網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚紡紗技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

王臘保 ，呂林軍，倪 遠(yuǎn)

(1.銅陵松寶智能裝備股份有限公司，安徽 銅陵 244000；2.江蘇金榮泰新材料科技有限公司，江蘇 徐州 221600；3.紡之遠(yuǎn)(上海)紡織工作室，上海 200063)

1 網(wǎng)格圈集聚紡紗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 集聚紡紗技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

集聚紡紗技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已有20多年，成為環(huán)錠紡紗技術(shù)發(fā)展史上最具影響力的一項技術(shù)，隨著其應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)效應(yīng)不斷顯現(xiàn)[1]。目前，國內(nèi)集聚紡的生產(chǎn)規(guī)模已超過5000萬錠并有持續(xù)擴(kuò)張的趨勢。國內(nèi)集聚紡紗裝置應(yīng)用具有4大特點(diǎn)：① 現(xiàn)有細(xì)紗機(jī)的改造數(shù)量遠(yuǎn)超新機(jī)配套增量；② 國產(chǎn)化裝置使用量遠(yuǎn)超進(jìn)口裝置使用量；③ 采用網(wǎng)格圈為集聚器材的三羅拉和四羅拉負(fù)壓集聚紡紗裝置占集聚紡紗裝置總應(yīng)用規(guī)模的90%以上；④ 在5種成熟的集聚紡紗裝置中，四羅拉網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚裝置的應(yīng)用量遠(yuǎn)超其他結(jié)構(gòu)形式。

在采用網(wǎng)格圈等柔性集聚器材的三羅拉和四羅拉負(fù)壓集聚紡紗結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動包括網(wǎng)格圈在內(nèi)的阻捻鉗口的運(yùn)動結(jié)構(gòu)，在集聚紡紗裝置應(yīng)用投資和運(yùn)行成本中占比較大。

網(wǎng)格圈集聚紡紗裝置應(yīng)用20多年來，基于三羅拉和四羅拉負(fù)壓集聚紡紗結(jié)構(gòu)的改造創(chuàng)新層出不窮，且專利申請數(shù)量較多，但在集聚與牽伸部分的關(guān)系、集聚器材與阻捻鉗口的驅(qū)動等方面未有大突破，在很大程度上影響了投資與運(yùn)行效應(yīng)。

1.2 兩種網(wǎng)格圈集聚紡紗技術(shù)對比

由于傳動結(jié)構(gòu)與集聚結(jié)構(gòu)存在差異，采用網(wǎng)格圈與負(fù)壓管集聚紡的三羅拉和四羅拉結(jié)構(gòu)，見圖1a)和圖1b)，在投資成本、運(yùn)行成本、管理難度和集聚效應(yīng)等方面具有顯著差異。文獻(xiàn)[2]中指出，相比四羅拉集聚紡紗裝置，三羅拉集聚紡紗裝置具有7方面的性能優(yōu)勢：① 網(wǎng)格圈傳動可靠性，即依靠阻捻上膠輥柔性體對網(wǎng)格圈的摩擦驅(qū)動力，優(yōu)于第四羅拉剛性體對網(wǎng)格圈的摩擦驅(qū)動力；② 張力牽伸適配性，張力牽伸由牽伸或集聚上膠輥直徑?jīng)Q定，可根據(jù)工藝需要進(jìn)行任意調(diào)整，但膠輥維護(hù)時牽伸或集聚上膠輥必須同時磨礪；③ 集聚效應(yīng)高效性，三羅拉集聚紡紗裝置集聚槽下游槽口與阻捻鉗口的距離，遠(yuǎn)小于四羅拉集聚紡紗裝置，有利于改善集聚紡紗品質(zhì)，特別是細(xì)號紗集聚效果，同時三羅拉集聚紡紗裝置負(fù)壓管腔體截面積較大，負(fù)壓損失?。虎?傳動部件密閉性，四羅拉集聚紡紗裝置的每節(jié)羅拉，均有開放的齒輪傳動組，易嵌花、繞花，而三羅拉集聚紡紗裝置為齒輪盒與膠輥握持器一體密封的齒輪傳動結(jié)構(gòu)；⑤ 裝置轉(zhuǎn)換便利性，三羅拉集聚紡紗裝置改造無需更換牽伸前羅拉和增加阻捻羅拉，改造和拆卸方便；⑥ 運(yùn)轉(zhuǎn)操作安全性，四羅拉集聚紡紗裝置具有外露的阻捻羅拉齒輪，易導(dǎo)致操作工手指受傷；⑦ 裝置投資經(jīng)濟(jì)性，在相似配置條件下，三羅拉集聚紡裝置比四羅拉集聚紡裝置萬錠節(jié)省投資成本。

