（纺织工程专业论文）jf型环锭细纱牵伸装置性能研究.pdf

j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 摘要 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 摘要 环锭细纱机的牵伸装置经过数十年的发展，涌现出多种型式，但技术上最为成熟 的有四种，即s k f 牵伸、i n a v 牵伸、r 2 p 牵伸和h p 牵伸，这些牵伸装置均来自 国外技术，经我国科研人员和纺机配件厂改造后又形成r 2 v 等牵伸形式，但均为上 述四种牵伸型式的衍化。由昆山景丰机械有限公司发明的专利产品j f 型细纱牵伸装 置，在上下销结构、加压元件等方面进行了创新，经部分试用后，具有较好的效果。 做为一种新型的牵伸装置，目前尚缺少较为系统的理论和工艺规律的研究和总结。本 课题通过对j f 形牵伸系统的结构进行理论分析和数学模拟，并对j f 型牵伸和s k f 牵伸的性能进行了对比测试，找出了腰形牵伸的最佳工艺及适用范围。为j f 型牵伸 系统的推广使用和改进提供一些参考。 本课题研究的内容：( 1 ) j f 型环锭细纱牵伸装置结构与理论分析，包括j f 型环锭细纱牵伸装置浮游区长度的计算、j f 型环锭细纱牵伸装置的摩擦力界分 布、j f 型环锭细纱牵伸装置变速模型；( 2 ) j f 型环锭细纱牵伸装置纺纱实验与 工艺优化；( 3 ) j f 型环锭细纱牵伸装置与s k f 牵伸装置的对比实验。 关键词：牵伸装置、数学模型、摩擦力界、回归分析、变速点 作者：苏玉恒 指导老师：冯岑 as t u d yo f j ft y p ed r a f t i n ge q u i p m e n tp e r f o r m a n c eo nr i n gs p i n n i n gm a c h i n e a b s t r a e t a s t u d yo f j ft y p ed r a f t i n ge q u i p m e n tp e r f o r m a n c e o nr i n gs p i n n i n gm a c h i n e a b s t r a c t t h ee q u i p m e n to nr i n gs p i n n i n gm a c h i n ec a m et ot h ef o r ev a r i o u st y p e ss m c ed o z e n s o fy e a r s ，b u tt h e r ea l ef o u rt y p e sw e r et h em o s tm a t u r e ，s k ft y p e ，i n a vt y p e ，r 2 pt y p e a n dh pt y p e ，t h e s ee q u i p m e n tm a d eb yt h ef o r e i g nn a t i o n i ns p i t eo fc r e a t e dt h ev a r i o u s d r a f t i n ge q u i p m e n to nt h er i n gs p i n n i n gb yt h ed o m e s t i cr e s e a r c h e ra n dt h es p i n n i n g a c c e s s o r i e sp l a n t s ，e x a m p l er 2 v t y p e s ，b u ta l ld e r i v e df o r mt h ef o u rt y p e sa f o r e s a i d t h e i ft y p ee q u i p m e n ti st h ep a t e n tp r o d u c ti n v e n t e db yk u ns h a nj i n gf e n gm a c h i n e c o l t d c r e a t e dt h en e ws t r u c t u r eo ft h et o pa n db o t t o ma p r o nc r a d l e ，a sw e l la st h e e l e m e n to ft h ep r e s ss t r u c t u r eo nt h i se q u i p m e n t t h ej ft y p ee q u i p m e n th a v ee x c e l l e d p e r f o r m a n c eo l lp a r tp r o b a t i o n a san e wt y p ed r a f t i n ge q u i p m e n t , t h e r ei sf e wa n a l y s i sa n d s u m m a r yo nt h et h e o r ya n d a r ta tp r e s e n t t h i sp a p e ra n a l y z e sa n dm i m i c st h et h e o