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1、第2 8 卷第8 期 2 0 0 7 年8 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 8 A u g 2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 7 ) 0 8 ,0 0 9 1 0 5 紧密纺断面结构布局的研究 唐善石,毛立民 ( 东华大学机械工程学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要针对紧密纺装置在F A 5 0 6 细纱机如何合理布局的问题,通过建立一个紧密纺断面结构的基本模型图来详 细分析纺纱段长度、导纱角、罗拉包围弧、集聚区长度对纱线断头、须条的集聚效果、纺纱段的捻度
2、传递和纺纱张力 及强力的影响,并导出了合理断面工艺尺寸方程。最后利用M a t h b 数学工具,进一步给出了具有参考价值的合理 断面工艺尺寸范围。结果表明:合理的导纱角和集聚区长度是一对主要矛盾,可以通过对集聚罗拉的定位尺寸和 形状尺寸的优化来协调解决。 关键词纺纱段长度;导纱角;包围弧;集聚区长度;工艺尺寸;紧密纺 中图分类号:偈1 0 4 7 文献标识码:A R e s e a r c hO nc r o s s s e c t i o nl a y o u to fc o m p a c t s p i n I l i n g 7nNGS h a n s h i M A OL i m
3、i n ( c 0 阮鲈矿胁陀k 硪脚西四m e ,l g ,肪n 曲觇璐渺,S 玩n 咖i2 0 1 6 2 0 ,傩i M ) A b s t r a c tW i t hav i e wt od e t e m l i n j n gar e a s o n a b l e1 a y o u t0 fc o m p a c ts p i n n i n go nF A 5 0 6r i n gs p i n n i n gf n e , ab a s i eI n o d e lo fc m s s s e c t i o np o s i t i o no fe o m p a c t
4、s p i n n i n gw a sd e v e l o p e dt o a n a l y z et h ei I l f l u e n c e s o ft h e s p i n n i n g1 e n 寥ho fr o l l e rn i pt ot h r e a dg u i d e ,i n c l i n a t i o no f1 0 1 l e rn i pt ot h r e a dg u i d e ,t h el e n 黟h0 fc o I n p a c t f i e l da I l dt h ew r 印a r c0 fr o l l e ro
5、 nt h ey 锄b r e a l 【a g e ,t h e 舶e r b a n de 艉c to fc o 瑚【p a c ts p i n n i n g ,t r a I l s m i s s i o no f t w i s ta n ds p i n n i n gt e n s i o n s t r e n 殍h n l ee q u a t i o n0 fr e a s o n a b l ec m s s - s e c t i o nt e c h n o l o 舀cd i m e n s i o n sw a s d e d v e d F u r t h
6、e r n l o r e ,t h er a n g eo f 鼢s o n a M ec r o s s s e c t j o nt e c h n o l o 舀cd i m e n s j o n sw h i c hh a v eg n e a tv a l u ef o r r e f b r e n c ew a sp r e s e n t e du s i n gM a t L a b T h er e s u l t ss h o w e dt h a tr e a s o n a b l ei n c l i n a t i o no fm l l e rn i pt
