環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠座高速性能測(cè)試分析

袁松鶴，陳中杰，陸秀梅

(太平洋機(jī)電(集團(tuán))有限公司，上海 200949)

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環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠座高速性能測(cè)試分析

袁松鶴，陳中杰，陸秀梅

(太平洋機(jī)電(集團(tuán))有限公司，上海 200949)

為了分析國(guó)產(chǎn)錠子的高速性能，在靜態(tài)及高速紡紗狀態(tài)下，對(duì)錠座進(jìn)行振動(dòng)性能測(cè)試和數(shù)據(jù)對(duì)比，建立高速錠子動(dòng)態(tài)性能有限元仿真模型并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比。結(jié)果表明，靜態(tài)和同速度紡紗時(shí)，進(jìn)口錠座性能優(yōu)于國(guó)產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)錠座頂端最大加速度和振動(dòng)頻率是進(jìn)口錠座的2～3倍；在錠速為19.8 kr/min與23.0 kr/min紡紗時(shí)，國(guó)產(chǎn)錠座加速度增幅約為120%，進(jìn)口錠座加速度增幅約為160%；在12.0 kr/min～27.0 kr/min(200 Hz～450 Hz)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，進(jìn)口錠子錠端最大振程明顯小于國(guó)產(chǎn)錠子。指出，國(guó)產(chǎn)錠子振動(dòng)特性、抗彎特性、高速穩(wěn)定性等方面與進(jìn)口的技術(shù)先進(jìn)錠子還存在較大差距，應(yīng)縮小與先進(jìn)產(chǎn)品的差距，真正實(shí)現(xiàn)高速紡紗。

錠子；錠座；振動(dòng)狀態(tài)；高速；有限元仿真；穩(wěn)定性

0 引言

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)以適紡范圍廣、成紗質(zhì)量好，正朝高速、高效方向發(fā)展，而錠子作為高速的核心專件之一，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)20 kr/min時(shí)，棉紡廠經(jīng)濟(jì)效益才能得到大幅提高。

錠子是高速回轉(zhuǎn)件，對(duì)其評(píng)定的三大主要指標(biāo)有：振動(dòng)、功耗和噪聲。具體到棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)用錠子，則要求其高速高效、節(jié)能降耗和低噪低振。如何解決錠子在高速回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，是擺在研究人員面前既難解又有趣的問(wèn)題[1-2]。

通過(guò)對(duì)比國(guó)產(chǎn)錠子和進(jìn)口錠子測(cè)試數(shù)據(jù)，筆者對(duì)高速紡紗錠子的振動(dòng)性能進(jìn)行分析，并重點(diǎn)研究其較薄弱的錠座部分。

1 高速紡紗錠子振動(dòng)性能分析

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)提速時(shí)碰到最顯著的問(wèn)題，是高速時(shí)筒管擺頭，即紡紗張力足夠大、特別是大紗時(shí)紡紗高度大，因錠子承受力不足而引起錠子上端明顯晃動(dòng)，紡制粗號(hào)紗和高強(qiáng)紗時(shí)這一問(wèn)題尤為嚴(yán)重[3]。

1.1 靜態(tài)測(cè)試錠座跳動(dòng)

試驗(yàn)方法：選取國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的整套錠子各10枚，靜態(tài)時(shí)測(cè)試錠座不同部位的跳動(dòng)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 靜態(tài)時(shí)錠座不同部位跳動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比 單位：mm

從表1可以看出，雖然兩者外徑尺寸基本一致，

但徑向跳動(dòng)、上端面跳動(dòng)及下端面跳動(dòng)差距都較大，進(jìn)口錠座明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)錠座。錠座結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2 高速紡紗時(shí)錠子振程

