并条机自调匀整控制理论与实践
《棉纺织技术》2021年5月（第49卷，总第595期）火热发售中，欢迎订阅。
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原文刊自：2020年12月
第48卷（总第590期）
探讨自调匀整并条机 TG 和 FP 电压值的控制问题。从 D 值报警停车开始提出问题，对乌斯特自 调匀整 USG PRO 系统的喂入 TG 电压和输出 FP 电压值进行释义，利用胡克定律，建立 TG 罗拉电压值与凹凸 罗拉隔距、纤维压缩厚度之间的数学关系，使凹凸罗拉和喂入定量选择更加直观。认为：采用这种方法能更好地 控制和管理自调匀整并条机。
并条机；自调匀整；FP 电压值；TG 电压值；喂入定量；凹凸罗拉隔距
对于自调匀整并条机的管理，关键在于自调 匀整的管理。乌斯特自调匀整两套系统的管理 和控制非常重要。一套是喂入系统的管理，就是 TG 罗拉喂入纤维量的控制，或者说是 TG 电压值 的控制；一套是输出棉条系统的管理，即 FP 导条 器出条电压值的控制。通过对最终输出须条质 量的检测，反馈给自调匀整系统，以保证自调匀 整的匀整效果。FP 电压值控制不好，偏离标准值 过大，就会影响自调匀整的匀整效果，造成须条 重量出现较大的偏差。
1 问题的提出
我公司一台 FA1322A 型并条机在生产JC 14. 6 tex 赛络集聚针织纱的过程中，总是出现 D 值报警停车，严重影响生产。为分析查找原因， 对凹凸罗拉进行标车，正常情况下，在凹凸罗拉 之 间 ，标车时插入2 mm 的测量块 ，电压值应在 -5 500 mV 左右，插入 4 mm 的测量块，电压值 应为 0 mV 左右，插入 6 mm 的测量块，电压值应 在+5 500 mV 左右。因此，实时电压反应的是纤 维在凹凸罗拉隔距之间的充满程度。
经检测，这台并条机的实时电压在 -4 200 mV~-4 500 mV 之间，说明喂入的 纤维经凹凸罗拉挤压后的厚度只有 2 mm 多，调 出该机台的 D值，一眼为-18%，另一眼为-22%， 严重超标。正常情况下，D 值在±5% 以内最好， 超过±10% 就有严重问题了。
由此判断，该并条机配置的凹凸罗拉比较大，而因工艺需要喂入须条的总重量偏小，不适 合在该机型并条机上生产，改用 D81L 型并条机 后问题得到了彻底解决。
2 乌斯特自调匀整电压值和 D 值解析
2. 1 FP 电压值
FP 导条器电压值是棉条对导条器内壁压力 通过放大器转换成的电信号，反映的是输出熟条 定量和导条器的匹配关系，在导条器口径一定的情况下，出条定量越大，电压值也就越大，呈正相关 。USG PRO 系 统 FP 电 压 值 的 范 围 在 -2 000 mV~ -6 000 mV ，最 佳 工 作 值 是 -4 000 mV。乌斯特公司提供的 FP 导条器与 输出熟条定量之间的关系见表 1。
因此，要根据输出熟条定量来选择导条器的 号 数 ，保 证 将 FP 电 压 值 控 制 在 -2 000 mV~ -6 000 mV 的范围内。
2. 2 TG 电压值
TG 电压值有零点电压、名义电压和实时电 压 3 种。
2. 2. 1 零点电压
FA1322A型并条机标准的零点电压是-11 000 mV。关于零点电压的概念，可以理 解为喂入纤维量为零时的 TG 电压。如果实际标 定过 TG 电压就不难理解。根据测量块厚度与 TG 电压值关系，从 TG 罗拉标车参数就可以推算 出这个数值。FA1322A 型并条机的零点电压推 算见图 1 和表 2。
同 理 ，D81L型并条机标准的零点电压是 -15 500 mV。
USG PRO 说明书中有一个 TG 传感器位置 调整的示例，步骤如下：
首先，在 TG 罗拉中插入基准量块 4 mm，将 TG 电压调至 0 mV 左右，锁紧安装螺钉。实践中调整时很难达到0 mV，实际控制在 ±100 mV 以内。
其次 ，进入 USG PRO Tool 与 UQA，进入 USG PRO Tool传感器>T and G 菜单。
（1）塞入 2 mm 量块，闭合 TG 罗拉，输入距离 2 mm，显示-7 446 mV。
（2）塞入 6 mm 量块，闭合 TG 罗拉，输入距离 6 mm，显示 7 143 mV。
从说明书中提供 TG 标定的实际情况可以看 出，TG 零点电压实际上是量块在 2 mm~6 mm 之间最大限度的电压值之和，标定后的 TG 零点 电压实际就是自调匀整喂入部分进行质量控制 的一个基准。
