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“十四五”技术创新如何落地(一) | 攻克关键技术,提升产业基础

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-08  来源:中国纺织报  浏览次数:5140
核心提示:“十四五”技术创新如何落地(一) | 攻克关键技术,提升产业基础
 编者按
      “不创新就没有出路。”这已成为中国纺机企业的普遍共识。“十四五”期间,纺织机械行业将加快从规模发展到高质量发展转变的步伐,坚持创新驱动是基本原则。
      从今天开始,我们将推出“‘十四五’技术创新如何落地?”系列报道,从攻克关键共性技术,搭建公共创新平台等方面探讨 “十四五”期间纺机技术创新的方向和路径。
      近日,北京经纬纺机新技术有限公司承担的“络筒机无槽筒数字卷绕技术研究”,清华大学天津高端装备研究院承担的“高速经编机用的钢片复合钩针的表面处理技术研究”和天津工业大学承担的“超高速小能耗锭子优化设计及减振降噪机理研究”三项“纺织之光”应用基础研究项目通过了结题验收。
 
      据介绍,“络筒机无槽筒数字卷绕技术研究”项目主要研发了无槽筒络筒机的卷绕机构,利用摆杆往复运动替代槽筒,创新研发了卷绕机构和横动机构联动的运动控制算法,实现逐级精密卷绕,运行速度实验室可达2000米/分,卷绕密度均匀,筒纱成型良好,可实现高速退绕,适用于棉纱及棉混纺纱生产。
      “高速经编机用的钢片复合钩针的表面处理技术研究”项目系统地研究了磁控溅射工艺参数对钩针限域表面镀制CrN涂层的影响规律,该涂层具有高硬度、高韧性特征。项目设计并研制了可工业化的CrN涂层专用镀制装备,以及适用于批量装夹及镀制钩针夹具,开发了针对钩针涂层的疲劳试验机。
      超高速小能耗锭子优化设计及减振降噪机理研究”项目研究了锭子关键部件结构与其性能之间的耦合机理,进行了锭胆多目标优化设计,优化了三种超高速节能型棉纺锭子结构,有效降低锭端振幅,节约了能耗;开发了新型棉纺锭子参数化三维建模软件,为锭子结构模块化设计提供了数字化设计工具。
      这三个项目通过验收意味着在纺织装备关键机械零件表面处理、纺织装备减振降噪降耗等关键共性技术研究上取得了新的进展和成果。而进一步研究、推广和应用关键共性技术,正是“十四五”期间纺机行业推进技术进步的一个重点方向。
 
部分技术取得良好应用效果
      纺织机械门类繁多,各类纺织机械的工艺特征和性能迥异,涉及的关键共性技术比较广泛。
      纺织机械动力学及减振降噪降耗技术,纺织装备中纤维束、织物与固体、流体的相互作用机理研究,机器视觉技术在纺织装备中的应用技术,纺织装备多电机协同控制技术,纺织装备关键零部件和专件制造与强化技术、可靠性提升和寿命预测技术,新材料在纺织装备关键零部件上的应用技术等对提升纺织机械生产效率、降低能耗,提高纺织机械可靠性和生产精度,延长纺织装备关键零部件使用寿命具有关键作用。
      “十三五”期间,部分纺织机械关键共性技术取得较好的发展和应用。在纺织装备动力学及减振降噪降耗技术方面,已有企业运用现代设计方法,综合评估选材和结构的强度、刚度、动力学模态等,设计装置结构参数和运动参数,规划加工和装配精度以及运行控制策略,减小纺织装备振动与噪音,降低能耗,已成功应用于“化纤长丝生产线自动落筒系统”、“针刺机振动分析与控制”、“宽幅织机振动控制”、“新型(阻燃型)复合阻尼管夹”等项目。
      在纺织装备关键件可靠性提升和寿命预测技术方面,压榨机轧辊、黄化机搅拌器结构分析项目,基于可靠性理论、相似性设计、建模分析、金相观察与测试等手段,优化设计方法得到成功应用。
      在机器视觉技术的应用方面,“化纤长丝卷装外观在线智能检测系统”基于机器视觉技术,代替了人工外检,降低人为因素影响,提高了检测速度和精度,实现了从落筒、外观检验、包装到仓储的全流程自动化、智能化运行,开发的系统成功应用于多家企业。常州宏大科技(集团)自主研发了基于机器视觉的织物图像整纬技术,提高了整纬精度,扩大了品种适应性,解决了斜纹、磨毛、轻薄、厚重、雪纺等纺织品的整纬难题,技术达到国际领先水平。
      在纺织流体技术应用方面,“高温气液染色机”采用了组合式喷嘴,提高了匀染度,减少气流循环无效损失,风机功耗下降60%;“宽幅高产热风法薄型非织造布生产联合机”应用纺织流体力学技术,实现了对制品全幅均匀度的精确控制;“基于碟式多孔喷嘴的静电气喷纺制造装备”将静电力和气流力相结合,显著提升了材料的制造速度驻极超细纤维的直径比现有熔喷驻极纤维低一个数量级,解决了当前空气过滤产品普遍存在的物理拦截效率低的问题。
 
