一種新型窄槽式負壓空心羅拉全聚紡系統(tǒng)

謝春萍，高衛(wèi)東，劉新金，蘇旭中，朱預坤

(江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122)

緊密紡又稱集聚紡，是在環(huán)錠紡紗的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新改進而發(fā)展起來的一種新型紡紗技術(shù)［1］。其主要特點是在環(huán)錠細紗機牽引裝置前增加1個纖維凝聚區(qū)以改善成紗質(zhì)量［2－4］。關(guān)于緊密紡的研究已取得了一些成果［5－8］，目前國際上主要有瑞士立達(Rieter)、德國緒森(Sussen)、日本豐田(Toyota)、德國青澤(Zinser)和瑞士卡洛斯(Roscraft)公司的5種不同結(jié)構(gòu)的緊密紡紗系統(tǒng)，其集聚原理基本相同，但在集聚方式上有所不同，前4個為負壓氣流集聚，最后1 個為機械式集聚［9－10］。Sussen 和 Toyota公司的緊密紡裝置集聚區(qū)完全曝露，能耗和物耗較高;而Rieter公司的 COM4緊密紡紗系統(tǒng)盡可能實現(xiàn)了負壓的完全利用，因此能耗較低，但需要整機引進，價格昂貴［11］;日本 Toyota公司和德國 Zinser公司的也需要整機引進，價格較為昂貴;德國Sussen公司的三羅拉網(wǎng)格圈式緊密紡系統(tǒng)雖然改造成本低，但運行和維護成本較高，機構(gòu)復雜，網(wǎng)眼及圓孔易堵塞，需經(jīng)常清潔維護或更換［12］。

針對國內(nèi)現(xiàn)有緊密紡系統(tǒng)改造成本較高、能耗高的現(xiàn)象，本文介紹一種新型窄槽式負壓空心羅拉緊密紡系統(tǒng)——全聚紡。該系統(tǒng)采用一種大直徑窄槽式負壓空心羅拉，配合相應專件以及吸風系統(tǒng)及其配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計，全面提高吸風系統(tǒng)集聚負壓利用效率，可安裝在國產(chǎn)機架上，便于老機改造，在實現(xiàn)負壓氣流完全集聚效果的前提下，降低系統(tǒng)能耗以及改造過程中機物料消耗，從而降低改造成本，提高成紗質(zhì)量。

1 全聚紡機構(gòu)裝置簡介

全聚紡裝置是以傳統(tǒng)的環(huán)錠紡三羅拉長、短膠圈牽伸裝置為基礎(chǔ)，保留中羅拉，上、下膠圈和后牽伸區(qū)機構(gòu)，將前羅拉替換成直徑為50 mm且表面開有條形窄槽的空心羅拉。機構(gòu)裝置示意圖如圖1所示。

圖1 全聚紡裝置示意圖Fig.1 Structure of comp lete condensing spinning system

窄槽式負壓空心羅拉結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。在空心羅拉2的表面，由最前方的輸出阻捻皮輥6和原來的前皮輥5所控制的圓弧區(qū)域構(gòu)成集聚區(qū)。在羅拉內(nèi)部裝有位置固定的吸風組件3，吸風組件通過風道1與細紗機上的中央吸風系統(tǒng)相連。風機開動時產(chǎn)生負壓，在負壓的作用下，集聚區(qū)周邊的氣流產(chǎn)生運動，在氣流導向裝置的引導下，氣流穿過溝槽，通過吸風插件被吸入中央吸風系統(tǒng)，在此過程中，集聚區(qū)須條中的纖維在氣流的作用下，自上而下，由邊緣到中心向須條內(nèi)部集聚，縮小須條的寬度使須條保持緊密順直，須條在羅拉表面向前輸送的過程中，其前進速度與羅拉速度保持一致，這樣可減少須條的意外牽伸，盡量滿足“集聚不牽伸”的原則，從而改善成紗結(jié)構(gòu)，提高成紗質(zhì)量。

圖2 窄槽式負壓空心羅拉結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Hollow roller with strip groove structure