机台上显示的零点电压，是生产中的实际零 点电压，应该使它尽可能接近标准的零点电压。如果出入过大，就应该重新标定。
2. 2. 2 名义电压（标定电压）
在 FA1322A 型并条机显示面板上标定电压称为名义电压。TG 标定电压是 D 值在零左右波 动时显示的电压值，也就是说，它反映的是在一 定长度内喂入须条的平均厚度。由于喂入 TG 的 条子根数不同，定量不同，各厂显示的 TG 标定电 压并不相同。每台自调匀整都有自己的标定电 压。标定电压就是完成正常标定喂入条子运行 一段时间后，自调匀整系统智能自动显示的电压 值，表 3 是同一台 D81L 型并条机在喂入定量不 变、也不做任何标定的条件下，连续 3 天观察到的 标定电压值。
根据表 3 的数据，我们可以得出以下结论：
（1）标定电压值不是固定的。
（2）当喂入定量不变的条件下，标定电压是 波动的。
每次开车，自调匀整仪运行一定长度后，标定电压就会进行自动标定，并以此作为自调匀整 的基准，实时电压应围绕着它上下波动。
2. 2. 3 实时电压
实时电压显示的是正在喂入条子时的实际 电压值，它随着喂入条子纤维量的变化而波动。
2. 3 D 值
D 值指牵伸变化率，它是由自调匀整实时控 制的实际牵伸倍数和机械牵伸倍数的百分比值。
3 自调匀整并条机压紧厚度和电压值的关系
虽然可以通过喂入定量与 TG 罗拉的匹配来 保证自调匀整的效果，但在喂入定量变化较大 时，究竟采用多大的 TG 罗拉，还需要通过试验才 能确认。如果能够建立起凹凸罗拉喂入纤维的 压紧厚度和电压值关系的数学模型就方便多了。由于电压值与纤维喂入量是一种正比关系，假定 喂入纤维压缩厚度的变化量与传感器弹簧压力 的变化量也呈正比关系，那么就可以根据胡克定律进行计算了。根据实际情况，可以按照 0. 25 mm 的距离为一档来确定与电压值的对应关系。
我公司有两种自调匀整并条机 ，一种是FA1322A 型并条机，一种是D81L 型并条机，计 算结果分别见表 4 和表 5。
理想的电压值是在能够满足压缩厚度在 2 mm 左右，零点电压值在 0 mV 左右，这时喂入 的定量是最合适的，凹凸罗拉的大小和喂入的纤 维定量也是匹配的，自调匀整的波动量最小，匀 整效果也最好。通过表 4 和表 5，我们可以很容易 地根据自调匀整并条机的实时电压值，查出 TG 罗拉喂入纤维量的实际厚度，突破了定性的笼 统，可以定量地知道喂入的纤维量，或者说喂入定量大小。这样就能判定出喂入定量是否合适， 从而通过改进工艺来调节标定电压，改进自调匀 整的工作状态。
4 TG 标定电压和D 值之间的关系
D 值直接显示了牵伸倍数的变化率，而电压值间接显示了牵伸倍数的变化。
（1）必须保证 D 值的波动值在±5% 的范围之 内，最好是使 D 值在零位上下波动。D 值不能长 期偏离±5% 的范围，更不能出现零点漂移±10% 以上的情况。D 值波动较小时，一方面说明了牵 伸比较稳定，另一方面意味着自调匀整的负荷较 小，有利于延长自调匀整的使用寿命。
（2）标定电压（名义电压）是一个基准值，应 保证实时电压在标定电压（名义电压）上下小范 围波动。实时电压值越接近标定电压（名义电 压），D 值就越小；实时电压值偏离标定电压（名义 电压）越大，D 值就越大。
5 问题分析及解决思路
了解乌斯特自调匀整电压值的相关概念后， 对 FA1322A 型并条机出现 D 值报警停车问题的 分析就比较有针对性了。
5. 1 FA1322A 型并条机电压值的分析
问题发生后，我们调取了自调匀整的 TG 信 息，发现 A 眼的名义电压值是-1 788 mV，实时电压是-4 508 mV ，B 眼的名义电压值是 -1 701 mV，实时电压是-4 174 mV，见图 2。从表 4 可以查出，喂入须条的凹凸罗拉距离都在 2. 25 mm 左 右 ，比 标 准 的 4 mm 偏 薄 1. 75 mm；TG 实时电压与 TG 名义电压值的偏差也较大，A 眼相差-4 508-（-1 788）=-2 720（mV），B 眼 相差-4 174-（-1 701）=-2 473（mV），说明报 警时喂入须条的厚度比自调匀整标定的喂入须条厚度偏薄了约1. 75 mm ，造成了D值偏差达 -20% 左右，从而引起了报警停车。
5. 2 D81L 型并条机电压值的分析
