尖底大承載鋁套管錠子的設(shè)計

王 亮(山西經(jīng)緯紡織機械專件有限公司，山西 晉中 030601)

尖底大承載鋁套管錠子的設(shè)計

王 亮
(山西經(jīng)緯紡織機械專件有限公司，山西 晉中 030601)

為了滿足紡紗企業(yè)對錠子能耗及承載能力的高要求，介紹尖底大承載鋁套管錠子的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵零件彈性管、錠底、吸振圈簧的設(shè)計，闡述鋁桿盤結(jié)合件和錠座結(jié)合件的主要組成及安裝要領(lǐng)，分析并測試彈簧管材質(zhì)、螺距和壁厚等對其剛度、彈性的影響，從而對彈性管進行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明：優(yōu)化后彈性管的承載能力較優(yōu)化前大幅提高；在高速滿紗時，優(yōu)化后錠子振程較優(yōu)化前小，成套錠子整體性能較優(yōu)化前更加穩(wěn)定。

錠子；大承載；彈性管；錠底；吸振圈簧；成套性能；剛度；能耗

0 引言

錠子是細紗機加捻和卷繞的重要專件之一，主要由錠桿、錠盤、錠膽、錠鉤和錠腳組成。錠子的質(zhì)量與紗線的質(zhì)量、細紗機的功耗、環(huán)境噪聲、勞動生產(chǎn)率等密切相關(guān)。隨著紡織工業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的紡紗企業(yè)對錠子的能耗及承載提出更高的要求，因此，新一代尖底大承載錠子是符合市場需求導向的產(chǎn)物。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 鋁桿盤結(jié)合件

鋁桿盤結(jié)合件主要由錠桿、鋁套管、錠盤、割紗器結(jié)合件、支持器及支持器彈簧組成。壓配時，先將錠桿與鋁套管壓配組合，再將錠盤割紗器結(jié)合件壓套在鋁套管外圓上，提高錠桿盤結(jié)合件的剛性及鋁套管與筒管整體的抗彎強度，并減小運轉(zhuǎn)過程中的動不平衡量，以滿足錠子高速運轉(zhuǎn)時低振動的要求。分別安裝3個支持器和彈簧支撐紗管，使錠子在運轉(zhuǎn)過程中無丟速、打滑問題，既有利于拔取紗管，又不會出現(xiàn)跳管現(xiàn)象，且回轉(zhuǎn)精度高。錠桿底部為60°的錐形，錠尖有一個很小的球面，可在錠桿承受軸向載荷時減少磨損。錠盤輪有較大的弧度，以保證錠子運轉(zhuǎn)時錠帶居中，不出現(xiàn)跑偏、上竄問題。

1.2 錠座結(jié)合件

錠座結(jié)合件的中、下支承為傳統(tǒng)錠底的錐形凹窩結(jié)構(gòu)，采用銑有螺旋槽的鋼制彈性管將上、下支承連接成整體，再將其組裝于錠腳內(nèi)，以便將潤滑油引導至上軸承，同時增強下支承的剛性。其中，下支承采用能自調(diào)中心的錠底、壓簧，在集體落紗時能防止彈性管發(fā)生拉伸而變形。彈性管下部套有自調(diào)中心的特長形吸振圈簧，并利用多層油膜的粘性阻尼來吸收錠子的振動能量，使錠子平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。JWF1516型、F1520型等細紗長車均可配用此類型錠子，能滿足集體自動落紗的要求，有利于提高細紗機的自動化程度。

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計

2.1 彈性管

彈性管是連接錠子上、下支承的唯一零件，它具有支撐、吸振及縱向緩沖的作用，其加工精度決定錠膽結(jié)合件的加工精度。為了增強錠子的承載能力，需提高彈性管的抗彎剛度。彈性管的剛度取決于其材質(zhì)及結(jié)構(gòu)參數(shù)，如彈性模量、螺距、槽距、槽寬、壁厚和長度。目前，經(jīng)緯紡織機械專件有限公司與其他幾家專件廠均通過計算彈性管的等效剛度系數(shù)來表征彈性管剛度。由于錠子彈性管底部的變形，嚴重影響錠底的受力和摩擦磨損，因此，其研究顯得十分重要。設(shè)彈性管底部受力為p，在該力作用下的位移為y，其等效剛度系數(shù)Kep=p/y。彈性管裝夾方式如圖1所示。