r ya n d o ft h ej ft y p ee q u i p m e n ts t r u c t u r e ，a n d m a k i n gc o m p a r i s o nb e t w e e ni ft y p ea n ds k f t y p e ，f o u n dt h eb e s t - a l ta n dt h er a n ga p p l i e dt o w h i c hw i l lp r o v i d el a t e rs c i e n c es t u d y a n dt h ep r o d u c t i o nw i n lg u i d a n c e t h em a i nc o n t e n to ft h ep a p e ri s ：( 1 ) a n a l y z e sa n dm i m i c st h et h e o r y o ft h ei ft y p e e q u i p m e n ts t r u c t u r e ，i n c l u d et h ec a l c u l a t eo ft h ef l o a t i n gz o n ed i s t a n c e ，f r i c t i o nf o r c ez o n e d i s t r i b u t i o na n df i b e rs p e e dc h a n g ep o i n tm a t h e m a t i cm o d e lo ft h ei ft y p e d r a f t i n g e q u i p m e n t0 1 1t h er i n gs p i n n i n gm a c h i n e ( 2 ) s p i n n i n gt e s t i n ga n da r to p t i m u m ( 3 ) m a k i n g c o m p a r i s o nb e t w e e ni ft y p ea n ds k ft y p e k e yw o r d s ：d r a f t i n ge q u i p m e n t ，m a t h e m a t i cm o d e l ，f r i c t i o nf o r c ez o n e ，r e g r e s s i o n a n a l y s i s ，s p e e dc h a n g ep o i n t 玎 w r i t t e nb y s uy u h e n g s u p e r v i s e db yf e n g c e n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究叠签名：盗至玉量日期! i ：! ：! 曼 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容：论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：整至：l 星 e t e t 期：丑：! ! ：! 毛研究生签名：煎：塾：l 垦期：l ：! ! ：! 毛 导师签名避一一日 期：趔 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 第一章前言 1 1 棉纺环锭细纱机牵伸装置历史演变与现状 1 1 1 棉纺环锭细纱机牵伸历史演变 在环锭细纱机上牵伸系统是影响设备性能和产品质量的的重要组成部分， 对成纱内、外在观质量及生产效率均有很大影响。因此环锭细纱机牵伸系统发 展和革新也不断带动着细纱机的发展，适应着人们对纱线产品不断提高的质量 需要。 细纱机牵伸的发展经历了三个历史阶段： ( 1 ) 原始牵伸阶段 最原始的牵伸是用手指与纺锤或纺锭联合进行的【1 1 ，如手摇纺车。此时牵伸 倍数的大小和牵伸的质量完全取决于手指的力量和手臂的移动情况。 s a m u e l c r o m p t o n 根据手工纺车原理发明了走锭细纱机，1 8 2 5 年r r o b e r t s 又将走锭细纱机改进为自动作用的走锭细纱机，这种型式的机器在1 9 世纪和2 0 世纪初期获得了广泛的应用，至今走锭纺纱机仍在毛纺生产中被应用。 ( 2 ) 简单罗拉牵伸阶段 1 7 3 8 年l e w sp a w l 发明了简单三罗拉直线牵伸系统，牵伸倍数仅为6 倍左 右，这样在纺纱时往往需要多道牵伸才能达到设计的要求，所以前纺的并条、 粗纱工序均多达三道以上。 简单罗拉牵伸实现了牵伸过程的连续化，大大提高了生产效率。并且通过 对罗拉隔距的调整可以实现对不同长度纤维的适应性，对牵伸过程中纤维的控 制能力得到了稳定和加强，为今后牵伸系统的发展奠定了基础。 为进一步提高牵伸质量和牵伸能力，在三罗拉牵伸的基础上又先后出现了 渐增牵伸和双区牵伸。 ( 3 ) 双胶圈牵伸阶段 罗拉牵伸的最大缺陷是浮游区的存在，在牵伸过程中，前后罗拉的握持距 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 总是要大于纤维的长度，这样纤维在从一个罗拉钳口运动到下一个钳口时，必 然有一段距离纤维不在两个罗拉钳口的控制之下，这段距离称为浮游区。