環(huán)錠紡鋼絲圈力學(xué)性能研究

S.S.Lavate，S.Rathod，A.Mandot

1.D.K.T.E.協(xié)會 紡織與工程研究所(印度) 2.巴羅達(dá)M.Sayajirao大學(xué)(印度)

鋼絲圈是一段較短的經(jīng)硬化、回火、沖刷和拋光處理的金屬彎絲，能夠在鋼領(lǐng)上自由旋轉(zhuǎn)。鋼絲圈需提供較大且連續(xù)的接觸面積，以減小鋼領(lǐng)與鋼絲圈間的壓力，同時有助于散熱，使鋼絲圈穩(wěn)定運(yùn)行。為最大限度地減少摩擦以獲得更高的鋼絲圈速度，制造商提出了許多鋼領(lǐng)和鋼絲圈的表面處理方法，以期增大鋼領(lǐng)與鋼絲圈的接觸面積。鋼絲圈的磨損相對較輕，通常與鋼絲圈和鋼領(lǐng)間正常的接觸反應(yīng)成正比，但超過一定速度時，鋼絲圈的磨損會急劇增加。嚴(yán)重的磨損伴隨著鋼絲圈和鋼領(lǐng)變藍(lán)或過熱。涂層能夠降低鋼絲圈和鋼領(lǐng)之間的摩擦，提高表面耐磨性。本文旨在探討鋼絲圈表面光滑度、鋼絲圈形狀及鋼絲圈運(yùn)行時間等因素對鋼絲圈力學(xué)性能的影響，以期獲得較大且連續(xù)的鋼領(lǐng)和鋼絲圈接觸面積。

1 材料與方法

選擇5種經(jīng)不同表面處理的鋼絲圈(標(biāo)記為A、B、C、D和E)分別進(jìn)行紡紗試驗(yàn)。其中，鋼絲圈A經(jīng)藍(lán)色晶體涂層處理，鋼絲圈B和D經(jīng)銀涂層處理，鋼絲圈C和E經(jīng)鎳涂層處理。通過紡紗廠的中試生產(chǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5/O 型鋼絲圈適合紡制17.1 tex的紗線，7/O 型鋼絲圈適合紡制15.3 tex的紗線，8/O 型鋼絲圈適合制15.3 tex的紗線，12/O 型鋼絲圈適合制9.7 tex的紗線。分別采用上述型號的鋼絲圈，紡制17.1 tex和15.3 tex的粗梳棉紗、14.5 tex和9.7 tex的棉精梳緊密紗。詳細(xì)的紡紗工藝參數(shù)見表1。

表1 紡紗工藝參數(shù)設(shè)置

因工藝原因，無法采用鋼絲圈D和E紡出9.7 tex的紗線。在紡紗廠中，按照標(biāo)準(zhǔn)紡紗程序持續(xù)運(yùn)行鋼絲圈進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，直至更換新的鋼絲圈。每天記錄鋼絲圈數(shù)據(jù)，并測試其質(zhì)量損失和拉伸性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲圈的質(zhì)量損失

試驗(yàn)探究了鋼絲圈使用前后的質(zhì)量損失、拉伸變形等鋼絲圈力學(xué)性能。在分別紡制了17.1、15.3、14.6和9.7 tex的紗線后，所有鋼絲圈的力學(xué)性能均產(chǎn)生了不同程度的變化。鋼絲圈類型和鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)對鋼絲圈質(zhì)量損失率的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，鋼絲圈的質(zhì)量隨著其運(yùn)行時間的延長而減小，直至更換新的鋼絲圈。鋼絲圈的硬度低于鋼領(lǐng)，在高溫下鋼絲圈易軟化、磨損并產(chǎn)生質(zhì)量損失，導(dǎo)致紗線氣圈的參數(shù)發(fā)生變化，從而使紗線發(fā)生斷頭或造成鋼絲圈過熱。鋼絲圈的形狀和表面處理方式在對鋼絲圈的磨損性能有很大的影響。鋼絲圈質(zhì)量損失導(dǎo)致需要頻繁更換鋼絲圈。試驗(yàn)表明，采用鋼絲圈B生產(chǎn)17.1 tex和15.3 tex紗線、鋼絲圈C生產(chǎn)14.5 tex和9.7 tex紗線時，鋼絲圈的質(zhì)量損失相對較小，表明不同類型的鋼絲圈有各自適合紡制的紗線線密度范圍。試驗(yàn)還表明，隨著鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)的增加，鋼絲圈的質(zhì)量顯著下降。鋼領(lǐng)和鋼絲圈的交互磨損受溫度的影響，高溫下，兩種材料接觸后更容易發(fā)生融化。鋼領(lǐng)和鋼絲圈之間的接觸溫度與鋼絲圈速度的三次方成正相關(guān)，再次極大地增加了鋼領(lǐng)和鋼絲圈之間的交互磨損。鋼絲圈的類型和運(yùn)行天數(shù)對鋼絲圈的質(zhì)量損失有顯著影響(顯著性檢驗(yàn)P值為0.00)。

圖1 紡制不同線密度紗線，鋼絲圈類型和鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)對鋼絲圈質(zhì)量損失率的影響

2.2 鋼絲圈的拉伸性能

鋼絲圈類型和鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)對鋼絲圈拉伸性能的影響如圖2所示。由圖2可以觀察到，采用不同類型的鋼絲圈紡制不同線密度的紗線時，鋼絲圈的拉伸量出現(xiàn)較大的差異，表明不同類型的鋼絲圈有各自適合紡制的紗線線密度范圍。鋼絲圈 A 與其他類型鋼絲圈(B、C、D、E)的拉伸性能存在顯著差異(顯著性檢驗(yàn)P值為0.00)。隨著鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)的增加，鋼絲圈拉伸量也增加。在鋼領(lǐng)和鋼絲圈組成的系統(tǒng)中，鋼領(lǐng)是靜止的，而鋼絲圈以高達(dá) 45 m/s 的速度運(yùn)動。當(dāng)鋼絲圈與鋼領(lǐng)接觸點(diǎn)的壓力超過 35 N/mm2時，將產(chǎn)生摩擦和熱量，導(dǎo)致鋼領(lǐng)和鋼絲圈接觸點(diǎn)處溫度升高。鋼絲圈比鋼領(lǐng)柔軟，紡紗時紗線會向上牽引鋼絲圈，由于氣體膨脹作用，鋼絲圈的彈性隨著使用時間的延長而增加，故使用過的鋼絲圈拉伸性能更好。

圖2 紡制不同線密度紗線，鋼絲圈類型和鋼絲圈運(yùn)行天數(shù)對鋼絲圈拉伸性能的影響

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，鋼絲圈的設(shè)計(jì)和表面處理可改變鋼絲圈與鋼領(lǐng)的接觸。鋼絲圈質(zhì)量隨著運(yùn)行時間的增加而減小，且這種質(zhì)量損失可能會導(dǎo)致紗線品質(zhì)下降。

因此，各種類型的鋼絲圈應(yīng)在其質(zhì)量損失率最低的情況下使用。鋼絲圈的拉伸量隨著鋼絲圈和鋼領(lǐng)之間摩擦產(chǎn)生熱量而增大。鋼絲圈的表面處理方式、運(yùn)行時間和紡制的紗線線密度變化均對鋼絲圈質(zhì)量和拉伸性能產(chǎn)生影響。