我国新研制的FA481型、FA425型粗纱机，以现代变频调速技术、可编程序控制器(PLC)及电子粗纱张力检测调节系统，取代了锥轮变速机构、张力微调装置及成形机构，大大简化了粗纱机的结构，代表着我国现代悬锭粗纱机的最高水平，使粗纱机的工艺调整与维护保养工作强度大大降低，粗纱机基本实现了自动化。高精度的CCD传感器，可以随机自动检测粗纱张力状态，对不同的纺纱品种均能使粗纱张力始终保持最佳值，为提高粗纱质量创造了良好条件。
1 锥轮变速机构粗纱机张力控制的缺陷
设粗纱前罗拉钳口输出须条速度为v，粗纱卷绕直径为Dx，锭子的转速为n0，筒管转速为nx，则有：
nx=n0 + v/2πDx
一般认为，粗纱卷绕从里层到外层其层厚按等差级数递增，在锥轮皮带每次等间距移动的情况下将粗纱机的锥轮外形曲线设计成双曲线。由于工艺设计不尽合理、原料不稳定等情况，导致纺纱张力不稳定，一落纱粗纱伸长率及其差异、台间粗纱伸长率差异都较大。虽然采用了粗纱纺纱张力预置式微调补偿装置，使粗纱锥轮皮带由等间距移动改为根据纺纱的情况变间距移动，在一定程度上降低了粗纱伸长率及其差异与断头率，提高了成纱条干。但当喂入原料等因素发生波动时，仍然会出现粗纱纺纱张力不稳定、粗纱伸长率及其差异发生波动。此外，粗纱纺纱张力始纺调整与日常调整技术难度大，工作量也大，对产品翻改影响较大。
2 粗纱张力自动检测调节系统工作原理
2.1 粗纱纺纱张力控制系统
粗纱张力的大小及其稳定性完全取决于前罗拉钳口的出条速度、筒管转速、锭子转速、龙筋升降速度之间的关系。通过粗纱纺纱张力检测传感器的在线检测，并将其信息传递到单片机，PLC控制系统就可实现预定的纺纱张力要求。粗纱纺纱张力检测，采用高精度的CCD线性位移图像传感器--电子眼，其在线测量精度达0.1㎜。粗纱纺纱张力检测装置通过对瞬间某特定位置粗纱位置状态的检测，来判断粗纱张力的合适与否，其检测原理如图1所示
检测纺纱段相纱位置
↓
与设定纺纱段粗纱位置比较→合适→← 纺纱段粗纱位置改变 ↓ ↑
不合适 筒管转速改变
↓ ↑
单片机、可编程PLC改变变速电机的电源频率→变速电机变速
2.2 粗纱纺纱段位置与纺纱段张力之间的关系
2.2.1 托锭粗纱机纺纱时的情况
一般认为，托锭粗纱机纺纱时，其纺纱张力情况就纺纱正常与否，可划分为三种情况： 第一种情况，纺纱段粗纱挺直，并伴随剧烈抖动，即粗纱纺纱张力过大。由于锭子锭翼单侧受力，使旋转的锭子出现不平衡状态，加上锭子锭翼动平衡状态、锭子与筒管运动的同轴性，致使锭子摆动，纺纱段粗纱拉直而剧烈振荡，同时，粗纱加捻三角区长度波动，这样，不利于粗纱伸长率的稳定，使粗纱伸长率波动较大。
第二种情况，纺纱段粗纱严重松弛，张力小且极不稳定，加捻三角区长且不稳定，甚至出现"麻花状"。由于加捻三角区增大，其中的纤维彼此间松散，联系作用减弱，不利于粗纱捻回传递到加捻三角区，也导致粗纱伸长率过大且不稳定。
第三种情况，纺纱段粗纱紧而不拉直、不出现振荡，坠而能使加捻三角区获得捻回，且稳定。这样就能使粗纱纺纱段张力稳定，粗纱伸长率比较稳定及其波动小。
2.2.2 悬锭粗纱机纺纱时的情况
由于悬锭粗纱机锭子中心、上下位置固定不变，在粗纱纺纱段张力过大时，不可能出现如托锭粗纱机纺纱时的纺纱段粗纱剧烈抖动现象。而悬锭粗纱机纺纱段粗纱出现剧烈抖动，其原因应该为锭子上端假捻器上端面旋转时不在同一水平面内，导致粗纱与假捻器的接触点位置变动，使纺纱段粗纱剧烈抖动，属于假捻器安装质量问题。因此，纺纱段粗纱张力大与比较合适与否，是很难从纺纱段粗纱在检测区域的位置状态来区别，当然，其粗纱伸长率是不一样的，但其伸长率差异从理论上讲没有较大区别，应该都比较稳定；而纺纱张力小时出现的情况与上述相同。利用这个原理，运用CCD位移式传感器在线检测粗纱的位置，并与控制位置比较，作出是否调整筒管转速的判断，这样可以保证纺纱段粗纱在要求的位置区域，实现了纺纱张力以及粗纱伸长率的稳定。从理论上讲，纺纱张力太大与比较合适是很难作出区别，但对于纺纱张力过小时，应该能够作出反应。
3 影响粗纱纺纱张力的因素
3.1 CCD位移式粗纱张力检测装置的配置数量
