合金管高速圈條器——生產非棉品種的利器
在傳統的紡紗生產流程中，并條工序因為設備結構相對簡單、功能相對單一，因而成為整個工藝流程中最容易被忽略、最不被重視的工序。
然而隨著行業形勢的不斷變化，棉紡行業的產品結構也在不斷轉變，生產的非棉產品也來越多，品種范圍也越來越廣。在這種情況下，并條工序對生產順利進行和對產品質量的制約因素表現得越來越突出，因此并條工序的重要性也越來越明顯，這一點在業界已經引起共鳴。
1 傳統的圈條盤在生產非棉產品時存在的主要問題
并條機傳統的圈條成形機構，在設計和制造方面一直以來都是以生產棉纖維為研究對象的，在生產非棉產品時，由于纖維的特性發生了根本性的改變，它存在的問題也就表現得越來越突出：
（1）條子不容易從圈條斜管中輸送出來，容易出現堵條現象，造成生產無法順利進行。
（2）輸出的條子表面不光潔，有時會嚴重發毛，纖維排列紊亂，對產品質量造成不利影響，見圖1。
圖1 條子表面發毛
（3）受圈條張力等因素的影響，筒底與滿筒部分的條子，在重量、條干等指標上差異較大。
（4）圈條斜管為兩段式弧形連接的曲線管，管內容易積存短絨和塵雜，中途停車或落筒停車時，積存的短絨塵雜在重力的作用下隨條子輸出，造成紗疵，見圖2。
圖2 短絨集聚形成的紗疵
（5）換筒后開車的頭幾圈條子在高速運行的慣性力作用下，很容易被甩到條筒外，有時雖然沒有被甩到條筒外但須條與條筒內壁產生摩擦，造成圈條底部的亂條現象，也會使須條質量下降。另外圈條成形易造成條子排列紊亂（見圖3）、成圈直徑不穩定等問題（見圖4）。
圖3 圈條成形紊亂
圖4 成圈直徑偏小
（6）圈條斜管和圈條底盤的焊接處容易脫焊。
（7）在堵條或落筒定長過長時，容易造成圈條斜管變形而報廢。
（8）鑄鐵材質的圈條底盤，表面容易出現碰傷、劃傷的現象，造成條子摩擦毛亂，甚至搓擦成索絲狀疵點，嚴重影響產品質量。
圖5 條子表面搓擦成索絲狀疵點
（9）銅質的圈條斜管表面容易出現氧化現象，造成光潔度容易下降，而且表面易擦傷、積聚污垢、生銹等，造成表面發澀、導電性能下降等。
（10）鑄鐵材質的圈條底盤重量重，傳動耗能高。
2 生產非棉產品時對圈條盤特性的要求
非棉產品的纖維類型較多，纖維的差異性也較大。但與棉纖維比起來，主要有以下特點：
（1）含有油劑，須條通道易積垢。
（2）大多數非棉纖維的抱合力較小，須條蓬松，在同樣定量的條件下，非棉產品須條的直徑往往會比棉條大得多。
（3）大多數非棉纖維在生產中易產生靜電。
基于非棉纖維的這些特性，對圈條盤提出了更高的要求：
（1）圈條斜管的表面光潔度必須更高，以減小對須條的摩擦力，減少堵條、須條起毛現象。
（2）圈條斜管的抗靜電性能要好。
（3）圈條斜管的螺旋曲線應與須條輸出時的運動軌跡相匹配。
（4）圈條斜管的孔徑要優化設計，保證須條順利輸出。
（5）圈條斜管積垢后的清潔方法要簡便，積垢容易清潔掉。
3 合金管高速圈條器的性能特點
由于工作關系，老方一直比較關注業界創新產品的相關信息。前一段時間聽說南通有一家叫做南通優旋圈條器有限公司的公司，自主研發生產了一種專利號為ZL 2014 1 0440849.0的螺旋曲線斜管的合金管高速圈條器，在華孚、百隆、天虹、大生、雙弘等很多知名企業中都取得了良好的使用效果。趁著在南通參加梳理高峰論壇的機會，老方一行三人來到江蘇華強紡織集團，實地考察了這種新型圈條器，華強集團生產部孫翔部長、前紡車間史成林主任及并粗工段劉祝工段長熱情接待了老方一行，見圖6。
圖6 老方在與孫部長、史主任、劉段長親切交流中