試驗(yàn)方法：選取國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口錠子各10枚，在相同機(jī)臺(tái)、相同龍筋部位安裝，采取相同紡紗工藝配置，在轉(zhuǎn)速為19.8 kr/min時(shí)測(cè)試錠子振動(dòng)狀態(tài)。試驗(yàn)品種：T/CJ 65/35 11.7 tex。測(cè)試儀器：BVM-102型雙通道振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器。

國(guó)產(chǎn)錠座與進(jìn)口錠座在相同錠速下振動(dòng)測(cè)試對(duì)比見(jiàn)表2；不同錠速下振動(dòng)測(cè)試對(duì)比見(jiàn)表3；紡紗質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表4。

表2 相同錠速時(shí)國(guó)產(chǎn)錠座與進(jìn)口錠座振動(dòng)測(cè)試對(duì)比

紡紗長(zhǎng)度/km紡紗高度/mm負(fù)載/N加速度/(m·s-2)振動(dòng)頻率/Hz國(guó)產(chǎn)錠座進(jìn)口錠座對(duì)比/%國(guó)產(chǎn)錠座進(jìn)口錠座對(duì)比/%1.0550.5250.316.430717.03.64722.0900.6470.917.540523.45.84033.01240.7661.118.732722.15.24254.01510.8857.519.229920.36.03384.81720.9766.918.735822.55.14415.11801.0265.118.136019.45.03885.51901.0671.117.640327.64.0690 注:紡紗高度指升降動(dòng)程上換向處。

表3 不同錠速時(shí)國(guó)產(chǎn)錠座與進(jìn)口錠座振動(dòng)測(cè)試對(duì)比

由表2數(shù)據(jù)可以看出，在錠速為19.8 kr/min的紡紗全過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)錠座頂端最大振程和振動(dòng)值是進(jìn)口錠座的3～4倍，紡至大紗即升降高度為190 mm時(shí)所受側(cè)向力最大，嚴(yán)重時(shí)國(guó)產(chǎn)錠座最大振程是進(jìn)口錠座的6.9倍。

由表3數(shù)據(jù)可以看出，在錠速為19.8 kr/min時(shí)紡紗與在錠速為23.0 kr/min時(shí)紡紗相比，國(guó)產(chǎn)錠座加速度增幅約為120%，進(jìn)口錠座加速度增幅較大，約為160%。

表4 國(guó)產(chǎn)錠座與進(jìn)口錠座紡紗質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

指標(biāo)國(guó)產(chǎn)錠座進(jìn)口錠座對(duì)比/%條干CV/%13.7213.47102管間CVb/%2.11.4150毛羽指數(shù)H3.733.53106單紗強(qiáng)力/(cN·tex-1)259.2263.798單強(qiáng)CV/%7.897.86100平均捻度/(捻·(10cm)-1)112.2114.198捻度CV/%5.214.67112

由表4可以看出，進(jìn)口錠座的管間CVb值降低了50個(gè)百分點(diǎn)，明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)錠座，由此可以看出，進(jìn)口錠座高速性能優(yōu)異，錠子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，紡紗張力平穩(wěn)，顯著改善了錠間差。

2 錠座內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，在滿載和高速下錠子會(huì)出現(xiàn)較大的錠端振動(dòng)。為進(jìn)一步對(duì)錠座內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，對(duì)新型高速錠子進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)和振動(dòng)響應(yīng)動(dòng)態(tài)仿真分析，為研制高性能高速錠子提供技術(shù)支撐。

2.1 建立有限元仿真分析模型

根據(jù)錠子錠座 CAD 設(shè)計(jì)圖，對(duì)錠子動(dòng)態(tài)仿真分析的有限元模型進(jìn)行研究。通過(guò)幾何模型合理簡(jiǎn)化、材料設(shè)置、錠子模型約束研究、螺旋形彈性管模型研究、錠桿與軸承之間約束模型研究、空錠和滿錠模型、振動(dòng)載荷等試驗(yàn)研究，不同模型仿真結(jié)果的對(duì)比檢驗(yàn)，建立了能夠較好反映高速錠子動(dòng)態(tài)性能的有限元仿真分析模型。據(jù)此進(jìn)行有限元分析，可以獲得較高質(zhì)量的高速錠子振動(dòng)模態(tài)和振動(dòng)響應(yīng)仿真結(jié)果。圖 2為錠子有限元分析模型。

