环锭纺细纱机集体落纱的自动化升级改造实践
环锭纺细纱机集体落纱的自动化升级改造实践
高红河
（中国人民解放军第四八零六工厂，浙江舟山 316000）
摘要：分析了当前国内纺纱企业纺纱设备的技术及用工现状，普遍存在的“用工多、招工难”的问题。提出将先进的集体自动落纱技术，来改造现有的细纱老机，以达到减少落纱用工缓解企业“招工难”等问题，通过对比分析了当前主流的环锭细纱机采用自动集体落纱装置后给企业带来的较大经济价值，为国内众多中小型纺纱企业提供了一条花钱少效果好的改造捷径。
关键词：环锭细纱机 集体落纱 升级改造
中图分类号：TS104.7 文献标志码：B 文章编号：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
改革开放近 40 年来，中国棉纺织业在技术进步与产能发展上都取得了很大成绩，
纺纱锭数由当初的 2000 万锭发展到现在的 1.2 亿锭，接近全球棉纺总规模的一半，在世界棉纺市场上占有半壁江山[1] 。但近几年由于欧美纺织品市场对东南亚、南亚纺织品市场的倾斜，给中国的纺织品进出口市场造成了巨大的压力，再加上国内纺织业近几年由于原料和加工成本的不断提高，工资成本又远高于东南亚国家，行业进一步发展遇到较大困难。纺织企业在面对严峻的形势下求生存与发展，必须要加快转型升级，加大更新生产设备，合理运用企业现有的技术装备与有限的资金，寄希望通过适当改造来实现转型升级�；范干椿迓渖醇际醯纳陡脑�，就是其中一项既经济又实惠的升级改造方案。现将中国人民解放军第四八零六工厂近几年来在国内对现有环锭细纱机改成集体自动落纱升级改造情况及取得经济效果分析如下。
1 目前国内纺纱设备技术现状
目前国内有环锭细纱机 1.2 亿锭，近几年来通过新建和更新改造已有带集体自动落纱长机（1000 锭/台）3000 多万锭，但仍有 80%以上的是常规细纱机在现在
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收稿日期：2017—12—01
作者简介：高红河（1980—— ），男 ，山东东明人，工程师，主要从事现代纺机技术与新产品开发方面的研究。
的纺织厂中使用，是 20 世纪 90 年代末和 21 世纪前几年纺织业大发展时期投入使用的。设备主要型号有 FA506、FA507 以及后来上市的 JWF1516、EJM128K、DTM129 等等， 设备结构设计合理、稳定扎实、工业制造水平、电气控制都处于一个技术相对的成熟期， 再加上各种新型材料和专件的采用；特别是电气控制已经淘汰老旧逻辑开关量控制方式，相当大比例的采用当时比较成熟先进的 PLC ，加变频器控制技术。这批技术装备曾经为企业的发展取得经济效益，但是至今已使用 20～30 年，设备磨损增加，使用性能已与当前产能、质量要求有一定差距，成为企业的转型升级的阻碍。
1.1 改造现有细纱技术装备的必要性
由于常规细纱机使用已有 20～30 年，随着近几年纱线市场对纱线品质需求的提高， 各种纺纱新技术的不断应用，这些常规型细纱机相比现在的新型细纱机，在设计优化、新材料、新技术等方面已显落伍，达不到纺纱现代化的要求，尤其是在用机器换人，减少繁重的人工操作尤为迫切，必须进行升级换代。
中国整体国民经济各领域的繁荣发展，使人们对就业有了更加多样性的选择，而纺织行业是一个劳动密集型行业，劳动强度大，工作环境封闭，且三班连续运转，工人生活单调，使得很多纺织厂里的技术熟练工大批量改行，不愿意在纺织行业从业，造成纺纱行业大面积出现了“招工难、用工贵、熟练慢、流失快”的用工困境，“用工难”已经成为制约这个行业稳定生产和快速发展的瓶颈[2]。
