鋼領對紡紗張力變化影響分析

張 毅，姚超然

(浙江省常山紡織有限責任公司，浙江 常山 324200)

0 引言

環(huán)錠細紗機上，錠子轉速一般為12 kr/min～20 kr/min，鋼領、鋼絲圈選配不當時將發(fā)生鋼絲圈飛圈、燒毀或成紗毛羽增加的問題。據(jù)資料介紹，20%～40%成紗毛羽和細紗20%的紡紗斷頭是由鋼領和鋼絲圈引起的[1]。目前，鋼領使用周期用測斷頭、手感目測氣圈張力和形態(tài)以及檢測毛羽來確定，筆者通過分析鋼領與紡紗張力關系，以及在線紡紗張力檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計中探索鋼領對紡紗張力的影響，達到科學合理使用鋼領的目的。

1 測試方法

在環(huán)錠細紗機紡紗過程中，錠子高速回轉對紗線的加捻，紗線拖動鋼絲圈在鋼領跑道上運行實現(xiàn)紗線的卷繞，在此過程中，紗線必須克服鋼絲圈和鋼領間的摩擦力以及導紗鉤、鋼絲圈與紗線間的摩擦力，從而形成在氣圈頂部、氣圈底部張力和卷繞張力[2]，而且其間存在相關的聯(lián)系，只要計算出一個力便可算出其它力。

1.1 紗線張力測試原理

當紗線經(jīng)過導紗鉤時，紗線張力通過導紗鉤對導紗板施加力，傳感器檢測導紗板處的垂直力Fy及其與導紗板安裝面垂直的水平力Fx，導紗板位移傳感器檢測導紗板的位置Zx；由此計算出紡紗張力，以實時檢測鋼領、鋼絲圈運行時紡紗張力的波動，實現(xiàn)智能分析在線控制紡紗張力變化[3]。

根據(jù)紡紗張力分析得：

Fx=Tqsinγsinα+Tfcosβ

(1)

Fy=Tqcosγ-Tfsinβ

(2)

Tq=Tfeμσ

(3)

(4)

(5)

式中：

Fx——導紗鉤水平方向力/cN；

Fy——導紗鉤垂直方向力/cN；

Tq——氣圈頂部張力/cN；

α——氣圈頂角/(°)；

Tf——紗線張力/cN；

β——導紗角/(°)；

μ——紗線與導紗鉤的動摩擦因數(shù)；

σ——紗線與導紗鉤的包圍角/(°)。

1.2 測試裝置

采用特制帶傳感器的導紗板，實現(xiàn)自動采集張力變化信號并反映在顯示屏上，測試裝置主要由基座、傳感器、導紗板、導紗鉤組成，安裝在環(huán)錠細紗機導紗板升降橫桿上，工作性能與同臺其它導紗板一樣，如圖1所示。

1.3 設計流程

總體方案流程為：張力檢測→采集信號→信號轉化→計算轉化→顯示結果。

1—導紗鉤；2—導紗板；3—基座；4—傳感器。圖1 測試裝置

2 試驗部分

2.1 試驗條件和方案

a) 品種：純棉色紡14.8 tex紗；

b) 儀器：YG191XH型條干毛羽測試儀(上海國紡檢測科技有限公司制造)、YG135G型條干均勻度儀(陜西長嶺紡織機電科技公司制造)；

c) 試驗機型和參數(shù)：FA506型細紗機配紡紗張力在線測試裝置，前羅拉轉速為173 r/min，錠子轉速為13 607 r/min；

d) 方案：A，B，C和D企業(yè)制造的軸承鋼PG1-4254型平面鋼領，配T3.2-6802 f-31.5(10/0)鋼絲圈，在相同生產條件下，同錠、同粗紗上取樣測試對比。

2.2 試驗內容

不同企業(yè)制造的新、舊各4批鋼領，在同錠子上分別測試紡紗張力數(shù)據(jù)變化，找出鋼領與紡紗張力變化的關系。

3 試驗結果

隨機抽取各企業(yè)制造的1只新鋼領，分別上機運行24 h，然后在細紗機數(shù)據(jù)庫中下載24 h中測試數(shù)據(jù)，通過分析紡紗張力的均值、標準偏差、張力變化CV值、極差和紡紗張力變化軌跡，對紡出的紗線進行條干和毛羽檢測，最后分析鋼領狀態(tài)對成紗質量的影響。