7、ot h r e a d g u i d e 锄dt h el e n g t ho fc o m p a c tf i e l di s ap a i ro fm a i nc o n t r a d i c t i o nw h i c hc a nb es o l v e di nh a n n o n yb y o p t i I I l i z i n gt h eo r i e n t a t i o na I l ds h 印ed i m e n s i o n0 fc o m p a c tr o l l e r K e yw o r d st h es p i n n i n
8、 gl e n g t ho fr o l l e rn i pt ot h I a dg u i d e ;i n c l i n a t i o no fm 1 1 e rn i pt ot h r e a dg u i d e ;t h e w r a pa 托o fr o l l e r ;t h el e n g t ho fc o m p a c ts p i n n i n g ;t e e h n o l o 舀cd i m e n s i o n ;c o m p a c ts p i n n i n g 紧密纺技术由于能明显减少纱线毛羽,提高成 纱质量,从而得到快速发展。目
9、前国际上已有多种 具有代表性的紧密纺系统,但适合现有环锭纺纱机 改造的并不多,而且改造成本较高,难以全面普及。 以低成本对我国现有的几千万锭环锭纺纱机进行紧 密纺技术改造,具有很好的现实意义。2 1 。 传统环锭细纱机的紧密纺技术改造,就是不改 变细纱机原有牵伸区的位置和结构,在前罗拉钳口 处加装一个纤维须条集聚装置。改造涉及到如何合 理确定紧密纺装置断面结构工艺尺寸。本文以 F A 5 0 6 环锭纺纱机紧密纺改造为例,分析和探讨紧 密纺断面工艺尺寸设计问题。 1 加装紧密纺装置后的断面结构 本文建立以图1 为基本模型的断面几何结构布 局图。图中L 。,L 。,分别表示加装紧密纺装置前的 纺
10、纱段长度和最大纺纱段长度;L :,L 。洫分别为加装 紧密纺装置后纺纱段长度和最短纺纱段长度;p ,卢: 分别为加装前、后的导纱角;n , 分别为集聚罗拉 中心到前罗拉中心的水平和垂直距离;a 为集聚罗 拉和前罗拉中心连线的倾斜角。图1 中原有的基本 收稿日期:2 0 0 6 1 l 0 3修回日期:2 0 0 7 一0 4 一1 8 作者简介:唐善石( 1 9 7 6 一) ,男,硕士生。主要研究方向为新型纺纱技术和工艺。毛立民,通讯作者,E m a i l :I l l l I I l i n d l l u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover D
11、EMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 9 2 纺织学报第2 8 卷 工艺尺寸有:前罗拉中心至锭子中心的水平距离A ; 前罗拉中心至导纱钩垂直距离B ( 生产上也常用前 罗拉中心至龙筋表面高度的垂直距离c 表示) ;导 纱钩的动程f ;前罗拉的倾斜角d ,。按文献 3 , F A 5 0 6 细纱机升降动程为1 8 0m m ,A = 7 5m m ,B 。i 。= 1 0 0m m ,B 。= 1 4 5m m ,f = 4 5m m ,a l = 4 5 。 德国s u e s s e nE l i t e
12、 紧密纺系统【4 是由异型吸聚 管来取代图1 中的集聚罗拉,但对断面结构布局分 析的方法依然可用对图1 分析方法来处理。瑞士 R o t o r c 珀nR o c o s 机械式紧密纺系统bo 是图1 中n = 0 矗= 0 的特例。本文以图1 为基本模型,对一些不规 则异型吸聚管进行了简化处理,给出具体的分析 结果。 导纱钩最高位 导纱钩位置 导纱钩最低位 图1加装紧密纺细纱机的断面工艺尺寸和参数 F i g 1T e c l l l l o l o g i cg e o m e t r i cd i m e I l s i o n sa n dp a r a m e t e r o fc
