精練機壓軋輥的使用和優(yōu)化

趙紅美

（唐山工業(yè)職業(yè)技術學院 機械工程學院，河北唐山 063299）

1 背景及研究意義

精練壓軋作為粘膠纖維生產(chǎn)的主要工序和重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量和提高企業(yè)綜合實力起著重要作用。在實際生產(chǎn)中高壓軋車存在軋制擠水不均、單側(cè)回潮偏差較大、壓輥使用壽命短、輥面材料不能滿足線壓力要求等問題。影響高壓軋車使用性能的因素非常復雜，不僅涉及到產(chǎn)品種類、壓輥壓力、網(wǎng)帶速度、浴液流量、纖維溫度等工藝參數(shù)，而且還伴隨彈性變形以及壓輥材料選擇、內(nèi)部組織結構與性能變化等多方面的問題。高壓軋車使用過程中涉及到壓力、速度、浴液裕量等眾多物理量，這些物理量不僅隨時間進程變化，而且也與空間位置相關。軋制過程不可能長期穩(wěn)定地維持在一個理想的最佳點，要保持生產(chǎn)的穩(wěn)定，獲得良好的回潮效果和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量，對軋車輥的結構和性能提出了很高要求。

2 精練機軋車輥使用現(xiàn)狀

粘膠纖維在紡絲成型過程中，浴液含有的硫酸鈉、硫酸鋅以及一些硫化物雜質(zhì)會對纖維品質(zhì)造成影響，使纖維泛黃，柔軟性和手感變差。為改善纖維品質(zhì)，提高舒適度和可紡性，纖維在成型后的處理中要對纖維中的雜質(zhì)進行清洗，并通過漂白、油浴工序使纖維具有一定的白度和良好的紡織性能。對纖維進行清洗、漂白、油浴等工序是通過精練機來完成的，精煉機根據(jù)需要分割成幾個區(qū)，每個區(qū)前后各有一對壓輥，用于將纖維層中的淋洗液擠壓干凈，以減少與后續(xù)區(qū)域浴液的混合，保證纖維在各段工藝的穩(wěn)定性。在水洗區(qū)和油浴區(qū)后設置有高壓軋車，用于去除纖維中多余的水分和油劑，以達到節(jié)省油劑、降低纖維含水、減少后續(xù)烘干蒸汽消耗、提升噸絲成本優(yōu)勢的目的。高壓軋車為上下輥結構，上輥一般選用有彈性的光滑輥面增加壓輥的擠水效果，上輥兩側(cè)帶有法蘭擋邊，防止纖維擠壓時水漏到設備外部造成污染。下輥帶有溝槽，溝槽中有透水孔，既增加對纖維的握持力，又能將擠壓的淋洗液盡快排出，防止纖維出現(xiàn)打滑和纏繞。上、下軋輥采用雙側(cè)單獨傳動，通過氣缸和壓臂杠桿結構來調(diào)整壓力。

目前，精練高壓軋車下輥行業(yè)內(nèi)主要使用多孔不銹鋼輥，使用比較穩(wěn)定，但軋車上輥各公司均有自己的使用習慣和特點。軋車上輥目前主要有橡膠軋車輥、不銹鋼軋車輥、復合纖維輥等3種結構，它們各有優(yōu)缺點，下面分別進行闡述。

2.1 橡膠軋車輥使用現(xiàn)狀

橡膠軋車輥是一種鋼襯膠結構的軋輥，在鋼結構的輥胎上面車削出螺紋，經(jīng)噴砂、清理后涂刷膠漿，螺紋結構使橡膠與輥胎結合更緊密，防止橡膠脫層。根據(jù)使用區(qū)域的不同，橡膠的配比也做相應調(diào)整，膠層厚度可襯至9～15mm，輥面襯膠硬度可調(diào)整至邵氏A75～100度。襯膠軋輥可根據(jù)生產(chǎn)過程中酸堿度以及各種浴液濃度的變化及時調(diào)整襯膠配方，使用原料有丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、聚氨酯橡膠等膠種，使用靈活，與生產(chǎn)的匹配性好。襯膠軋輥有良好的耐腐蝕性和彈性，對纖維的損傷最小，且擠水效果最好，另外其加工周期短，制造成本低。但襯膠軋車由于其材料本身的限制，其抗碾壓和抗撕裂性能不理想。早期精煉機設備幅寬在2.4m左右，使用的軋車線壓力為750～900N/cm時，襯膠軋輥有良好表現(xiàn)。但隨著設備的不斷改進和工藝參數(shù)的調(diào)整，現(xiàn)在精煉機幅寬已達到4.6m，使用線壓力也提高到1100N/cm，襯膠軋輥的缺陷逐漸顯現(xiàn)，在高線壓力下膠輥的磨損較快，擠壓變形后容易產(chǎn)生撕裂，膠層容易脫殼，使用壽命短，維修成本高。繼續(xù)改進提高襯膠軋車的性能是一個新的課題，仍需要進一步探索和研究。