a) 三羅拉單錠齒輪傳動

由此可見，三羅拉集聚紡裝置具有明顯優(yōu)勢，且都是直接影響投資與應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也是紡紗選型的決定性因素，但其市場應(yīng)用情況卻不盡如人意。這是因為21世紀(jì)初，在國內(nèi)紡織行業(yè)市場中，德國緒森公司的三羅拉網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚紡紗裝置最早被推廣應(yīng)用，但以日本豐田公司集聚紡紗結(jié)構(gòu)為原型的四羅拉集聚紡紗裝置后來者居上，占據(jù)市場絕對優(yōu)勢。雖然兩者都有國產(chǎn)化產(chǎn)品，但所有國內(nèi)集聚紡紗裝置供應(yīng)商，均以四羅拉集聚紡紗裝置為主打產(chǎn)品。在一些進(jìn)口細(xì)紗機(jī)上，紡織廠甚至把原裝進(jìn)口前羅拉更換為國產(chǎn)帶齒輪前羅拉，將其改造成四羅拉集聚紡紗裝置細(xì)紗機(jī)[3]。

這2種集聚紡紗裝置應(yīng)用差異主要體現(xiàn)在張力牽伸適配性和傳動配件密封性兩方面。就張力牽伸適配性而言，三羅拉集聚紡紗裝置集聚區(qū)的張力牽伸由牽伸和集聚上膠輥的線速度之比決定，這與牽 伸和集聚上膠輥的直徑直接相關(guān)。由于集聚紡紗中必須采用小橫動甚至無橫動工藝，因而牽伸前膠輥的磨礪維護(hù)周期會顯著縮短為2～4個月，且三羅拉集聚紡紗裝置須同時磨礪前膠輥和阻捻膠輥，以使集聚區(qū)張力牽伸保持不變，磨礪操作前后還需拆卸和安裝齒輪盒組件，維護(hù)保養(yǎng)特別繁瑣。四羅拉集聚紡紗裝置只需磨礪牽伸前膠輥，膠輥拆裝方便，且兩檔膠輥均為通用膠輥。由此可見，三羅拉集聚紡紗裝置在日常應(yīng)用中存在維護(hù)用工多、成本高及管理難度大等弊端。

就傳動配件密封性而言，三羅拉集聚紡紗裝置每錠都涉及3個傳動齒輪，其傳動齒輪數(shù)量是四羅拉集聚紡紗裝置的6倍，且每雙錠設(shè)有1個上膠輥握持器和齒輪盒。該傳動齒輪雖然“密封”在齒輪盒中，但由于存在4個動態(tài)軸端，且每次磨礪膠輥都要拆裝、開合上下齒輪盒結(jié)合部位，日常運(yùn)行中無法保持真正密封，飛花塵雜的進(jìn)入又影響齒輪特別是中間尼龍齒輪的壽命，增加維護(hù)成本和管理難度。而四羅拉集聚紡紗裝置雖然更換前羅拉和附加阻捻羅拉的一次性投入成本較大，但每節(jié)羅拉只有1組中間開式齒輪，相對三羅拉裝置而言，故障點(diǎn)較少，維護(hù)較為便利。

事實(shí)上，同功能的不同產(chǎn)品因設(shè)計結(jié)構(gòu)不同，會產(chǎn)生投資成本、使用成本、產(chǎn)品質(zhì)量、維護(hù)管理等方面的差異。從三羅拉與四羅拉集聚紡紗裝置的比較狀況看，三羅拉集聚紡紗裝置在日常應(yīng)用與維護(hù)方面存在的劣勢，是行業(yè)難以接受的重要原因。而在多方面性能選擇中，應(yīng)用與維護(hù)性能在實(shí)際生產(chǎn)中占比較大，因此價格優(yōu)勢讓位于特定的性能優(yōu)勢，使四羅拉集聚紡紡紗裝置成為應(yīng)用趨勢。

日常應(yīng)用與維護(hù)的便利性對傳統(tǒng)紡紗行業(yè)的影響較大，這主要是因為用工難、用工貴且形勢嚴(yán)峻，使簡化管理成為紡織行業(yè)的發(fā)展趨勢。所以，工藝研究人員、設(shè)備研發(fā)人員必須重點(diǎn)關(guān)注這些問題，開發(fā)新產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)慎重避開行業(yè)敏感度高的負(fù)面選項。