3.1 新鋼領上機磨合期

各企業(yè)新鋼領磨合期紡紗張力測試和成紗質量檢測數(shù)據(jù)見表1、表2和圖2～圖5，采集時間為鋼領上機到紡紗張力穩(wěn)定時段，紡紗張力顯示數(shù)據(jù)與導紗板(鋼領板)上下運動同步。圖中縱坐標為紡紗張力數(shù)值，出現(xiàn)零值時表示斷頭，A企業(yè)斷頭1次，B企業(yè)斷頭2次，橫坐標為紡紗時間。

表1 鋼領磨合期紡紗張力測試結果

鋼領制造企業(yè)紡紗張力均值/cN標準偏差/%張力CV/%張力/cN最大最小極差走熟時間/sA40.738.6621.2762.9921.2441.75310B33.2110.6432.0588.2115.0173.20701C32.4110.2131.5262.7618.6444.12457D31.474.5614.4844.5421.6322.91324

表2 鋼領磨合期成紗質量檢測結果

鋼領制造企業(yè)細紗條干CV/%細節(jié)粗節(jié)棉結個·km-1毛羽指數(shù)HA19.00902105603.82B18.04701354753.88C18.00451955403.87D18.24801906303.89

圖2 A企業(yè)新鋼領上機紡紗張力測試

圖3 B企業(yè)新鋼領上機紡紗張力測試

圖4 C企業(yè)新鋼領上機紡紗張力測試

圖5 D企業(yè)新鋼領上機紡紗張力測試

3.2 新鋼領正常紡紗期

鋼領經(jīng)磨合期后，紡紗張力比較穩(wěn)定，表3和表4為各種鋼領上車24 h紡紗張力變化和成紗質量檢測結果對比。

表3 鋼領上車24 h后成紗質量檢測結果對比

鋼領制造企業(yè)細紗條干CV/%細節(jié)粗節(jié)棉結個·km-1毛羽指數(shù)HA18.28452056553.97B17.35551654303.91C18.06751805303.88D17.30451304754.34

表4 24 h紡紗張力測試結果

鋼領制造企業(yè)紡紗張力均值/cN標準偏差/%張力CV/%張力/cN最大最小極差斷頭/次A26.362.8710.8933.5321.9211.612B18.291.659.0022.8214.788.041C18.361.578.5623.0915.677.411D25.273.4213.5331.8516.9414.911

3.3 不同使用年限鋼領紡紗試驗

將運行1 a～3 a的B企業(yè)鋼領和運行3 a的D企業(yè)鋼領，分別安裝在測試機臺的同一錠子紡紗，并檢測成紗質量，結果見表5和表6。

4 結果分析

4.1 鋼領鋼絲圈的磨合期

新鋼領上車或更換鋼絲圈，鋼領與鋼絲圈必須經(jīng)過磨合，即經(jīng)走熟期。試驗發(fā)現(xiàn)，鋼絲圈在鋼領上運行310 s～701 s后，紡紗張力趨于穩(wěn)定；以B企業(yè)鋼領為例，鋼絲圈在新鋼領上走熟期最長為701 s，出現(xiàn)2次斷頭，其次是使用1 a的鋼領為502 s，3 a的鋼領最短為464s。這是由于新鋼領經(jīng)過長時間運轉，其跑道表面摩擦因數(shù)逐漸減小，所以磨合期也縮短。

表5 不同年限鋼領紡紗張力

鋼領使用年限/a細紗條干CV/%細節(jié)粗節(jié)棉結個·km-1毛羽指數(shù)HB企業(yè):317.89351055904.21D企業(yè):317.24251255354.23B企業(yè):117.65601405453.93

表6 不同年限鋼領紡紗質量

鋼領使用年限/a紡紗張力均值/cN標準偏差/%張力CV/%張力/cN最大最小極差走熟時間/sB企業(yè):315.082.7518.2123.0710.3912.68464D企業(yè):324.082.088.6331.2018.8812.32480B企業(yè):118.070.935.1422.8115.477.34502