在这 段距离中，纤维的运动会呈现一定的随机性，从而使最终输出须条的均匀性受 到破坏。 1 9 1 2 年c a s a b l a n c a s 发明了双皮( 胶) 圈牵伸，其形式是在前中罗拉之间加 装一对上短下长的双皮( 胶) 圈，从而使牵伸系统对纤维的控制能力大大加强， 成纱质量明显改善，总牵伸能力成倍提高，达到了1 5 倍以上，随后又出现了双 短皮( 胶) 圈牵伸及其他各种形式的皮( 胶) 圈牵伸。随着牵伸系统的不断完 善，皮( 胶) 圈牵伸能力也不断提高，现代环锭细纱机的牵伸倍数均可达到5 0 6 0 倍，从而使前纺的工序简化到二并一粗i lj 。 1 1 2 现代棉纺环锭细纱机常用牵伸装置及牵伸装置发展趋势 1 1 2 1 现代棉纺环锭细纱机常用牵伸装置1 2 】1 3 l 现代棉纺环锭细纱机牵伸装置的代表型号是：德国的s k f 型牵伸、i n a v 。型牵伸、h p 型牵伸和瑞士立达的r 2 p 型牵伸。国产的f a 5 0 0 系列细纱机上均 可以选配以上四种牵伸装置，如应用最广泛的y j 2 1 4 2 型牵伸就属于s k _ f 的 p k 2 0 0 系列。这些牵伸装置在牵伸型式、牵伸工艺、牵伸元件、加压机构等方 面存在着不同。 ( 1 ) s k f 型牵伸 s k f 牵伸装置( 如图1 1 ) 是德国纺机公司早在五十年代时设计制造的摇架 加压式牵伸机构，经完善发展至今，是世界上应用最多的一种牵伸装置。采用 三罗拉长短胶圈双区牵伸，圈形弹簧摇架加压( p k 2 2 0 系) ，上销o h 系列原为铁 板制作，现已推出工程塑料动片式上销。下销为t 形阶 2 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第一章前言 图1 1s k f 牵伸装置 梯肖，上下销形成弹性摆动钳口，总牵伸倍数在2 0 - - - 6 0 倍。 s k f 采用t 形阶梯下销后曲面弧较大，后曲角较小，可减少罗拉与下销后 端间的下圈下凹和与上下胶圈接触。牵伸元件材质优良，罗拉采用中碳钢或合 金钢，前罗拉等距斜齿，中罗拉滚花皮圈滑溜小，罗拉配套u c 系列专用高精 度滚针轴承，径向跳动小，运转平稳。 我国生产f a 系列牵伸装置的型式与s k f 基本相同，前中罗拉中心距最小 为4 3 m m ，最近生产的前中罗拉中心距最小可达到4 2 r a m 。前罗拉上胶辊应用高 弹低硬度国产或a r m s t r o n g 的胶辊及动片上销。 ( 2 ) r 2 p 牵伸装置 r 2 p 牵伸装置( 如图1 2 ) 是瑞士r i e t e r 公司设计制造的产品，同为三罗拉 长短胶圈双区大牵伸，采用气体压力源与杠杆结合的f s l 6 0 p 3 加压摇架，其加 压值为1 8 1 4 1 8 d a n 双锭无极调压，压力大而稳定，无衰退而锭差小，设计 有单台独立气源控制箱，与电源和开关车连锁，集体加压卸压操作方便，有过 压欠压保护，停车可全释压半释压，使须条无滑移，开车时减少断头和对皮辊 压痕而影响纱疵。 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第一章前言 图1 2r 2 p 牵伸装置 中上罗拉采用胶辊罗拉加，大了与中下罗拉的包围弧，增大摩擦力场利于 控制纤维，以丁氰的上皮圈与树脂合成似牛皮内轧花纹胶圈相匹配，减少了胶 圈与中上、中下罗拉间胶圈与胶圈间的滑溜率，速度传递平稳准确。配以聚酰 胺塑料模铸成形的上销，规格一致，上销转动阻力小，其质轻，钳口摆动灵活。 r 2 p 前中罗拉中心距最小可达4 2 5 m m 从而获得1 5 5 m m 的浮游区，是 几种牵伸装置浮游区较小的一种，采用a r a s t o n g 或高强低硬度胶辊，致使变速 点前移，更有效地控制浮游纤维，保证了成纱条干优点水平。 r 2 p 牵伸工艺采用针织二大- - d , 工艺，后区在1 1 1 2 倍偏小的张力牵 伸范围内，中后罗拉中心距在6 0 - - - 6 5 m m 的大隔距，喂入1 1 5 以上的粗纱捻系 数的粗纱，保证须条进入前牵伸区内的紧密度对减少成纱细节及条干有利，但 采用高捻粗纱需增加粗纱设备。 ( 3 ) i n a v 牵伸装置 i n a v 牵伸装置( 如图1 3 ) 是德国i n a 滚动轴承s e m a f f l e r 公司产品，是 三罗拉长短皮圈双区大牵伸型式，前区与s k f 相同，后区采用曲线牵伸，其后 下罗拉相对于牵伸平面抬高半个罗拉直径，后上罗拉后移装于下罗拉后上方， 其位置为上下罗拉中心连线与水平面呈2 5 。夹角，导纱喇叭相应移后，喂入纱 条通过后钳口进入中钳口，中后罗拉钳口间纱条对后下罗拉和中上罗拉分别形 成包围弧呈曲线牵伸。 4 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 图1 3i n a v 牵伸装置 后区较小的后罗拉中心距( 4 4 , - 一4 6 m m ) 而获得较长的握持距离5 5 - - 6 0 m m ， 非握持距较短。