加强攻关提高产品可靠性
      尽管取得了长足进步,但总体来看,纺织机械行业在基础理论、共性技术及其应用方面的自主研发能力和跨领域交叉研究能力仍然相对薄弱。一些企业对纺织机械的关键共性技术的研究不够重视,基础研究与技术开发较多处于跟随状态,缺乏原始创新。另外,某些领域产品同质化情况严重,影响了企业和研发人员对基础研究和原始创新的积极性。
      目前,国产纺机装备稳定性可靠性仍有待提高,与国际先进水平仍有差距。部分关键零部件质量差,也降低了国产主机的可靠性。
      对此,中国纺织机械协会会长顾平提出,“十四五”期间,应加强基础研究,重点发展应用关键共性技术,攻关纺织装备控制系统及关键基础零部件,提升纺织装备工业的产业基础。
      例如,针对纺织装备中广泛应用的纺织流体力学,研究纺织加工过程中纤维、纱线、织物等柔性体与流体(包括高速、低速气流与液体流等)的相互作用原理,精确控制加工过程中纤维、纱线等柔性体在流场中的运动规律,明确纺织装备中流体加工技术的纺织品成型机理,在纺织装备相关关键元器件与管路设计、优化中应用流体力学原理、空气动力学原理,提升喷气织机引纬系统、喷气涡流纺纱设备纺纱系统的可靠性。
      针对纺织装备的关键零部件的可靠性和寿命问题,基于相似性理论,建立关键零部件系列参数分析模型;分别建立强度、刚度、振动、疲劳强度预测等不同计算和设计模型:基于可靠性理论,结合企业的实际加工工艺水平,通过仿真和测试,建立企业关键零部件结构、加工精度及其强度疲劳寿命基础数据库,为装备的有限元计算分析、可靠性设计奠定基础,提出相应关键零部件结构工艺参数以及质量检验量化标准;根据关键零部件疲劳寿命预测模型和测试,平衡关键零部件的维修周期,准确设计结构参数,减小运行故障率。
 
重点工程明确重点任务
      在《纺织机械行业“十四五”发展指导性意见》提出的纺织机械行业六大重点工程中,包括了纺织机械共性技术重点工程:开展纺织装备机械动力学研究推广减振降噪降耗技术,纺织装备关键零部件可靠性提升和寿命预测技术、机器视觉技术、数字孪生技术研究及应用等已有研究基础并取得成效的基础共性技术,推广在纺织装备和纺织生产上的应用。
      相比机器视觉技术等,数字孪生技术在纺织行业的应用还处于初级阶段。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真,从而反映相对应的实体的全生命周期过程。数字孪生由三部分构成:物理空间的实体产品,虚拟空间的虚拟产品,虚实之间的连接数据和信息。北京航空航天大学团队提出了数字孪生五维模型,围绕五维模型,建立了数字孪生理论、技术、工具和标准体系,已成为研究热点,并被20多家国内外企业应用实践,在纺织相关领域也进行了应用。北京航空航天大学科学技术研究院副院长陶飞表示,数字孪生是助力数字化转型和智能化升级的有效手段之一,基于数字孪生践行智能制造已成为全球共识。数字孪生当前处于应用初级阶段,深入推广应用还有很多工作需开展。未来基于数字孪生探索装备数字化和智能化发展,具有理论意义和应用发展前景。
      “十四五”期间,数字孪生技术在纺织领域的研究方向包括:面向纺织物理车间的“人-机-物-环境”互联与共融技术,研发异构设备的智能感知接入装置;研究纺织虚拟车间构建技术,构建支撑纺织车间智能化生产的虚拟车间孪生模型;研究纺织装备数字孪生数据构建与管理技术,实现虚实数据的高效融合与智能化管理;研究基于数字孪生的智能生产与精准管理技术,实现装备健康管控、产品质量实时控制与分析、车间能耗优化与预测、物料智能跟踪与配给、智能生产运行优化等功能。
 
 
 
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