 r/min，梳理力提高49%。

3.4 道夫速度与梳理之间的关系

图6和表6显示了道夫速度与梳理力之间的变化关系及对棉结和色结的影响。

图6 道夫速度与梳理力的关系

表6 道夫速度与梳理力关系

根据以上数据可以看出，梳理力随道夫速度提高而增加，棉结数也有所增多，但总体变化不大。

3.5 梳理力波动与生条定量之间关系

梳棉正常生产时，读取约3 min梳理力测试数据，将3 min输出生条摇20段称重，与梳理力对应数据详见表7。试验中发现，刺辊从给棉板处抓取花卷，由于棉层开松度差，大小不一，且伸直平行度差，进入盖板与锡林梳理区纤维数量难以做到均匀，所以梳理力一直在波动，产生梳理力波动是由于喂入纤维量不稳定而产生的，图7是梳理力变化与生条定量的关系。

刺辊从给棉板处抓取花卷，由于棉层开松度差，大小不一，且伸直平行度差，进入盖板与锡林梳理区纤维数量难以做到均匀。

表7 梳理力与波动与生条定量的关系

4 梳理力的控制

从试验项目，根据试验条件和结果，可以归纳为以下：

（1）进入锡林与盖板间的被梳理纤维层为定值时，影响梳理力的主要因素有盖板-锡林隔距和锡林速度。当进入锡林与盖板间的被梳理纤维层数量均匀时，影响梳理力大的是盖板-锡林隔距，梳理力大小差异近3倍；其次是锡林速度，梳理力大小差异在1.5倍。

图7 生条定量与梳理力之间关系

（2）锡林与盖板间的被梳理纤维层变化时，盖板速度、道夫速度和生条定量变化，使进入盖板和锡林梳理区纤维层纤维量发生变化。纤维量增大时，梳理力就增加。三个项目梳理力大小差异分别是1.13、1.19、1.12倍，影响程度基本接近。

因此，要控制梳理力大小，有效措施是优化隔距，但实际操作比较费时。如用变换锡林速度来实现，通过变频实现是可行的。当梳理力增大时，表明进入梳理区纤维量增加，需增加锡林速度提高梳理力，以使单纤维平均梳理力均匀，但是单纤维平均梳理力计算繁琐。

从图7可以看出，生条定量与梳理力变化呈强相关的关系，可用控制喂入棉层量多少来控制梳理力。目前清梳联自调匀整装置，都采用测量棉层厚度来控制给棉罗拉速度。同样，如果测试值大时，表明喂入纤维量增多，信号传递到给棉罗拉减少喂入量，这样就达到了喂入量均匀、进入梳理区纤维层纤维总量变化小、梳理力变化小、单纤维平均梳理力均匀、实现均匀梳理的目的。

（3）梳理力的控制从锡林和刺辊间的速比来实现柔性分梳，同时锡林速度和刺辊速度可进行档位调速，可以调整为个位级数调节，实现更小的量变值，从而减少速度过高强梳理带来的纤维损伤，或者速度过低造成的分梳不足。

5 结语

综上所述，在梳棉机上实现梳理力智能在线控制，给棉罗拉处加伺服电机，由采集信号控制。从长远考虑，锡林、盖板和刺辊都应采用变频调速，使工艺翻改简单方便，适应当今市场小批量、多品种快交货的发展趋势。通过以上改进，使梳棉机实现智能控制。

（1）通过梳理力检测装置，可以测试梳理力变化，量化工艺参数对梳理质量评价；

（2）将采集信号用于控制给棉罗拉速度，受分梳纤维量稳定，使梳理力波动小，进入均匀梳理新阶段；

（3）根据针布锋利程度不同，对不同机台进行工艺调整，实现梳理力一致，减少台差；

（4）数据可采集，用于生产、工艺管理，并进入网络；

（5）锡林刺辊速比小，实现柔性分梳。

［1］中国纺织大学棉纺教研室.棉纺学上册（第二版） ［M］.北京：纺织工业出版社，1990：182-183.

［2］王兟，李恩生，夏龙全.单纤维平均梳理力的研究［J］.棉纺织技术，2005,33 （4）： 7-8.

［3］肖枫，赵业平，韩贤国.梳理力测量仪的研制与应用［J］.辽东学院学报（自然科学版） ,2012,19(2):101-104.

On-line intelligent control of carding force of carding machine:Discussion and practice

ZHANG Yi1，CHEN Yu-feng2
（1.Zhejiang Changshan Textile Co.,Ltd.，Changshan 324200，China；2.Guangshan White Shark Carding Clothing Co.Ltd.Guangshan 465450，China）

An online carding force testing device has been designed and manufactured.The carding force between the flat and cylinder was tested.The main factors that affect the carding force were found by analyzing the process and experimental data.Accordingly,measures to control the carding force were studied.The results show that the carding force testing signal can be converted to control the feeding cotton quantity by which the carding force can be intelligently controlled;therefore,the continuousand uniform fiber layer between the flat and cylinder can be ensured,and each fiber is combed by average forces.

carding machine；carding force；single fiber；process；intelligent control；nep

TS103.22

A

1673-4939（2017）04-0229-06

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.04.01

2017-05-23

张毅（1964—），男，浙江常山人，高级工程师，总工程师，研究方向：纺纱工艺。

（责任编辑：鞠衍清）