而因包围弧扩展了钳口的摩擦力界，须条在后罗拉上及中上铁 罗拉上的包围弧产生了附加摩擦力界，具有既能控制短纤维又能积极握持长纤 维的特点能适应加工整齐度较差的纤维原料，同时在后区还能避免牵伸须条的 滚动和抖动，从而稳定牵伸运动，良好的后区工作条件在粗纱较大捻度的配合 下，须条在后罗拉包围弧面由宽变窄呈“v 型紧密进入主牵伸区，故此得名“v 型牵伸。i n a v 型牵伸前皮辊采用a p r m s t r o n g 高强低硬度胶辊，6 5 。硬度，后 胶辊采用8 3 。前中罗拉中心距4 4 m m ，后中罗拉中心距4 4 - - - 4 6 m m ，后牵伸i n a v 在2 以上，但经我国大面积实践均在1 3 4 左右，因后罗拉抬高后在中上铁罗 拉处形成5 一- 7 m m 的反包围弧对纤维运动十分不利，因此当后牵伸超1 4 倍时 对条干及三结不利，在其他因素组合下，后牵伸在1 3 4 以下最优。i n a v 型 牵伸可以提高细纱大牵伸倍数3 0 5 0 以上。 ( 4 ) h p 牵伸装置 h p 牵伸装置( 如图1 - 4 ) 是德国s u s e e n 公司八十年推出的产品，三罗拉双 短皮圈直径牵伸，前区采用双短皮圈可以缩短前区浮游区，有效控制纤维运动， 设计双短皮圈是使皮圈钳口充分向前钳口，实测浮游区长度为1 4 4 m m ，为四 种牵伸中最小的j 变速点更靠近前罗拉钳口，浮游纤维相对减少，提高了条干 水平，“三结”大为改善。 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第一章前言 图1 - 4h p 牵伸装置 采用h p a 。3 2 0 板簧摇架三罗拉分别为三只板簧加压，加压以明螺栓，固定 在摇架臂槽内，可在加压状态下调整上罗拉的中心距，既方便又准确，加压值 1 6 d a n x l 2 d a n 1 2 d a n 双锭( 中后也可1 4 d a n 双锭) 板簧与皮辊握持爪匝的项 平面固定联接，定位匝上装有上胶辊定位弹簧，三者联成一体，握持爪匝的中 心线是按上罗拉中心线，该握持爪匝是在其定位后研磨加工的，精度高，保证 加压状态下上罗拉与下罗拉的平行状态稳定可靠，皮辊芯子与摇架握持爪匝的 宽度比s k f 约大3 m m ，它的上胶辊与下罗拉的平行度是靠加工精度来保证的， 它否定了s k f 自调平行的作用，h p 的三线平行是几种摇臂加压中最好的。钳口 压力与中上罗拉压力按1 ：4 比例分配，它不像s k f 摇架受安装位置差异等不稳 定因素的影响，压力稳定的皮圈握持力有利于减少纤维变速点的离散度，上销 是冲压件，但其前端覆以工程塑料聚四氟乙稀，可降低上皮圈在运转过程中的 摩擦阻力，改善皮圈内凹，对减少粗细节有利，下肖上托，弥补下圈中凹并稳 定皮圈中部摩擦力场，下短皮圈与中下罗拉包围角比下长皮圈约大1 0 5 0 左右， 对减少下圈打滑瞬息停顿有利。 前上罗拉采用a r m s t r o n g a e c o t e x 铝衬套压配式胶管，硬度6 5 。，后胶辊硬 度在8 5 。，h p 牵伸采用机织工艺，后区牵伸小于1 ；3 2 ，粗纱捻度在1 0 0 左右。 1 1 2 2 现代棉纺环锭细纱机牵伸装置发展趋势 国内在吸收和消化上述四类牵伸装置的基础上，开发了多种牵伸型式如仿 i n a v 型牵伸的q v x 牵伸、结合i n a v 和r 2 p 开发的r 2 v 以及j f 型双短胶 圈牵伸装置。从这些牵伸装置的特点来看，牵伸装置工作性能的完善和改进始 6 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第一章前言 终是围绕着缩短浮游区长度、提高加压的稳定性与牵伸罗拉的平行度、增强牵 伸区摩擦力界强度等，以正确处理牵伸力和握持力、引导力和控制力的关系来 进行的。如r 2 p 的气动加压和软胶辊，对稳定加压和增强结纤维的控制起到了 很好的作用；h p 则运用双短胶圈牵伸和精度高超的板簧加压达到缩短浮游区长 度和稳定加压的作用。综上所述现代棉纺环锭细纱机牵伸装置的发展趋势体现 在以下几个方面： ( 1 ) 加强前区控制【4 】【5 1 。 加强前区控制即增强胶圈牵伸区的摩擦力界强度，主要有以下措施： 在机械充许的前提下，对棉型纤维尽量缩短浮游区长度； 适当缩小胶圈钳口隔距，稳定胶圈钳口对牵伸纱条的弹性压力，正确运 用弹性活络钳口； 应用曲线牵伸原理，利用胶圈销子尾部在胶圈中部或前部适当上托或下 压，有利稳定胶圈运行，加强胶圈中前部摩擦力界强度。 ( 2 ) 稳定加压性能。 经过近半个世纪的应用，尽管s k f 加压摇架具有重加压、强控制等优点， 但其3 条罗拉钳口握持线始终不能达到真正的平行，而且圈簧加压的弹性压力 会因时间延长而衰退，因此尽管s k f 圈簧摇架加压形式具有许多优点，但与h p 板簧加压及气动加压相比仍有定差距，尤其在3 条钳口线的平行上比h p 板簧 加压差得多。但板簧加压在材质和加工精度上有较高的要求，而气动加压则需 要增加较多的附属机件。因此研究更适合我国国情的加压机构是今后细纱牵伸 发展的重要方面1 4 1 。 ( 3 ) 大牵伸【6 】1 7 】 近年来“高效棉纺工艺”成为棉纺新工艺创新的热点，而高效工艺的核心 是便是细纱大牵伸，在前纺定量大幅增加，甚至成倍增加的情况下，细纱仍能 够保质地完成牵伸任务。