针对目前“招工难、用工贵”这一现状，迫使纺纱企业，一方面通过对企业现有的纺纱设备进行升级换代，采用自动化程度高的新设备如自动化的细纱长机来，提高企业的生产能力；另一方面通过增加薪金、提高职工福利、改善工作环境等方法来留住工人， 以应对残酷的市场竞争。而采用新设备来更新旧设备必然造成设备投入成本的增加，而提高职工的工资与福利待遇也会增加企业的吨纱用工成本，使企业的运营成本大步提升，增大企业资金流转的压力。因此采用对现有常规细纱机的改造升级，提高设备自动化程度，减少劳动用工则是一种最经济效果好的方案。
2 集体落纱技术
2.1 现有集体落纱技术
当前市场上生产销售的国内外最新技术的环锭细纱机就是带有集体落纱技术的细纱长机。
目前国外具备集体落纱技术的环锭细纱机，有德国 Zinser 公司、Suessen 公司、瑞士 RIETER 公司、日本 TOYOTA 公司、意大利 Marzoli 公司等制造的各种新机。这几家公司的产品在技术水平、制造工艺上都代表了目前纺织技术的最高水平，虽其性能优于是国内同类产品，但对国内纺织企业最致命的是价格昂贵、投入成本高，故使用面难以扩大。
国内已批量生产的同类细纱机有：经纬纺织机械股份有限公司榆次分公司的 JWF15 系列细纱机，上海太平洋集团的 EJM178 系列细纱机，中国人民解放军第四八零六工厂的凯灵牌 ZJ15 系列细纱机等多家单位，这些产品技术成熟，制造水平高，价格符合国情[3]。
目前国内外的集体落纱技术已经趋于成熟完善，但这些设备制造企业的集体落纱技术多以长整机（1000 锭以上）的形式进入市场，且单锭售价高，对当下的主流中小型纺织企业的转型升级没有太大的实际意义。为适应市场需求，缓解纺织企业的生存压力， 目前有很多纺机制造企业，在现有集体落纱整机技术的基础上，适时开发推出了针对常规环锭细纱机的集体落纱技术升级改造方案。
2.2 几种集体落纱改造方案的技术对比分析
2.2.1 集体落纱装置
a) 集体落纱装置的构成
环锭细纱机升级改造的集体落纱装置基本上与整机的集体落纱装置一致，是一个较为复杂的系统，共包括：落管机构、理管、导纱板翻转、凸盘输送、电子检测装置 5 大
部分，气缸传动和伺服驱动两动力子系统，一个电气控制系统，其主要机械机构如图 1
集体落纱装置机构示意图所示[4 -5]。
在完成一次集体落纱过程中，首先电气控制中心接到满纱信号后，伺服系统驱动落纱气架将空纱管从下导轨的凸盘上抓起放到中间位上，为抜满纱管做好准备；下一步控制钢领板电机下钢领板，接着控制导纱叶子板气缸翻起导纱叶子板；再下一步落纱气架上升将锭子上的满纱管拔下，放到下导轨空凸盘上，再上升到中间位把中间位的空纱管插到锭子上，完成纱管的落管、插管；最后导纱叶子板气缸翻落导纱叶子板，并自动开始开机纺纱。在新的纺纱过程中，下导轨凸盘在输送气缸驱动下完成满纱管的收集，同时将理空管机分拣、整理的空纱管排布到收集完满纱管后的下导轨空凸盘上，并输送到与锭子相对的位置上，等待下一次落纱的到来。
a) 纵向布局图
b) 机架横截面图
1.交流伺服电机 2.减速机 3.同步带 4.丝杆螺母 5.传动轴 6.长人字臂 7.短人字臂
8.气架 9.气缸 10.拉杆 11.连杆机构 12.空管 13.满纱管 14.抓管器 15.导轨凸盘图 1 集体落纱装置机构示意图
b) 集体落纱装置的优点适应性强、结构可靠、运行稳定
目前，市场上采用的集体落纱改造方案都是以老机架为安装基准的，可以针对不同的机型个性化设计，传动系统以机架、车尾底板为定位基准，采用新型节能锭子，下移龙筋，不改变纺纱角度，保证成纱品质。
2.2.2 几种常见集体落纱装置改造方案对比
环锭细纱机的集体落纱装置改造，以原细纱机机架为基础加装一整套集体落纱装置。
a) 可以根据原机型的不同，设计不同的安装方式
根据原机机架端面尺寸不同，可分为直接加装和换中墙板两种安装方式。
直接加装是以原机机架为基准，在龙筋上加装落纱机构，此种方式对原机机架改动小、施工简单、工期短，相对改造成本低。
换中墙板是因为此类机型中墙板尺寸过大，影响集落装置的安装，所以要更换，将原机机架推倒，用重新设计的新中墙板替换原中墙板再重新平车，将集体落纱装置安装在中墙板上。此种方式的新中墙板是专门针对集体落纱机构设计的，其特点是机架结构更合理、更稳定，但也带来安装施工工程量大、周期长，改造成本高等问题。