2 全聚紡集聚區(qū)流場模擬

利用AutoCAD繪圖軟件完成全聚紡集聚區(qū)三維物理模型的建立，如圖3所示。其中物理模型的尺寸以及相互位置嚴格參照實際系統(tǒng)測量所得數(shù)據(jù)，條形通槽寬度為0.8 mm，吸風槽寬為3 mm，且緊貼于集聚羅拉內(nèi)表面。在此基礎(chǔ)上，利用Fluent模擬軟件給出全聚紡系統(tǒng)集聚區(qū)流場分布。數(shù)值模擬中沒有考慮須條的影響，同時也沒有考慮各個部件自轉(zhuǎn)所造成的近壁面氣流層的存在。模擬時，設(shè)須條的集聚方向為X軸，須條前進方向為Y軸，須條厚度方向為Z軸。為便于比較分析，給出網(wǎng)眼羅拉型緊密紡系統(tǒng)集聚區(qū)流場分布。

圖3 全聚紡集聚區(qū)三維物理模型Fig.3 Three-dimensional physicalmodel on condensing zone of complete condensing spinning with guiding device

Z軸截面速度流線圖如圖4所示。由圖可知，2種結(jié)構(gòu)的集聚區(qū)流場規(guī)律類似，氣流均是從須條前進方向的兩側(cè)以傾斜角度進風且關(guān)于吸風斜槽的中心線對稱，同時氣流在該集聚區(qū)截面方向的覆蓋范圍相差不大，但是采用條形通槽空心羅拉的全聚紡系統(tǒng)速度流線更為密集，即氣流在該截面的集聚方向及前進方向的流速較網(wǎng)眼羅拉的大，因此須條能受到更大的集聚作用力。

圖4 Z軸向截面速度流線圖Fig.4 Stream line diagram of flow velocity in Z-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

Y軸向截面速度流線圖如圖5所示。由圖可知，網(wǎng)眼集聚羅拉外表面的氣流基本上平行于須條集聚方向運動，到達吸風槽口位置時，再以一定的傾斜角度流入網(wǎng)眼內(nèi);而條形通槽集聚羅拉表面氣流基本上以一定的傾斜角度進入通槽內(nèi)，實現(xiàn)了懷抱式進風，有利于提高集聚效果。同時，條形通槽外表面的氣流流速略高于網(wǎng)眼，這是因為條形通槽的負壓入口較網(wǎng)眼大，氣流不會被網(wǎng)眼之間的間隙所阻隔。

3 紡紗實驗

3.1 實驗方案

紡紗實驗是在A公司的全聚紡與緒森原裝網(wǎng)格圈緊密紡細紗機、B公司的全聚紡與四羅拉網(wǎng)格圈緊密紡細紗機、C公司的全聚紡與三羅拉、四羅拉網(wǎng)格圈緊密紡細紗機上分別進行，分別紡制精梳純棉紗 JC 11.7 tex、JC 7.4 tex 和 JC 11.7 tex。

圖5 Y軸截面速度流線圖Fig.5 Stream line diagram of flow velocity in Y-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

3.2 測試方法與儀器

對紗線的品質(zhì)主要是從紗線的毛羽、強力、條干3個方面進行評定的，分別測試紗線的3～9 mm毛羽數(shù)、斷裂強力和條干CV值等指標。具體測試儀器如下:毛羽測試儀器，陜西長嶺紡織機電科技有限公司YG172A型紗線毛羽測試儀;強力測試儀器，陜西長嶺紡織機電科技有限公司YG063全自動單紗強力儀;條干測試儀器，陜西長嶺紡織機電科技有限公司YG135G型條干均勻度測試分析儀。測試環(huán)境:溫度為(21±2)℃，相對濕度為(65±3)%。測試結(jié)果如表1～3所示。

表1 A公司(JC 11.7 tex)Tab.1 A com pany(JC 11.7 tex)

3.3 紗線性能測試結(jié)果與分析

從以上對比測試結(jié)果可以看出，全聚紡與網(wǎng)格圈式緊密紡相比，其條干水平有所改善，細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)也都有所減少，3 mm有害毛羽降低效果基本相同，強力略有下降，即其成紗綜合質(zhì)量比網(wǎng)格圈式緊密紡相對較好。這是由于全聚紡系統(tǒng)采用了大直徑窄槽式負壓空心羅拉，并配合相應專件以及吸風系統(tǒng)及其配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計，使得集聚區(qū)長度增加為30 mm，非控制區(qū)理論上減少到0 mm，實現(xiàn)了真正意義的“全程集聚”，對紗線的集聚效果更好。空心羅拉的直徑為50 mm，通過設(shè)計將車面傾角調(diào)整為30°，同時設(shè)計新的下皮圈銷，使大羅拉直徑時的前區(qū)浮游區(qū)長度可在11.79～14 mm間調(diào)節(jié)，對紗線條干的控制更加穩(wěn)定，全面提高成紗綜合質(zhì)量。從運行情況看，全聚紡系統(tǒng)在紡紗過程中不易產(chǎn)生因空氣飛花造成的吸孔堵塞現(xiàn)象，無需定時清潔或更換網(wǎng)格圈，改造成本投入后，幾乎沒有易損件的消耗，運轉(zhuǎn)成本低于網(wǎng)格圈型緊密紡。

