環(huán)錠細(xì)紗機(jī)升降傳動(dòng)裝置的研究與分析

經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司 田克勤/文

1.前言

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)是紡織行業(yè)生產(chǎn)流程中量大面廣的重要設(shè)備，其性能的好壞直接影響到成紗質(zhì)量、能耗高低、用工多少、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及管理、經(jīng)濟(jì)效益等各個(gè)方面。細(xì)紗機(jī)斷頭是細(xì)紗生產(chǎn)中的主要危害，影響細(xì)紗機(jī)產(chǎn)量，降低生產(chǎn)效率，增加擋車工勞動(dòng)強(qiáng)度，易造成布面疵點(diǎn)增多，引起大幅度質(zhì)量波動(dòng)，所以斷頭是細(xì)紗高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)發(fā)展的障礙。

隨著社會(huì)的發(fā)展，無(wú)人化工廠和夜間無(wú)人值守車間的概念凸顯，要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，大幅減少紡紗斷頭非常必要，細(xì)紗機(jī)設(shè)備研發(fā)企業(yè)做了大量的研究，相比10年前，紡紗斷頭大幅減少，好的用戶基本控制在千錠時(shí)斷頭10根以內(nèi)。分析紡紗過(guò)程，一落紗中斷頭分布的規(guī)律是，小紗多、中紗少，大紗又有增加，大致比例為5:2:3。導(dǎo)紗板結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)紡紗斷頭有一定的影響，本文圍繞這個(gè)主題展開(kāi)研究。

2.導(dǎo)紗鉤升降與紗線張力及紗線斷頭的關(guān)系

細(xì)紗機(jī)卷繞部位斷面工藝參數(shù)包括導(dǎo)紗角、紡紗段長(zhǎng)度、前羅拉包圍弧、導(dǎo)紗鉤升降全程及其運(yùn)動(dòng)軌跡五個(gè)參數(shù)。前三個(gè)參數(shù)決定紗條動(dòng)態(tài)捻度的傳遞效果，從而影響紗線強(qiáng)力，而后兩個(gè)參數(shù)決定到一落紗氣圈的大小，氣圈在不同紡紗階段的波動(dòng),影響紡紗張力的大小，這是造成斷頭多少的直接因素。恒定的氣圈是最理想的氣圈，在現(xiàn)有的設(shè)備狀態(tài)下，這是不太現(xiàn)實(shí)的。基于現(xiàn)有的設(shè)備狀態(tài)，選擇較理想的氣圈，可以改善斷頭情況。大紗時(shí)，希望導(dǎo)紗鉤動(dòng)程大些，使氣圈不至于過(guò)直，以滿足大紗階段必要的氣圈高度；小紗時(shí)，希望導(dǎo)紗鉤不運(yùn)動(dòng)，壓縮小紗階段的氣圈高度，使氣圈不至于過(guò)大，減小紗條張力及其變化，從而減少紗線斷頭。氣圈高度、導(dǎo)紗鉤升降對(duì)氣圈控制影響見(jiàn)表1：

由上表可知，為最大程度減少紗線斷頭，導(dǎo)紗鉤的升降軌跡應(yīng)該為：小紗時(shí)導(dǎo)紗鉤不運(yùn)動(dòng)或做微小運(yùn)動(dòng)，中紗時(shí)小動(dòng)程運(yùn)動(dòng)，大紗時(shí)中動(dòng)程運(yùn)動(dòng)。

3.細(xì)紗機(jī)傳統(tǒng)鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗鉤升降傳動(dòng)方式和關(guān)系

傳統(tǒng)的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)設(shè)計(jì)有位叉機(jī)構(gòu)，較好的解決了小紗時(shí)導(dǎo)紗板微動(dòng)要求。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)紗鉤升降配有位叉機(jī)構(gòu)。主傳動(dòng)鏈條（1）牽動(dòng)主鏈滑輪（2）轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)一分配軸（3）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)（同時(shí)級(jí)升），固定在一分配軸（3）的鋼領(lǐng)板升降鏈滑輪（4）轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼領(lǐng)板升降鏈條（5）運(yùn)動(dòng)，從而完成鋼領(lǐng)板的升降；同時(shí)固定在一分配軸（3）上的導(dǎo)紗鉤鏈滑輪（6）帶動(dòng)二分配軸牽動(dòng)鏈條（7）、鏈滑輪（8）一起轉(zhuǎn)動(dòng)，引起固定在二分配軸(9)上的鏈滑輪(10)旋轉(zhuǎn)，從而引起導(dǎo)紗鉤牽動(dòng)鏈條(11)、導(dǎo)紗鉤鏈滑輪(12)與導(dǎo)紗鉤升降鏈條(13)的運(yùn)動(dòng)，最終完成導(dǎo)紗鉤的升降過(guò)程。其中，導(dǎo)紗鉤牽動(dòng)鏈條(11)被位叉(14)、位叉軸承座(15)等構(gòu)成的位叉機(jī)構(gòu)所控制（如圖2所示），二分配軸（9）在0～20.68°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)紗板牽動(dòng)鏈條（11）上的位叉銷軸（12）處于位叉（14）的凹槽中，位叉起到支撐作用，二分配軸（9）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)紗鉤是做微小運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于20.68°后，導(dǎo)紗鉤牽動(dòng)鏈條上的位叉銷軸（16）脫離位叉的凹槽，位叉失去作用。二分配軸（9）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)紗鉤升降鏈條（7）帶動(dòng)導(dǎo)紗鉤正常勻速運(yùn)動(dòng)。