这为细纱牵伸的发展提出了新的课题，要求牵伸倍数 达到5 0 1 0 0 倍。 ( 4 ) 牵伸元件精度 对牵伸的稳定性和牵伸倍数要求越高，对零部件刚度、制造和安装精度要 求越高。纱条机械不匀和牵伸倍数成正比，牵伸倍数越大，罗拉偏心、弯曲造 7 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 成纱条的机械不匀越大，所以主牵伸区的牵伸罗拉必须采用高精度无机械波罗 拉，主牵伸区的所有牵伸零件都必须精益求精，才能使高倍牵伸稳定运转。 1 1 3 关于双短胶圈牵伸与长短胶圈牵伸的讨论 1 1 3 1 双短胶圈牵伸与长短胶圈牵伸工艺性能探讨 前述的四种牵伸型式中，s k f 牵伸、r 2 p 牵伸和l n a v 牵伸均采用了长短 胶圈的配置，只有h p 牵伸采用了双短胶圈的型式。这说明三罗拉双区牵伸中双 短胶圈及长短胶圈形式各有特点，问题的中心是如何经过牵伸部件的组合达到 前区的“三小”工艺要求，即小浮游区、小罗拉钳口中心距及小胶圈钳口隔距， 使牵伸部分的摩擦力界能更好地控制纤维运动【8 】【9 1 。 表3 四种牵伸型式的浮游区【1 】 牵伸形式 s k fr 2 pi n a vh p 最近线测量( m m )1 4 6 21 3 61 4 21 2 6 中心线测量( r a m ) 1 6 4 1 1 5 5 1 5 8 1 4 4 从“三小”工艺的角度出发，双短胶圈的牵伸型式更符合要求。由于双短 胶圈牵伸没有下张力辊，钳口前缘的厚度也更小，这样可以使胶圈钳口更靠近 前钳口，实现小浮游区。表3 为四种牵伸形式的浮游区大小，在上述四种牵伸 中，h p 的浮游区最小，为1 4 4 r a m 。 从使用性能的角度出发，长短胶圈牵伸的张力装置可使下胶圈与下销前缘 的包圈弧减少，从而减少胶圈运行的阻力；张力辊的弹性张力作用还可以使胶 圈运行时的张力自动调整以适应不同的阻力变化；张力辊的限位作用还可以防 止胶圈跑偏，从而使胶圈在上下罗拉的平行度不能完全保证的情况下正常运转。 因此长短胶圈牵伸的具有良好的运行稳定性和对机械装配精度差异的适应性。 相对双短胶圈要保证上述的稳定运行则要求牵伸系统的各个元件具有高度的制 造精度和装配精度，h p 便是这样。否则必须设计一套特定的胶圈支持系统来保 证胶圈的稳定运转。 1 1 3 2 现代新型双短胶圈牵伸的特点 现代新型双短胶圈牵伸的代表为h p 和国产j f 型牵伸。h p 采用新型金属下 销解决了原设计存在的不稳定、装卸不便等问题，而国产的j f 型牵伸采用新型 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 下压式上销配双锭短下销，更是突出双胶圈附加摩擦力界控制力的合理性。新 型双短胶圈前区结构具有以下特点： ( 1 ) 前区摩擦力界分布更趋合理，提高了胶圈对纤维的控制能力。原长短 胶圈牵伸形式采用下销上托式，由于下销位置结构限制了上托的程度，使胶圈 中部控制纤维的能力不足。另外，在上销架为固定结构时，胶圈安装需要有一 定余量，而回转时其又是松边，因此受一些因素影响时较容易产生胶圈中凹， 从而削弱胶圈中部摩擦力界【l 0 1 。 j f 牵伸的弹性下压式上销与短下销均由下胶圈架限定，形成一个整体，使 上销下压量保持稳定，胶圈中部附加摩擦力界加强，彻底解决了原来存在的问 题， ( 2 ) 前区罗拉隔距减小5 m m 以上，使纤维在前区的浮游动程缩短，从而 大大减小了短纤维由于失控而产生的移距偏差量，由此对于成纱条干均匀度的 影响大幅减小。 ( 3 ) 进一步缩小浮游区距离，由于采用双锭式薄型下销，胶圈钳口可进一 步前伸至前罗拉钳口，最小浮游区可小于1 0 5m m ，更有效地控制1 2 。i i l l l l 以下 的短纤维，减小在牵伸过程中的移距偏差量【1 1 1 【12 1 。 1 2 本课题研究的内容 j f 型环锭细纱机牵伸机构是由昆山市景丰机械有限公司发明的专利产 品。目前，j f 型双短皮圈牵伸形式已在a 5 1 3 c 以及f a 系列细纱机上改造试纺， 先后在上海3 4 棉( 原上海嘉丰棉纺厂) 和江苏红豆集团远东棉纺公司进行了一 年多的工艺试验及改进，试验品种大部分是纯棉普纱和精梳纱，也试纺了无锡 马山棉纺试验中心提供的涤棉纱。在同等工艺及粗纱条件下进行4 0 s 6 0 s 范围内 系统的多品种对比试验，从试验的数据可以看出新型j f 牵伸形式明显优于原 s k f 牵伸形式。反映在成纱的c v 、细节、粗节、棉结、毛羽的下降和明显减 少，单纱强力提高，锭与锭之间质量差异缩小。取得了良好的效果。j f 型环锭细 纱机牵伸机构已经被江苏无锡蓝堡机械有限公司生产的了l b l 2 3 9 型棉纺细纱 机装配。上海市棉纺织行业协会第5 0 次总工程师会议上，与会专家现场研讨了 9 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第一章前言 j f 型细纱牵伸机构，认为j f 型细纱牵伸机构，具有纺纱质量高、生产成本低、 运转稳定可靠、经济效益显著等优点。 尽管j f 型环锭细纱牵伸装置已经进行一定范围的推广使用，但仍处于试验 和试用阶段，对其结构性能、牵伸性能和工艺规律尚未有系统的理论分析和实 验研究。