表2 B公司(JC 7.4 tex)Tab.2 B com pany(JC 7.4 tex)

表3 C公司(JC 11.7 tex)Tab.3 C com pany(JC 11.7 tex)

4 全聚紡系統(tǒng)的優(yōu)勢

1)成紗綜合質(zhì)量大幅提高。與普通環(huán)錠紡裝置相比:在減少3 mm以上有害毛羽的同時保留了豐富的 1、2 mm短毛羽，3 mm以上有害毛羽減少70% ～90%，而1、2 mm短毛羽的保留量接近于環(huán)錠紗，改善了成紗條干均勻度，耐磨性增加20% ～50%，同時，條干錠差CVb較其他形式緊密紡更小。

2)改造和維護設(shè)備的成本低。采用直徑為50 mm的窄槽式負壓空心羅拉以提高吸風系統(tǒng)負壓集聚效果與利用效率，同時使其轉(zhuǎn)速減半，有效延長軸承和齒輪壽命、減少機械故障，大幅減少改造中的機物料消耗和系統(tǒng)運行維護成本，使企業(yè)細紗機全聚紡改造成本大幅降低。

3)系統(tǒng)運行中的能源消耗低。通過對集聚區(qū)流場分布的理論分析以及吸風系統(tǒng)配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計，提高吸風系統(tǒng)集聚負壓利用效率，通過對風道的配套設(shè)計以實現(xiàn)吸風系統(tǒng)正壓熱尾風的有效再利用，大幅降低系統(tǒng)運行中的能源消耗。

4)適應性強。通過牽伸傳動裝置在國產(chǎn)細紗機上的可移植安裝設(shè)計，可適應主流環(huán)錠細紗機改造，特別是長車帶自落型式。同時品種適應性更強，采用窄槽式結(jié)構(gòu)空心羅拉取代網(wǎng)眼空心羅拉，對車間環(huán)境適應性更好，對原棉的適應性更好，不易堵塞集聚羅拉與吸風組件。

采用直徑為50 mm的前羅拉，將車面傾角調(diào)整為30°，配合前區(qū)摩擦力界的優(yōu)化設(shè)計(包括重新設(shè)計下銷和羅拉高低、進出調(diào)節(jié)、皮圈鉗口的開口配合)實現(xiàn)大羅拉直徑時的前區(qū)浮游區(qū)長度可在11.79～14 mm之間調(diào)節(jié)，提高原料的適應性。

5 結(jié)語

研制了一種新型窄槽式負壓空心羅拉緊密紡系統(tǒng)——全聚紡。通過在3家不同紡紗企業(yè)進行紡紗實驗與網(wǎng)格圈型緊密紡成紗質(zhì)量進行全面對比指出:與網(wǎng)格圈式緊密紡相比，全聚紡成紗條干稍好，毛羽減少效果基本相同，強力稍有降低，即成紗綜合質(zhì)量相對略好。從運行情況看，由于全聚紡采用大直徑窄槽式負壓空心羅拉，并配合相應專件以及吸風系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計，使得該系統(tǒng)在紡紗過程中不易產(chǎn)生吸孔堵塞現(xiàn)象，無需定時清潔或更換網(wǎng)格圈，簡化了管理工作。盡管其改造工作較網(wǎng)格圈式復雜，一次性改造費用較高，但全聚紡取消了網(wǎng)格圈、小齒輪、皮輥盒、引導膠輥及軸承等易損件，可以節(jié)省人工、節(jié)約配件成本，有效降低系統(tǒng)整體運行維護成本，在運行過程中幾乎沒有易損件的消耗，運行維護成本低于正常的網(wǎng)格圈式緊密紡。因此，全聚紡系統(tǒng)具有一定的使用優(yōu)勢和推廣價值，能夠為緊密紡技術(shù)在我國的大面積推廣起到促進作用。

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