據孫部長介紹，江蘇華強紡織集團是以江蘇省華強紡織有限公司為母公司的省級企業集團，集紡紗、織造、染整于一體的地方龍頭企業，擁有環錠紡紗錠32萬枚、氣流紡800頭，主要生產“Beauty”牌10S-100S的竹節紗、氨綸包芯紗、大豆纖維紗、吸濕排汗紗、竹纖維紗、甲殼素纖維紗、麻粘紗、絹絲棉紗等。由于歷史原因，公司使用的并條機幾乎包含了所有并條機生產廠家主流機型的各種并條機，國產的有FA311、FA313、FA320、FA322、FA306等，進口的有立達并條機、特呂并條機等。
談到使用優旋合金管高速圈條器的原因，史主任告訴老方，華強發展初期，主要生產的產品是以純棉為主的品種，并條工序并沒有出現大的問題。但2012年以后，生產的非棉產品比例越來越高，并條工序表現出了越來越多的問題，先是在某型號的老并條機上生產差別化纖維品種時，從始紡階段到滿筒階段條子的重量持續變輕，技術人員采取了優化圈條張力、調整自調勻整工藝參數、檢查伺服電機運轉參數等一系列的措施，都沒能解決問題。但在同機型同工藝的新購設備上就不存在這樣的問題，經對比分析，發現新機上采用的是優旋專利產品螺旋曲線合金管高速圈條器，而老機上采用的是老式的圈條器，難道問題是出在圈條器上？于是他們就聯系優旋，弄來一對螺旋曲線合金管高速圈條器進行試驗，使問題迎刃而解。
后來華強在使用2003年產的另一型號的老并條機生產精梳滌預并條時，條子出現嚴重的毛條問題，經仔細觀察發現，小壓輥輸出部位的條子表面還很光潔，但從圈條盤輸出后的條子，表面就變得非常毛糙了，因此判斷問題同樣是出在圈條器上，更換螺旋曲線合金管高速圈條器后問題再次迎刃而解。
華強在使用1998年產的另一型號的老并條機生產非棉產品時，不但出現了毛條、堵條等問題，甚至經常因堵條而造成圈條斜管變形、焊接口開裂等問題，嚴重影響生產的順利進行，最后也是通過更換螺旋曲線合金管高速圈條器才徹底解決問題。
通過大量的生產實踐，華強總結出的結論是：生產純棉產品和普梳滌棉品種時，使用老式的圈條器問題不大，但生產精梳CVC品種、精梳純棉品種和一些非棉品種，最好要更換為螺旋曲線合金管高速圈條器，以保證生產的順利進行和產品質量的優良性及穩定性。
華強通過對比試驗還發現，在高速生產條件下，使用螺旋曲線合金管高速圈條器生產的條子，在表面光潔度等指標上還要略優于使用立達圈條器生產的條子。
目前華強已經在公司現有各種機型的并條機上都進行了更換螺旋曲線合金管高速圈條器的試驗，均取得了良好的效果。因受機物料消耗指標的限制，華強無法一次性更換所有的老式圈條器，但公司已經決定今后任何機型的并條機再更換圈條器，一律采用優旋合金管螺旋曲線合金管高速圈條器。
史主任還在車間生產現場向老方展示了并條機上的更換螺旋曲線合金管高速圈條器，介紹了更換后的生產和質量情況，見圖7。
圖7 史主任介紹新型圈條器的使用情況
劉段長總結了華強使用螺旋曲線合金管高速圈條器后的主要效果：
（1）解決了生產非棉產品和精梳棉產品的堵條、毛條問題。
（2）解決了生產非棉產品時一筒條子中重量差異較大的問題。
（3）條子表面光潔，并條條干得到明顯的改善。
（4）紗疵大幅度減少，不再出現“老鼠條”現象。
（5）卷繞成形好，圈條直徑增大，滿筒容量增加。
（6）圈條盤幾乎不出現故障，華強最早在2012年初開始使用螺旋曲線合金管高速圈條器，至今已經使用了近7年，還從來沒有出現過問題。而原來的圈條器在生產非棉產品時平均使用壽命只有4-6個月。
（7）適應性強，在各種國產、進口設備上都可以更換使用。華強曾在立達高速并條機上試用過，產品質量指標較好。
（8）適應高速。車速在300-1000m/min的范圍內均可保證良好的產品質量，而且車速提高后圈條成形會更好。
那么，為什么優旋的螺旋曲線合金管高速圈條器會有這樣的效果呢？帶著這個問題，老方與優旋的總經理周文、總工程師張躍進進行了深入探討。
