1、引言
一般化纖絲的生產(chǎn)規(guī)模不大，無(wú)疑是采用間接紡，主要設(shè)備流程為：從原料（切片）→螺桿擠壓機(jī)→過(guò)濾器→熔體分配管→紡絲箱（含紡絲泵、噴絲板組件等）→冷卻吹風(fēng)→卷繞機(jī)（含上油、吸咀、導(dǎo)絲盤、熱牽伸輥（以下簡(jiǎn)稱熱輥）和卷繞頭等。由于過(guò)濾器、熔體分配管和冷卻吹風(fēng)等單元機(jī)的電氣控制簡(jiǎn)單，本文不作介紹。
滌綸長(zhǎng)絲高速紡絲機(jī)全機(jī)部位數(shù)有2、4、6、8、12、16等不等，每個(gè)紡絲部位紡絲頭數(shù)有8、10、12、16等不等，每位配有4－8臺(tái)紡絲計(jì)量泵，紡絲卷繞速度為2500-4000m/min（POY絳）或3500-6000m/min（FDY絲），配用螺桿直 徑為Φ60至Φ160mm等，最大卷繞尺寸Φ420×250mm。
2、螺桿擠壓機(jī)
螺桿擠壓機(jī)是熔融法切片紡絲設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是輸送、熔融和混煉高分子聚合物，并將熔體送出，使其達(dá)到紡絲工藝要求，螺桿擠壓機(jī)控制的最終參數(shù)不是螺桿轉(zhuǎn)速而是螺桿出口熔體壓力，因此，該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是熔體壓力控制系統(tǒng)。
螺桿擠壓機(jī)現(xiàn)均采用交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速、電動(dòng)機(jī)的容量取決于螺桿的直徑和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，例如螺桿直徑為Φ45mm，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為20-100r/min，電動(dòng)機(jī)功率為15kW，而螺桿直徑為Φ200mm，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為20-50r/min，電動(dòng)機(jī)功率為150kW.
螺桿擠壓機(jī)壓力控制系統(tǒng)原理框圖如圖1。
壓力變送器安裝于螺桿出口處，它將溶體壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器由CPU微處理器等組成數(shù)字式調(diào)節(jié)器，壓力信號(hào)（電流信號(hào)）在調(diào)節(jié)器中與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，若其差值為零，則調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)不變，變頻器輸出頻率不變，若比較后的差值信號(hào)為正或負(fù)，則調(diào)節(jié)器將對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率和螺桿轉(zhuǎn)速，使熔體壓力維持不變。
3、紡絲箱
紡絲箱體是將置于其中的熔體分配管、載止閥、紡絲泵、紡絲組件進(jìn)行保溫用的密封箱體。
紡絲泵（計(jì)量泵）一般均采用齒輪泵作為計(jì)量泵，常稱為紡絲泵，紡絲泵主要是將熔體增壓，連續(xù)定量地送至噴絲板組件，通過(guò)噴絲板微孔噴成絲束。紡絲泵通常采用永磁同步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，變頻同步調(diào)速，其調(diào)速方式通常有兩種，其一是，一臺(tái)大功率變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，可以保證各臺(tái)紡絲泵嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖2（A），而電動(dòng)機(jī)可逐臺(tái)起動(dòng)或分組起動(dòng)，該電路簡(jiǎn)單、控制方便，造價(jià)較低，但變頻器容量需放大，各紡絲泵轉(zhuǎn)速一致，適合紡制同一規(guī)格的絲。其二是每臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)用一臺(tái)小變頻器驅(qū)動(dòng)，各臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)可以調(diào)至同步運(yùn)轉(zhuǎn)，也可分別設(shè)定其運(yùn)行頻率，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖2（B），適用于紡絲位數(shù)較少的（例如二位紡絲機(jī)）用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。該電路使用變頻器數(shù)量較多，造價(jià)較高，且多臺(tái)變頻器輸出頻率有離散性，為達(dá)到轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，需增設(shè)串行通信接口，然而各變頻器可以軟起動(dòng)，變頻器容量基本與電動(dòng)機(jī)容量相同，無(wú)需放大，當(dāng)某一電動(dòng)機(jī)或有關(guān)機(jī)械出故障時(shí)，只需停止出故障的紡絲位（頭），而不會(huì)造成紡絲機(jī)停機(jī)產(chǎn)生的浪費(fèi)，而且每臺(tái)變頻器可分別設(shè)定其運(yùn)行頻率，這樣一臺(tái)紡絲機(jī)可同時(shí)紡出多種不同規(guī)格的POY絲。
