浆纱机采用张力控制或伸长控制的决定因素

王轩轩

(恒天重工股份有限公司，河南 郑州 450001)

浆纱机各区的控制方式主要有张力控制和伸长控制两种。电气控制技术的进步，为两种控制方法的组合使用提供了更加便利的条件。本文通过分析经纱在浆纱机各区中受到的不同影响因素，来理清一些概念，以供浆纱机的研发和使用者参考。

1 张力控制和伸长控制的作用

张力控制包括开环控制和闭环控制，开环控制指按照程序设定或变频器计算来实现一定的张力控制，无实际张力值反馈。目前的闭环控制是指增加相应的传感器来实现张力在线检测和反馈，比如直接使用压力应变片式的张力传感器，或利用张力平衡点的角电位传感器等。张力波动和小张力的控制是其中的一个难点。前期的张力闭环控制也有通过机械结构实现的，比如退绕的AB控制，郑纺机G142C系列浆纱机的卷绕张力无级变速器控制等，但结构复杂，故障率高，目前已被新技术所代替。

伸长控制是通过机械或电气的方式进行速度差控制来实现。比如在图1中，经纱在引纱辊处速度是V1,在上浆辊处速度是V2，则该区伸长率即为(V2-V1)/V1。相对张力控制，其制造成本和技术难度较低，操作简单。

经纱张力与伸长控制的作用，主要是为了保证经纱顺利实现合格的上浆。张力控制的作用主要有：保证经纱伸直，排列均匀；带动各个导辊及无齿链条传动的预烘烘筒；保证顺利分绞及通过伸缩筘；确保卷绕成紧密、结实的织轴等。经纱张力和伸长的控制原则是：合理调节张力，尽量控制伸长[1]。

2 浆纱机基本分区

以恒天重工GA308七单元浆纱机为例来说明基本分区，如图1所示。

图1 GA308型浆纱机张力区划分示意图

经轴架到引纱辊为退绕区，引纱辊到上浆辊为喂入区，上浆辊到合并烘为湿区，合并烘到拖引辊为干区，拖引辊到卷绕轴为卷绕区。

3 各区控制方式的选择

3.1 经纱状态在各区的不同性和传递性

经纱在不同区有着不同的状态，包括上浆与否、回潮率、温度、受力情况等，这些状态决定了经纱的伸长状态，及其物理属性弹性系数，如果相邻区域之间依次传递，经纱的状态也进行着传递，即本区域经纱如果产生了一定的伸长率ε1，如果这种状态并未得到恢复，便进入了下一区域，那么下一区域是在此状态的基础上进行的，如果该区域根据速度差控制产生ε2，则两个区域产生的总伸长是ε1+ε1(1+ε2)，而不是简单的ε1+ε2。

3.2 退绕区

该区域目前广泛使用的是消极送出和整经轴摩擦制动相结合的经纱退绕方式[2]。因此不能进行伸长控制。

图2 退绕张力分析图

首先分析影响退绕张力F的因素。退绕张力F和退绕直径D,气缸压力P和刹车带包角α的关系如下式，f为摩擦系数，k为辅助系数。和退绕直径D成反比，和气缸压力P成正比。

刹车带受到拉力后要产生弹性变形，在正常情况，带的弹性滑动并不是发生在相对于全部包角αmax的接触弧上，当接触弧达到最大值αmax时，达到最大的刹车力[4]。

在影响退绕张力的因素中容易忽略一个速度因素，当退绕直径在较短的时间内可以看作不变时，如果速度从低速逐渐变为高速，退绕张力是变大的，刹车力中α逐渐变大直至和该力平衡。这个原因可以从做功的方面来进行分析，WF- W刹车=E弹+ T织轴+ T经纱。退绕张力和刹车力的做功转变为经轴和经纱的动能以及经纱的弹性能。经轴的动能，随着引纱辊牵引速度的增加，是逐渐增加的，因此需要退绕张力F增加才能实现，F增加后，刹车力中的α相应增加，刹车力相应增加，达到平衡时，速度稳定在高速上。用单纱张力仪现场测试的结果和该推论一致：在退绕区，退绕直径和气缸气压没有明显变化时，退绕张力高速时大于低速时的，即低速时纱较松。

实现恒张力退绕，必须考虑退绕直径、速度、经轴转动惯量的变化以及加减速时的惯性，而可调节的因素只有一个气缸气压，因此此处的张力控制较为复杂，也是浆纱控制技术中的一个难点。该区的控制形式有：①在经轴架和引纱辊之间增加机械式AB退绕闭环控制；②张力传感器和检测经轴转速的接近开关并用。利用经轴和引纱辊转速之比(引纱辊直径已知，引纱辊转速可由所配旋转编码器测得)，可以计算出经轴当前直径；③仅用张力传感器实现闭环控制；④根据经验数据曲线，对气缸气压进行程序控制。目前形式(1)由于故障率较高已经不再使用。②③④在市场上都有应用。只是精度上存在差异。需要说明的是，退绕张力如果控制精度低，不能完全实现恒张力退绕，则经纱的状态就会传递到下一区。喂入区如果使用伸长控制，则由于经纱状态的传递性，则在喂入区，经纱的张力也不是恒定的。

