络筒上蜡装置设计原理与分析.pdf

第2 8 卷第1 期 2 0 0 7 年1 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 1 J a n 2 0 0 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 1 0 1 0 2 0 4 络筒上蜡装置设计原理与分析 钱友三，程隆棣，薛文良 ( 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要采用模型的方法建立络筒过程中纱线通道与上蜡机构的结构模型，运用力学和数值分析的方法对该模型 进行数值解，再通过对M 1 3 3 2 型络筒机上蜡装置的实验，获得简易络筒上蜡装置的结构最优值、蜡块结构成分的最 优值等，为纺纱企业选用性价比最优的上蜡系统提供理论分析和实验检验的依据。 关键词纱线毛羽；上蜡装置；络筒；蜡块 中图分类号：T S l 0 3 8 2文献标识码：A D e s i g np r i n c i p l ea n da n a l y s i so fw a x i n ga t t a c h m e n tf o rw i n d i n g Q I A NY o u s a n ，C H E N GL o n g d i ，X U EW e n l i a n g ( K e yL a b o r a t o r yo fT e x t i l eS c i e n c e & T e c h n o l o g y ，M i n 括t r yo fE d u c a t i o n ，D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 ，C h i n a ) A b s t r a c tAs t r u c t u r a lm o d e lo ft h ey a mp a s s i n gw a yd u r i n gw i n d i n ga n dw a x i n ga t t a c h m e n tw a sd e v e l o p e d a n dt h em e c h a n i c sa n dd a t aa n a l y s i sw e r eu s e dt oe x p l a i nt h em o d e l B a s e do nw a x i n ge x p e r i m e n t so nw i n d i n g f r a m em o d e lM 1 3 3 2 ，t h eo p t i m u mp a r a m e t e r so ft h es t r u c t u r eo fw a x i n ga t t a c h m e n ta n dw a xc o m p o n e n t sw e r e g o t I th a sp r o v i d e dab a s i sf o rs p i n n i n gm i l l st os e l e c taw a x i n ga t t a c h m e n tw i t ht h eb e s tr a t i oo fp e r f o r m a n c e t op r i c ei nb o t ht h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a la s p e c t s K e yw o r d s h a i r i n e s so fy a m ；w a x i n ga t t a c h m e n t ；w i n d i n g ；W a x 纱线毛羽( 尤其是长毛羽) 的存在会对生产效 率、布面质量、面料使用效果等产生较大的影响。特 别是经过络筒的纱线毛羽，一般是筒管纱的4 7 倍，严重的是筒管纱的1 0 倍，因此，可在络筒机上增 加固态上蜡机构，使纱线表面形成一层保护层，以减 缓络筒对纱线毛羽的恶化。 