13、 o m p a c ts p i 衄i n gs y s t e m 2 主要断面工艺参数和尺寸的确定 紧密纺断面工艺参数指前罗拉所纺出的纱条到 纱管的通道参数 6 ,包括集聚区长度、集聚罗拉包围 弧、纺纱段长度L :和导纱角卢:,它们是影响纱条捻 度传递效果和纱线毛羽程度、纺纱段的纱线强力、纱 线结构和集聚效果的重要参数。这些参数最后皆反 映在纱线张力和强力上,也影响到细纱机的纺纱断 头率、速度的高低以及成纱质量。因此合理选择环 锭紧密纺细纱机断面工艺尺寸和纱条通道的工艺参 数对于缩小纺纱三角区,降低细纱断头率有着重要 意义,紧密纺装置断面工艺参数是紧密纺装置设计 的重要内容。 紧密纺断面
14、工艺尺寸指集聚罗拉、集聚罗拉上 皮辊、前罗拉上皮辊相对位置尺寸以及集聚罗拉形 状尺寸。紧密纺断面工艺参数取决于集聚罗拉定位 尺寸o 、 和集聚罗拉曲率半径、集聚罗拉上皮辊前 移量以及前罗拉上皮辊的偏移量。 2 1 纺纱段长度L 纺纱段长度是指导纱钩以上的纱条长度,即集 聚罗拉控制钳口( 加装前为前罗拉) 至导纱钩之间的 纱条长度。由图l 可知,其加装紧密纺装置前的几 何关系为 L :A2 + B 2 一R ;( 1 ) 式中R ,为前罗拉半径。 对于F A 5 0 6 细纱机,R 2 = 1 2 5m m ,1 2 4 3 7 L ,1 6 2 7 7 ,在一落纱过程中随着导纱钩的升降,。 值
15、是逐渐变小的。加装后的几何关系为 L := ( 4 一口) 2 + ( 曰一九) 2 一R : ( 2 ) 式中尺,为集聚罗拉的曲率半径。 在环锭细纱机中,导纱钩在纱条圆周方向的摩 擦对纱条转动起着阻碍作用,从而产生捻陷现象。 加捻点( 即钢丝圈处) 首先对气圈段( 即导纱钩至钢 丝圈距离) 纱条进行加捻,然后向上通过导纱钩将捻 回传递给纺纱段纱条,因此越靠近前罗拉钳口其捻 度越低,且捻度下降速度也越快,到前罗拉钳口时捻 度降至零n 。 纺纱段长度太长,会增大捻回自下而上传递的 滞后现象,也会减少纺纱段捻回的分布和增加弱环 逗留在纺纱段的时间,也加剧了纺纱段纱条在运转 中的振动频率和振幅,从而
16、削弱纺纱强力,容易造成 较多的上部断头。缩短纺纱段长度有利于增加纺纱 段平均捻度,提高纺纱强力,降低断头率8 J 。由 图1 可知,L : p ;。增大导纱角,可以减少 纱条对导纱钩的包围弧和纱条对导纱钩的压力,从 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期唐善石等:紧密纺断面结构布局的研究 9 3 而减少导纱钩的捻陷作用、捻回的传递而提高纺纱 段纱条强力,有利于降低纺纱段断头,但导纱角增 大,纱条在导纱钩上的包围弧变小,也会带来气圈张 力传递阻力的
17、减少,使纺纱段纱条易受气圈干扰而 加剧抖动,导致纺纱段张力增大;如果导纱角继续增 大,纱线瞬时悬空于导纱钩眼孔中,使纱线在纺纱段 形成“小气圈”,在纺纱段纱条接近垂直的情况下,将 使导纱钩相当于一个小气圈环,因此,必须恰到好处 地选择导纱角。实验证明最大导纱角( 即管纱始纺 位置时的导纱角) 卢。不宜超过7 5o 6 。9 。 、 2 3 包围弧耐 如图2 所示,从集聚罗拉握持点d 至纺纱段纱 条脱离集聚罗拉表面的相切点c 之间的弧长称为集 聚罗拉包围弧。 图2 导纱角、纺纱段长度和罗拉包围弧 F i g 2 I n c l i n a t i o na I l dt l l es p i n
18、 曲培l e I l g t ho f m e rn i pt o 山r e a dg u i d e ,t h ew r a pa r co fr 0 U e r 由图可知,么c D 。厂= 卢,么e 0 。厂= 口, 么c D ld = 么c D l ,一么d D le 一么e D l ,= 6 一盯1 n 爵面一口 所以其集聚罗拉包围弧为 二= 碰c 州= R ,ka r c s i n 点一a ) c d = 尺1 么c D ,d = R ,I 9 一a r c s i n 而击一a ( 5 ) 式中,口:眦t a n 旦;R 。和尺:分别为集聚罗拉曲率 。 一 一 半径和集聚罗拉上皮
19、辊半径;6 为集聚罗拉上皮辊 偏移值;口为集聚罗拉中心到前罗拉中心的倾斜角。 结合式( 4 ) 有 二旭( a r c t a n 等+ a r c t a n _ = = = = = 二= = = = = = 三二= = = = = 二= = = = = 一 尺 ( A o ) 2 + ( B 一 ) 2 一R ; a r c s i n 了旦百a r c t a n 旦) ( 6 ) a r c s l n 万了瓦a r 毗a ni L o , 集聚罗拉或阻捻件的包围弧耐的大小影响纺纱 三角区的无捻纱段长度,即影响集聚罗拉钳口握持 的须条中伸入已加捻的纱条的纤维数量和长度,是 对纺纱颇有影