b) 满、空管输送装置的比较
当前集体落纱改造在满、空管输送装置上，主要有钢带式和导轨凸盘式两种。
钢带式可以选择平钢带式和立钢带式，其原理是在一条钢质平带上按锭距装上凸
盘，通过电机带轮驱动钢带输送纱管，特点是钢带运转平稳，完成一次满、空管输送时间短、效率高；但随着设备运行时间的增长，易出现钢带疲劳伸长、凸盘锭距变化、甚至断裂的现象，故对钢带材质、钢带的安装精度要求较高，一旦锭距变长或钢带损坏必须更换整条钢带，且初投成本和更换维护成本高。由于老机车机架结构低，用钢带式必须配合小卷装的短纱管和锭子。
导轨凸盘式采用钣金制作的导轨定位，用气缸推动推杆使凸盘在导轨槽内滑动前进，完成满、空管输送，结构简单，安装方便，改造维护成本低，采用经过特殊设计的导轨及过渡转弯接头，避免了导轨积花、卡凸盘以及因凸盘纱管与锭子错位而抓管失败等问题。由于是气缸往复驱动，完成一次满、空管输送时间长。凸盘也分单凸柱和双凸柱两种，双凸柱凸盘对凸盘的定位精度要求高，故较少采用。
c) 气架升降部分的比较
在集体落纱气架升降部分，现在多数采用“伺服电机+蜗轮变速箱+滚珠丝杠”的驱动，但也有部分采用“步进电机+梯形螺杆”驱动。两种装置各有优缺点，前者传动精度高，定位准确，响应速度快，稳定性高，但成本高；后者优点是成本低，但传动精度、定位、响应速度都不如前者，并且螺杆副使用时间久了存在磨损，需要调整，甚至需要更换。
d) 电气控制系统部分
电气控制系统是决定改造成败的核心，它包括电气元器件和控制程序两部分。电气元器件有各种品牌的组合，各个用户厂家可以根据自身的经济状况做相应的选择�？刂瞥绦蛳衷谥饕辛街�，一种是叠加一个集体落纱控制程序，与老机原纺纱控制程序通过通讯联系，集体落纱控制程序和原纺纱控制程序是两套各自独立的控制程序，这种控制方式设计简单，但因老机原电气系统元器件没有更新，在实际生产运行中，易存在不匹配、通讯不畅、通讯信号丢失等问题，两个控制程序在控制自动落纱和纺纱工艺过程中各自独立，逻辑配合不够紧密，对开车留头率影响较大，一旦两者通讯不畅、信号丢失就造成自动落纱失败。另一种是将老机原有纺纱控制的电气系统全部推翻，将纺纱控制程序、集体落纱控制程序重新整合成一套完整的整体式控制程序，由一个中心 PLC 控制，电气元件重新布线，各种功能、使用效果和目前使用的集体落纱长机一样。相比较于第一种集体落纱控制方式，程序设计复杂，难度大，成本相对较高。
3 集体落纱改造实例
中国人民解放军第四八零六工厂从事细纱机整机生产已有 40 多年，开发生产带集体落纱的长机（1000 锭以上）也有 10 多年，集体落纱技术成熟完善。通过对国内纺纱厂所使用的常规细纱机调研、归类、分析，除个别老型号细纱机由于结构问题，属于淘汰类机型，不适用于集体落纱装置的技术改造，再有使用年限长破损严重濒临报废的不宜改造外，目前仍在使用的、常规的、包括做过紧密纺、竹节纱等技术改造的细纱机， 都可以进行集体落纱技术改造。
3.1 主要改造内容
中国人民解放军第四八零六工厂为某纺织厂改造为例，该厂机型为经纬 2007 年出厂的 FA506 型 480 锭 180 动程的细纱机，并进行过四罗拉紧密纺改造，主电机未采用变频器。经过综合考虑、以经济实用为原则合理配置，采用整体式控制系统的集体落纱改造方案。具体包括：
a) 电气部分：增加 22Kw 主变频器，0.75Kw 钢领板电机变频器；PLC+扩展+人机界面；伺服控制器和伺服电机；相关电气检测控制元件；
b) 增加一整套气动元件；
c) 人字形气架升降部件采用单锭活塞式抓管器，伺服电机+蜗轮变速箱+滚珠丝杆驱动；
d) 满、空纱管输送部件采用导轨凸盘式，双气缸驱动；
e) 新制整体式电器柜；
f) 车尾配满纱管自动收集机、空纱管自动理管机；
g) 导纱板采用车头、车尾四气缸翻转部件；
h) 锭子更换成铝套管锭子及配套纱管；
i) 车头同步带、锭带、导纱钩等专件。