2 集聚紡紗技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

2.1 ITMA2019集聚紡紗新技術(shù)

在ITMA2019紡機(jī)展會上展示的細(xì)紗機(jī)集聚紡紗技術(shù)，除近20年來產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的立達(dá)大吸鼓、緒森三羅拉、豐田四羅拉和蘇拉帶孔膠圈4種負(fù)壓集聚形式及RoCoS羅卡斯機(jī)械集聚形式外，瑞士立達(dá)公司推出了3種便捷改造的新型集聚紡紗裝置，分別為COMPACTdrum單排小孔金屬吸鼓負(fù)壓集聚裝置、COMPACTeasy二次復(fù)合機(jī)械集聚裝置和COMPACTapron三羅拉大前膠輥小吸管網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚裝置[4]。

3種新型集聚裝置采用了3種不同的集聚器材，分別為新一代小直徑剛性抽吸鼓、新一代機(jī)械集聚器和新一代緊湊型網(wǎng)格圈。3種新型集聚裝置均采用便于在細(xì)紗機(jī)上加裝和拆卸的結(jié)構(gòu)，其集聚區(qū)的張力牽伸均小于或等于1且無法調(diào)整設(shè)置；集聚區(qū)具有無張力牽伸的特征，與ComforSpin卡摩紡和RoCoS羅卡斯基本保持一致。

其中，COMPACTapron集聚紡紗裝置被瑞士立達(dá)公司稱為全球首創(chuàng)的第二代網(wǎng)格圈集聚解決方案，其相關(guān)技術(shù)已在中國獲得發(fā)明專利[5]。從該專利的附圖(見圖2)可知，環(huán)繞在三角形小吸管上的網(wǎng)格圈直接由大直徑前上羅拉摩擦接觸驅(qū)動，從而省去了集聚器材的附加驅(qū)動機(jī)構(gòu)，前上羅拉與網(wǎng)格圈的摩擦接觸點(diǎn)同時成為阻捻鉗口，使集聚區(qū)和集聚結(jié)構(gòu)非常緊湊簡潔。

1—三角形小吸管；2—網(wǎng)格圈；3—前上羅拉。圖2 COMPACTapron相關(guān)專利：紡紗機(jī)和壓縮裝置

此外，在ITMA2019紡機(jī)展會上，多家國際紡機(jī)制造商實(shí)樣展示了環(huán)錠紡集聚紡紗形式的變化與發(fā)展，其技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展態(tài)勢概括如下[6]：① 環(huán)錠紡附加集聚紡紗技術(shù)持續(xù)被行業(yè)普遍看好，其應(yīng)用仍會向縱深發(fā)展；② 多家公司集聚形式的更替或創(chuàng)新表明集聚技術(shù)依然存在較大進(jìn)步空間，集聚牽伸倍數(shù)為1是幾種新推出集聚紡紗技術(shù)的共同特征；③ 國內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的是四羅拉網(wǎng)格圈集聚紡紗裝置，也是展會上展示細(xì)紗機(jī)配置最多的集聚形式；④ 以帶孔膠圈作為集聚器材的應(yīng)用廠商減少，目前只有意大利馬佐里公司在使用；⑤ 集聚紡紗技術(shù)的發(fā)展方向還是集聚效果、裝置成本、集聚能耗、改造和應(yīng)用便利性。

2.2 高效集聚紡紗技術(shù)方案

2.2.1 網(wǎng)格圈集聚形式存在劣勢

除了ITMA2019展會展示的COMPACTapron集聚紡紗裝置，三羅拉和四羅拉集聚紡紗裝置均存在阻捻鉗口驅(qū)動問題。

三羅拉集聚紡紗裝置因兩檔膠輥的傳動與維護(hù)問題，其市場占有率低于四羅拉集聚紡紗裝置。四羅拉網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚紡紗裝置阻捻鉗口驅(qū)動，由特制帶有齒輪的前下羅拉通過過橋齒輪傳動阻捻羅拉完成。由于不依賴前上膠輥和阻捻膠輥傳遞驅(qū)動力，故可采用通用膠輥芯，前上膠輥磨礪維護(hù)時無需同時磨礪阻捻膠輥；相比三羅拉集聚紡紗裝置，四羅拉集聚紡紗裝置日常操作維護(hù)較為便利，且運(yùn)行成本較低，但在改造時需將普通的前下羅拉更換為每節(jié)均帶有齒輪的前下羅拉，以及增加每節(jié)都帶有齒輪的阻捻羅拉，改造過程復(fù)雜、投資成本較高。