原理框圖 原理框圖
4、卷繞機(jī)
卷繞機(jī)根據(jù)所紡纖維的品種（如POY絲、FDY絲、工業(yè)絲等），規(guī)格不同而有多種型式，通常卷繞機(jī)由機(jī)架、上油裝置、切絲器、吸咀、導(dǎo)絲盤、熱牽伸輥、網(wǎng)絡(luò)噴咀、卷繞頭等根據(jù)功能需要選擇組成。其中有電氣傳動(dòng)的單元有上油裝置、熱牽伸輥（以下簡(jiǎn)稱熱輥）和卷繞頭等。
4.1上油裝置
上油裝置用于對(duì)加工中的絲纖維施加一定量的合纖油劑，以利于后續(xù)加工，減少靜電，使纖維具有一定的柔軟性，平滑性和抗靜電性等。上油方式有多種，一般采用油咀或狹縫式或油盤園周溢流式上油，紡絲油劑由小型計(jì)量泵定量連續(xù)不斷地輸送到注油口，絲束通過(guò)注油口時(shí)能獲得足夠的油量。每臺(tái)計(jì)量泵由單獨(dú)交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻器統(tǒng)一供電，變頻調(diào)速。
4.2熱輥
熱輥通常用于高速紡絲（FDY絲等）或工業(yè)長(zhǎng)絲等設(shè)備，一般由永磁同步電動(dòng)機(jī)或交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速。熱輥外殼被加熱，使絲束在熱狀態(tài)下進(jìn)行牽伸，熱輥軸向表面各點(diǎn)溫度應(yīng)均勻，并被控制在工藝所需的溫度范圍內(nèi)。熱輥的加熱可以是電熱絲加熱（目前很少用），也可以是電磁感應(yīng)加熱，此時(shí)，熱輥殼體作為次級(jí)線圈而被感應(yīng)加熱。因熱輥是旋轉(zhuǎn)體，故一般采用非接觸式測(cè)溫，表面最高溫度為250℃，溫控精度為≤±1.5℃，調(diào)節(jié)各熱輥的溫度，可得到不同強(qiáng)度，伸長(zhǎng)和熱收縮率的絲。
（1） 工業(yè)長(zhǎng)絲設(shè)備中的熱輥
滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲具有模量高，強(qiáng)度大，伸長(zhǎng)小，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，是產(chǎn)業(yè)用紡織品的理想材料，工業(yè)長(zhǎng)絲的生產(chǎn)目前大多采用紡絲牽伸卷繞一步法生產(chǎn)工藝，其紡絲速度2600m/min以上，卷繞速度≤4000m/min，紡絲頭數(shù)16頭，每位4頭，共4位。采用4對(duì)熱輥對(duì)絲束進(jìn)行牽伸，每對(duì)熱輥的運(yùn)動(dòng)速度不同，即絲束經(jīng)過(guò)每對(duì)熱輥后均被牽伸，每區(qū)的牽伸比按工藝要求設(shè)定，調(diào)整熱輥的速度便可調(diào)整絲束的牽伸比。4對(duì)熱輥采用4臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，并由4臺(tái)變頻器單獨(dú)供電采用共直流母線供電的變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)功率為2.2kW或1.1kW。
熱輥必須與另一與之配合的轉(zhuǎn)動(dòng)輥一起使用，以達(dá)到導(dǎo)絲功能，該輥可以是主動(dòng)的、完全相同的熱輥，也可以是被動(dòng)的、不加熱的分絲輥，一般采用后者。絲束通過(guò)喂入輥喂至低速熱輥（即第一對(duì)熱輥），然后再導(dǎo)入高速熱輥（第2-4對(duì)熱輥）。如圖3所示。
第4對(duì)熱輥轉(zhuǎn)速2585m/min溫度200℃
第3對(duì)熱輥轉(zhuǎn)速2600m/min溫度235℃
第2對(duì)熱輥轉(zhuǎn)速1800m/min溫度150℃
第1對(duì)熱輥轉(zhuǎn)速508m/min溫度100℃
（2） FDY紡絲設(shè)備中的熱輥
FDY紡絲設(shè)備一般配兩對(duì)熱輥，一對(duì)為一大輥（即高速熱輥）加—小輥（即高速分絲輥），另一對(duì)熱輥為兩只大輥（即低速熱輥），每對(duì)熱輥均由永磁同步電動(dòng)機(jī)或交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速，熱輥電動(dòng)機(jī)功率為500W-750W。
4.3卷繞頭
卷繞頭有多種形式和規(guī)格
（1） 卷繞頭的轉(zhuǎn)速大致可分為三檔：
第1檔 1500m/min以下，用于常規(guī)紡絲，制取得到的是UDY絲；
第2檔 2500-4000m/min，屬高速紡絲卷繞，制取得到的是預(yù)取向絲POY絲或HOY絲；