據周總介紹，優旋的螺旋曲線合金管高速圈條器的導條管采用了特殊的高分子合金材料，并把防油汁、防棉蠟試劑滲透到導條管材質之中，經過了數道特殊的彎管成型工藝制作而成，內壁通亮光滑、無毛刺、無金屬拉伸，光潔度達國際先進水平，具有防靜電、防棉蠟的特殊功效，不堵條、不毛條、不甩條、無圈條波，成形好，能顯著改善條干水平。
與傳統圈條器相比，合金管高速圈條器質體輕、慣性小，能有效降低設備啟動/停止時的功率消耗，降低上減速器和齒形帶的損壞率，具有運轉噪音小、使用壽命長、清潔周期長等優勢，配專用清潔棒，清潔方法簡便，大大降低了工人的勞動強度。周總還向老方展示了南通二棉采用優旋合金管高速圈條器后的節能試驗效果報告，見圖8。
圖8 南通二棉使用優旋合金管高速圈條器的試驗報告
4 合金管高速圈條器的設計理念
張總則從技術的角度向老方闡述了優旋合金管高速圈條器的設計理念。
（1）優化導條管空間螺旋曲線。張總認為，條子在一定的輸出速度和角速度運行的條件下，須條在不同方向的作用力的作用下，其某一個觀測點的運行運動軌跡應在一個等速回轉的曲面圓錐體的錐面上，—個自上而下的動點等速運動的軌跡應是一個近似于螺旋線的空間曲線。因而導條管空間幾何曲線的設計也應近似于條子的運動軌跡，以使導條管的對應部位隨時讓開運動著的條子(動點），從而減小須條對管壁的磨檫力。導條管理想的空間曲線應當是使須條的絕對運動是勻速直線運動，使條子在導條管中一直不與管壁碰觸，這樣就可以使條子所受的運動阻力等于“0”。當然這只是理想狀態，在實際生產中由于條子定量、設備運行速度、纖維特性等因素的不確定性，無法做到須條與管壁不碰觸，但通過導條管螺旋曲線的優化設計，可以使須條與管壁產生的壓力盡可能減少，這就是優選圈條器設計導條管空間螺旋曲線的理論依據。優旋圈條器通過對導條管空間螺旋曲線的優化設計，在保證圈條器高度不變的情況下，使圈條器的入口傾角和出口傾角減小，從而減小了須條輸出的阻力，減少了堵條現象，見圖9、圖10。
圖9 圈條器導條管曲線形態的對比
圖10 圈條器導條管出口角度的對比
（2）降低導條管的摩擦系數。優旋將圈條器的導條管由原來的銅管改為采用特殊高分子合金材料精制而成的合金管，在斜管材質中還滲入了防油汁、防棉蠟試劑，從而使圈條器具有了防靜電、防棉蠟的特殊功效，而且內壁通亮光滑、無毛刺、無金屬拉伸，可以有效降低管壁對須條的摩擦力，從而解決斜管堵條問題、導條管內積短絨問題等，而且由于管壁的摩擦力降低、靜電作用小，毛條問題也迎刃而解。
（3）加大導條管的孔徑，減小須條膨脹力的影響。由于很多非棉品種纖維的抱合力較差，纖維較為蓬松，加之近年來企業普遍實施“重定量、大牽伸”工藝，在這種情況下，圈條器是設計也必須緊跟行業發展的步伐，為此優旋合金管高速圈條器加大了導條管的管徑，設計出?35mm、?38mm、?42mm等不同規格的導條管供客戶選擇。
（4）開發專用清潔棒（專利號：ZL 2016 2 0945355.2），解決用戶清潔導條管難題。生產非棉產品，須條通道積聚油劑問題是困擾業界的一個重要問題，特別是圈條盤的導條管內積聚油劑后清潔起來非常不便，原來企業一般是采用布條沾汽油、酒精或溫水的方法進行清潔，效率低下、效果較差。為此，優旋專門開發生產了雙頭清潔棒，見圖11，一頭用于干擦，可以除去斜管中的棉蠟；另一頭可蘸取熱水、汽油或酒精揩擦，以有效祛除油性添加劑或整理劑，操作簡便高效，清潔無死角。
圖11 雙頭清潔棒
5 合金管高速圈條器的性價比問題
老方比較關心的還是合金管高速圈條器在使用過程中存在的不足、應注意的事項等問題。對于老方的這個問題，孫部長認為主要還是價格因素制約了合金管高速圈條器在業界全面更新應用的速度和進程，一只合金管高速圈條器的價格3000多元，幾乎是普通圈條器的四五倍，這在紡織行業資金普遍緊張的形勢下，必然會影響企業全面更新圈條器的決心。很多企業只有在使用普通圈條器嚴重影響生產的順利進行或產品質量被用戶一再投訴，迫不得已的情況下才會去更換合金管高速圈條器。