此外，相比非集聚紡，集聚紡紗的牽伸膠輥磨礪周期短、運(yùn)行維護(hù)成本高、管理難度大等問題，是集聚紡紗生產(chǎn)中普遍存在的行業(yè)痛點(diǎn)。

2.2.2 高效集聚紡紗技術(shù)方案

針對現(xiàn)有環(huán)錠集聚紡紗裝置運(yùn)行成本高和管理難度大的問題,筆者團(tuán)隊提出了以牽伸集聚膠輥驅(qū)動阻捻鉗口的無齒輪傳動的三羅拉高效集聚紡紗技術(shù)方案，高效集聚紡紗裝置示意圖見圖3。

1—牽伸集聚膠圈；2—上膠輥架；3—牽伸上膠輥；4—前牽伸鉗口；5—牽伸前下羅拉；6—網(wǎng)格圈張力器；7—網(wǎng)格圈；8—吸氣槽；9—側(cè)向氣流通道；10—負(fù)壓吸管；11—阻捻鉗口；12—膠圈張緊器；13—膠圈張緊片；14—阻捻膠輥。圖3 高效集聚紡紗裝置

與三羅拉和四羅拉集聚紡紗裝置相比，高效集聚紡紗裝置整合了多項牽伸和集聚的新功能結(jié)構(gòu)，特別是應(yīng)用了牽伸集聚膠圈傳動阻捻鉗口和網(wǎng)格圈的創(chuàng)新設(shè)計，具有比現(xiàn)有技術(shù)更具競爭力的應(yīng)用效應(yīng)，包括投資成本低、運(yùn)行成本低、集聚流量低、集聚負(fù)壓值低及維護(hù)管理方便等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，高效集聚紡紗裝置結(jié)構(gòu)與功能特征主要表現(xiàn)在以下方面。

a) 高效阻捻鉗口驅(qū)動。高效集聚紡紗裝置的阻捻鉗口由特設(shè)的牽伸集聚膠圈傳動，牽伸集聚膠圈既是牽伸和阻捻鉗口的握持器材，又是阻捻羅拉和網(wǎng)格圈的驅(qū)動器材，無其他附加機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，無需更換牽伸前下羅拉，不設(shè)專用阻捻羅拉、專用過橋齒輪和上膠輥齒輪盒，對三羅拉或四羅拉集聚紡紗裝置均可實(shí)現(xiàn)無齒輪傳動。牽伸集聚膠圈作為牽伸和阻捻膠輥轉(zhuǎn)動的傳動帶，因采用了約180°大包圍弧和上部緊邊驅(qū)動的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能高效率的傳遞驅(qū)動動能。

b) 高效網(wǎng)格圈驅(qū)動。阻捻鉗口和網(wǎng)格圈與前牽伸鉗口由牽伸集聚膠圈的緊邊同步驅(qū)動，牽伸集聚膠圈在阻捻鉗口處對網(wǎng)格圈進(jìn)行近似無滑溜的驅(qū)動。同時前牽伸鉗口在搖架加壓作用下，相比阻捻鉗口處的阻捻膠輥，前上膠輥?zhàn)冃屋^大，使阻捻膠輥線速度略大于前上膠輥，即集聚區(qū)張力牽伸倍數(shù)略大于1.0；此特點(diǎn)有別于應(yīng)用中的三羅拉和四羅拉集聚技術(shù)，但與ITMA2019展覽會展示的集聚紡紗新技術(shù)的共性特征相契合。試驗表明，膠圈阻捻鉗口對網(wǎng)格圈的驅(qū)動效率，比現(xiàn)有技術(shù)高5%以上。

c) 高效牽伸前鉗口握持。牽伸集聚膠圈與前上膠輥組合形成免維護(hù)的牽伸前鉗口，牽伸集聚膠圈有效覆蓋、隔離保護(hù)牽伸前膠輥；牽伸集聚膠圈與牽伸前膠輥的隔層復(fù)合結(jié)構(gòu)，可使?fàn)可烨澳z輥無磨損、少疲勞地運(yùn)行；牽伸集聚膠圈使用壽命長、維護(hù)成本低、能耗低，紡紗斷頭率少且無纏繞；調(diào)換牽伸集聚膠圈運(yùn)行方向，可使膠圈使用壽命延長1倍，省去牽伸集聚膠輥的日常磨礪維護(hù)，可大幅度降低集聚紡紗裝置的管理難度。