2.2 不銹鋼軋車輥使用現(xiàn)狀

不銹鋼軋車輥是由304或316不銹鋼筒體烘裝輻板和軸頭而成，輥體表面打磨光滑，防止掛絲。不銹鋼軋輥剛度好、強度大，可承受較大的線壓力，可提高氣缸壓力，獲得好的擠水效果。不銹鋼軋輥整體耐腐蝕性好，不會產(chǎn)生其他碎屑等雜質(zhì)污染纖維，耐磨性好，使用壽命長，維護成本低。但是不銹鋼軋輥由于輥面光滑且輥面彈性差，局部有較大較硬塊絲時，絲塊與輥面摩擦時間較長或壓力過高時，容易對纖維造成損傷。在布絲不平時，壓輥被厚絲層頂起后其余絲層較薄處因壓輥沒有變形量不能受到擠壓，水分排不出，造成絲層回潮不均。

2.3 復合纖維輥使用現(xiàn)狀

復合纖維輥是近年由汽車行業(yè)轉(zhuǎn)化來的一種新興軋輥。纖維輥的纖維層一般使用無紡布材料，根據(jù)使用環(huán)境選擇滌綸、丙綸或由粘膠纖維制成的無紡布，材料要求耐酸堿，能抵抗次氯酸和雙氧水氧化。制作過程中將無紡布按照設計要求沖裁成圓環(huán)，再將圓環(huán)套到鋼制輥芯上，達到一定數(shù)量后用壓力機將圓環(huán)布片壓實，根據(jù)輥面硬度的不同調(diào)整壓力機的壓力和保壓時間。為保證輥體布片間受力均勻，每次壓制的厚度不能太厚，一根復合纖維輥要經(jīng)過多次壓裝才能完成。布片壓裝長度及硬度滿足要求后，在端面加入卡環(huán)，防止布片膨脹彈出。輥體壓裝完畢后還需進一步上車床修整輥面，輥面形狀可根據(jù)使用情況修整成圓柱面或鼓性輥面。復合纖維輥彈性較好又可承受較大的線壓力，同時也具有較好的耐磨性和抗撕裂性，繼承了襯膠輥和不銹鋼輥的優(yōu)點。由于復合纖維輥布片本身具有吸水性，在擠水效果上與襯膠輥和不銹鋼輥相比，可將粘膠纖維的含水率降低10%～15%，擠壓過程溫和，不損傷纖維，是目前比較有使用前景的精練軋車輥。

由于復合纖維輥進入粘膠纖維行業(yè)較晚，能生產(chǎn)制作這種復合纖維輥的廠家還比較少，在材料選擇和壓制技術上還不太成熟，在體現(xiàn)良好使用性能的同時也存在一定的不足，主要表現(xiàn)為：軋輥在使用過程中在壓力反復作用下，無紡布纖維彈性變小造成布片間摩擦力不夠，致使布片脫出。還存在輥徑收縮較大，輥面局部破損掉碎屑等問題。復合纖維輥的制作成本比襯膠輥要高得多，制作周期也較長，但使用周期和使用效果不穩(wěn)定，綜合性價比優(yōu)勢沒有得到充分體現(xiàn)。

復合纖維輥從材料的選擇、布片的厚度、布片輔助添加劑、壓裝壓力等方面，目前還只是憑經(jīng)驗進行摸索試探，造成在制造環(huán)節(jié)沒有形成制作標準，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，即使同一廠家不同批次制作的復合纖維輥使用效果也不相同，給使用者造成很多不必要的麻煩。對復合纖維輥還需要從理論上加強分析和總結，建立一個實用的數(shù)學模型來指導生產(chǎn)，以縮短實踐摸索的周期。

3 壓輥使用問題及優(yōu)化

3.1 布絲厚度與扎車輥預留間隙

為使纖維在壓軋過程中不受損傷，保證產(chǎn)品質(zhì)量，軋車上下輥之間一般要設計預留一定的間隙，預留間隙大小與凈纖維布絲厚度相等。預留間隙過大，纖維間含水不能充分擠出，會造成后續(xù)烘干的蒸汽消耗增加；預留間隙過小，在布絲不均勻或受到較大壓力時容易使纖維過度壓縮，會造成纖維截面形狀變形、纖維表面拉毛、纖維斷裂等影響纖維內(nèi)在質(zhì)量的問題。因此，要提高軋車的使用性能，不僅要保證扎水效果，降低綜合能耗，而且要兼顧產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)量變化，根據(jù)產(chǎn)品的布絲厚度調(diào)整設定軋車上下輥的間隙。