本文将M 1 3 3 2 型络筒机张力盘改换成上蜡装 置，通过理论分析，探索减少纱线表面毛羽的机制， 并通过实验对理论分析的结果进行验证。 1 上蜡系统的力学分析 纱线在上蜡过程中，蜡块必须是在纱线的拖动 下绕轴心自身转动，以保证上蜡的均匀度以及蜡块 的使用效率，所以要考虑纱线在蜡块下通过时，纱线 与蜡块要有足够的摩擦力，使得上蜡机构能够随着 纱线的切向运动而转动。经络筒实验可以看出，纱 线通过蜡块的路程是紧贴上蜡装置的内径，故蜡块 内外径大小是决定上蜡机构能否匀速转动的主要因 素之一。 根据现有张力片直径以及滚动轴承的尺寸和成 本因素，选用1 6 轴承系统为实验平台。 1 1 纱线在蜡块下直线运动 纱线直线通过时与蜡块的摩擦受力情况如图1 所示。图中：R 为蜡块的外径；r 为蜡块的内径；0 为转轴中心；M 。为纱线对蜡块的摩擦力矩。根据 图1 可分析出纱线对蜡块的摩擦力矩M 。 蜡块的质量为肘，纱线直径为D ，由于纱线直 径非常小，假设其受到压力后为一个矩形，宽就是纱 线真径D 。纱线与蜡块的摩擦因数为肚，任意取 A B 上一段纱线为d 戈，其对蜡块作用的质量为d M ， 则有： 收稿日期：2 0 0 5 0 6 2 7修回日期：2 0 0 6 0 9 2 7 作者简介：钱友三( 1 9 8 1 一) ，男，研究生。主要研究方向为纤维制品的研究和纺纱关键装置开发。程隆棣，通讯作者，E m a i l ： l d c h d h u e d u C l l o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第1 期钱友三等：络筒上蜡装置设计原理与分析 · 1 0 3 · 蜡 图1纱线亘线通过时与蜡块的犀璨受力图 F i g 1 F r i c t i o ns k e t c hm a pb e t w e e ny a r na n dw a x w h e ny a r np a s s e ss t r a i g h t l y d 肘= ；尚d 石 ( 1 ) 孙舢= 揣d 菇 ( 2 ) d M 。= r d f ( 3 ) 纱线与蜡块摩擦产生的转动力矩由式( 3 ) 可得： 肘。= f 矿一，嵩d 戈= 篇c 4 ， 蜡块与托盘的摩擦受力情况如图2 所示。图 中：M ：为托盘与蜡块摩擦产生的转动力矩，其它同 图1 ( 下同) 。由图2 可知托盘对蜡块的摩擦力 矩j I f ，。 图2 蜡块- q 托盘的犀摞受力图 F i g 2 F r i c t i o ns k e t c hm a pb e t w e e nw a xa n ds a l v e r 蜡块与托盘的摩擦因数为弘：。取1 块微小的 蜡块单元，如图2 阴影部分，么E O F 为d 口，微元到转 轴中心的距离为戈，微元宽d 茗，长x d O 。则： d M = ；尚x d 并d O ( 5 ) a f = 煮x d x d 臼 ( 6 ) d M ：= x d f ( 7 ) 所以托盘对蜡块摩擦产生的转动力矩由式( 7 ) 可得： M ：了f 志菇2 d 菇d 臼：! z 生；攒 ( 8 ) 纱线与托盘的摩擦受力情况如图3 所示。图 中：R 为托盘( 同蜡块) 的外径；M ，为纱线与托盘摩 擦产生的转动力矩。根据图可分析纱线对托盘的摩 擦力矩肘，。 图3 纱线与托盘的摩擦受力图 F i g 3 F r i c t i o ns k e t c hm a pb e t w e e ny a r na n ds a l v e r 纱线与托盘的摩擦因数为，同上推导： 肘，= ，：旷一，嵩d 菇= 篇c 9 ， 根据理想状态，纱线高速通过蜡块时，由于使用 轴承，摩擦力矩非常小，假设蜡块与托盘以同一速度 高速旋转，即将蜡块和托盘看成为一个整体。 要保证蜡块可以转动，必须使得纱线与蜡块的 摩擦力矩M ，与纱线与托盘的摩擦力矩肘，总合大 于蜡块本身的惯性力矩- ，：、轴承系统本身的阻力 矩I z s 2 - 引和空气阻力矩H 1 的总合。由于空气阻力 远小于其它各项力矩，本文不考虑其对整个系统的 影响。蜡块与托盘的摩擦力属于内力范畴，即： M l + M 3 J z + ，z ( 1 0 ) 式中：j ，为轴承系统本身的转动惯量；e 为角加 速度。 