本课题将通过对j f 型环锭细纱牵伸装置的前区结构进行系统的理论分 析和数学模拟，对其牵伸性能和工艺性能进行设计试纺，找出纺纱性能提高的 理论依据和牵伸工艺规律，为该牵伸系统的理论研究和生产应用提供一定的参 考。 本课题研究的主要内容g ( 1 ) 对j f 型环锭细纱牵伸装置的前区结构进行理论分析。推导其浮游区 长度计算式，探讨影响浮游区长度的因素；计算下销下压量的大小，探讨影响 下压量大小的因素，及下压量大小对中部摩擦界的影响；计算比较采用矩形圈 簧加压和圆形圈簧加压的性能差异。 ( 2 ) 建立牵伸区纤维变速模型，利用计算机对j f 牵伸和s k f 前区变速点 分布进行模拟仿真，变速点分布的统计特征，对比两种牵伸的变速点分布特征。 ( 3 ) 采用二次通用旋转组合试验，对粗纱捻系数、后区牵伸倍数、中铁辊 位置及钳口隔距等工艺参数进行试验分析，得出其回归方程。讨论这些参数对 成纱条干的影响规律，为正确使用该牵伸装置提供一些有益的帮助。 ( 4 ) 对j f 型环锭细纱牵伸装置进行牵伸性能试验，比较相同喂入不同输 出和相同输出不喂入条件下，成纱条干的质量变化规律，并与s k f 型牵伸进行 对比，得出合理的牵伸能力范围。 l o j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 j f 型环锭细纱牵伸装置是一种二锭一架依靠中罗拉定位，中铁辊控制钳口 自动锁紧的双短胶圈牵伸装置。由于采用了钳口自动锁紧和上销下压设计，使 胶圈运行稳定性增加，中部摩擦力界增强，有效地控制了纤维的变速，同时双 短胶圈的设计也使其浮游区长度可以达到更小，纤维变速点更加集中靠近前钳 口。j f 牵伸充份体现了现代细纱紧隔距、强控制和小浮游区的工艺要求。 本章通过对j f 型牵伸装置的机构进行分析，计算出其最小浮游区长度值、 中部胶圈下压量值。 2 1j f 型环锭细纱牵伸装置结构组成 图2 1j f 型牵伸装置装配示意图 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 2 1 1j f 型牵伸装置的装配结构 图2 - 1 所示为j f 型牵伸装置的装配结构示意图，图2 2 为j f 型牵伸装置的 实物模型图。j f 型牵伸装置是在传统由罗拉座、前、中、后罗拉、前、后胶辊、 中铁辊，摇架、双胶圈、隔距块等组成的牵伸装置的基础上，对部分元件进行 改造形成的。 ( 1 ) j f 型牵伸装置的前区装配结构【1 3 】 j f 型牵伸装置前区结构是由一个下胶圈架1 2 支持两个锭子的牵伸胶圈9 、 10 ，取消了原来固定在罗拉座2 上六锭一条的固定下销，下胶圈架下侧有同中 罗拉6 轴径相吻合的弧形凹槽，使下胶圈加支承于中罗拉轴径处，其前端弧面 与前罗拉7 轴径接合，完成定位；而在胶圈架上侧则有一中铁辊轴径相吻合的 弧形凹槽，摇架1 加压时，中铁辊轴嵌入此凹槽中；胶圈架左下侧有一个可卡 入下销的缺口，可嵌入下销；上销中部有呈现钩形的中铁辊支架，钩于中铁辊 轴径上并由一个扁钢弹簧2 0 定位，同时为胶圈钳口施加压力。当摇架加压时， 中铁辊轴径嵌入下胶圈架上方凹槽中，下胶圈架前端弧面同时抬起，脱离前罗 拉，在上胶圈架扁钢弹簧的作用下，使上、下销产生相对压力，由隔距块支撑 相互锁紧形成钳口，从而形成上销以中铁辊为中心、下销以中罗拉为中心，前 端由隔距块支撑的三角形循环力作用的稳定结构。钳口位置的高低可随中铁辊 的位置而任意调整。由中罗拉、下胶圈架、中铁辊和上销组成钳口体系，有效 保证了钳口的稳定性【1 4 】【15 1 。 图2 - 2j f 型牵伸装置实物模型图 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 ( 2 ) j f 型牵伸装置的后区装配结构 j f 型牵伸装置的后区装配结构与r 2 p 牵伸装置相似，采用了直线大隔距的 牵伸形式，以减小牵伸力，维持中罗拉良好的握持状态。 ( 3 ) 加压系统 j f 牵伸继承了国产y j 2 1 4 2 ( 仿s k f ) 牵伸的摇架设计，型号为j f y j 2 1 4 2 ， 如图2 3 的示，采用四连杆锁紧机构，前、中、后三档加压杆的尾部采用点接 触的自调机构，能改善上罗拉对下罗拉平行度及左右两锭间的压力差异。与 y j 2 1 4 2 不同的地方是其加压元件采用了矩形截面的圆柱形压缩弹簧，具有更好 的加压稳定性和使用寿命。 图2 3j f y j 2 1 4 2 型摇架 ( 4 ) j f 牵伸的特点总结 根据j f 牵伸装置的装配结构可见，该装置在结构上具有以下独特之处： 摇架钳爪握持的上胶圈销架与特制的中罗拉作依托支承的下胶圈架及下 销组合成每销架为2 锭的双短胶圈牵伸系统。摇架加压钳口自动锁紧，形成由 钳口、中铁辊、中罗拉构成一个三角形循环力的牵伸保证体系。 钳口位置的高低可随摇架中爪的前后移动而任意调整。 上销下压式设计，形成稳定明显的前区中部曲线牵伸线路。 双短胶圈和小前区罗拉中心距，可获得最小的浮游区隔距。 1 3 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 2 1 2j f 牵伸的主要改进元件的结构 ( 1 ) 下胶圈架和下销【1 5 】 图2 4下销架 如图2 4 ，下胶圈架二侧为对称板6 ，中间为一块加强板，伎二侧对称板连 成一体而形成。