圖1 彈性管裝夾方式

2.1.1 彈性管材質(zhì)的優(yōu)選

從相關(guān)資料得知：彈性管的碳質(zhì)量分數(shù)(牌號)越高，其剛度系數(shù)Kep越大[1]。將彈性管材質(zhì)由20無縫鋼管更換為20精拔管，其碳質(zhì)量分數(shù)相等，因此，材質(zhì)優(yōu)化后剛度系數(shù)并無變化；但是，精拔管使毛坯來料的尺寸精度、跳動及表面粗糙度均獲得很大的改善，從而保證彈性管校直工序的合格率，提高彈性管的加工精度。

通過對材質(zhì)的優(yōu)選，彈性管內(nèi)孔的表面粗糙度明顯提高，從而減少了錠子運轉(zhuǎn)過程中油與彈性管內(nèi)孔摩擦的能耗，降低成套錠子功耗。

2.1.2 彈性管螺距及壁厚的優(yōu)化

從相關(guān)資料得知：隨著螺旋槽螺距和壁厚的增加，彈性管剛度系數(shù)逐漸升高。因此，為了提高彈性管剛性，將原尖底錠子彈性管的小螺距改為大螺距，同時增大彈性管壁厚。為確定彈性管的壁厚及螺距大小，一方面對進口SKF公司的HF21型和HF1型的尖底彈性管的螺距、壁厚進行測量，并對其彈性進行測試[2]；另一方面為減少國內(nèi)外原材料差異對其彈性的影響，進行多次重復試驗以最終確定合適的螺距。

通過對彈性管材質(zhì)、螺距和壁厚的調(diào)整，對優(yōu)化前后彈性管及進口彈性管的彈性等效剛度系數(shù)進行對比。檢測方法為：將彈性管水平夾持，夾持部位為與軸承座配合的部位，懸臂長110mm，螺旋槽起始位置朝上，掛點101mm，測點100mm，在10N力作用下，變形位移y的數(shù)值如表1所示。

表1 優(yōu)化前后彈性管變形位移y的數(shù)值對比

單位：0.01 mm

通過表1數(shù)據(jù)計算可知：進口彈性管剛度系數(shù)為 13.495 N/mm；優(yōu)化前彈性管剛度系數(shù)為 4.340 N/mm；優(yōu)化后彈性管剛度系數(shù)為 13.813 N/mm。因此，優(yōu)化后的彈性管剛度系數(shù)較優(yōu)化前有很大提高，與進口的SKF公司的彈性管剛度系數(shù)相當。

2.2 錠底

錠底主要起支撐錠桿的作用，并輔助錠桿盤使其順利高速旋轉(zhuǎn)。錠底孔的加工精度、硬度及排油系統(tǒng)對錠子的壽命起決定性的作用。

優(yōu)化前，直徑2 mm油孔中心到錠底中心距離為2 mm，該錠孔使錠腔內(nèi)污物在重力的作用下從油孔排出。但是，在加工過程中發(fā)現(xiàn)，鉸孔和沖孔時，在沿錐孔面向下的作用力下，油孔口毛刺翻入油孔而堵塞油口，導致油路不暢、污物無法排除，造成錠子錠尖磨損，嚴重影響錠子使用壽命。

為了解決錠底油孔油路不暢的問題，采用側(cè)面打孔方式，在運轉(zhuǎn)過程中，污物可在離心力的作用下從側(cè)面油孔甩出。鉸孔和沖孔時，在沿錐孔面向下的作用力下，消除毛刺，從而保證油路暢通。優(yōu)化前、后油孔位置如圖2所示。

a) 優(yōu)化前

b) 優(yōu)化后

圖2 油孔位置

2.3 吸振圈簧

為了降低系統(tǒng)的振動，使圈簧達到理想的減震效果，在設(shè)計時必須合理選擇參數(shù)。經(jīng)過對比測試及計算，確定吸振圈簧材質(zhì)為65Mn鋼帶，其厚度為0.2 mm，卷繞成6.75圈～6.94圈，使其外圓與錠腳內(nèi)壁接觸、內(nèi)壁與彈性管外壁接觸，由于圈簧內(nèi)阻尼油的存在，其振動受到大幅抑制，從而使錠子平穩(wěn)運轉(zhuǎn)[3]。