改用 D81L 型并条机进行生产时，我们对机台用同样的方法进行了标定 ，2 mm 处的电压值 -7 750 mV ，6 mm 处的电压值应该在 +7 550 mV 左右。调取自调匀整的 TG 信息， 左眼实时电压-4 980 mV，标定电压-4 034 mV；右眼实时电压-5 957 mV，标定电压-4 746 mV， 见图 3。从 D81L 型并条机自调匀整的运行数据 来看，相对于 TG 罗拉，喂入的纤维量也偏小，但 D81L 型并条机的 TG 零点电压在-15 500 mV 左 右 ，零 点 电 压 值 范 围 比 FA1322A 型 并 条 机 宽 -4 500 mV 左右，且实时电压与标定电压的差 值也相对较小，所以仍可以正常工作。
5. 3 TG 电压值调整试验
5. 3. 1 并合数的调整
为进一步验证我们的分析，在 FA1322A 型并条机上改纺 JC 26. 4 tex 纱（条子定量 19 g/5 m）， 并合数由5根改为6根，输出定量16 g/5 m，总牵伸7. 125 倍。调取 UQA 数据和 TG 信息，A、B 眼的实际总牵伸分别为 7. 5 倍、7. 6 倍（见图 4），D 值 A 眼是-5. 7%，B 眼是-6. 7%。两 眼的D值相差不大，但D 值负偏差，且超出 ±5% 的正常范围，因此电压值还需要进一步调整。
从 TG 信息可以看出，实时电压变成了A 眼-1 555 mV，B 眼-2 178 mV（见图 5）。
由此可见，在喂入条子定量不变的情况下， 增加并合数，实时电压值会增大，处于负偏的 D 值绝对值会变小。这是因为自调匀整 TG 罗拉的 选配，是以插入 4 mm 的测量块时电压值显示在 0 mV 左右为标准的，也就是说默认的喂入须条 的纤维量受压后的厚度为 4 mm，当实际喂入的 条子定量偏小时，凹凸罗拉间隙的充盈度不足，造成实时电压值偏小。因此增加喂入条子的定 量或者增加并合数，进而增加喂入凹凸罗拉间隙处的纤维量，使之达到标定时的凹凸罗拉隔距4 mm 左右厚度的标准，或者说是纤维压缩厚度在 2 mm 时，才是最理想的状态。
5. 3. 2 并合数+喂入定量的调整
根据并合数调整的结果，在并合数改为6根的基础上，进一步将喂入条子的定量加 大到20. 5 g/5 m，喂入须条的总量由最初的 95 g/5 m增加到 123 g/5 m，分 别 在 FA1322A 型 和 D81L 型并条机上进行测试，结果见表 6。
从表 6 中的电压值可以看出：
（1）优化调整后，喂入定量和 TG 罗拉已经基 本匹配。FA1322A 型并条机的实时电压值负值 已经接近为 0，说明喂入条子的压缩厚度已经基 本接近 4 mm，这时 TG 罗拉的工作状态是比较适 宜的。
（2）D81L 型 并 条 机 的 实 时 电 压 值 在 -2 000 mV 左 右 ，由表 5 可知，喂入条子的 凹凸罗拉隔距在 3. 5 mm 左右，纤维压缩厚度在 1. 5 mm 左右，也基本上是符合生产要求的。
（3）从显示的电压值来看，在同样的工艺条 件下，D81L 型并条机显示的电压值与零点差异 大，这说明该并条机所配的 TG 罗拉要大一号，这 种情况下，D81L 型并条机所配的 TG 罗拉要小一 档，以保证更适宜的匹配度。
（4）在实际生产中，要结合本公司条子的定 量情况，精心选择 TG 罗拉，或者多配几档 TG 罗 拉，以更好地适应不同条子定量的生产要求。
6 某公司 TG 电压值的优化案例
某公司 FA1322A 型并条机末道全部采用 7 根并合，调取 TG 信息和 UQA 数据，TG 名义电 压值都稳定在 200 mV 左右，实时电压在 600 mV 左右，实时电压和名义电压相差较小（见图 6）。说明该公司喂入的纤维量恰巧在 4 mm 厚度偏大 一点的位置，这是很好的位置，自调匀整的波动 范围很小，处于良好的工作状态。
机台的实际牵伸倍数与设计牵伸倍数基本 接近（见图 7），D 值都会在零位上下波动。说明 喂入定量与 TG 罗拉的匹配度很好。
7 结语
自调匀整的 TG 电压值和 TG 罗拉压缩的纤 维厚度间是线性关系，通过建立自调匀整并条机 喂入纤维在凹凸罗拉中的压缩厚度与电压值关 系的数学模型，可以直接显示喂入纤维量和 TG 罗拉的匹配关系，有利于技术人员根据喂入定量 合理匹配 TG 罗拉，从而更好地控制和管理自调 匀整并条机，保证产品质量。
资料来源：《棉纺织技术》