胶圈架中部下侧为一同中罗拉光面轴径相吻合的弧形凹槽1 ，将 其卡在中罗拉光面轴径上支承定位；中部上端有一个同铁辊轴径相吻合的弧形 凹槽2 ，以供摇架握持的中铁辊轴可以嵌入；左侧最前端有一弧形板4 ，其曲率 与前罗拉轴径相同，可支承在前罗拉上，使胶圈架浮与前、中罗拉之上；下胶 圈架左侧有一个可以卡入下肖的缺口3 ，中部有一个呈现马蹄形的弹性卡片7 ， 卡片与缺1 ：3 一起可以使下销定位1 4 】。 图2 5下销 1 4 望型至堡塑竺至塑茎墨丝壁婴壅兰三兰旦型堑竺塑竺雪堡! ! ! ! ! ! ! 兰型 图2 5 所示为下销结构，其截面基本呈现s 形，正面为长条形，i e i i i 的上 端左、右各有一胶圈凹槽8 ，以定位下胶圈；正面的下端也有二个凹槽9 ，此凹 槽可与下胶圈架上的凹槽相吻合，以定位下销，防止下销左右移位。， ( 2 ) 上胶圈销【1 5 】 如图2 6 所示，上胶圈销由中铁辊支架1 、扁钢弹簧2 、截面呈s 形的上肖 3 以及胶圈档板4 等金属零件焊接而成。钩形支架的内圆与中铁辊轴两侧直径相 吻合，使其安装于中铁辊上，扁形弹簧片前端固定s 销的背面，尾端则压于中 铁辊轴下，对上肖产生压力；s 形上销的前端向前伸出以张紧胶圈，尾端则向下 弯曲使胶圈中部下凹，形成胶圈中部下压式结构4 1 。 _ _ ， ； 2 弋 。 ，1 6 5 m m ； h ：钩形固定装置左侧面过中铁辊中心的平行线，在中铁辊中心到正销顶 面间的长度( m m ) ； l ：中铁辊孛心至上销钳瑟的长度( m m ) ，2 7 5 r a m ； 为计算简便其间，将图2 1 0 简化为图2 1 1 ，图中各参数含意同图2 1 0 。 图中其他参数含意为： 5 ：下销扁厚度( m m ) ，2 5 m m ； a ：下销钳口端长度( r a m ) ，6 m m ； b ；下销蓠端至尾端间长度( r a m ) ，1 2 5 m m ； c ：下销顶面长度( m m ) ，1 0 m m ； a ：下销弯曲角度( 度) ，1 1 3 度； 多：钩形固定装置左侧面相对子下销顶面酶倾斜角度 ，8 1 5 度； 2 0 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 r ：中铁辊半径( m m ) ，r = d f s 2 = 2 5 2 = 1 2 5 m m 0 3 图2 - 1 0 上销贾襞天糸嗣图 ，：上：旦：兰王：1 6 6 9 历m s i n s i n 8 1 5 0 9 8 9 啦志s i n 肛等s i n ( 1 8 0 一历= 面1 6 5 1 s l ns 1 n 口。口s m 口 彳b ：尝蛐口：兰s i n l1 3 ：罢 s i n 口s i n 口s m 口 因为：三：0 3 a + 彳曰：罢+ 竺：2 7 5 s 1 n 口s l n 口 所以：口= a r c s i n 丽2 4 3 4 = 1 0 8 7 = 6 2 2 9 。 则= 1 8 0 。一11 3 。二6 2 2 9 。= 4 7 1 。 又：p = a r c s i n 唾) = 嬲i n 丽1 2 5 ) = o 4 7 2 = 2 7 0 5 。 根据正弦定理： cb 一：一 s i n ( 呼o + 缈+ 秒) s i n 口 伊+ 汐+ 缈= a r c s i n 【丁s i na c ) = a r c s i n ( 币s i n l 丁1 3 1 0 ) = o 7 3 7 = 4 2 2 3 1 。 dz ) 矽= 4 2 2 3 0 一2 7 0 5 0 一4 7 1 0 = 1 0 4 7 0 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 最后得上销下压量为：a = b s i n 妒= 1 2 5 s i n l 0 4 7 = 2 2 7 m m 由计算可见，j f 型牵伸装置上销下压量较大，与之相比传统上托式设计的 牵伸装置上托量仅有1 5 m m 。较大的下压量使胶圈中部形态表现出明显的弧线， 胶圈形成曲线牵伸，对增强牵伸中部摩擦力界，具有重要的意义。 上销机构仅有一个支持点，即0 3 ，因此，当中铁辊位置变化，钳口位置变 化时，对并无影响。 2 3 2 上销下压量对牵伸质量的影响分析 上销下压量对牵伸质量的影响主要表现在以下两个方面： ( 1 ) 防止上、下胶圈的中凹 细纱牵伸装置的上、下胶圈是由中罗拉和中铁辊通过与包绕在其外圆上的 胶圈通过摩擦力传动的。中罗拉和中铁辊属于主动部件，形成类似于带传动的 传动形式。如图2 1 1 ( a ) 为带传动简图，图中a 为主动轮，b 为被动轮。工作 时，由于带与带轮接触面间的摩擦力作用，使绕入主动轮的一边被进一步拉紧， 称为紧边，即图2 1 1 ( a ) 中a d 边；而带的另一边则被放松，称为松边，即 b c 边。显然松边的拉力小于紧边的拉力。