d) 高效側(cè)向氣流集聚(可選項)。牽伸集聚膠圈張緊器具有集聚負(fù)壓氣流側(cè)向?qū)Я鞴δ埽磸埦o器底部與網(wǎng)格圈之間設(shè)置側(cè)向氣流通道，可將負(fù)壓氣流引導(dǎo)為從兩側(cè)集合須條到吸氣槽部位的有效集聚流體矢量，顯著降低集聚氣流的負(fù)壓設(shè)定值。

e) 高效膠圈張緊器。牽伸集聚膠圈張緊器的功能為：① 在牽伸集聚膠圈下部的松邊張緊膠圈，采用透明材質(zhì)并留出觀察窗空間，便于觀察工作狀態(tài)；② 優(yōu)化后的側(cè)向氣流通道上部結(jié)構(gòu)，可保證通道高度一致性；③ 兩側(cè)邊的導(dǎo)向翼片，可保證膠圈穩(wěn)定運(yùn)行軌跡；④ 附帶LED照明燈的放大鏡和須條觀察窗(可選項)。

f) 高度結(jié)構(gòu)適應(yīng)性。該結(jié)構(gòu)可用于以網(wǎng)格圈作為集聚器材的三羅拉或四羅拉負(fù)壓集聚紡紗裝 置，也可用于以帶孔膠圈作為集聚器材的負(fù)壓集聚紡紗裝置；更換負(fù)壓管上的集聚蓋板，可方便進(jìn)行集聚單紗和集聚賽絡(luò)紗的品種切換，也可在前膠輥的搖架上設(shè)置清潔絨輥，且絨輥花不會掉入集聚區(qū)。

3 不同網(wǎng)格圈集聚形式對比

以480錠細(xì)紗機(jī)為例，對比高效集聚紡紗裝置與現(xiàn)有三羅拉、四羅拉集聚紡紗裝置的特點(diǎn)，如表1所示。

表1 高效集聚紡紗裝置與現(xiàn)有三羅拉、四羅拉集聚紡紗裝置對比

由表1可知，與現(xiàn)有三羅拉、四羅拉集聚紡紗裝置相比，高效集聚紡紗技術(shù)多數(shù)項目具有顯著優(yōu)勢。采用上膠圈驅(qū)動阻捻鉗口技術(shù)方案的高效集聚紡紗裝置，減少了現(xiàn)有技術(shù)中傳動阻捻鉗口每錠或每節(jié)羅拉齒輪組及相關(guān)部件，簡化了阻捻鉗口和網(wǎng)格圈的傳動結(jié)構(gòu)，不僅大幅度降低了網(wǎng)格圈負(fù)壓集聚裝置的投資和運(yùn)行成本，也大幅度降低了集聚紡紗生產(chǎn)管理和維護(hù)難度；應(yīng)用免維護(hù)牽伸前鉗口技術(shù)，有效緩解了牽伸膠輥的磨損，解決了其使用周期短、磨礪維護(hù)難度大的問題。

在須條握持鉗口，特別是在前牽伸鉗口，采用膠圈代替膠輥，消除了膠輥?zhàn)冃巍俨畹哪p機(jī)制，使膠輥具有較好的耐磨性，從而保護(hù)了膠輥，也延長了膠圈的使用壽命。

4 結(jié)語

高效集聚紡紗技術(shù)用戶受益主要表現(xiàn):① 減少集聚紡紗裝置改造投資成本;② 節(jié)省牽伸膠輥磨礪物料與工本;③ 減少集聚紡紗功耗與電費(fèi);④ 減少傳動部件維護(hù)清潔費(fèi)用;⑤ 減少紡紗質(zhì)量隨器材壽命的波動性;⑥ 降低生產(chǎn)操作管理和調(diào)度難度。

采用牽伸集聚膠圈驅(qū)動阻捻鉗口的高效集聚紡紗技術(shù)方案,為行業(yè)普及應(yīng)用集聚紡紗技術(shù),提供性價比較高的解決方案, 可以降低集聚紡紗技術(shù)維護(hù)管理難度和投資運(yùn)行成本,為紡紗企業(yè)降本增效、創(chuàng)造價值提供可能。