纖維的布絲厚度可根據(jù)公式（1）進行估算：

式中，δ為布絲厚度，q為單位時間內(nèi)紡膠量，ρ1為紡絲膠密度，ω為甲纖含量，ρ2為粘膠纖維密度，v為網(wǎng)帶速度，B為網(wǎng)帶幅寬。

各公司的生產(chǎn)能力及設備型號不同，生產(chǎn)控制的指標也不相同，纖維的布絲厚度一般根據(jù)實際產(chǎn)量和精煉機設備負荷情況隨時調(diào)整。在產(chǎn)量一定時，紡絲膠的密度、甲纖含量按工藝要求控制基本保持不變，粘膠纖維的密度在1.45×103～1.5×103kg/m3，網(wǎng)帶的機型選定后幅寬為固定值，一般國內(nèi)機型有2.4m、3.8m、4.6m等幾種常見幅寬規(guī)格。因此，在實際生產(chǎn)中主要通過調(diào)整紡膠量或網(wǎng)帶速度來控制絲層厚度，膠量和網(wǎng)速成反比。

當絲層厚度變化時，軋車上下輥的間隙也需要相應進行調(diào)整。調(diào)整壓輥間隙時應注意氣缸底座鉸鏈連接、氣缸拉桿螺紋連接、壓臂滑動軸承等部位的自由間隙。由于絲層厚度變化量很小，如各連接部位的自由間隙累積過大會影響壓輥間隙的調(diào)整效果。

3.2 壓輥受力分析

為了分析壓輥受力，更好地優(yōu)化壓輥結構，提高壓輥對回潮的控制效果，根據(jù)現(xiàn)在高壓軋車的結構建立力學分析模型，如圖1所示。圖中A點為軋車立柱頂端固定鉸支點；XA為A點的水平方向分力；YA為A點的豎直方向分力，O為軋車上輥圓心，G為軋車上輥的自重，N為上下輥之間的壓力，B為壓臂端點，T為氣缸向下的拉力，α為兩壓輥之間的壓力與豎直方向的夾角，β為壓臂中心與水平方向的夾角，e為兩壓輥中心在水平方向的偏心距。

圖1 壓輥力學分析模型

根據(jù)力學受力平衡原理，有以下關系。

（1）水平受力，ΣX=0：XA-Nsinα=0。

（2）豎直受力，ΣY=0：YA+Ncosα-T-G=0。

由壓力輥受力分析可知，如果壓臂的長度AB、上下輥直徑、上下輥偏心距e均已固定，兩輥之間壓力N與氣缸的壓力T、壓臂與水平方向的夾角β和上輥自身重量G有關系。

3.3 壓輥間壓力調(diào)整與控制

在使用過程中，由壓輥受力模型可知，可通過調(diào)節(jié)氣缸的壓力、壓臂與水平方向的夾角β和上輥自身重量來調(diào)整壓輥之間壓力。

（1）調(diào)節(jié)氣缸壓力，要注意檢查與核定氣源壓力與氣缸實際的壓力。總氣源經(jīng)分壓閥、氣源管、調(diào)壓閥等組件到達氣缸時會有一定的損耗，尤其氣源距離壓輥較遠時，氣源管彎折及接頭泄漏等問題造成的壓力損失較大，要利用檢修時間定期進行核定，及時消除非必要管損和氣缸自身泄漏。

（2）影響壓臂與水平方向夾角β的因素主要為上下輥之間的間距。在兩輥偏心距一定的情況下，β的數(shù)值越小越好，因此兩輥預留間隙和絲層厚度越小越有利于提高兩輥之間的壓力。但必須要有預留間隙，不能上下兩輥直接接觸，否則上輥重量和氣缸壓力直接作用在下輥上，對下輥的軸承增加較大負荷，造成軸承磨損加速，使用壽命縮短。預留間隙過小也會造成壓輥中間撓性變形增加，會使輥面出現(xiàn)疲勞裂紋、焊口開焊等問題，嚴重時甚至造成輥面斷裂。預留間隙的大小應以絲層厚度、網(wǎng)速、幅寬計算出的纖維不含水的最小厚度為準，既要保證纖維的壓縮量，又要兼顧纖維的通過性和設備的承受能力。

（3）由于軋車上輥的種類和制作工藝不同，重量差距也較大，實心輥和空心輥、復合輥和襯膠輥，不同組合的輥體重量可能有1～2t的重量偏差，在更換輥體時要注意調(diào)整氣缸的氣源壓力進行補償。如更換較輕的輥體后不調(diào)整氣源壓力，會造成后續(xù)烘干蒸汽的能耗增加。

4 結束語

精煉機是粘膠纖維生產(chǎn)過程中的重要設備，各組壓輥的壓扎效果不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且關系到產(chǎn)品的綜合能耗。提升設備整體性能需要從工藝控制和設備結構方面再繼續(xù)探索和優(yōu)化，切實提高關鍵部件的穩(wěn)定性和實用性。