对于双胶圈机构则两胶圈相对一边， 图2 1 1 ( b ) 中a b 边均为松边，胶圈在a b 边上所受张力较小，同是在b 点处 支撑胶圈的上销和下销是静止不动的，且均有极小的曲率，因此胶圈在b 处受 到的摩擦阻力很大，从而加剧了松边和紧边之间的张力差异，当这种差异达到 一定程度后，在胶圈的中部开成中凹，如图2 1 1 ( b ) 中c 点所示。 胶圈的中凹使此处胶圈对须条的握持作用丧失，中后部摩擦力界减弱，使 浮游纤维提前变速的机率增加，变速点分布出现分散趋势，从而恶化成纱条干 质量。 在现在常用的上托式牵伸中，由于采用了上托的上销设计，使下胶圈中凹 的现象得到削除，但由于上托量有限，且为固定式结构，从而无法解决上胶圈 中凹的问题。 j f 牵伸装置通过采和下压式的上销结构，通过计算我们也得到其下压量较 上托式的上托量大，且j f 牵伸的上、下销通过下销架和中铁辊构成一套自锁式 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 结构，上、下胶圈互相作用，从而完全解决了胶圈中凹的问题。 赘意l 前。0 ， ! l ( a ) ( b ) b 图2 1 1 带传动与胶圈传动图 ( 2 ) 增强中后部摩擦力界的强度 在j f 型牵伸中，上销较大的下压量使胶圈中部形态表现出明显的弧线，如 图2 1 2 中c 点处，胶圈形成曲线牵伸。根据已知理论【19 1 ，牵伸区内纤维单位长 度上的摩擦力为： f ( x ) 三c ( z ) + 卢( x ) 式中：f ( 曲表示单位长度上的摩擦力； c ( x ) 表示纤维间的抱合力； ( x ) 表示纤维所受的压力； 表示纤维间的摩擦系数。 但是，在c 点处由于胶圈出现了弯曲，使得被胶圈握持的须条包绕在弯曲 的胶圈上，根据欧拉定理，在弯曲点两侧须条所受到的张力大小不同，它们之 间的关系可用欧拉公式表示： 互= 疋p 矽 式中：互表示须条上越过c 点的紧边上的张力； 兀表示须条上c 点之前的松边上的张力； 臼表示须条在c 点的包围角； 则须条在c 点处的摩擦力b 为： 疋= 互一互 2 3 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究 第二章j f 型环锭细纱犟伸装置结构分析 即：足= t 2 ( e 胛一1 ) 可见当胶圈下压时，在下压处产生额外的摩擦力，从而是该处的摩擦力界 得到增强，而b 的大小与下压量相关，当下压量为0 时，须条在c 点处无弯曲， 则式中0 ：0 ，耳：0 ，此时无额外的摩擦力；随着下压量的增大，口也随之增 大，露也增大。在j f 牵伸装置上，c 点有较大的下压量，所以在c 点处也会获 得吏大的额处摩擦力。这一点在图3 2 中可明显见该处摩擦力界曲线有一个峰 值出现。 同理，由于c 点的下压在前钳处，图2 1 2 中b 点处也形成曲线包绕，从而 也获得额外的摩擦力，在图3 2 中也可明显见前钳口处有峰值出现。 另一方面c 点的下压也使胶圈在中罗拉表面，即a 点处，形成更多的包绕， 从而增大和中罗拉与胶圈的接触面积，也增大了它们之间的摩擦力，使胶圈的 运行更加稳定。 一一 、卜 f 、 - 少 b 图2 1 2 胶圈中部曲线牵伸示意图 2 4j f 型环锭细纱牵伸装置加压弹簧性能分析 对弹簧摇架式牵伸来说，加压质量的优劣很大程度上决定于弹簧的特性。 现有的弹簧摇架机构采用的加压弹簧有两种一种是圈簧加压，一种为板簧加压， 目前只有h p 牵伸采用了板簧加压，而多数采用圈簧加压。在圈簧加压中，则全 部采用的是圆柱形截面的圈簧加压。j f 细纱牵伸装置在这方面进行了创新，罘 2 4 j f 型环锭细纱牵伸装置性能研究第二章j f 型环锭细纱牵伸装置结构分析 用了矩形截面的圈簧作为加压元件。 在纺纱过程中，为了获得条干均匀的成纱，要求弹簧的变形量尽可能小， 而且各弹簧间的变形量应基本一致，这里我们对比一下两种截面弹簧的变形情 况。 2 4 1 圆柱截面弹簧 当圆柱螺旋压缩圈簧轴线方向只承受外载荷p 时，在弹簧材料截面主要受 到扭转力矩和弯曲力矩的作用，弹簧的载荷与变形的关系为【2 0 】； ，= 堕g d 4 = 等( m m ) 式中： 力：弹簧的工作圈数， d 2 j 弹簧的中径，r a m ； d ? 弹簧钢丝的直径，r a m ； g j 弹簧材料的切变模量，n m m 2 c j 旋绕比，c 于砬以 为了避免载荷偏心，弹簧的有效圈数至少大于3 圈，支撑圈的圈数取决于 端圈结构( 并紧、平磨与否) ，右以是1 ，1 ，号，号圈。但总圈数的尾数以取1 2 较好。 旋绕比c 越小，曲率越大，卷制越困难。工作时弹簧材料截面内的切应力 大于平均应力越多，弹簧刚度也越大，通常的c 值，见文献【2 0 1 。 载荷p 的大小是工艺上设定的。如s k f 牵伸，前罗拉加压量有：1 0 0 n 、1 4 0 n 、 1 8 0 n ；中罗拉为1 0 0 n ：后罗拉为1 8 0 n 。j f 牵伸前罗拉加压量有：1 2 0n 1 4 0 n 、1 6 0 n ；中罗拉为8 0 n ：后罗拉为1 2 0 n 。 设圆形截面弹簧的规格为：d = 2 2 m m ，d 2 = 1 2 5 m m ，g = 7 8 4 5 0 n m m 2 ，n = 7 5 ， c = d 2 d = 5 6 8l8 。 根据上式可得罗拉最大加压量时的弹簧变形为： f ：8 n p d ：2 3 ：!