關于合金管高速圈條器價格較高的問題，周總解釋主要是生產成本決定的，因為合金管高速圈條器的導條管是采用的高分子合金材料，而且合金材料中還要添加抗靜電劑、防油汁、防棉蠟試劑等助劑，表面要進行涂層處理，而且彎管等制造工藝復雜，需要數道特殊的加工工藝，原材料成本、制造成本都要比普通圈條器高出好幾倍，所以價格肯定要比普通圈條器高很多。當然，今后隨著生產批量的增大、制造工藝的進一步優化，生產成本會有所下降，合金管高速圈條器的價格也會有所下調，但不能用普通圈條器的價格來進行類比。
圖12 周總向老方介紹合金管高速圈條器的制造工藝情況
張總則認為，說一件物品的貴賤，我們不能單純地比較它的絕對價格，而應該去比較它的性價比。比如說具有同樣性能的兩件物品，其中一個價格是1元錢，可以使用一天，而另一個價格是10，可以使用一個月，那么究竟哪個物品更貴？因而對于合金管高速圈條器的價格也應該采用性價比的理念來看待。很多企業使用合金管高速圈條器都沒有做過性價比對比分析或者投資回收期對比測算，實際上使用合金管高速圈條器不僅僅是可以獲得“解決堵條、毛條問題，提高生產效率”這一個方面的價值，產品質量提升帶來的售價的提高、減少紗疵后帶來的絡筒機生產效率的提高和回絲率的降低、并條故障率降低帶來的維修人員勞動強度的降低和減少停機時間帶來的產量損失的減少等等，這些都是合金管高速圈條器所帶來的潛在的價值。
另外，張總還強調說很多企業更換合金管高速圈條器后沒有考慮提高并條機生產速度這個問題，實際上優旋比較反對使用合金管高速圈條器在較低的速度下進行生產，因為這樣不但不能發揮出合金管高速圈條器的高速性能，而且還會影響產品質量。張總舉了一個例子，一家企業的老式并條機原來的車速一直不能超過250m/min，否則產品質量就會嚴重惡化。因生產差別化產品的需要，更換了合金管高速圈條器，在日常220m/min的速度下，雖然解決了堵條、毛條問題，但條子的條干CV值在2.6%左右，與普通圈條器持平，在張總的強烈要求下，車速開到320m/min，條干CV值下降到2.4%左右，車速繼續提高到480m/min，條干CV值下降到2.1%左右。這讓企業的技術人員感到不可思議，覺得有違基本的紡紗工藝理論。
張總解釋說，其實道理很簡單，須條運動軌跡的曲面圓錐體錐面，是與須條的輸出速度及圈條器的轉速密切相關的，在須條定量一定的情況下，其輸出速度越快，其離心力越大，曲面圓錐體的底面積也就越大。因而導條管的曲線形態一旦設定，在須條定量確定的條件下，其最適宜的輸出速度范圍也就確定了。而合金管高速圈條器的理念就是要適應高速生產的要求，而且適應速度范圍要寬，將導條管直徑加大，除了考慮到防止堵條的問題外，最關鍵的就是擴大速度適應范圍，在正常的須條定量條件下，合金管高速圈條器適應的最佳出條速度在300-600m/min之間，最高可以適應1000-1200m/min的車速要求。因此如果在低速下生產，須條的離心力不足，會使須條緊貼導條管的內側管壁，并產生較大摩擦力，從而影響條子質量。而適當提高車速，反而會使須條在導條管中減小對管壁四周的貼靠壓力，減少摩擦，從而改善須條質量。
因此張總建議更換合金管高速圈條器后，最好適當提高一些車速，這樣不但可以提高并條機的單產、減少開臺數量、減少擋車人員，還有利于提高產品質量。這也會是使用合金管高速圈條器的價值之一。
6 結語
老方認為這次華強之行收獲頗豐，不僅學習到了不少圈條器的相關知識，從華強的生產實踐中，也對合金管高速圈條器的使用效果增強了信心。希望合金管高速圈條器能夠為更多生產非棉產品的企業解決更多的生產難題。
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