由于CCD位移式粗纱张力检测装置配置数量极有限，以致在线检测的数据代表性差。设CCD检测的平均粗纱张力为x，整台粗纱机锭子的平均粗纱张力为y，当(y-x)的绝对值越接近于0，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机的纺纱情况越真实，粗纱张力控制越有效；当(y-x)的绝对值很大，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机纺纱情况的误差就很大，即x不能完全代表y，这样就必然出现粗纱机纺纱张力系统对粗纱张力进行不合实际的调节，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。因此，CCD的数量对粗纱张力在线检测极为重要。要实现比较有效的粗纱张力控制，就必须配置相当数量的CCD位移式粗纱张力检测装置，否则仍有很大的局限性。
3.2 喂入熟条的重量不匀率
喂入熟条重量不匀率的大小或者喂入熟条的定量变异系数决定着CCD位移式粗纱张力检测装置采集数据的有效性。若熟条重量不匀或者定量变异系数较小，则粗纱须条定量差异更小，加捻卷绕过程中，粗纱张力可通过卷绕张力自调能力、变卷绕量自调能力，能顺利地实现锭间纺纱张力差异的减小.若熟条重量不匀或者定量变异系数过大，则有可能出现(y-x)的绝对值过大，而使整台车粗纱纺纱张力控制失控，所以，要有效发挥新一代粗纱机的优越性能，关键还在于严格控制熟条的重量不匀。此外，重量偏差大小不会影响张力装置采样的有效性。
3.3 熟条长片段严重不匀
熟条的长片段严重不匀，会使粗纱张力出现时紧时松，由于长片段不匀具有随机性，使得整台粗纱机的张力控制随检测锭位的粗纱变粗时而松弛，随检测锭位的粗纱变细时而收紧，同时使粗纱每层卷绕直径不稳定，有可能使粗纱断头、粗纱卷装结构恶化。要保证控制纺纱张力稳定顺利实施，就必须提高成卷的正卷率及棉卷的纵向均匀性，较高的正卷率及棉卷的纵向均匀性好，就有可能实现较低的生条重量不匀率、熟条重量不匀率及长片段不匀CV值，同时，要严格控制梳棉机落物率台差。此外，采用清梳联，同时配置自调匀整装置，使生条重量不匀率、长片段CV值较小。
3.4 假捻器安装状态对粗纱张力及其伸长率稳定的影响
假捻器的安装状态对粗纱张力及其伸长率稳定与否极为重要。如果锭子上端假捻器上端面旋转时不在同一水平面内，导致粗纱与假捻器的接触点位置变动，使纺纱段粗纱剧烈抖动，这对粗纱伸长率及其差异的控制极为不利，特别是高速时尤要注意。因此，要加强粗纱机的日常维护，使假捻器的安装状态有比较好的水平。
3.5 粗纱锭翼压掌叶上绕圈数对粗纱张力与伸长率及其差异的影响
一般认为，粗纱在锭翼压掌叶柄上的绕圈数多，则粗纱在锭翼压掌叶柄上的摩擦阻力就大，导致粗纱卷绕段的卷绕张力增大，卷装卷绕直径就相对减小，同时考虑粗纱在卷绕段的伸长，使粗纱进入锭翼压掌叶柄到卷绕区域的速度放慢，最终使纺纱段粗纱张力相对减小。相反，粗纱在锭翼压掌叶柄上的绕圈数少，则纺纱段张力就相对大些，此外，粗纱纺纱张力具有自动调节能力，当纺纱段张力变大时，可以通过提高粗纱的伸长率及减小卷绕直径，使粗纱的纺纱张力不至于突变增大很大。同样，当纺纱段张力变小时，可以通过降低粗纱的伸长率及增大卷绕直径，使粗纱的纺纱张力不至于突变降低很大，以保证粗纱纺纱张力变化平缓。因此，为保证粗纱张力检测系统对粗纱纺纱张力与伸长率控制比较有效，在试纺时仍要通过观察调整好整台车的粗纱张力，使其在比较合适的水平，确保粗纱张力检测系统在比较有效的状态下工作，使粗纱纺纱张力、粗纱伸长率及其差异控制在比较良好的范围内。
4 结论
(1)要使粗纱张力保持比较稳定，必须配备足够数量的粗纱张力检测装置，以使粗纱机纺纱张力检测装置的采样信号具有代表性。否则，(y-x)的绝对值很大，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机的纺纱情况误差就很大，即x不能代表y，这样就必然出现粗纱机粗纱张力系统对粗纱张力进行不合实际的调节，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。
(2)要使粗纱张力控制系统发挥应有的作用，必须使喂入粗纱机熟条的重量不匀率严格控制在一定的范围内，否则，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。
(3)粗纱的条干CV值要小，这样对粗纱卷绕及控制粗纱伸长率差异大小极为有利。因此，纺纱工艺流程中尽可能在梳棉机上或并条机上配备自调匀整装置。
(4)保证假捻器的安装状态良好是控制粗纱伸长率差异大小的基础。
(5)为保证粗纱张力检测系统对粗纱纺纱张力与伸长率控制比较有效，在试纺时，仍要通过观察调整好整台车的粗纱张力，确保粗纱张力检测系统在比较有效的状态下工作，使粗纱纺纱张力、粗纱仲长率及其差异控制在比较良好的范围内。
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