4.2 對毛羽的影響

4.2.1雖然磨合期紡紗張力非常大，但對成紗毛羽影響不大；因為新鋼領涂潤滑油后毛羽值略優(yōu)于正常期。

4.2.2當鋼領進入穩(wěn)定期時，成紗的毛羽指數(shù)與紡紗張力CV值、張力極差成正比關系，如D企業(yè)鋼領的紡紗張力CV值、極差最高，毛羽指數(shù)也最高。

4.2.3同企業(yè)的鋼領在不產生斷頭的正常狀態(tài)下，紡紗張力大有利縮小加捻三角區(qū)幅度，可減少未受加捻力矩控制的頭端自由纖維量而使毛羽減少。通?？刹捎每刂茪馊π螒B(tài)來減少成紗毛羽，如B企業(yè)新鋼領、使用1 a和3 a的鋼領用同型號鋼絲圈，第3年的紡紗張力最小而毛羽指數(shù)最高。

4.3 不同鋼領紡紗張力變化軌跡

紡紗張力變化與鋼絲圈運動、卷繞管紗直徑、一落紗過程中張力變化以及錠速大小有關系[4]。在紡紗試驗過程中，發(fā)現(xiàn)不同企業(yè)制造的鋼領紡紗張力變化規(guī)律不同，在導紗板和鋼領板上升、下降過程中，紡紗張力變化軌跡有些比較陡峭，有的比較平整，且與成紗毛羽有關。

4.3.1紡紗張力軌跡

導紗板和鋼領板上升時，紡紗張力由小變大，下降時由大變小，每種鋼領變化軌跡不相同，如圖6～圖9所示。

4.3.2紡紗張力變化與成紗毛羽的關系

分析表5發(fā)現(xiàn)，用了3 a的D企業(yè)制造的鋼領紡紗條干CV值和張力極差優(yōu)于B企業(yè)，但毛羽指數(shù)高于B企業(yè)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，紡紗張力為均值以上的數(shù)量與成紗毛羽有關，均值以上數(shù)越多，毛羽數(shù)量就越多，結果見表7和表8。

圖6 A企業(yè)制造的鋼領紡紗張力變化軌跡

圖7 B企業(yè)制造的鋼領紡紗張力變化軌跡

圖8 C企業(yè)制造的鋼領紡紗張力變化軌跡

圖9 D企業(yè)制造的鋼領紡紗張力變化軌跡

表7 B企業(yè)和D企業(yè)3 a鋼領紗毛羽對比

制造企業(yè)張力均值/cN測試總數(shù)/個均值以上數(shù)量/個占總數(shù)量/%毛羽指數(shù)HB15.08145566445.644.21D24.08159883051.934.23

表8 正常紡紗張力統(tǒng)計數(shù)據(jù)與成紗毛羽關系

制造企業(yè)張力均值/cN測試總數(shù)/個均值以上數(shù)量/個占總數(shù)量/%毛羽指數(shù)HA26.3632314745.513.97B18.2927613749.643.91C18.3627611642.303.88D25.2750333566.604.34

從表7、表8試驗結果可以看出： C、D企業(yè)新鋼領走熟期內無斷頭，且D企業(yè)走熟期小于C企業(yè)； C企業(yè)質量指標優(yōu)于D企業(yè)，在運行24 h內，C企業(yè)鋼領的斷頭數(shù)、張力CV值和毛羽處于最好水平，且由表8試驗數(shù)據(jù)可知其正常紡紗時毛羽指數(shù)也最小，張力適中，為高速、高產創(chuàng)造了有利條件。通過綜合評價，最終選擇C企業(yè)(無錫求盛)鋼領批量上機。

5 結語

采用手感、目測選配鋼絲圈，以成紗毛羽、斷頭數(shù)確定鋼領使用壽命的方法，已不適應當今紡紗產品多元化、多品種、少批量的現(xiàn)狀[4]，應使用在線檢測紡紗張力變化以判斷鋼領運行質量的機制，且具有以下優(yōu)勢：

a) 在線檢測紡紗張力，可長期跟蹤鋼領運行狀況，自動檢測紡紗斷頭數(shù)量；

b) 根據(jù)紡紗張力變化，合理選用鋼絲圈以減少成紗毛羽、降低細紗斷頭數(shù)量和擋車工作強度；

c) 紡紗張力不勻率及其變化對成紗毛羽的影響，可隨時觀測并分析原因；

d) 減少試驗用工和勞動強度，順應大數(shù)據(jù)、智能化生產的新形勢。