表1

表2

圖2

根據(jù)圖1所示

一分配軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1：

鋼領(lǐng)板高度H:

式中：

d1—導(dǎo)紗鉤鏈滑輪（6）分度圓直徑；

d2—鏈滑輪(10) 分度圓直徑；

D1—鏈滑輪（8）分度圓直徑；

D2—鋼領(lǐng)板升降鏈滑輪（4）、導(dǎo)紗鉤鏈滑輪(12) 分度圓直徑；

θ1—一分配軸轉(zhuǎn)角；

θ2—二分配軸轉(zhuǎn)角；

d1=φ88.6；D1=φ120；D2=φ130；d2=φ61.6

由公式得：

當(dāng) θ2=20.68°時(shí) ：θ1=28°；H=31.8

由圖3可知，鋼領(lǐng)板起始位置距龍筋是59，鋼領(lǐng)板起紗位置距龍筋是80，那么當(dāng)鋼領(lǐng)板上升31.8時(shí)，管紗紡了的高度31.8-（80-59）=10.8，為小紗階段。

當(dāng)鋼領(lǐng)板繼續(xù)上升即θ1＞28°，θ2＞20.68°，位叉失去作用，此時(shí)根據(jù)圖1的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)紗鉤與鋼領(lǐng)板升降高度比為：

細(xì)紗機(jī)按常規(guī)的210紗管，180升降計(jì)算，鋼領(lǐng)板上升到最高位180位置時(shí)，導(dǎo)紗鉤上升h=（180-10.8）×0.35=59

逐段分析計(jì)算導(dǎo)紗板運(yùn)動(dòng)動(dòng)程，導(dǎo)紗鉤與鋼領(lǐng)板升降高度的數(shù)據(jù)表見(jiàn)表2，，可以直觀的表述兩者之間的位置關(guān)系。

該傳統(tǒng)的升降機(jī)構(gòu)，導(dǎo)紗鉤升降軌跡為小紗時(shí)導(dǎo)紗鉤做微小運(yùn)動(dòng)，中大紗勻速運(yùn)動(dòng)，保證了氣圈高度，滿足紗線張力要求。但存在的弊端是，位叉機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零件種類多，成本高且安裝調(diào)整困難；且在運(yùn)行過(guò)程中，位叉銷在與位叉座接觸或脫開(kāi)的瞬間，對(duì)位叉有沖擊力作用，使得位叉易發(fā)生斷裂，影響整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.設(shè)計(jì)新的升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗鉤升降關(guān)系

位叉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)于短車，擴(kuò)展用于長(zhǎng)車，在長(zhǎng)車使用中暴露出些問(wèn)題，假如再把它直接應(yīng)用于超長(zhǎng)車，問(wèn)題會(huì)很突出。從紡紗紗線張力要求及傳統(tǒng)的升降機(jī)構(gòu)中鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗板之間的升降動(dòng)程關(guān)系中，我們清楚的看到：導(dǎo)紗鉤升降軌跡為小紗時(shí)導(dǎo)紗鉤做微小運(yùn)動(dòng)，中大紗勻速運(yùn)動(dòng)。鑒于位叉升降機(jī)構(gòu)的弊端，我們需要研發(fā)一種新的機(jī)構(gòu)滿足導(dǎo)紗板運(yùn)動(dòng)要求。采用什么樣的新結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的運(yùn)動(dòng)關(guān)系呢？凸輪機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)動(dòng)，但凸輪的曲線加工難度大，成本高，所以我們嘗試設(shè)計(jì)偏心輪機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的位叉機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)一偏心輪代替二分配軸上的鏈滑輪（8），其外圓直徑不變，穿二分配軸的軸心偏置，以此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)紗鉤升降軌跡為小紗時(shí)導(dǎo)紗鉤做微小運(yùn)動(dòng)，中大紗勻速或加速運(yùn)動(dòng)。