蜡块的形状是空心圆柱体，所以其围绕轴心旋 转的惯性力矩为 ，：去M ( J R 2 + r 2 ) ( 1 1 ) 由式( 4 ) 、( 8 ) 、( 1 0 ) 、( 1 1 ) 可以推出： 等等+等等丢砌2+r2：eR R 耳2 一r 2丁c 2 一r 2 二 ( 1 2 ) 其中_ t 。、p ：、弘，由纱线、蜡块和托盘的材料决 定，R 、r 由上蜡系统本身尺寸决定，I z e 由系统的物 理特性决定，因此，通过实验测试，就可以从理论上 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark ·1 0 4 · 纺织学报第2 8 卷 计算出纱线的摩擦力是否足以使蜡块平稳的转动。 1 2 纱线在蜡块下部分沿托盘内径通过 根据在M 1 3 3 2 络筒机上的实际观察，根据纱线 输入与输出夹角的不同，纱线通过蜡块的路程并不 一定是直线，沿着托盘内径走一段距离( 如图4 的 C D 所示) 。纱线在蜡块下部沿托盘内径通过时的受 力情况如图4 所示。图中M 7 为纱线对蜡块的摩擦 转动力矩。 图4 纱线在蜡块F 邵沿托盘内径通过时犀探受力图 F i g 4 F r i c t i o ns k e t c hm a pb e t w e e ny a r na n dw a xw h e n y a r np a s s e sd e v i o u s l y 蜡块的质量为M ，纱线与蜡块的摩擦因数为 ，任意取c D 上一段纱线为以，其受蜡块作用的质 量为d M ，则： d M = ；志d 戈 ( 1 3 ) = 眦埘= 嵩d 并 ) 纱线C E 段对蜡块产生的力矩为 M 7 ，。= ：8 。一7 。嬲d 省= 篇 ( 1 5 ) 纱线E F 段对蜡块产生的力矩为 M 7 。，= j ? 嬲d 戈= 揣c ，6 ， 其中d 是么E O F 的值。 纱线F D 段对蜡块产生的力矩为 叭肋= r 裂虮器 ( 1 7 ) M 。l = M 。l c E + M 。 2 z lM g D r 丌厂矿= 7 可以看出，当a = 0 时，就是纱线直线通过的 情况。 同理，可以算出纱线对托盘的摩擦力矩： 趾系R 咎+ 筹答，兀一r 2 ，c k 一r ， 蜡块能够平稳转动的必要条件是： M 7 l + M 73 J z + ，z e( 2 0 ) 由实践可以看出，式( 2 0 ) 的条件完全满足。由 式( 1 1 ) 、( 1 8 ) 、( 1 9 ) 、( 2 0 ) 可以推出： 2 产1M g D r1M g D a r 。2 , u 3M g D r 忑丽+ 孑两+ 忑丽+ 了, u 3 i M g 可D a r 2 三M ( R 2 + r 2 ) + ，z e ( 2 1 ) 7 c ( R 2 一r 2 ) 72 2 “、“7 7 。12 、。17 其中：卢，和卢。由纱线、蜡块和托盘的材料决定，R 、 r 由上蜡系统本身尺寸决定，：e 由系统的物理特性 决定，O 可以按实际情况确定。 2 上蜡装置各部件之间的数值关系 为了适合现有的张力架，使上蜡装置与其匹配， 蜡块的外径取3 4m m ，内径取1 8m m ，蜡块质量5g ，重 力加速度取9 8m s ，口取r d 4 ，纱线的直径D 为 0 2 1 姗。本系统的转动惯量为8 7 7 5 × 1 0 8 ( k g ·m e ) 。根据实验测得弘，为0 4 4 7 ，卢，为 0 4 5 8 。 则通过计算可得：M ，为1 2 3 1 ×1 0 ，M ：为 9 0 2 9 ×1 0 ，M ，为0 9 9 2 ×1 0 ，系统的阻力矩为 0 9 9 4 ×1 0 ，单位都是k g ·m 2 。 可以看出，M ，与M ，的和远大于系统的阻力 矩，远小于M ，。说明在上蜡过程中，纱线通过蜡块 时摩擦力足以使上蜡装置和蜡块一起转动，但是其 大小远小于蜡块与托盘之间的摩擦力矩，所以蜡块 与托盘之间保持相对静止。 3实验论证 为检验以上分析的正确性，在M 1 3 3 2 络筒机上试 纺一定量的纱线。所纺纱线为1 9 6 8t e x 纯涤纶纱，捻 度6 5 0 捻m ，车速为19 0 0r r n i n ，蜡块质量1 5g ，室温 2 0 ，相对湿度6 0 。