粗紗錠翼壓紗力與壓掌的討論

袁景山

(無錫誠本紡機有限公司,江蘇 無錫　214142)

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粗紗錠翼壓紗力與壓掌的討論

袁景山

(無錫誠本紡機有限公司,江蘇 無錫214142)

為了提高粗紗卷繞密度，增大卷裝質(zhì)量，通過理論分析粗紗錠翼壓掌壓紗力的作用及“大張力，緊卷繞”的紡紗機理與可行性，比較了懸錠錠翼壓掌的結(jié)構(gòu)及其材料。指出，卷繞張力形成的壓紗力遠大于由壓掌慣性離心力形成的壓紗力；“大張力，緊卷繞”可增大粗紗卷繞密度；全機錠翼壓掌臂直徑、圓度和曲率半徑必須一致；碳纖維復合材料壓掌使用壽命長、故障率小，防插紗鋼壓掌可適應多組份纖維紡紗并降低成本。

粗紗機；錠翼；壓掌；壓紗力；卷繞張力；復合材料

0　引言

在環(huán)錠紡紗系統(tǒng)中，錠翼是粗紗機完成加捻、卷繞功能的零件。當沿用100多年的托錠錠翼革新為懸錠錠翼時，即開啟了粗紗機高速、高產(chǎn)、大卷裝、自動化程度大幅度提高的新時期。現(xiàn)代棉紡粗紗機多數(shù)采用閉式懸錠錠翼，它由假捻器、軸承、錠翼體、壓掌和錠尖等組成，其中，壓掌對粗紗工藝、粗紗質(zhì)量、粗紗機效率及使用成本影響較大。

1　壓紗力的理論分析與實踐

粗紗機錠翼壓掌由平衡桿,壓掌臂,壓掌葉及上、下銷軸,耐磨襯套等構(gòu)成，在粗紗卷繞過程中起導紗與壓紗作用，使粗紗形成具有一定卷繞密度的紡錘形卷裝。傳統(tǒng)理論常把壓掌在錠翼回轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的慣性離心力使壓掌葉對管紗產(chǎn)生的壓力稱為壓掌的壓紗力，并得出粗紗由小紗至大紗的卷繞過程中，壓掌壓紗力由大變小，符合粗紗張力變化要求的結(jié)論[1-2]。實際上，由慣性離心力產(chǎn)生的壓紗力僅為壓掌的向心要求而設，定義其為“壓紗力”是不全面的。

圖1以懸錠錠翼壓掌為脫離體，分析粗紗卷繞過程中壓掌與管紗的受力情況。

取ΣM0=0，則有：

m1r1ω2·ro1- m2r2ω2·ro2+T·rT-F′·rF=0

(1)

a)由壓掌的慣性離心力產(chǎn)生的壓紗力F1：

(2)

為使壓掌在回轉(zhuǎn)時能自動向心，必須使：

m1r1ω2·ro1>m2r2ω2·ro2

即m1r1ro1>m2r2ro2

(3)

b)卷繞張力T產(chǎn)生的壓紗力F2為：

(4)

式(1)表明：壓紗力由壓掌的慣性離心力產(chǎn)生的F1和由卷繞張力T產(chǎn)生的F2兩力疊加而成。采取試驗研究方法對壓紗力F1和F2作定性分析比較。

試驗1：按式(2)增大m1及ro1以增大F1值，觀察粗紗卷繞密度改變情況，與m1及ro1未增大時紡粗紗卷裝至φ150 mm×400 mm進行比較，試驗結(jié)果是兩者容紗長度相同，即卷繞密度未增大。

試驗2：按式(3)減小m1，使m1r1ro1小于m2r2ro2，錠翼回轉(zhuǎn)時壓掌葉不向心，卷繞張力T不變，此時卷繞能正常進行，與m1r1ro1大于m2r2ro1時卷繞同樣長度粗紗，粗紗卷裝尺寸為φ150 mm×400 mm，粗紗手感硬度相近，即卷繞密度未發(fā)生變化。

試驗3：按式(4)增大卷繞張力，壓掌上增設導紗鉤，粗紗伸長率在規(guī)定范圍內(nèi)，粗紗卷裝尺寸紡至φ150 mm×400 mm時，容紗長度增大了23%，即卷繞密度增大了23%。

試驗1和試驗2說明：由壓掌慣性離心力產(chǎn)生的壓紗力F1對卷繞密度無影響或影響很小，但F1對保證自動落紗后，開始新一輪紡紗時壓掌能自動向心，對自動生頭十分重要。試驗3則表明卷繞張力形成的壓紗力F2對卷繞密度影響是主要的，要增大卷繞密度，必須在粗紗伸長率允許的范圍內(nèi)增大卷繞張力。

2　“大張力，緊卷繞”紡紗機理與可行性

粗紗的大卷裝有兩個要素：粗紗卷裝尺寸和粗紗卷繞密度。粗紗卷裝尺寸由粗紗機機型確定，紡紗廠購入粗紗機后就無法改變，因此，增大粗紗卷繞密度是增大粗紗卷裝容量的唯一方法。如上述試驗3通過增大卷繞張力而增大壓紗力，使粗紗卷繞密度增大，相同粗紗卷裝尺寸的容紗量增大23%。

紡紗學理論認為當粗紗捻度一定時，粗紗張力大，粗紗的伸長率就大[3]。筆者認為在現(xiàn)代棉紡懸錠粗紗機的紡紗工藝中，為清楚地說明問題，必須把“粗紗張力”具體化，分別為粗紗“卷繞張力”與“紡紗張力”兩個概念：① 卷繞張力：由粗紗卷繞速度與前羅拉輸出速度之比決定，速比大，粗紗卷繞張力就大；當粗紗捻度一定時，粗紗卷繞張力大，粗紗的伸長率就大，其伸長主要發(fā)生在前羅拉粗紗輸出點的紡紗三角區(qū)，此處的粗紗無捻度、無強度，極易發(fā)生意外伸長，影響成紗條干及支不勻；② 紡紗張力一般指粗紗機前羅拉粗紗輸出點至假捻器假捻點之間粗紗的張力，一般可目測或手感，紡紗張力是粗紗卷繞張力在這段區(qū)間里粗紗的張力，源于卷繞張力又不同于紡紗張力。新型粗紗機紡紗實踐證明：增大卷繞張力，粗紗伸長率未必同步增大。其機理是：適當增大卷繞張力，張力會向上傳遞使紡紗張力增大，新型棉紡粗紗機懸錠錠翼頂端裝有高效假捻器，卷繞張力和紡紗張力增大后，增大了粗紗在假捻器上的正壓力，從而使假捻摩擦力矩增大、假捻效果提高，即假捻度增大，使前羅拉鉗口處紡紗三角區(qū)縮小，就不易發(fā)生意外伸長；此外，假捻度增大使捻縮增大，則紡紗張力進一步增大。因此，在一定范圍內(nèi)粗紗伸長率反因紡紗張力的增大而減小(紡紗三角區(qū)縮小，該區(qū)發(fā)生的意外伸長減少)；在實踐中也有相同的結(jié)果。故從紡紗機理分析到運轉(zhuǎn)實踐可知，新型粗紗機采用“大張力，緊卷繞”紡紗工藝，提高粗紗卷繞密度是可行的。

采用“大張力，緊卷繞”紡紗工藝時應注意：由于國產(chǎn)懸錠粗紗機多數(shù)采用上錠桿式懸錠錠翼，粗紗筒管上部由與錠翼為一體的上錠桿定位，粗紗筒管與錠桿間有相對運動，起始紡紗時由于粗紗筒管較輕，若卷繞張力過大，會使粗紗筒管與錠桿間摩擦力增大，小紗時易發(fā)生吊筒管問題而產(chǎn)生斷頭，這種問題在使用上口失圓的舊粗紗筒管或錠翼與粗紗筒管齒輪同軸度較差的粗紗機上，更易發(fā)生。當采用下錠桿懸錠錠翼的粗紗機時，由于粗紗筒管與錠桿間無相對運動，下龍筋上行換向后粗紗筒管也跟著下行，即使卷繞張力較大也不會發(fā)生吊筒管問題。

