江阴市凯业纺织机械制造有限公司 章弘权/文

1 纱库式络筒机自动投纱设备产生的技术背景

在国际市场上，自动络筒机的研发和生产厂家主要是意大利 SAVIO 公司、日本村田机械株式会社和德国赐来福公司，随着科学技术的发展，自动络筒机也越来越自动化、智能化。3家国外公司也纷纷推出了托盘式全自动络筒机，大大降低了工人的劳动强度，但是采购全新的托盘式全自动络筒机，需要纺织企业将现有的纱库式络筒机完全淘汰，此方案企业投资大，且设备拆除、场地调整、安装时间过长，企业为之付出的经济投入、经济损失较大。

同时随着我国的人口红利正在逐步减少，人们生活水平的不断提高，低成本的时代渐行渐远。作为劳动密集型的传统棉纺行业正面临招工困难（招不进、留不住）、劳动力成本大幅上升的局面，因此纺纱企业对质优、高效、能减轻劳动强度和节约劳动力的纺纱设备更加渴求。

一方面是企业有采用自动化设备的需求，但考虑到一次性投入太大，利润回收周期太长，且需要较长时间的停产，订单生产无法得到保障；另一方面，企业招工难，用工成本增加，也是纺纱企业亟待解决的难题。

因此基于上述情况，大部分纺纱企业萌生了对运转状态较好的纱库式自动络筒机进行升级改造，加装全自动投纱设备的想法，即将原来的人工投纱升级为全自动机械投纱，因为纱库式自动络筒机的升级改造总体费用相较于整台套设备的更换而言，升级改造成本确实很低。但是经过实际需求市场调研，全自动投纱设备的研制仍有一定难度。目前国外厂家为了利益最大化，专注于对托盘式全自动络筒机整体推行全自动化生产，故国外在纱库式全自动络筒机投纱设备的研究基本很少。但国外企业在托盘式全自动络筒机的研发过程中，也需要对络筒机实施全自动投纱系统的设计，其中部分设计是值得我们学习和参考的。

同时国内少数厂家也开始从事本项目的类似研发工作，但大部分擅长机械设备自动化制造的企业，没有纺纱设备的研发制造经验；而传统的纺织设备制造企业，又对设备自动化经验不足；因此纺纱企业的上述自动化改造需求已提出好几年，并且随着用工荒问题的蔓延，国内纺纱企业越来越迫切需求纺织设备的升级改造，然而目前市场上仍未有成熟且稳定的全自动投纱设备。

江阴凯业是一家致力于纺纱辅机的研发、生产、销售、服务于一体的江苏省高新技术企业，以往在针对络筒机用的全自动理管机已经有了多年研发和生产经验，且国内市场占有率高达80%以上。因此本公司有研发纱库式全自动络筒机投纱设备的优势条件。

公司研发的纱库式自动络筒机用全自动投纱设备，是依据我国纺纱企业目前自身情况提出的迫切需求，在纱库式自动络筒机上进行技术改造，加装机械自动化设置，以达到智能化、自动化、取代人工操作的功能，可部分替代国外托盘式全自动络筒机，项目的实施能大大促进纱库式全自动络筒机的升级改造，从而带动纺织机械行业的自动化、智能化的发展。

纱库式自动络筒机全自动化投纱设备，主要包括自动理纱挑头系统，以及自动投纱系统。针对自动理纱挑头系统，国内外已研究多年，已经形成了一套较为成熟的设备运行流程，包括管纱分拣、自动大头落下、自动插管、自动挑头等，该领域由于研究较早，但其产品主要应用在托盘式全自动络筒机上，且专利内容也都是对国外相关设备的局部改进，总体结构还是与传统的结构没有太大区别。综上自动理纱挑头系统在本领域技术相对较为成熟，但是总体结构的创新研发尚有需要突破之处，本公司对此研究已有了新的突破和新的构建。

其次针对自动投纱系统，其属于自动运行的输送带系统，输送带本身虽不具备太大的难度，但针对底托的输送、位置分配、底托回收，以及管纱找头、自动投纱，具有较大的挑战，目前本领域其他企业在此方面均遇到了较大的困难，主要就是设备长度较长，运行工位较多，导致产品的稳定性降低，设备使用过程不可靠，经常需要人工干预。在本领域，国外厂家亦有研究，但主要应用在托盘式全自动络筒机上，针对托盘式全自动络筒机结构进行了相应的匹配，对本项目的研究具有一定的参考价值，但并不能直接照搬照抄。在此方面，现存专利及相关知识产权较少，系统流程设计方面、具体的系统应用方面，以及可靠性设计方面难度较大。因此本项目的研发具有较高的科技水平，在本细分领域将形成较好的知识产权保护。

2 络筒智能投纱设备使用概况和系统组成

本项目研究的重点主要包括自动理纱挑头系统和自动投纱系统。自动理纱挑头系统的研发包括管纱提升插管系统、管纱输送系统、管纱挑头装置的研发。自动投纱系统的研发包括管纱输送平台、投纱装置、投纱后的系统装置、投纱系统与原自动络筒机的电气融合四个方面的研发。

