略論高速錠子節(jié)能方式

付 強(qiáng)，王 亮

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司 錠子廠，山西 晉中 030601)

1 影響錠子功耗的主要因素

細(xì)紗機(jī)能耗占整個(gè)紡織企業(yè)能耗的60%～70%，細(xì)紗錠子作為細(xì)紗機(jī)主要的加捻卷繞專件，所耗能量約占整臺(tái)細(xì)紗機(jī)能耗的60%。因此，高速錠子的功耗越來越受到紡織企業(yè)的關(guān)注，影響其功耗的主要因素如下。

1.1 潤(rùn)滑油的選用

在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，錠子需要克服自身內(nèi)腔潤(rùn)滑油的阻力，從而消耗能量，因此潤(rùn)滑油的選擇至關(guān)重要[1]。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，只有長(zhǎng)期保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，才能有效降低錠子的摩擦，減少錠子的振動(dòng)和磨損。

在錠子質(zhì)量滿足潤(rùn)滑要求的前提下，首先，需選用粘度適宜的潤(rùn)滑油。當(dāng)潤(rùn)滑油粘度較大時(shí)，錠子本身的潤(rùn)滑和密封性能好，但油膜阻力大、功耗大，散熱性差，導(dǎo)致油溫升高，使錠腳外表面溫度較高。其次，潤(rùn)滑油必須具有良好的抗泡性。由于錠子潤(rùn)滑油始終處于高速攪動(dòng)狀態(tài)，易與空氣生成泡沫，使?jié)櫥湍げ煌暾?，影響錠子潤(rùn)滑效果，因此錠子潤(rùn)滑油應(yīng)具有產(chǎn)生泡沫少、易消失的優(yōu)點(diǎn)。再次，潤(rùn)滑油必須具有氧化安定性及耐腐蝕性。油品氧化后會(huì)生成酸性物質(zhì)，腐蝕金屬；當(dāng)其深度氧化時(shí)，會(huì)生成油泥、漆膜等，導(dǎo)致潤(rùn)滑油粘度增大，阻塞油路，使錠子運(yùn)轉(zhuǎn)能耗增加，錠子磨損加速；錠子潤(rùn)滑油耐腐蝕性好，可以對(duì)錠子零件起保護(hù)作用。

綜上所述，錠子潤(rùn)滑油必須具有適宜的運(yùn)動(dòng)粘度、良好的潤(rùn)滑性、氧化安定性、抗泡性和抗腐防銹性。根據(jù)錠子對(duì)潤(rùn)滑油的性能要求及實(shí)際使用驗(yàn)證，一般建議棉紡廠錠子潤(rùn)滑油選用L-FD10型軸承油。但是，隨著錠子向高速、高效、平穩(wěn)、節(jié)能方向的不斷發(fā)展，使用企業(yè)對(duì)潤(rùn)滑油提出更高要求，如：① 有較強(qiáng)的粘附性，不會(huì)因離心力而甩落；② 粘溫性能良好，在溫度變化的情況下保持較穩(wěn)定的粘度；③ 顏色極淺，不易污染纖維等。

1.2 空氣阻力

空氣阻力的大小主要與物體運(yùn)動(dòng)的速度和物體形狀有關(guān)。物體運(yùn)動(dòng)速度越快，所受的空氣阻力越大；運(yùn)轉(zhuǎn)中與空氣接觸的面積越大，受到的空氣阻力越大。因此，錠子克服空氣阻力所消耗的功率隨錠子的轉(zhuǎn)速及紗線卷裝直徑的增加而增大[1]。

而卷裝的大小與鋼領(lǐng)直徑的大小密切相關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)紡織企業(yè)所用紡紗鋼領(lǐng)直徑多為40 mm～42 mm，少數(shù)細(xì)號(hào)紗用38 mm；而國(guó)外紡27.7 tex紗時(shí)所用鋼領(lǐng)直徑為38 mm，甚至是35 mm。隨著中國(guó)紡織業(yè)向高速、節(jié)能方向的發(fā)展，小鋼領(lǐng)、小卷裝將成為市場(chǎng)發(fā)展的新方向。

