06Cr19Ni10鋼帶凸盤式紗管輸送機構(gòu)在棉紡環(huán)錠細紗機集體落紗的應(yīng)用

李永江,陳連光,韋金平

(1.巢湖雅戈爾色紡科技有限公司,安徽 巢湖 238000;2.經(jīng)緯智能紡織機械有限公司,山西 晉中 030601)

0 引言

棉紡環(huán)錠細紗機集體落紗系統(tǒng)的紗管輸送機構(gòu)目前有氣缸凸盤式和鋼帶凸盤式2種,且以氣缸凸盤式技術(shù)比較成熟,在長車領(lǐng)域多有應(yīng)用;但其氣缸活塞有空回程動作,使紗管間歇性傳輸;落紗過程中需要中間位管栓臨時存放滿紗管、動作過程繁瑣,以至每次空、滿紗管交換耗時太多。因為隨著錠數(shù)增多,空、滿紗管交換所需時間成比例增加,若紡紗時間小于空滿紗管交換時間,則停機等待時間長,嚴重影響生產(chǎn)效率。而鋼帶凸盤式可以連續(xù)輸送紗管,無須中間位管栓,落紗動作簡單快速,特別是空、滿紗管交換所需時間較少,這對超長細紗機尤為重要,只是所用鋼帶材料的特性與要求尚需研究。

1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構(gòu)在棉紡環(huán)錠細紗機集體落紗系統(tǒng)中的工作原理

鋼帶在棉紡環(huán)錠細紗機上的工作原理,如圖1所示。其中,長度l由細紗機車尾尺寸和錠數(shù)決定,寬度w由細紗機橫截面相關(guān)結(jié)構(gòu)決定,機器的頭、尾端各有一對主動輪和從動輪,且至少有一端的輪座可以調(diào)節(jié)長度以撐緊鋼帶;鋼帶和傳動輪間靠鋼帶撐緊后產(chǎn)生的摩擦力傳動,管栓座以恰當?shù)姆绞焦潭ㄔ阡搸弦黄疬\動,同時對鋼帶有一定的支撐作用。

圖1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構(gòu)原理

鋼帶與管栓的結(jié)構(gòu),如圖2所示。螺釘將管栓托座固定在鋼帶上,使二者同時動作;鋼帶下部卡在導(dǎo)軌上,既可避免鋼帶受力扭轉(zhuǎn),導(dǎo)軌又承載了鋼帶的質(zhì)量;而托座上部則帶動滿紗管栓、凸盤和空紗管栓在導(dǎo)軌的上表面滑行。因此,鋼帶需克服凸盤底面和導(dǎo)軌面間的摩擦力以及管栓托座和導(dǎo)軌間的摩擦力運動[1]。

圖2 鋼帶與管栓

2 06Cr19Ni10鋼帶的應(yīng)用

2.1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構(gòu)受力分析

06Cr19Ni10(舊鋼號為0Cr18Ni9)為奧氏體不銹鋼,其力學(xué)性能優(yōu),在機械工業(yè)中應(yīng)用量大、使用范圍廣;在半冷作硬化狀態(tài)下,其抗拉強度Rm可達到1035 MPa,楊氏彈性模量為193 GPa,是棉紡環(huán)錠細紗機集體落紗系統(tǒng)用鋼帶優(yōu)先考慮的材質(zhì)[2]。

鋼帶運轉(zhuǎn)首先要克服相關(guān)零件接觸面間因重力作用產(chǎn)生的摩擦力,根據(jù)圖2的安裝結(jié)構(gòu),可粗略計算如下:設(shè)每錠對應(yīng)的鋼帶、螺釘、管栓托座、滿紗管座和凸盤的質(zhì)量總和為m1,空紗管質(zhì)量為m2,滿紗管質(zhì)量為m3,管栓托座和導(dǎo)軌間、凸盤底面和導(dǎo)軌上表面間的摩擦因數(shù)均為μ1,重力加速度為g,則單錠最大靜摩擦力F1為:

JWF1568型超長棉紡環(huán)錠細紗機,以紡純棉的卷裝直徑為39 mm、升降高度為180 mm的配置為例,則m1為152.1 g,m2為39.6 g,m3為120.0 g,μ1實測值為0.3,帶入式(1)算出F1為0.916 398 N;細紗機單側(cè)為912錠,對應(yīng)的最大靜摩擦力F2為835.8 N;傳動輪撐緊鋼帶產(chǎn)生預(yù)緊力F3;當傳動輪開始轉(zhuǎn)動時,在預(yù)緊力F3的作用下,產(chǎn)生摩擦力F4帶動鋼帶運動。因此,F3決定鋼帶與傳動輪間是否打滑。理論分析,最大臨界摩擦力F4不小于F2才可拉動鋼帶,由柔韌體摩擦的歐拉公式可推導(dǎo)出:

式(2)中:

e——自然對數(shù)的底;

μ2——傳動輪與鋼帶間的最大靜摩擦因數(shù);

θ——鋼帶和傳動輪間的包角/rad。

取F4＝F2,μ2＝0.8,θ＝0.25π(該值由設(shè)計結(jié)構(gòu)決定),代入式(2)計算出鋼帶所需的預(yù)緊力F3為1 373.7 N;在拉動鋼帶的瞬間,鋼帶緊邊承受的最大拉力(F5＝F2＋F3)為2 209.1 N,鋼帶最小受力面積為6.4 mm2,由此可計算出鋼帶最薄弱處的拉應(yīng)力為345.17 MPa,遠小于半冷作硬化狀態(tài)的抗拉強度。因此,如果僅從抗拉強度方面進行考慮,06Cr19Ni10鋼帶的安全域度很大,在棉紡環(huán)錠細紗機集體落紗系統(tǒng)中應(yīng)用是可行的[3-5]。

當最大拉力為F5時,根據(jù)該材料楊氏彈性模量求出一側(cè)鋼帶的縱向彈性伸長量為13.4 mm。這是個不利因素,因為若鋼帶的長度發(fā)生彈性伸長并累積后,會使集落系統(tǒng)的紗管與紗管抓手錯位;但該不利因素可以通過調(diào)節(jié)以彌補,將分段的鋼帶通過鋼帶接頭聯(lián)接在一起,根據(jù)棉紡環(huán)錠細紗機的錠數(shù)將鋼帶承受最大拉力所造成的彈性變形,考慮到鋼帶管栓托座孔間的公差及鋼帶接頭上聯(lián)接孔尺寸的公差中。

2.2 細紗車間溫度對鋼帶長度的影響

熱脹冷縮是物體的一種基本性質(zhì),而車間溫度的變化對鋼帶運行狀態(tài)的影響很大。06Cr19Ni10鋼帶的線性熱膨脹系數(shù)為17.2×10-6/℃,設(shè)單側(cè)鋼帶長度為65 665 mm,則車間溫度每上升1℃,鋼帶自然伸長量為1.13 mm。

根據(jù)紗管、管栓的結(jié)構(gòu)尺寸,以及現(xiàn)場經(jīng)驗可知,紗管抓手往管栓上插滿管和從管栓上取空管時,當管栓中心與抓手中心距的偏差為6 mm時,將會導(dǎo)致鋼帶運行困難。由此可見,在此熱膨脹系數(shù)下,車間溫度的波動范圍決定了鋼帶的可用長度,若車間溫度波動大,不但會造成紗管抓手與管栓錯位,而且會影響鋼帶的預(yù)緊力而造成打滑。一般棉紡環(huán)錠細紗機機身越長,鋼帶就越長,對車間的溫度控制要求應(yīng)越嚴格。

3 結(jié)語

06Cr19Ni10鋼帶凸盤式紗管輸送機構(gòu)輸送紗管效率高,空、滿管交換用時短,落紗動作步驟少,有利于超長型棉紡環(huán)錠細紗機上的紗管輸送;但是,06Cr19Ni10材料自身彈性模量、熱膨脹系數(shù)等,也給生產(chǎn)帶來新的挑戰(zhàn)。從計算結(jié)果看,生產(chǎn)中應(yīng)盡可能減小鋼帶運行時受到的摩擦力,并減小細紗車間環(huán)境溫度的波動,這是鋼帶正常運行的基本保證,也是對結(jié)構(gòu)設(shè)計和棉紡環(huán)錠細紗機車間溫度管理的新要求。