第3檔 5000-6000m/min以上，屬超高速紡絲卷繞，用于制取全拉伸絲（FDY絲或FOY絲）。
在長(zhǎng)絲生產(chǎn)中卷繞頭有規(guī)律地將絲束卷繞成一定形狀和容量的筒子，以供下道工序使用。
（2） 卷繞軸的傳動(dòng)形式，主要有摩擦式和錠軸式兩種。摩擦式傳動(dòng)是靠摩擦輥帶動(dòng)筒管轉(zhuǎn)動(dòng)，主要用于常規(guī)紡絲。錠軸式傳動(dòng)是由同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)筒管轉(zhuǎn)動(dòng)，變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速隨卷繞直徑逐步增大，筒管轉(zhuǎn)速隨之逐步降低，以保持其表面線速度恒定，達(dá)到恒張力卷繞絲，主要用于高速和超高速紡絲。摩擦式卷繞頭主要由摩擦輥、槽筒和筒管夾頭等組成，摩擦輥常用三相永磁式同步電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，其功率約400W/50Hz，調(diào)頻范圍約50-200Hz，槽筒由三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，其功率約100W/50Hz，調(diào)頻范圍約50-130Hz，槽筒電動(dòng)機(jī)由擺頻發(fā)生器和變頻器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，紡絲時(shí)筒管夾頭壓住摩擦輥，按摩擦輥表面速度旋轉(zhuǎn)。
（3） 卷繞軸的數(shù)量有單軸式和雙軸式兩種。雙軸式其兩根軸的軸心線可繞其轉(zhuǎn)盤的中心點(diǎn)回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換筒，使兩根軸可交互進(jìn)行卷繞。
（4） 導(dǎo)絲卷繞方式有溝槽凸輪往復(fù)導(dǎo)絲器或稱槽簡(jiǎn)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)（由槽筒和橫動(dòng)導(dǎo)絲器組成）和撥叉式導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)兩種。撥叉式導(dǎo)絲是將傳統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，振動(dòng)小、噪聲低，適用于高速或超高速紡絲卷繞。
4.3.1卷繞頭的控制
高速紡絲（如制取POY絲或FDY絲）所用卷繞頭，一般采用錠軸式傳動(dòng)，雙軸式，槽筒式或撥叉式導(dǎo)線機(jī)構(gòu)的卷繞頭，通常一個(gè)紡絲位配一套全自動(dòng)卷繞頭，包括1個(gè)卷繞輥和1個(gè)槽輥，卷繞輥由永磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，槽輥由交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，因此16位紡絲機(jī)配有16套卷繞頭，其中16只卷繞輥由16臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制方式，即由一臺(tái)變頻器供電，進(jìn)行統(tǒng)一變頻調(diào)速。16只槽筒由16臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。亦采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，如圖4。
為滿足紗線卷繞成型好，無(wú)疊絲，無(wú)塌邊的要求，本系統(tǒng)中設(shè)置了擺頻發(fā)生器，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)槽筒電動(dòng)機(jī)速度，使其速度按三角波調(diào)速，如圖5，槽筒調(diào)頻范圍約50-150Hz，槽筒電動(dòng)機(jī)功率約100W/50Hz。
為保證卷繞絲速恒定，絲張力恒定，卷繞輥同步電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨卷繞直徑的逐步增大，而相應(yīng)降低。
圖5是以變頻器輸出頻率進(jìn)行標(biāo)注的，此種調(diào)速規(guī)律通常是由擺頻發(fā)生器控制變頻器輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖中：F1—三角波下限頻率
（T2—T1）—三角波下降時(shí)間
F2—三角波上限頻率
（T3—T2）—三角波上升時(shí)間
（F2—FJ2）或者（FJ1—F1）—跳躍頻率
T1—起動(dòng)升速時(shí)間，指變頻器從0Hz起動(dòng)加速到上限頻率所用的時(shí)間
（T3—T1）—橫動(dòng)周期
（TJ1—T1）或者（TJ2—T2）—跳躍時(shí)間