3 加工設(shè)備更新

錠子精度要求比較高時，對于關(guān)鍵零件，如錠底、軸承座、錠桿、彈性管等精度要求必然高，但由于加工工序分散、工序間流轉(zhuǎn)多，其質(zhì)量難以保證、生產(chǎn)效率低。為了提高零件精度，建立錠底小型數(shù)控加工中心，引進瑞士軸承座加工設(shè)備、錠底研磨專機、軸承座縱切車床等，減少二次裝夾及設(shè)備精度差對精度的影響，從而提高零件質(zhì)量。

4 成套錠子性能

通過測試可知，成套錠子各項指標滿足FZ/T 92023—2008標準要求[4]。具體測試方法：分別抽取優(yōu)化前、后錠子各50套，轉(zhuǎn)速均為4 kr/min～20 kr/min，其滿紗振幅統(tǒng)計如表2所示。

表2 不同轉(zhuǎn)速下優(yōu)化前、后錠子的滿紗振幅

振程/mm轉(zhuǎn)速/(kr·min?1)4681012141620優(yōu)化前最大值最小值平均值33．82．618．436．92．620．442．72．121．541．32．521．952．73．224．851．68．826．758．210．929．264．29．837．2優(yōu)化后最大值最小值平均值27．94．915．529．43．517．030．63．017．431．83．218．233．54．018．837．35．820．238．67．120．845．98．225．3

從表2可以看出：在高速滿紗時，優(yōu)化后錠子振幅較優(yōu)化前小，說明在高速滿紗狀態(tài)下，優(yōu)化后的錠子運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

5 結(jié)語

由測試數(shù)據(jù)可知，彈性管的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其剛度影響較大，通過優(yōu)化彈性管螺距及壁厚，錠子的承載能力獲得大幅提升。同時，零件設(shè)計的優(yōu)化及加工設(shè)備精度的提高，使得成套錠子性能整體較優(yōu)化前更加穩(wěn)定。目前，經(jīng)緯紡織機械專件有限公司研發(fā)的新一代大承載JW7211系列鋁套管錠子，已經(jīng)在經(jīng)緯公司細紗機長車上配套使用。

[1] 吳文英，相興利，蔡旭初.錠子彈性管的剛度計算及其動態(tài)性能的影響[J].上海：東華大學學報(自然科學版)，2002，28(6)：80-83.

[2] 王志勇，張恒才.錠子彈性管螺旋槽彈性的探討[J].紡織器材，2004，31(6)：5-6，43.

[3] 王正奎，吳文英.紡紗錠子減振系統(tǒng)的動力學分析[J].西安：紡織高校基礎(chǔ)科學學報，1997，10(3)：268-273.

[4] FZ/T 92023—2008，棉紡環(huán)錠細紗錠子[S].

Design of the Sharp-bottom Heavy Loaded Alu-bushed Spindle

WANG Liang
(Shanxi Jingwei Textile Machinery Spinning Components Co.,Ltd.,Jinzhong 030601,China)

To meet the demand of high energy consumption and load capacity of spinning spindles,introduction is made to the sharp-bottom heavy loaded alu-bushed spindle regarding the spindle structure and design of the key parts including the elastic tube,spindle base,and vibration absorbing ring spring.Description is done to the integral of aluminum rod and plate,and integral of spindle seat with the main installation cautions.Analysis and test are done of spring tube material,effect of pitch and thickness on rigidity and elasticity,so as to optimize the design of the elastic tube.The results show that the optimized elastic tube is greatly improved,and in the high speed with full bobbin yarn,the optimized spindle vibration range is markedly reduced than that before.The overall performance is more stable as compared with that before the optimization.

spindle;heavy load;elastic tube;spindle bottom;vibration coil spring;complete performance;rigidity;energy consumption

2016-08-08

王 亮(1984—)，女，西安人，助理工程師，主要從事棉紡專件設(shè)計。

TS103.81+1

B

1001-9634(2017)02-0024-03