3.3 喂入区

该区为上浆区，张力及伸长率需要尽量小，否则会影响上浆率[5]。该区的控制形式有：①通过张力传感器进行恒张力闭环控制；②通过机械或电气实现的伸长控制。目前两种形式都有广泛的使用。但由于退绕张力的控制难度较大，速度有变化时，恒张力不易实现，所以如果该区使用张力控制，对退绕区是一个较好的补充，效果较好，尤其对于双浆槽,有利于两层经纱张力的一致性控制。形式②中的电气伸长控制有时会设定高低速两个伸长率来避免低速时经纱过松。

3.4 湿区

经纱经过上浆后，进入湿区。湿区长度较长，并且经纱处于半烘干状态，不同经纱会有不同的热收缩性，影响因素较多，因此存在一些不同的看法。经纱在动态的情况下，断裂强力和速度有一定的相关性，目前已有一些研究成果。但经纱张力、伸长与速度的关系目前尚不能明确。一种观点认为：①干纱张力在30 g以下时几乎不发生蠕变(即拉伸到达某一限度后伸长即停止)，而湿纱与时间的对数约略成正比例关系，即随着时间的延长而继续不断伸长；②纱速越高，纱的张力就需相应地增大，湿纱的长度越长或纱速越慢，即使张力相同，但由于荷重时间延长，因而纱的伸长也随之增大[5]。这种观点的一个佐证就是，在普遍的实际应用中，如果湿区采用伸长控制，低速时经纱会比高速时张力小，相对松弛，纱片上甚至会出现卷边的现象，导致干区分绞困难。这种情况的原因，可能是退绕和喂入区未能完全实现恒张力控制所致，经纱的状态传递到该区，并不能肯定是上述①②造成的。观点①②的试验条件不详，即经纱以什么状态进入检测区，是否能保持在高低速时进入状态一致目前存疑。

该区的控制形式有：①通过张力传感器进行恒张力闭环控制；②通过电气实现伸长控制，但不是恒伸长率设定，高速和低速时需设定不同的伸长率，高速时伸长率设定小于低速的设定；③通过电气实现伸长控制，恒伸长率设定；④通过机械无级变速器实现的伸长控制。形式④容易发生低速时纱松的问题。形式①②可以解决该问题。如果在退绕和喂入区可以实现较好的恒张力控制，则采用形式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设备控制程序和精度有差异造成的。

3.5 干区

进入该区域的经纱最大的特点是，经纱刚刚经过湿区,湿区经纱的状态传递到该区。

该区的控制形式有：①通过张力传感器进行恒张力闭环控制；②通过机械或电气实现的伸长控制。形式②容易发生的问题是，低速时，纱松，但如果低速时间长时，纱又变紧，原因是低速时间长时，经纱干燥，经纱的弹性系数变大。形式②中的电气伸长控制有时会设定高低速两个伸长率来避免低速时经纱过松或过紧，同时避免经纱总伸长过大。目前，形式①应用比较普遍，可以避免出现高低速张力波动的问题。

3.6 卷绕区

随着变频电机在拖引辊和卷绕轴上的应用，两单元控制技术日趋成熟，目前该区域已经实现恒张力控制，可以采用张力传感器进行闭环控制，或者采用卷绕程序进行开环控制， 两者在张力波动的精度上存在差异，可根据实际情况进行选择使用。

4 结束语

无论浆纱机各区采用何种控制形式，理清了本文所述的概念以及影响各区经纱状态的因素后，围绕保证顺利实现上浆的目的，可以更合理地设定工艺参数，指导生产。

[1] 汤其伟.GA308型浆纱机的原理及使用[M].北京：中国纺织出版社，2005.

[2] 朱苏康，陈元甫.织造学(下册)[M].北京：中国纺织出版社，1996.

[3] 萧汉滨.祖克浆纱机原理及使用[M].北京：中国纺织出版社，1999.

[4] 蒲良贵，纪名刚.机械设计[M].北京，高等教育出版社，1996.

[5] 深田要，一见辉彦.刘冠宏译.经纱上浆[M].北京：中国纺织出版社，1979.

[6] 盛爱军.细号高密织物浆纱及生产工艺研讨[J].山东纺织科技，2011，52(6)：31—33.