如何创新卷染机

卷染机是一种批量染色工艺设备，适合小批量、多品种生产，深受染整企业青睐，一般染色厂拥有的卷染机台数少则几台，多则上百台。

行业背景和创新驱动力

近年来，染整行业取水标准限制了高浴比喷射染色机在浸泡工艺中的应用。加之新的印染市场准入条件规定“间歇染色设备浴比须达到1:8以下（丝绸、羊毛染色浴比须达到1:10以下）”。因此，浴比通常在1:3左右的卷染机逐渐取代喷射染色机的趋势日益增强。这对卷染机生产企业来说，既是机遇，也是考验。卷染机的创新对于染整企业的产品升级和节能减排至关重要。以下将就如何进行卷染机的创新进行探讨。

卷染机市场现状及价格悖论

市场上高价位的卷染机，往往被宣传为拥有1400毫米直径卷筒的“巨型”机型，通常采用双变频（或伺服驱动）、恒线速、恒张力、PLC控制等技术。然而，生产实践表明，超过1200毫米直径的卷筒很少被使用。原因很简单：更大的卷筒直径会增加布面色差的风险，迫使制造商牺牲加工效率并增加批量以避免布面瑕疵。理论​​上，保持放卷和卷绕之间恒定的微速差，应该能够保证恒定的张力。如果总张力可控，且卷绕过程中织物保持均匀的卷绕，那么就不会出现布面色差。市场上出现的“奇特现象”——买家不愿投资“高端”卷染机，而选择价格更低的机型来生产低档纺织品——确实表明高端机器的技术存在问题。买家对价格的敏感度取决于产品质量，他们的选择大多是理性的。

这种“怪现象”令人担忧，阻碍了纺织品质量的提升，导致中低档纺织品过度生产，不利于染整行业的可持续发展。如何才能创新性地改造“高端”卷染机，使其在生产高质量纺织品的同时，实现节能减排？

大直径卷筒色差原因分析

加工过程中，卷绕辊的液体流失是层间挤压效应；流失量与张力成正比。宽度方向均匀的流失反映了均匀的横向吸液量。“胡须”和“梯形”区域的“干燥”凸显了织物中心吸液量较低，随着直径的增加，吸液量向布边逐渐增加。直径变化越大，从边到中心的色差就越大，这与直径变化引起的张力变化越大直接相关。

卷染过程中的张力来源于卷绕与放卷之间的线速度差、织物引导过程中的摩擦以及张力架引起的织物伸长（弹性变形）。

根据胡克定律，织物张力 F 是：

地点：
σ = 织物横截面积；
y = 织物弹性模量；
L = 驱动点之间的距离；
t₁ = 机器启动时间；
V₂=卷绕线速度；
V₁ = 放卷线速度。

公式1表明织物张力调节是一个整体过程。显然，任何波动 V₁ or V₂ 在稳定运行过程中会引起张力波动。

卷染系统是典型的非线性时变系统。设织物弹性系数为 K_F.根据胡克定律：

在等式 3 中， t_f 是织物从放卷辊移动到卷绕辊的时间，ΔL（t_f) 是驱动点之间的伸长率。

因此，如果 V₂(t) – V₁(t) 在整个卷绕过程中保持恒定（即驱动点的线速度恒定），则dF(t)/dt = 0，即张力恒定。这表明张力控制系统服从于线速度跟随系统。从织物长度角度来看，ΔL(t_f)应为常数，使张力控制系统也成为一个位置伺服系统。

当前的跳汰机是否采用线性速度跟踪或位置伺服系统？

现有卷染机张力控制技术的缺陷

放卷和卷绕过程中，放卷辊和卷绕辊必须按照卷绕机械特性曲线（双曲线）运行。织物厚度各不相同。在卷绕速度恒定的情况下，达到相同直径增量所需的时间因直径大小而异。为了保持恒定的线速度，必须知道瞬时直径，以便相应地调整电机转速。传统的直径测量主要采用三种方法：

线速度计算方法

厚度积分法 

根据圈数信号计算瞬时直径。由于织物厚度是一个不确定的变量，因此可控性较差。

直接直径测量法

采用接触式测杆、超声波传感器或CCD图像传感器进行实时直径测量。虽然直径测量准确，但控制方式是随着直径变化线性调节电机转速，不符合卷绕机械特性曲线。因此，在直径变化的大部分时间里，线速度都会偏离设定值。

综上所述，现有卷染机恒线速度、恒张力控制装置/技术存在控制精度差、不符合卷绕机械特性曲线等问题。计圈法无法现场确定加工织物厚度，是造成目前“巨型”卷染机出现端到端、侧到中心色差疵点的根本原因。

创新解决方案

据悉，符合卷绕机械特性曲线的专利张力控制技术可直接应用于卷绕机的改造。该机电一体化装置具有以下特点：

直接测量直径的传感器。停机时具有机械记忆功能，方便以加工速度重启。标准、成熟的电子传感器，输出精度高，防水、耐热、抗干扰。励磁板根据卷绕机加工过程中的卷绕成形情况设计，生成特性曲线Uk = f(D)。该励磁板控制恒定的放卷/收卷线速度，同时保持可控的张力。

本文原作者为陈立秋，如有侵权请联系 [email protected]