5.新型鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗鉤升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

參照傳統(tǒng)的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)升降機(jī)構(gòu)，在鋼領(lǐng)板升降機(jī)構(gòu)不變的情況下，主要對(duì)導(dǎo)紗鉤升降機(jī)構(gòu)做了改進(jìn)，設(shè)計(jì)新型導(dǎo)紗鉤升降傳動(dòng)裝置，如圖4所示主要是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)一個(gè)偏心鏈滑輪（16），替代鏈滑輪（8），同時(shí)將復(fù)雜的位叉控制機(jī)構(gòu)取消：達(dá)到當(dāng)管紗在小紗階段時(shí)，二分配軸牽動(dòng)鏈條（7）靠近偏心鏈滑輪（16）遠(yuǎn)端位置處，當(dāng)一分配軸（3）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)（同時(shí)級(jí)升），二分配軸牽動(dòng)鏈條（7）帶動(dòng)偏心鏈滑輪（16）做微小運(yùn)動(dòng)，使得導(dǎo)紗鉤升降鏈條（13）帶動(dòng)導(dǎo)紗鉤發(fā)生非常小的位移；當(dāng)管紗在中紗及以后階段時(shí)，二分配軸牽動(dòng)鏈條（7）逐漸靠近偏心鏈滑輪（16）近端位置處，二分配軸牽動(dòng)鏈條（7）帶動(dòng)偏心鏈滑輪做正常運(yùn)動(dòng)，使得導(dǎo)紗板升降鏈條帶動(dòng)導(dǎo)紗板可正常運(yùn)動(dòng)。

方案確定后，擬合運(yùn)動(dòng)軌跡是核心，雖然機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但理論計(jì)算比較復(fù)雜，通過(guò)系列的計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)動(dòng)，找到較為理想的偏心距和初始角度，新型升降機(jī)構(gòu)鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗鉤升降高度的實(shí)測(cè)和計(jì)算數(shù)據(jù)值見(jiàn)表3。

對(duì)比表1和表2數(shù)據(jù)，偏心輪代替位叉機(jī)構(gòu)導(dǎo)紗鉤升降高度僅有微小變化，可忽略不計(jì)，動(dòng)程對(duì)比見(jiàn)圖5。改進(jìn)后新型導(dǎo)紗鉤升降機(jī)構(gòu)，導(dǎo)紗鉤升降軌跡為：小紗時(shí)導(dǎo)紗鉤升降做微小運(yùn)動(dòng)，中紗慢速運(yùn)動(dòng)，大紗中速運(yùn)動(dòng)。滿足了從小紗到大紗的氣圈高度，和紗線張力要求。偏心輪升降機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，降低成本，且在運(yùn)行過(guò)程中，傳動(dòng)鏈條始終受拉力作用，偏心輪平滑過(guò)渡，不存在沖擊因素，導(dǎo)紗鉤運(yùn)動(dòng)上下?lián)Q向時(shí)，換向平滑，也不出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。

圖3

圖4

表3

圖5

6.新型升降結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果

新型升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使用優(yōu)化設(shè)計(jì)的偏心鏈滑輪，替代復(fù)雜的位叉控制機(jī)構(gòu)，在功能相同的前提下，減少了零件種類，方便安裝，降低了整機(jī)的成本，并且從根本上解決位叉斷裂的問(wèn)題，該機(jī)構(gòu)滿足長(zhǎng)車和超長(zhǎng)車使用要求，大大提升了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。該結(jié)構(gòu)已成功推廣，應(yīng)用到商品中，生產(chǎn)中紗線斷頭率、成紗質(zhì)量和筒紗成型各方面均有大的改善提高，受到廣大客戶的一致認(rèn)可。

7.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)傳統(tǒng)升降機(jī)構(gòu)和新型升降機(jī)構(gòu)的分析、計(jì)算、對(duì)比，研發(fā)的新型升降機(jī)構(gòu)對(duì)于整機(jī)的設(shè)計(jì)更為合理、穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)兩種升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的分析，傳動(dòng)的介紹，及鋼領(lǐng)板和導(dǎo)紗鉤升降位置關(guān)系的確定，為細(xì)紗機(jī)的開(kāi)發(fā)提供了好的理論根據(jù)，給細(xì)紗機(jī)設(shè)計(jì)人員提供了良好的幫助，同時(shí)在用戶使用過(guò)程中，設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性及成紗質(zhì)量得到穩(wěn)定提升，設(shè)備工作效率提高，機(jī)器維修保全費(fèi)用降低，得到用戶的極大肯定。