3.2 改造实施过程
在确定好方案后，实地测绘相关零件尺寸，并针对该机展开设计生产。现场大致改造过程如下：
第一步，拆除原细纱机的上下导轨、锭子、导纱板、钢领板、车尾配电箱、车头同步带、车尾平皮带等部件；
第二步，车面以上牵伸、粗纱架部分不动，调整原龙筋的位置尺寸，下降龙筋以及主轴、张力架轴；龙筋两边向外移，加大锭子中心距，更换导纱板、钢领板的新加长升降横杆；
第三步，以龙筋为基准，在龙筋侧面打孔，安装挂板，以龙筋水平高度为基准，在挂板上安装人字形气架升降部件、纱管输送导轨部件等；
第四步，在原车尾传动底板上安装伺服传底板及新电器柜，并从新布线； 第五步，安装导纱板、钢领板、锭子，更换导纱钩、锭带等细纱部分； 最后，调试开车，改造完成。
4 常规细纱机改造成集体落纱后的经济效益分析
4.1 节约成本分析
目前，大多数中小纺织企业还都是人工落纱、理管，特别是纺制中、低号纱，落纱次数更加频繁，落纱工用工数量更大，落纱工的工作量、劳动强度成倍增加。采用集体落纱技术后，落纱过程中的理管、拔纱、插管、重新开车均为自动完成，大幅减少落纱用工人数[6-7]。
中国人民解放军第四八零六工厂为某纺纱厂集体落纱改造的项目为例，该厂一个细纱车间有 FA506 型 480 锭细纱机 125 台，该批细纱机已做过紧密纺技术改造，现对该细纱机进行集体落纱改造，每台改造费用约 13 万元，主要生产的品种为粘胶 18.2 tex 赛络紧密纺纱。改造前后的对比数据如表 1。
表 1 用工对比
|
落纱形式 |
拔管率/% |
插管率/% |
留头率/% |
万锭辅助工/人 |
万锭落纱工/人 |
|
人工落纱 |
100 |
100 |
92 |
2 |
10 |
|
集体落纱 |
100 |
100 |
≥97 |
0 |
2 |
由上表可知，采用人工落纱，万锭落纱和辅助工约 12 人，使用集体落纱，万锭用
工约 2.0 人。125 台短车合计 60000 锭，可减少用工 60 人，按每人每年工费 4.5 万元计算，1 年即可节约 270 万元用工成本。
4.2 生产效率提高
细纱机采用集体落纱技术，能够自动完成“开车→纺纱→落纱→开车→纺纱→落纱
→……”的循环过程，避免人工落纱时的人等纱或满纱等人现象。一次落纱时间约3.5min，与采用人工落纱时间相当。落纱过程全自动完成，无需人工干预，不产生人等纱或纱等人的停台时间，生产可效率提高 3%；不用考虑落纱工劳动强度情况下，可采用小钢领圈小卷装，锭速可以提高 5%～10%；并且留头率可达到 97%以上，人工生头少，可提高生产效率约 2%[8]。
4.3 维护成本分析
由于集体落纱装置采用了光、机、电、气一体化等新技术，随着技术的提升，对用户厂的技术保障能力提出了更高的要求；随着集体落纱技术的应用，用工的减少，将打破以往老车间运转管理模式，对车间安全生产提出更高的要求，在设备保全、保养，工人操作技能培训上必须增加相应的投入。其次，光电、气动技术的应用，对零配件的采购成本也会有所增加。在集体落纱装置正常的运行、维护保养过程中，维护成本会有所增加。
5 结语
在当前纺织市场的大环境下，纺织企业要立足市场，做精做强，创造更大的盈利空间，就必须改变过去的经验观念，通过技术革新，在生产设备技术上加大投入，充分挖掘现有设备的使用性能，走可持续发展途径，有效解决好成本投入与利润回报周期之间的矛盾，为企业赢得利润与生存空间。经过市场实践的检验，目前环锭纺细纱机集体落纱改造技术成熟，既经济又实惠还便于实施，改造工作即可大面积施工，也可在保证现有生产任务下分批次灵活施工，必将成为纺织企业，尤其是做中低支纱产品的企业，提升设备自动化换人工，解决企业“用工难”问题的一条有效途径，是继环锭纺细纱机紧密纺改造技术后又一新兴改造技术，必将满足纺织企业的发展生存需求，给企业带来巨大的经济效益。
参考文献
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