6 5 。然后，用Y G l 7 2 型纱线 毛羽测试仪测试纱线毛羽。3 m m 以上毛羽平均数( 子 样数2 0 ) 为：络筒前3 8 3 ，不上蜡2 3 3 9 ，一般上蜡装置 上蜡1 5 8 7 ，专用上蜡装置上蜡9 7 1 。 从络筒过程看，纱线通过蜡块时，蜡块与托盘同 时快速转动，这样纱线上蜡均匀，可以达到较好的上 ( 下转第1 0 7 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第1 期张峰：虚拟仪器在织物纬斜检测中的应用 · 1 0 7 · 法存在一定的问题，另一方面软件与硬件相比响应 速度上也是有差距的，这些问题会在后面的研究中 进一步改进。 3结语 本文基于虚拟仪器对传统的纬斜检测装置进行 改进，实现了对纬斜、纬弯的在线检测和处理功能。 除了实现传统装置的纬斜检测和矫正功能外，计算 机可以综合利用所测的纬斜数据对织物的纬斜规律 进行总结，方便工作人员对纬斜的分析控制，与传统 图2 虚拟仪器面板图 检测装置相比体现出了强大的优越性。本系统还可 F i g 2C o n 呐m I l gp a J l e lo f t h ev i n u a li n s t n l m m 以进一步利用L a b V I E W 的网络通讯功能，开发出远 山蜘嬲孽耋妻裟篡! 黧织警妻搿囊萎鍪淼篙邑腼删多锱 出现的各种纬斜、纬弯情况进行准确的检测。根据 一。一 对检测数据的分析处理结果，计算机能够准确地发 参考文献： 出指令控制纬斜矫正机构对纬斜进行矫正。经过长 h 荆涛染整设备机电一体化 M 北京：中国纺织出 时间的运行和数据统计发现，系统完全能够实现改 f 蜃耗】9 9 7 2 0 4 进前纬斜检测设备的检测指标。由于纬纱的弯曲存 2 陈立秋新型染整工艺设备 M 北京：中国纺织出 在弓纬、双弓纬、双反弓纬、钩弓、双钩弓纬等多种情版社，2 0 0 2 ：6 5 1 况，每种情况的判断比较困难，程序的编制也较复 3 徐俊利织物纬斜的检测技术 J 北京轻工业学院 杂，综合测得的实验数据来看，系统对于纬弯的种类 ，竺篓，1 9 9 5 。，1 3 1 1 i7 9 8 3 I | 剃及识脯度存在需要改进的地方，在纬弯数据h 3 需麓妻鋈蠢掌兰主盎器己了微柏应 的检测中还有待提高。通过实验发现改进后的系统 5 杨乐平，李海涛，赵勇，等L a b V I E W 高级程序设 与改进前相比响应速度慢，主要原因可能是程序算 州M 北京：清华大学出版社，2 0 0 3 ：2 8 6 ( 上接第1 0 4 页) 蜡效果。用了上蜡装置的纱线毛羽明显好于不用上 蜡装置和传统上蜡机构及蜡块的，可以证明新型上 蜡装置对纱线毛羽的改善效果非常明显。 4结论 通过理论模型的推导和分析，固态蜡上蜡原理 是可行的，上蜡装置能给予纱线足够的蜡质，可使纱 线毛羽的恶化降到最低，通过实践可以看出，该上蜡 机构安装在M 1 3 3 2 型络筒机上，能有效减少毛羽的 恶化，达到理论分析的结果。赫 参考文献： 1 谢传锋理论力学 M 北京：中央广播电视大学出版 社，1 9 8 7 ：4 3 5 4 5 4 2 万长森滚动轴承的分析方法 M 北京：机械工业出 版社，1 9 8 5 ：5 7 1 3j B a c k h o u s eJK ，H o u l d w o r t hSPT C o o p e rBED P u r e M a t h e m a t i c s lMJ L o n d o n ：L o n g d e m a n ，1 9 8 7 ：1 2 1 5 4 D e t c h e v aVS p a s s o vV As i m p l en o n 1 i n er o s c i l l a t o r D A n a l y t i c a la n dN u m e r i c a lS o l u t i o nP h y s i cE d u c ，1 9 9 3 ：2 8 3 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark