棉精梳機落棉隔距對鉗板機構(gòu)運動性能的影響

賈國欣,王　藩，趙麗娟

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450007；3.北京北機機電工業(yè)有限公司，北京 101109)

?

棉精梳機落棉隔距對鉗板機構(gòu)運動性能的影響

賈國欣1,2,王藩1，趙麗娟3

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450007；3.北京北機機電工業(yè)有限公司，北京 101109)

為了進一步了解精梳機的特性、更好地發(fā)揮精梳機的工作效能，利用Matlab編程等計算機技術(shù)對落棉隔距與鉗板機構(gòu)運動性能的關(guān)系進行了研究.結(jié)果表明，落棉隔距增大，鉗板的擺動動程增大，分離過程中的擺動速度增大，變牽伸值減少；落棉隔距增大，鉗板的擺動加速度最大值增大，鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時間提前，與錫林分梳開始定時的時間差加大；落棉隔距增大，鉗板閉合瞬間的沖擊力減少，對閉合角加速度的變化規(guī)律沒有影響，但角加速度的極值減少.因此，在調(diào)整落棉隔距時，應(yīng)結(jié)合實際生產(chǎn)的要求，合理設(shè)定落棉隔距.

精梳；落棉隔距；鉗板運動；影響

目前，很多棉紡廠的精梳機工藝速度達到了400鉗次/min，由于精梳機的運轉(zhuǎn)具有周期性，速度提高后，周期性運轉(zhuǎn)的各部分振動加劇，疲勞損壞加重，精梳制品的質(zhì)量下降.對于精梳機運動性能的影響因素，文獻[1-6]分別從鉗板擺軸傳動機構(gòu)中曲柄半徑長度、鉗板擺動機構(gòu)中偏心軸參數(shù)、分離傳動機構(gòu)尺寸、機構(gòu)配重等方面進行了研究，得出了一定結(jié)論，為精梳機某些運動性能的改善提供了參考.本研究從精梳落棉隔距角度對鉗板機構(gòu)的運動情況進行分析，得出其工作規(guī)律，為更好地發(fā)揮精梳機的工作效能提供了一定的幫助.

1-鉗板后擺臂；2-下鉗板；3-鉗板前擺臂；4-上鉗板結(jié)合件；5-牽吊桿；6-分離羅拉；O1-鉗板擺軸；O2-上下鉗板鉸鏈點；O3-錫林軸；O-張力軸；S-落棉隔距圖1　精梳機鉗板擺動機構(gòu)Fig.1　Nipper swing mechanism of comber

1　落棉隔距

棉紡精梳工序的主要任務(wù)之一是排除一定長度以下的短纖維，提高纖維的整齊度、成紗的條干均勻度水平和強力水平.落棉隔距越大，精梳機的落棉率越高，短纖維的排除程度越高，成紗的水平和質(zhì)量也越高.落棉隔距在改變落棉率的同時，亦會對鉗板機構(gòu)的運動性能產(chǎn)生影響.

鉗板擺動機構(gòu)的運動簡圖如圖1所示.鉗板擺軸O1通過四連桿機構(gòu)驅(qū)動鉗板前后擺動，與張力軸運動相配合驅(qū)動上鉗板開啟閉合.精梳機落棉隔距是指鉗板擺動到最前位置時，下鉗板鉗唇前緣與后分離羅拉表面間的距離(圖1中S處).

2　落棉隔距對鉗板運動性能的影響

2.1落棉隔距對鉗板擺動速度的影響

根據(jù)文獻[7]中建立的精梳機鉗板機構(gòu)運動模型，編寫相應(yīng)的Matlab程序.在精梳機錫林轉(zhuǎn)速為 350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，運行計算機程序得到不同落棉隔距時鉗板的擺動速度見表1.

表1　不同落棉隔距時鉗板的擺動速度

18分度到24分度是精梳機新舊棉叢分離接合的時間，在分離接合過程中，分離羅拉的輸出速度大于鉗板及頂梳的擺動速度，所以分離過程也是一種牽伸過程.由于分離羅拉、鉗板與頂梳的速度都在變化，所以分離牽伸倍數(shù)是變化的[8].通常把這種牽伸倍數(shù)稱為分離過程中的變牽伸值，可用下式表示：

(1)

式中：E為分離過程中的牽伸倍數(shù)；VT為分離羅拉線速度；VA為頂梳的擺動速度.

由表1可知，落棉隔距增大，18分度到24分度鉗板的擺動速度增大，分離過程中的變牽伸值減少(鉗板擺動速度與頂梳擺動速度成正比).牽伸倍數(shù)減少不利于棉叢中彎鉤纖維的伸直，造成了精梳工序纖維的伸直、平行、分離效果下降，還會造成成紗強力、條干均勻度等質(zhì)量指標惡化.

落棉隔距增大，分離接合過程中鉗板擺動的速度增大，尤其是18分度鉗板的擺動速度增大，有可能造成分離開始時鉗板的擺動速度大于分離羅拉線速度，鉗板送來的纖維頭端碰撞分離羅拉的表面，會在精梳棉網(wǎng)上出現(xiàn)橫條彎鉤，影響棉叢的接合質(zhì)量.

2.2落棉隔距對鉗板擺動加速度的影響

在精梳錫林轉(zhuǎn)速為350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，運行計算機程序得到不同落棉隔距時鉗板擺動運動的特征參數(shù)，如表2所示.

表2　不同落棉隔距時鉗板運動的特征參數(shù)

注：|ax|表示鉗板擺動水平加速度絕對值，|ay|表示鉗板擺動鉛垂加速度絕對值.

由表2可知：

(1)落棉隔距增大，鉗板的擺動動程增大，但增大幅度較小.采用12 mm的落棉隔距和采用7 mm的相比,鉗板擺動動程增大了1.182 mm，不利于精梳機的高速和穩(wěn)定，同時會消耗更多的動力能源.

(2)落棉隔距增大，鉗板擺動水平加速度最大值和鉛垂加速度最大值均增大.根據(jù)F=ma(F為慣性力，m為質(zhì)量，a為加速度)可知，鉗板擺動的慣性力增大.又根據(jù)達朗貝爾原理，在機構(gòu)各運動構(gòu)件所受諸外力的反作用力都作用于同一機座的情況下，該機座所受的振動力即機構(gòu)各運動構(gòu)件慣性力構(gòu)成的慣性力系的主矢[9].由此可知，落棉隔距增大，鉗板的振動力增大，生產(chǎn)中噪音增大，工作環(huán)境惡化；同時，振動引發(fā)的疲勞破壞縮短了零件的使用壽命.

(3)落棉隔距增大，鉗板擺動水平加速度最大值出現(xiàn)的時間不變，都為36.9分度，而鉗板擺動鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時間提前，當落棉隔距由7 mm增加到12 mm時，鉗板擺動鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時間由33.0分度提前到32.6分度.鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時間提前，與錫林分梳開始定時的時間差加大，則錫林分梳開始時鉗板的振動下降，梳理隔距的變化減少，有助于提高梳理質(zhì)量.

2.3落棉隔距對鉗板閉合運動的影響

(2)

在精梳機錫林轉(zhuǎn)速為350r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，12mm，運行計算機程序得到不同落棉隔距時的閉合前角速度，如表3所示.

表3　不同落棉隔距時的閉合前角速度

由表3可知，當落棉隔距增大時，鉗板閉合前角速度減少，閉合過程中的沖擊力減少，進而可減輕機構(gòu)工作過程的振動，增強鉗板鉗口對棉叢的握持牢度，提高梳理質(zhì)量.同時，沖擊力的減少也可以減輕機件的磨損，延長機件的使用壽命.

精梳機上鉗板的開啟閉合屬定軸轉(zhuǎn)動運動，根據(jù)力學(xué)知識可知定軸轉(zhuǎn)動物體的慣性力矩：

圖2　角加速度曲線Fig.2　Angular acceleration curve

M=-Jε，

(3)

式中：M為定軸轉(zhuǎn)動物體的慣性力矩， J為定軸轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)動慣量，ε為定軸轉(zhuǎn)動物體的角加速度，“-”表示力矩的方向與角加速度的方向相反.

在精梳機錫林轉(zhuǎn)速為350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，9 mm，11 mm，運行計算機程序得到不同落棉隔距時上鉗板開啟閉合角加速度的曲線，如圖2所示.

由圖2可知，精梳過程中上鉗板的開啟閉合角加速度時時在發(fā)生變化，導(dǎo)致鉗板的慣性力矩時時變化，易引起鉗板機構(gòu)運動不穩(wěn)、振動加劇，影響精梳機的高速運行.落棉隔距不同，但鉗板開啟閉合角加速度的變化規(guī)律相同，在26分度達到角加速度的谷值，31分度達到角加速度的峰值.從圖2還可看出，落棉隔距增大，相同分度對應(yīng)的鉗板開啟閉合角加速度絕對值減少.由式(3)可知，角加速度絕對值的減少造成鉗板的慣性力矩減少，可見落棉隔距的增大有利于設(shè)備的穩(wěn)定運行，可提高精梳的加工質(zhì)量.

3　結(jié)論

結(jié)合落棉隔距的定義，參考鉗板擺動機構(gòu)的運動學(xué)模型編寫Matlab程序，利用該程序計算精梳機在其他工藝參數(shù)不變時一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)不同落棉隔距的鉗板運動參數(shù)和曲線.利用所得數(shù)據(jù)進行分析，具體結(jié)論如下：

(1)落棉隔距的變化在改變落棉率的同時對鉗板機構(gòu)的運動性能也產(chǎn)生了影響.

(2)落棉隔距增大時，鉗板的擺動動程增大，分離過程中的擺動速度增大，鉗板的擺動加速度最大值增大，變牽伸值減少，易產(chǎn)生彎鉤纖維不易伸直、棉網(wǎng)出現(xiàn)橫條彎鉤、鉗板振動加劇的現(xiàn)象，不利于精梳制品質(zhì)量的提高.

(3)落棉隔距增大時，鉗板擺動鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時間提前，與錫林分梳開始定時的時間差加大，鉗板閉合瞬間的沖擊力減少，閉合角加速度的極值減少，會對精梳機產(chǎn)生梳理隔距變化減少、梳理質(zhì)量提高、慣性力矩減少的有利影響.

在調(diào)整精梳落棉隔距時，既要考慮隔距增大、落棉率提升、短纖維排除率提高、梳理隔距變化減少、鉗板閉合沖擊力減少等有利因素，又要考慮隔距增大帶來的變牽伸值降低、纖維頭端碰撞分離羅拉、鉗板振動加劇等不利影響，結(jié)合實際生產(chǎn)要求合理設(shè)定落棉隔距.

[1]任家智,劉玉軍.A201C，D型精梳機鉗板運動分析[J].鄭州紡織工學(xué)院學(xué)報,1999(3):48-53.

[2]賈國欣,任家智,郝鳳鳴.E7/6型精梳機偏心軸參數(shù)對工藝性能的影響[J].棉紡織技術(shù),2003(12):18-22.

[3]任家智,尹燕芬.棉精梳機分離羅拉傳動機構(gòu)分析[J].中原工學(xué)院學(xué)報,2006(4):12-16.

[4]賈國欣,任毅,李留濤.精梳機分離羅拉連桿傳動機構(gòu)的減振平衡優(yōu)化[J].棉紡織技術(shù),2015(8):17-21.

[5]劉鵬展,賈國欣,任家智.精梳機鉗板機構(gòu)的振動分析[J].紡織學(xué)報,2015(9):108-113.

[6]李留濤,賈國欣,任家智.精梳機分離羅拉傳動機構(gòu)的平衡優(yōu)化[J].紡織學(xué)報,2015(8):133-138.

[7]賈國欣,楊明霞,任家智.FA266型精梳機鉗板機構(gòu)及工藝參數(shù)運動學(xué)建模[J].紡織機械,2009(3):17-23.

[8]任家智.紡織工藝與設(shè)備(上冊)[M].北京:中國紡織出版社，2004:132-133.

[9]華大年,華志宏.連桿機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京:機械工業(yè)出版社，2008:230-231，274.

The influence of noil gauge on motion performance of nipper mechanism in cotton comber

JIA Guoxin1,2, WANG Fan1，ZHAO Lijuan3

(1.College of Textiles, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China;2.HenanClothingTextilesEngineeringResearchCenter,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China; 3.BeijingBeijiMechanicalandElectricalIndustrialCo.,Ltd.,Beijing101109,China)

In order to further understand the combing characteristics, so as to raise the work efficiency of combers, this paper studies the relations between noil gauge and motion performance of nipper mechanism by Matlab programming. Research results indicate that with the increasing of noil gauge, swing traverse of nipper increases, swing speed increases in the process of separating, variable drafting value decreases; with the increasing of noil gauge, acceleration maximum of nipper swing increases, the time that acceleration in vertical direction reaches maximum advances, time difference to start timing of cylinder carding increases; with the increasing of noil gauge, the impact of nipper closure instant decreases, the changing rule of closed angular acceleration unchanged, but the extreme value of angle acceleration decreases; when noil gauge is adjusted, we should comprehensively consider the actual production requirement, and then set the value of noil gauge reasonably.

comb; noil gauge; nipper motion; influence

2016-03-14

賈國欣(1975-)，女，河北石家莊人，副教授，主要從事紡紗設(shè)備與工藝的研究.

TS112.2

A

1674-330X(2016)03-0006-04