自动挑头理纱系统的研发，主要包括以下3个子系统：

管纱提升插管系统：本企业在理管机的研发制造过程中已经积累了一定的相关经验，研发根据大管纱的情况需进行改进即可满足设计；

管纱输送系统：针对插好的管纱，连底托进行输送到各个工位，进行后续操作，主要为输送系统，及交通机构的设计，需要根据实际测试情况进行反复调整；

管纱挑头装置：采用专门的挑头刀，对管纱上的纱头进行挑出，并吸入纱管内，该系统虽然国外厂家已经较为成熟，但还是需要进行样机试制及测试，通过实际测试来验证和调整。

以上3个子系统已申请发明专利。

自动投纱系统的研发，主要包括以下4个子系统：

管纱输送平台：主要采用输送带对自动理纱挑头系统输送过来的管纱输送到相应的具体络筒工位，输送带系统本身难度不大，且本公司已经在别的产品上应用多年；但由于受现有自动络筒机安装车间场地大小限制，需要对输送带系统进行立体化上下分布，且需要循环提升传输；同时输送系统所涉及的络筒工位较多，需要稳定可靠，且维护方便；该部分结构国内外研究较少，经过重点攻关目前已实现了自动化输送；

投纱装置：需要针对现有的络筒机进行投纱，一种方案为采用投入原有络筒机的旋转式纱库内；另一种方案为拆除原有纱库，直接投入络筒工位内；两种方案，各有利弊，本公司在后续研发中，通过和客户沟通及市场调研，目前确定用第二种方案，该部分的研发国内外基本是空白的，目前我公司通过技术人员多次研发后已成功解决了这一难题；

投纱后的系统装置：对投入络筒机后的管纱需要进行吸头，该部分结构与上述投纱装置的结构存在关联，存在较多实施方案，通过后续的测试和实际应用，也顺利地实现了预期效果；

投纱系统：该电气控制是完全独立的控制，与原自动络筒机的电气控制无交集，不影响原络筒机的电气控制，但是还需要和客户共同交流、统一控制程序，有效地提高整机电气控制的效果。

以上4个子系统已申请发明专利。

3 络筒机自动投纱设备产品特点和技术参数

1）适纺纱支（10支-40支以上），单台机器可以同时做2个品种管纱，2种不同长度的纱管；

2）系统设备适用于国际三大品牌及国内品牌的纱库式自动络筒机的改造；

3）改造方便，只要拆除原络筒机上的纱库即可，安装调试1.5天/台；

4）由于采用模块化集成设计，运纱系统采用分段式运纱，可单段移出，维修或大修络筒主机时方便快捷；

5）操作维护方便，采用单锭单控制，系统有集中故障显示，快速查找故障点，及时排除故障；

6）智能投纱设备有尾纱自动收集和自洁装置，减少人工清洁和缠绕；

7）智能投纱设备可以有效替代人工络纱及进行自动络纱，中央处理器找头率综合95%左右（中支纱），络筒锭位再找头率为99%，对细纱工序采用自动落纱方式，效率更高；

8）智能投纱设备改造占地面积小、紧凑、改造适应性强；

9）采用自动投纱系统改造，不降低原落筒机生产效率。

项目技术考核指标：

1）针对管纱进行自动化插管，每分钟插管数量＞20 根 / 60 锭 ；

2）设备运行，每分钟输送管纱至待料工位数量＞25根 ；

3）设备运行，管纱吸头合格率＞95%；

4）设备运行，剔除不合格管纱率＞99%；

5）设备输送平台模块化，每段长度≤4米

6）设备额定功率运行每小时耗电＜3KW（60锭）

7）设备运行零废气、零废水排放。

4 络筒机自动投纱设备效益分析

智能投纱系统经过验证和计算（以实际运行、管纱退绕时间及筒纱成型时间计算，按络筒机60锭，无自动换筒纱AGV小车）为例：

纱支 改造后操作管理机台/人 回报周期10支-16支 2-2.5台/人 1.5年左右21支-40支 2.5-3台/人 2年左右40支以上 3-4台/人 2.5年左右

以上计算扣除增加用电、用气及管理费用（因络筒机运行状态、速度和效率有差，此计算供参考）

5 自动投纱系统开发方向和前景

1）与三大国际主流和国内品牌公司生产的托盘式自动络筒机共存，弥补和满足国内当下纺纱企业的客观实际需求，减少和减轻纺纱企业的负担，提升企业生存和发展需求；

2）自动投纱系统并非是自动络筒机技术领域的进步，适合改造范围，还需要吸取消化国内外先进成熟技术。因为是改造，针对细纱工序不同落纱方式和操作方式，提高改造后的络筒机效率、降低能耗；

3）进一步消化吸收成熟的换纱筒AGV小车产品技术，更加减少用工和降低劳动强度，提高纱库式络筒机全自动化；

4）逐步实现细纱工序、络筒工序、管纱和纱管自动柔性联接，为纺纱企业实现无人化自动工厂而努力，实现共赢。