1.3 錠帶拖動(dòng)阻力

細(xì)紗錠子運(yùn)轉(zhuǎn)是通過主軸帶動(dòng)滾盤，滾盤帶動(dòng)錠帶，錠帶帶動(dòng)4套錠子運(yùn)轉(zhuǎn)。錠帶的表面粗糙度會(huì)直接影響驅(qū)動(dòng)錠子的轉(zhuǎn)速。因此，錠帶應(yīng)具有接頭處表面光滑、不易斷裂，運(yùn)轉(zhuǎn)中阻力低，安裝時(shí)無(wú)方向性，適合S捻和Z捻運(yùn)轉(zhuǎn)且穩(wěn)定性好、不易跑偏、傳動(dòng)效果好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率、減少能量消耗。

1.4 錠子自身因素

因錠子轉(zhuǎn)速通常為15 kr/min～20 kr/min，屬于超高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)體[2]，其內(nèi)部功耗因素主要是軸承摩擦損耗和阻尼能量損耗。因此，可以通過以下方式達(dá)到降低能耗的效果。

a) 采用較小的紡錠軸承，減少軸承與錠桿的摩擦面積；

b) 改善下錠尖的摩擦方式；

c) 減小錠子內(nèi)部各零件間的機(jī)械摩擦能耗；

d) 減少錠桿與潤(rùn)滑油間液體摩擦能耗。

因此，改進(jìn)錠子結(jié)構(gòu)、提高零件加工精度、選用優(yōu)質(zhì)材料，可以有效地減少錠子能耗。

2 優(yōu)化錠子結(jié)構(gòu)

2.1 采用小紡錠軸承，縮小錠盤帶輪直徑

采用較小外環(huán)直徑的紡錠軸承，軸承孔徑由φ7.8 mm縮小至φ6.8 mm，甚至為φ5.8 mm，錠盤帶輪直徑也隨之由φ20.5 mm縮小至φ19.0 mm，甚至為φ17.0 mm。在保證錠速和紗線品種不變的情況下，滾盤軸系轉(zhuǎn)速大幅降低，細(xì)紗機(jī)振動(dòng)及噪聲下降，錠子運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦消耗的電能及滾盤系統(tǒng)與空氣阻力所消耗的電能減少[3]。

2.2 改進(jìn)下支承結(jié)構(gòu)

采用較小外環(huán)直徑的紡錠軸承后，錠桿直徑也相對(duì)減小[3]。為了保證錠桿剛性不降低，將錠子上、下支承距離由120 mm縮小至80 mm，同時(shí)有效地減少了錠桿與潤(rùn)滑油之間液體的摩擦面積，以減少摩擦耗能。

下部支承結(jié)構(gòu)及動(dòng)力消耗系統(tǒng)采取錠桿由尖錐式結(jié)構(gòu)改為大球式結(jié)構(gòu)，分離式錠底，將軸向和徑向支承分開，錠尖由半徑為 0.75 mm的小球面改為半徑為30 mm的大球面，大幅增強(qiáng)了錠子的軸向承載能力；錠桿軸承檔直徑由4.5 mm縮小至3.0 mm，可降低能耗，進(jìn)一步提升性能。

2.3 運(yùn)用雙吸振結(jié)構(gòu)

雙吸振結(jié)構(gòu)就是在普通單阻尼高速錠子的基礎(chǔ)上，將高速錠子錠膽以懸臂的形式支承于錠腳中，內(nèi)外錠腳的空間充滿阻尼材料，以緩沖振動(dòng)、減少錠子內(nèi)部阻尼摩擦能耗[4]。普通高速錠子結(jié)構(gòu)如圖1所示，雙吸振錠子結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 普通高速錠子結(jié)構(gòu)

2.4 增加夾紗裝置

運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，廢絲盤有無(wú)尾紗纏繞對(duì)錠子能耗也有一定影響[2]。不帶夾紗裝置的普通錠子，為了保證留頭、滿足集體落紗的要求，需要在錠盤廢絲盤處至少纏繞3～5圈廢絲，經(jīng)過多次落紗后，廢絲盤積累大量廢絲，使錠子在運(yùn)轉(zhuǎn)中受到的空氣阻力增大、能耗增加。

圖2 雙吸振錠子結(jié)構(gòu)

而高速節(jié)能錠子在離心力或機(jī)械力的作用下，夾紗裝置解決了尾紗堆積問題，實(shí)現(xiàn)了夾紗裝置的打開及閉合動(dòng)作及功能，其夾紗區(qū)域設(shè)計(jì)成鋸齒狀，可實(shí)現(xiàn)安全夾紗和切紗。由于紗線夾住的長(zhǎng)度是夾紗部件周長(zhǎng)的3/4，所以僅需非常短的紗線段，就可顯著減少回絲消耗，提高制成率。另外，運(yùn)轉(zhuǎn)中不存在廢紗及克服空氣阻力的問題，耗電量明顯降低。