2.2 國(guó)產(chǎn)錠子和進(jìn)口錠子的動(dòng)態(tài)性能

如圖3和表5所示，兩種錠座結(jié)構(gòu)主要是Para1、Para2 這2 個(gè)參數(shù)發(fā)生了變化，其它結(jié)構(gòu)尺寸都基本相似或影響不大。

表5 兩種尺寸結(jié)構(gòu)錠座參數(shù)和振程 單位：mm

錠座錠座參數(shù)Para1Para2Para3臨界轉(zhuǎn)速范圍最大振程工作轉(zhuǎn)速范圍最大振程國(guó)產(chǎn)59103.28.41.910.3970進(jìn)口55113.28.43.420.2581

對(duì)國(guó)產(chǎn)錠座和進(jìn)口錠座的固有頻率/臨界轉(zhuǎn)速即轉(zhuǎn)速在0 kr/min～27.0 kr/min的錠端振程進(jìn)行有限元仿真。分析結(jié)果表明：在12.0 kr/min～27.0 kr/min(固有頻率為200 Hz～450 Hz)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，進(jìn)口錠子錠端最大振程明顯小于國(guó)產(chǎn)錠子，即進(jìn)口錠子的高速動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于國(guó)產(chǎn)錠子。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析，國(guó)產(chǎn)錠子振動(dòng)特性、抗彎特性、高速穩(wěn)定性等方面與進(jìn)口先進(jìn)錠子還存在較大差距。為滿足環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的高速要求，錠子整體結(jié)構(gòu)與加工工藝還需要錠子制造企業(yè)發(fā)揚(yáng)“大工匠”精神，深入研究，精雕細(xì)琢，縮小與先進(jìn)產(chǎn)品的差距，真正實(shí)現(xiàn)高速紡紗。

[1] 上海機(jī)械學(xué)院.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978.

[2] 陳瑞琪，吳文英.紡紗錠子高速的研究[J].紡織器材，2005，32(4)：5-11.

[3] 朱德昭.棉紡錠子高速化探討[J].紡織器材，2007，34(1)：13-17.

The Test Analysis of High Speed Performance of the Bolster of the Ring Spinning Frame

YUAN Songhe,CHEN Zhongjie,LU Xiumei

(The Pacific Mechtronical(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200949,China)

To make clear the performance of the domestic spindle,the vibration performance test and data contrast are done to the bolster under conditions of static and high-speed spinning.The finite element simulation model is built for the high speed performance of the spindle and the simulation result is gained.The result shows that as to the static and the same spinning speed,the imported bolster is better than domestic product in performance.The maximum acceleration and vibration frequency of the domestic bolster are 2～3 times of that of the imported product.In the spinning speed range of 19.8 kr/min and 23.0 kr/min,the acceleration amplitude of the domestic bolster is about 120%,while the acceleration increase of the imported bolster about 160%.In the working speed range of 12.0 kr/min～27.0 kr/min(200 Hz～450 Hz),the maximum vibration range of the spindle top of the imported spindle is significantly less than that of the domestic product.In addition,there is a big gap between the domestic spindle and the imported spindle in vibration properties,flexural properties,high-speed stability.Something must be done to narrow the gap with the advanced products for the realization of the high speed spinning.

spindle;bolster;vibration state;high speed;finite element simulation;stability

2016-04-20

袁松鶴(1970—)，女，江蘇南通人，工程師，主要從事紡紗工藝、紡紗機(jī)械、智能化電錠細(xì)紗機(jī)設(shè)計(jì)等研究。

TS103.81+1

B

1001-9634(2016)05-0044-03