3　錠翼壓掌型式與選擇

3.1平衡桿

平衡桿的作用是錠翼回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性離心力使壓掌自動向心。按平衡桿長短有長壓掌和短壓掌之分；長壓掌通過上、下銷軸，將壓掌懸掛在錠翼導紗臂上。我國制造的多數(shù)懸錠錠翼，德國HOLZ，日本豐田、豐和，印度ATE等錠翼，均為此種傳統(tǒng)型式，其缺點是銷軸直徑較小(φ2.0 mm、φ2.5 mm、φ3.0 mm、φ4.0 mm)，易磨損；下銷軸離紗道近，掛花易進入粗紗形成紗疵。

長壓掌上部回轉(zhuǎn)支點處的形狀決定著壓掌大、小紗位置，目前國內(nèi)有上支點兩側(cè)小平面定位和側(cè)面定位兩種形式：兩側(cè)小平面定位，以修銼小平面調(diào)正壓掌大、小紗位置；側(cè)面定位，以修鑿錠翼體上銷軸凹坑側(cè)面或修銼壓掌上支點兩側(cè)面調(diào)正壓掌大、小紗位置。兩者比較，修銼壓掌小平面者結(jié)構(gòu)較合理，國外、多數(shù)國內(nèi)制造的懸錠錠翼壓掌均采用此法；修鑿錠翼體上銷軸凹坑側(cè)面者僅錠翼制造廠裝配方便，紡織廠更換壓掌時為保證靈活和大、小紗位置正確，有時會因無法“補肉”而致小紗過小、大紗過大。

短壓掌以閉式懸錠錠翼粗紗通道(不銹鋼管)外圓為回轉(zhuǎn)軸心，用特殊的定位塊將壓掌懸掛在導紗臂下端，國產(chǎn)CB101系列無紗疵懸錠錠翼、部分豐田FL16型粗紗機用此型式。其特點是壓掌安裝縫隙處離紗道較遠，即使掛花也不會進入粗紗形成紗疵；壓掌安裝維修便捷，其高低和大、小紗位置準確，無需修銼；壓掌支點回轉(zhuǎn)軸徑較大、不易磨損，無傳統(tǒng)長壓掌銷軸磨損后壓掌飛出的危險，安全性好。

3.2壓掌臂

壓掌臂的作用是將錠翼粗紗通道出口處的粗紗引向壓掌葉。壓掌臂分為有導紗孔(鉤)和無導紗孔(鉤)：前者當粗紗離開粗紗通道后在壓掌臂上的導紗孔(鉤)處形成折彎，經(jīng)圓弧形導紗臂通過壓掌葉導紗孔繞上粗紗筒管，粗紗在圓孤形導紗臂上的繞圈數(shù)可以調(diào)節(jié)紗路上粗紗的張力分布，卷繞張力設定之后，繞紗圈數(shù)增加、紡紗張力減?。环粗?，則增大。粗紗在導紗孔(鉤)處的折彎角一般應大于90°，并在一落紗過程中變化應小，以減少紡紗張力波動。目前，國內(nèi)粗紗錠翼的壓掌臂多數(shù)為此種型式，其導紗孔為圓形。

無導紗孔(鉤)型式壓掌臂：粗紗離開導紗臂粗紗通道后直接繞上壓掌臂，其折彎角一般大于90°，國產(chǎn)CB101系列無紗疵懸錠錠翼、豐田FL100型、歐洲懸錠錠翼使用的鋼壓掌，均為此種型式。其特點是制造工藝簡單，粗紗不易在導紗孔(鉤)處打圈，缺點是由卷繞張力形成的壓紗力較有導紗孔(鉤)者為小；在毛紡有捻粗紗機上使用，會使粗紗通道出口處磨出溝槽。