20、响的1 个参数。包围弧c d 大,不利于 捻回向上传递,因此包围弧c d 不宜过大。 2 4 集聚区长度砌和角口 集聚罗拉控制钳口线到前罗拉钳口线的表面曲 线长度称之为集聚区长度。集聚区长度如也是影 响其集聚效果的重要参数。因为不管是负压式还是 机械式集束器集聚,开始时其集聚的区域长度越大, 集聚效果就越明显。由图2 所示,集聚区长度为 一 如_ d e + e g + g 凡= 尺1a r c s i n 赢+ 一 、 口2 + 五2 + 足,a r c s i n 志( 7 ) 式中:R ,月。分别为前罗拉半径,前罗拉上皮辊半径 值;6 ,6 ,分别为集聚罗拉上皮辊偏移值,前罗拉上 皮辊偏
21、移值( 向前偏移为负值,向后为正值) 。 瑞士R i e t e r 公司C o - n f o r s p i n 紧密纺纱系统和瑞 士R o t o c r 世R o c o s 紧密纺系统的集聚区长度是 式( 7 ) 中o = 0 ,五= 0 ,尺,= R ,的特例。 为了确保集聚效果,前罗拉上皮辊一般不会设 计成向前偏移。瑞士R o c o s 紧密纺系统的前罗拉上 皮辊是向后偏移的,这有利于集聚区长度如的增 大。对于其它的几种紧密纺系统结构实际上所利用 的集聚区长度均小于其理论值,这主要因为实践中 集聚区长度很难延伸到前罗拉钳口线。从式( 6 ) 、 ( 7 ) 可看出,集聚罗拉上皮
22、辊向前偏移量不仅有利于 包围弧度值减少,且利于集聚区长度的增大。 一般情况D 。D 3 取值范围:R ,+ R 3 0 。D 3 A 。 这是因为考虑到F A 5 0 6 集聚罗拉下面的吸风管的装 卸以及挡车工的清洁,危5 0 ;同时考虑到上面导纱 角的范围,口 7 5 一尺,。 口是集聚罗拉和前罗拉的倾斜角,过大不利于 挡车工接头,也不利于吸风装置的安装;过小其包围 弧c d 增大,不利于捻回向上的传递,即集聚罗拉前钳 口段的弱捻区增长,纱线断头就会增加。其经验值 3 5 。a 5 0 。为宜柚 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase fro
23、m www.PDFWatermarkR to remove the watermark 9 4 纺织学报 第2 8 卷 3 集聚纺断面工艺尺寸的改装 从图1 、2 可以看出,不管集聚罗拉如何定位,改 装后的纺纱段长度比改装前的短,而改装后的导纱 角却比改造前的大,有利于捻回由下向上传递,但导 纱角口和包围弧c d 是一对矛盾。为了提高纺纱段强 力,应增大纺纱段的捻回传递效率,即增大导纱角, 但从式( 5 ) 、( 6 ) 可以看出,导纱角增大的同时又带来 弱捻区长度和纺纱段纺纱张力增大的消极因素。特 别是在纺制大纱时,由于此时气圈缺少弹性调节张 力的能力,一旦张力发生突变,就能迅速传递到纺纱
24、段而产生断头,因此合理设置导纱角卢:一具有重要 意义。 要确定J 9 :一,必须首先确定口、 和R 。的值。 为了满足上述讨论的要求,必须对口、 和R 的值 进行优化设计。将上面的要求进行归纳为 5 9 0 卢2 7 5 0 3 5 0 口5 0 0 ( R l + R 3 ) 2 矗2 + 2 A 2 即 九5 0 口 7 5 一R l a r c t a n ( 筹) + a r c t a n ( 而i 寿蔷葡葡) 乃盏删肌I 以丽i 万可石万j ( i J D 面 0 7 0 矗1 2 0 ( 8 ) ( R l + R 3 ) 2 口2 + 2 7 5 2 5 0 o 7 5 一R
25、, 本文取尺:= 1 5m m 来进一步探讨o , 取值范 围。取目标函数 p 娟一k a n ( 告等) + a r 毗8 nl 万吾i 芦i 雨i 丽 R 只要卢。i 。0 就可满足5 9 。卢:7 5 。为了简 洁、直观起见,取R 。= 1 5m m ,先尝试分别对口, 进 行取值,并通过式( 8 ) 来确定另一变量取值范围。如 果o ,矗的取值不能满足式( 8 ) ,再重新对口, 取 值,直至满足式( 8 ) 要求。本文分别对口取1 8 、1 9 、 2 3 、2 5 、2 7m m ,通过式( 8 ) 来进一步确定 的取值范 围,并利用M a t L a b 绘制出目标函数的曲线图,