由圖可見(jiàn)，當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)橫動(dòng)電機(jī)達(dá)到上限頻率或下限頻率時(shí)，頻率應(yīng)突變，從F2下降到FJ2，從F1上升到FJ1，突變頻率（F2—FJ2）或（FJ1—F1）幅值一般為基本頻率F1的1%左右，突變頻率的時(shí)間，理論上要求是0，但實(shí)際上，由于橫動(dòng)裝置和電機(jī)有慣性，使得電機(jī)速度不可能突變而有一過(guò)渡時(shí)間（TJ1—T1）或（TJ2—T2），該過(guò)渡時(shí)間通常在0.1s以上。
高速紡卷繞頭橫動(dòng)裝置三角波調(diào)速的參數(shù)數(shù)值：
上限頻率為206Hz,下限頻率為194Hz；
跳躍頻率為±2Hz，上升時(shí)間為3s；
下降時(shí)間為3s,跳躍時(shí)間為0.1s。
4.3.2卷繞頭變頻器容量的選擇
一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器容量的選擇有以下3種情況：
（1） 卷繞頭的多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)如是同時(shí)起動(dòng)，則選擇變頻器容量時(shí)，變頻器的額定電流In略大于各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大工作電流Im之和即可。若有n臺(tái)電動(dòng)機(jī)，則
In>Im1+Im2+……+Imn；式中：Im1+Im2……Imn各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大工作電流（用電動(dòng)機(jī)額定電流計(jì)算）
（2） 卷繞頭的多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)如是依次起動(dòng)，或運(yùn)行中某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)停止，起動(dòng)時(shí)，選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，通常異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的5-7倍，為安全起見(jiàn)，而取最大值，則變頻器的額定電流In.式中
臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之總和Imm——其中容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流（3） 一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)
由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的10倍以上（不同品牌的永磁同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不同），而且為使永磁同步電動(dòng)機(jī)他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)不發(fā)生振蕩或失步現(xiàn)象。除適當(dāng)放大永磁同步電動(dòng)機(jī)功率，還須放大與之匹配的變頻器容量0.5—1倍。如考慮低頻時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)能輸出滿力短，選用變頻器的額定電流應(yīng)為同步電動(dòng)機(jī)額定電流的200%—300%即：In>（Im1+Im2+……+Imn）×（1.5—2.5）變頻器帶1臺(tái)或多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，調(diào)速精度僅取決于變頻器的頻率精度而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，變頻器的頻率精度可達(dá)0.1%—0.01%以上，因此，同步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，無(wú)須速度閉環(huán)便可達(dá)到0.1%—0.01%的轉(zhuǎn)速精度。
5、結(jié)束語(yǔ)
滌綸長(zhǎng)絲紡絲機(jī)的組成，各單元機(jī)的構(gòu)成數(shù)量等均隨客戶生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品品種的不同而不同，但電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的方式、原理基本相同，而電動(dòng)機(jī)容量、數(shù)量、車速等將不盡相同，隨著技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)需要、長(zhǎng)絲紡絲設(shè)備的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。該控制方案、控制系統(tǒng)也適用于綿綸、丙綸長(zhǎng)絲紡絲設(shè)備。
（轉(zhuǎn)載）