壓掌臂直徑大小除需滿足壓掌剛性要求，還與粗紗張力分布有關(guān)。傳統(tǒng)紡紗學在探討粗紗卷繞過程時，常用歐拉公式Tc=Ta·eμ(θ1+θ2)[4-5]來描述紗路中前后二段紗線張力間的關(guān)系。筆者認為這種描述是有缺陷的：① 歐拉公式中前、后二段紗的張力關(guān)系應在紗條無伸長的條件下才成立，而粗紗在較小的張力下便會伸長；② 歐拉公式中前、后段粗紗張力，僅與摩擦因數(shù)μ及折彎角θ大小有關(guān)，而與壓掌臂直徑無關(guān)。實踐可知：若一臺粗紗機各錠位壓掌臂直徑或圓度不同，盡管粗紗在壓掌臂上的繞圈數(shù)相同，在相同卷繞張力下紡紗張力亦不相同，壓掌臂直徑大者紡紗張力小，整機張力很難調(diào)控?，F(xiàn)代微觀摩擦理論認為：摩擦過程是非線性的且遠離平衡態(tài)的熱力學過程。在本質(zhì)上，摩擦是在外力作用下，發(fā)生相對運動的物體受到其接觸物質(zhì)或介質(zhì)的阻力作用，在其界面上產(chǎn)生的一種能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象[6]。因此，將歐拉公式應用在粗紗卷繞過程中描述粗紗張力的分布關(guān)系，從理論和實踐兩方面看均不可??；顯然，整臺粗紗機錠翼壓掌臂的直徑及圓度應盡可能相同，以保證同臺車不同錠位紡紗張力的一致。

壓掌臂的曲率，應保證紡紗過程中從小紗到大紗以壓掌臂不與紗管上的粗紗相干涉為原則，無導紗孔(鉤)型式的壓掌，若壓掌臂曲率過大則大紗往往會使紡紗張力過大而產(chǎn)生斷頭[7-8]。

3.3壓掌葉

壓掌葉實際上是一個導紗器。壓掌葉上有粗紗導入槽、導紗孔、三角形導紗槽，鋁質(zhì)壓掌葉上還鑲有鋼質(zhì)耐磨塊。壓掌葉上的導入槽、導紗孔、三角形導紗槽形狀全機錠翼應當基本一致，三者對粗紗毛羽有相當大的影響，紗路在壓掌葉上折曲大者，毛羽增加，導入槽、導紗孔兩端應有圓角，三角形導紗槽應較深，壓紗點應在三角形導紗槽前端約1/3處，則粗紗毛羽正常，卷繞層次也較清晰。

壓掌葉通常為長方形，與紗管接觸面為雙向弧面，壓掌葉與錠桿必須平行，否則易出現(xiàn)粗紗一層光一層毛的弊病。

4　錠翼壓掌材料選擇

錠翼壓掌通常采用鋁、鋼或碳纖維復合材料制造。

4.1鋁壓掌

鋁合金鑄件易獲得較為復雜的形狀，鑄件形狀一致可使同臺粗紗機紡紗張力比較一致，是其優(yōu)點；但鑄造鋁壓掌強度低，在較小的外力作用下就會斷裂；鋁合金不耐磨而易起槽，當紡非棉纖維時壽命很短，增加了錠翼的使用成本。然而當發(fā)生冒紗、插紗等故障時，鋁質(zhì)壓掌易斷裂的特性又保護了錠翼導紗臂。目前，國產(chǎn)多數(shù)懸錠錠翼采用鋁質(zhì)壓掌。

4.2鋼壓掌

有整體鋼壓掌(如HOLZ、ATE錠翼)、鋼鋁壓掌(壓掌葉為鋼質(zhì)，平衡桿為鋁質(zhì))。鋼壓掌耐磨，變形后可修復為其優(yōu)點，國外粗紗機大多使用鋼壓掌。