26、用不 同的线型区分它们。再对 分别取1 6 、1 8 、2 2 、2 6 、 3 0m m ,也通过式( 8 ) 进一步确定口的取值范围,并 在同一坐标上作目标函数曲线图,也用不同的线型 区分它们。同时为了进一步优化o , 的取值范围, 显示所有的曲线,把坐标轴定制在合理范围内,作出 目标函数曲线如图3 ( a ) 所示0 【。 口, 的尺寸m m ( a ) 尺1 2 1 5m m d , 的尺寸m “ ( b ) 尺l ;1 2 5m m 图3 对目标函数口白变量口,危取不同值的曲线图 F i g 3G m p ho ff u n c t i o n po nd i f f e r e n
27、 tv a l u eo f 口o r _ j l 当尺,= 1 5m m ,可发现:1 ) 当口或 大于3 0m m 以后,紧密纺导纱角接近7 5 0 或是大于7 5 。,不是很理 想,因此1 6 o , 3 0 比较理想;2 ) 要同时兼顾合 理的导纱角和集聚区长度是矛盾的,图中曲线矗= 1 8m m 和口= 1 9m m 时卢:一将超过7 2 。,不能满足提 高集聚效果的设计要求;3 ) 不管口,九怎么取值,要 满足式( 8 ) 紧密纺导纱角一7 1 5 。 同理,当R ,= 1 2 5m m 时,作出图3 ( b ) n 。从 图3 中( a ) 与( b ) 比较可看出:1 ) R
28、变小时,整个曲线 图往上移,这说明口, 的取值范围可以适当放宽; 鲫婴丌0 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期唐善石等:紧密纺断面结构布局的研究 9 5 2 ) 当口, 大于2 0 5m m 时,其最小取值与兄,取值 没有多大关系;3 ) 尺变小时,有助于集聚区长度的 增大而导纱角可以不变。 当然,所确定的断面工艺尺寸和断面工艺参数 还需要通过生产实践和科学实验相结合的方法进行 验证,以便取得更好的优化结果。 4结束语 1 ) 合理地安排
29、紧密纺的断面工艺尺寸对降低 断头,提高集聚效果具有积极意义。 2 ) 不管集聚装置如何定位,改装后的纺纱段长 度比改装前的短,而改装后的导纱角却比改造前的 大,这有利于提高捻回的传递效率。 3 ) 紧密纺断面工艺参数间是相互牵制,相互矛 盾的,但主要矛盾在导纱角。结合断头和集聚效果, 导纱角尽量偏小掌握。 4 ) 紧密纺断面结构布局的安排还要考虑到操 作的方便性和下部吸风管的合理安装。 5 ) 集聚罗拉的定位是结构布局的关键,通过优 化分析可以得到一些理想的口, 值。 6 ) 一般情况下,合理的导纱角和集聚区长度是 一对矛盾,可以通过减少集聚罗拉的曲率半径或取 合适的n , 值来协调平衡。 7
30、 ) 当集聚罗拉曲率半径尺,= 1 5m m 时,1 6 口, 3 0 比较理想;不管o , 怎么取值,要满足式( 8 ) 同时要达到较好的集聚效果,最大导纱角卢:。需超 过7 2 。黼 参考文献: 刘亚平,刘小华,徐德来紧密纺纱技术在麻纺细纱 机上的应用 J 棉纺织技术,2 0 0 5 ( 6 ) :1 6 苏继伟国产环锭细纱机紧密纺改造的探讨 J 上 海纺织科技,2 0 0 5 ( 2 ) :1 8 2 4 中国纺织总会教育部棉纺设备 M 北京:中国纺 织出版社,1 9 9 5 :2 l l 一2 1 6 刘林兵,高卫东紧密纺纱系统结构特性的比较 J 纺织导报,2 0 0 5 ( 2 )
31、:3 8 4 3 刘林兵,高卫东,程丙伟R o c o s 紧密纺纱新技术 J 毛纺科技,2 0 0 5 ( 6 ) :4 9 唐文辉,刘荣清环锭细纱机断头分析和控制 M 北京:纺织工业出版社,1 9 8 8 :2 2 4 2 4 8 张文赓,陈铭右,丁寿基,等加捻过程基本理论 M 北京:纺织工业出版社,1 9 8 3 :3 1 6 8 中国纺织大学棉纺教研室棉纺学:下册 M 2 版 北京:纺织工业出版社,1 9 8 8 :2 6 8 3 0 4 陈人哲纺织机械设计原理:上册 M 2 版北京: 中国纺织出版社,1 9 9 6 :3 8 7 3 8 9 姜建飞,胡良剑,唐俭数值分析及M A r I L A B 实 验 M 北京:科学出版社,2 0 0 4 :1 9 9 2 4 7 11j 1j 1 J 2 3 4 5 6 7 8 9 托 rI rrrL 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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