福建某棉紡廠采用D6811ES-19 型錠子，在兩種錠速下檢測(cè)噸紗能耗，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 噸紗能耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

錠子轉(zhuǎn)速/(kr·min-1)1718噸紗能耗(大量尾紗累積)/(kW·h)21502189噸紗能耗(無(wú)尾紗纏繞)/(kW·h)20602100節(jié)能率/%4.1864.066

由表1可知，錠子無(wú)尾紗纏繞時(shí)，耗電量低。

3 高精度加工制造

3.1 提高錠膽核心零件(軸承座、錠底)的加工精度

軸承座在錠子中主要起固定軸承和連接彈性管與錠腳的作用，其加工精度對(duì)錠座結(jié)合件的同軸度影響很大。若零件跳動(dòng)嚴(yán)重超差，不僅會(huì)使零件間的機(jī)械摩擦能耗增加，也會(huì)加大成套錠子的振動(dòng)。

高速錠子的下支承結(jié)構(gòu)中，錠桿與錠底不直接接觸，在保證一定間隙的情況下，錠桿與錠底直接形成油膜，達(dá)到吸振目的。因此，錠底的加工精度會(huì)直接影響錠子的振動(dòng)，從而影響能耗。

目前，我公司已引進(jìn)5臺(tái)進(jìn)口縱切加工設(shè)備和5臺(tái)錠底加工專機(jī)數(shù)控設(shè)備，主要用于加工關(guān)鍵零件軸承座及錠底，保證零件的加工精度及零件尺寸的一致性，提高零件間的組裝精度，降低因加工精度差異對(duì)錠子能耗產(chǎn)生的影響。

3.2 應(yīng)用旋轉(zhuǎn)部件孔加工技術(shù)提高同軸度要求

桿盤結(jié)合件是錠子的主要旋轉(zhuǎn)部件，其組裝的同軸度直接影響錠子振動(dòng)。振動(dòng)越大耗能越高。因此，鋁套管孔的加工質(zhì)量控制就成為關(guān)鍵所在。

目前，我公司已引進(jìn)1臺(tái)直孔加工設(shè)備，可滿足深孔加工精度及尺寸要求，解決深孔排屑問題，以提高桿盤結(jié)合件組裝的同軸度。

4 選用優(yōu)質(zhì)材料

4.1 彈性部件材料的選用

彈性管是錠子的主要彈性件，是連接上、下支承的唯一部件，具有消減錠子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和緩沖錠子在紡紗過程中縱向載荷的作用。常規(guī)材料選用20鋼，但是國(guó)產(chǎn)20鋼中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同造成同一材料性能不一致，且采取的處理方式也不盡相同。因此，選用20MoV材料才能從源頭解決問題。

由于彈性管零件為通孔，在選用20鋼時(shí)，孔表面的加工粗糙度不理想，摩擦因數(shù)大，使彈性管內(nèi)壁與潤(rùn)滑油的摩擦力增大，錠子能耗增加。而選用20MoV后，該問題解決。

4.2 支承部件材料的選用

錠底在錠子中又稱滑動(dòng)軸承，主要起支承和承載的作用。錠底材料應(yīng)具有承受一定載荷、耐油、耐腐蝕的特性以及在滑動(dòng)速度下承受摩擦的能力。對(duì)標(biāo)進(jìn)口材料，國(guó)內(nèi)棉紡錠子制造廠家選用的錠底材料一般為錫青銅。

5 結(jié)語(yǔ)

通過改進(jìn)錠子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高加工精度、選用優(yōu)質(zhì)材料等多種方式，可以達(dá)到降低高速錠子能耗的目的。但是，高速錠子是否節(jié)能不僅取決于錠子本身，還與錠子配套使用的紡織器材及輔料息息相關(guān)，特別是紗管、錠帶、滾盤、主軸和張力輪等配套件及其潤(rùn)滑油選用等。我公司通過多年研究，積極適應(yīng)市場(chǎng)，相繼開發(fā)出高速、節(jié)能、重載、免維護(hù)錠子，現(xiàn)已全部上市，能滿足用戶的各種需求。