錠翼粗紗機均采用管導卷繞型式，若鋼壓掌受撞擊變形后未及時修復，則極易發(fā)生冒紗及插紗，發(fā)現(xiàn)不及時會造成錠翼導紗臂被拉彎、拉斷事故。在我國紡紗廠，由于新工人多、流動性大、上崗培訓不夠，為防止發(fā)生事故，鋼壓掌使用不多；但紡紗纖維多組份化后，傳統(tǒng)鋁壓掌不耐磨，使用鋼壓掌有增多的趨勢。針對現(xiàn)有鋼壓掌壓掌葉過薄(圖2a))易發(fā)生插紗的缺點，無錫誠本紡機改進發(fā)明了一種新穎防插紗鋼壓掌(圖2b))，已在紡紗廠運轉(zhuǎn)中收到實效，可以推廣使用(與同型號鋁壓掌可互換)。

4.3碳纖維復合材料壓掌

基體材料為聚酰胺(尼龍)、內(nèi)含碳纖維及玻璃纖維的碳纖復合材料壓掌，具有足夠的強度和剛性，整體耐磨性好，且有一定抗靜電性能；其密度約為鋁合金的一半，在滿足高速回轉(zhuǎn)錠翼臂張開量的條件下，錠翼臂的橫截面尺寸可適當減小，以減輕錠翼質(zhì)量而有利于節(jié)電；碳纖維復合材料壓掌通過注塑的方法獲得，其外形、尺寸一致性好，通過修光、浮動研磨、噴砂等工藝而獲得表面粗糙度一致的壓掌；調(diào)換新壓掌時，其高低及大、小紗位置均不需修銼；在外力作用下，小撞擊僅會發(fā)生彈性變形，大撞擊則與鋁壓掌一樣能斷裂，起到保護錠翼導紗臂的作用；故碳纖壓掌有鋼壓掌、鋁壓掌的優(yōu)點而無其缺點，是比較理想的壓掌材料。

5　結(jié)語

5.1粗紗錠翼壓掌的壓紗力由卷繞張力、慣性離心力形成的力疊加而成，其中卷繞張力形成的壓紗力遠大于由壓掌慣性離心力形成的壓紗力。

5.2“大張力，緊卷繞”以增加粗紗卷繞密度，是粗紗機定型后紡紗廠增大卷裝的重要途徑。

5.3全機錠翼壓掌臂直徑、圓度和曲率半徑必須一致，才能保持全機紡紗張力一致。

5.4壓掌材料應滿足紡紗工藝的要求，且使用壽命長、故障率小，以碳纖維復合材料壓掌較好；防插紗鋼壓掌可適應多組份纖維紡紗,并降低錠翼使用成本。

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Discussion on the Yarn Pressing Force of the Roving Flyer and the Presser

YUAN Jingshan

(Wuxi Chengben Textile Machinery Co.,Ltd.,Wuxi 214142,China)

In order to increase the package intensity for better package quality,through the theoretical and experimental analysis of the yarn pressing force of the roving flyer and the spinning mechanism and the feasibility of “big tension,tight winding”,and the structure and the material of the suspending flyer presser.It is concluded that yarn pressing force resulting from the winding tension is much bigger than that from the inertial centrifugal force of the presser.The process“big tension,tight winding”can increase the roving winding intensity.It is necessary to keep conformity of the diameter,the roundness and the curvature radius of the flyer presser on all the equipments.The presser of carbon composite material is of long service life and less trouble.The presser against yarn intermingling is applicable for multi-fiber spinning with low cost.

roving frame;flyer;presser;yarn pressing force；winding tension;composite material

2015-05-13

袁景山(1938—)，男，江蘇無錫人，高級工程師，主要從事棉紡粗紗工藝和粗紗錠翼方面的研究。

TS103.81+3

B

1001-9634(2016)01-0027-04

網(wǎng)絡出版時間：2015-10-20 11∶14

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1114.024.html