（纺织工程专业论文）倍捻锭子细纱机的应用研究.pdf

摘要 针对传统环锭纺纱机进一步大幅度提高速度、增加产量有很多限制因素的问题， 本文研究一种瓶型的倍捻锭子细纱机，它能提高锭速和增加单锭产量，可以直接大卷 装纺纱、合股加捻、也能生产多种新型纱线和花式纱线，顺应了现代纺纱技术要求高 速、大卷装的发展方向。倍捻纺纱锭子具有多种功能，应用范围很广。 在传统环锭纺纱机上由于钢领、钢丝圈的速度以及气圈张力的限制使锭速的提高 受到限制，并且管纱随锭子高速转动，从而引起高速和大卷装的矛盾。倍捻锭子细纱 机仍属环锭纺纱类型，但是一种新型纺纱技术。倍捻锭子细纱机是以倍捻锭子为基础 发明的一种能直接对喂入纱线进行加捻成筒的锭子，可用于纺纱，也具有纺制花式纱 线和合股加捻的功能。它没有钢领、钢丝圈，管纱静止，不随锭子转动，转一圈加两 个捻度，在与环锭速度相同的情况下捻回数增加一倍，用于纺纱机能使产量几乎可以 增加一倍，除自身外，没有制约提高锭速的因素，可以实现锭子高速运转的目的；管 纱不动使纱线卷装成大筒子成为可能，能够实现细纱的大卷装，它是解决传统环锭纺 纱机提高速度矛盾的一种有效方法。 通过对倍捻锭子细纱实验机的研发和操作应用，验证其设计原理的正确性以及研 究其纺纱功能的可行性，为研制倍捻纺纱机提供理论和实验基础。本文采用与环锭纱 的对比实验，在实验机上纺出了4 1 7 t e x 毛纱，测定纱线的各项质量指标，并开发出 赛络纺、赛络菲尔纺和包芯纱三种纱线。从实验结果和纺纱原理分析两方面找出倍捻 锭子细纱机现存的不足，提出改进方案。 近年来，人们不断致力于各种新型纺纱方法和技术的创新研究。倍捻锭子细纱机 这种纺纱新技术目前在国际和国内都未曾提出过，是纺纱技术的一种新发明和新突 破，填补了国际纺纱新技术的一项空白。 关键词：倍捻锭子；细纱机；新型纺纱：卷绕；加捻 t h ea p p h c a f i o no ft w o - f o r - o n et w i s ts p i n n i n gf r a m e a b s t r a c t f o rt r a d i t i o n a lr i n gs p i n n e r , l e r ea r el o t so fl i m i t i n gf a c t o r st om a k ef u r t h e ri n c r e a s eo f i t ss p e e da n do u t p u t a i ma tt h i sq u e s t i o n i nt h ed i s s e r t a t i o n an e wt y p eo ft w o f o r - o n e t w i s ts p i n d l es p i n n e r w a ss t u d i e d i tc a l ln o to n l yr a i s et h es p i n d i es p e e da n di n c r e a s et h e s i n g l es p i n d l eo u t p u t , a c h i e v eb i g - p a c k a g es p i n n i n gd i r e c t l ya n dt w i n e b u ta l s oc a nb e u s e di n t op r o d u c i n gm a n yk i n d so fn e wy a m sa n df a n c yy a m w h i c hc o m p l i e dw i t l lt h e d e v e l o p i n gd i r e c t i o no fm o d e ms p i n n i n gt e c h n i q u ei nh i g l ls p e e da n db i gp a c k a g e t w o f o r - o n et w i s t ss p i n d l es p i n n e rh a v em a n yf u n c t i o n s ，i t sa p p l i c a t i o ns c o p ei sv e r y b r o a d o nt r a d i t i o n a lr i n gs p i n n e r , b e c a u s eo f t h es p e e dl i m i t a t i o no f r i n ga n dt r a v e l e r a sw e l l a st h et e n s i t yl i m i t a t i o no fy a r nb a l l o o n ，t oe n h a n c es p i n d l es p e e db e c o m er e s t r i c t e d f u r t h e r m o r e t l l ec o ps p e e du pa l o n gw i t ht h es p i n d l er o t a t i o n a sar e s u l t t oa c c o m p l i s h h i g hs p e e da n db i gp a c k a g ea tt h es a m et i m ei sac o n t r a d i c t i o n t w o f o r - o n et w i s ts p i n d l e s p i n n e rs t i l lb e l o n g st or i n gs p i n n i n gt y p e b u ti ti san e ws p i n n i n gt e c h n o l o g y t 1 1 en e w s p i n n e ri si n v e n t e do nt h eg r o u n do fa c h i e v i n gt w o - f o r - o n et w i s tb yi t ss p i n d l e w h i c hc a n b ea p p l i e di n t os p i n n i n ga n da l s oh a v et h ef u n c t i o no fm a k i n gf a n c yy a r na n dt w i n i n g i t d o e sn o th a v er i n ga n dt r a v e l e r , a n dt h ec a pc a l lk e e ps t a t i cd u r i n gt l l es p i n d l er o t a t i o n s t a g e i tc a na d dt w ot w i s t sf o ro n et u r no ni t sa x i s w h i c hi st w i c ea st h et r a d i t i o n a lr i n g s p i n d e ra tt h es a m es p i n d l es p e e c i f u s e di n t os p i n n e r , t h en e ws p i n d l ec a nr a i s et l l eo u t p u t t ot w i c eo rs o i th a sn oo t h e rl i m i t i n gf a c t o r st or a i s es p i n d l es p e e d ，a n dc a nr e a l i z e l l i g l l - s p e e do p e r a t i o n g o a l t h em o f f o n l e s sc o p m a k ei tp o s s i b l et ow o u n d s p u ny a m s t ob i g p o n yr o l l ，a n dr e a l i z eb i gp a c k a g eb yt h i sm e a n s s oi ti sa ne r i e c t i v em e t h o dt os o l v et h e c o n t r a d i c t o r yo f t r a d i t i o n a lr i n gs p i n d e ra n da c h i e v eh i g i l e rs p e e d 1 h r o u 曲t h er e s e a r c ha n do p e r t a t i o no f t w o f o r - o n et w i s ts p i n d i et e s t e r , t h ev a l i d i t yo f i t s d e s i g np r i n c i p l ea n dt h ef e a s i b i l i t yo fi t sa p p l i c a t i o ni ns p i n n i n gw a sv e r i f i e d w h i c h p r o v i d et h et h e o r e t i ca n dt h ee x p e r i m e n t a lf o u n d a t i o n c o n t r a s te x p e r i m e n t 、i t i lt h e t r a d i t i o n a lr i n gs p i n n e rw a sm a d ei nt h ed i s s e r t a t i o n 4 1 7 t e xw o o ly a mw a ss p u no nt h e t e s t e r , a n de a c hq u a l i t a t i v ei n d e xo ft h e s ey a m sw a st e s t e d m e a n w h i l e t h r e ek i n do fy a r n s n a m e da ss i r o s p u n ，s i r o f i la n dc o r es p u ny a mw e r ea l s od e v e l o p e d i nt h ee n d t h el a c k i n g o ft h i sr e s e a r c hw a sp r e s e n t e df r o mt h es p i n n i n gp r i n c i p l ea n dt h ee x p e r i m e n tr e s u l t s a n d t h ec o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n tp r o j e c tw a sa l s op u tf o r w a r d i nr e c e n ty e a r s ，m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sd e v o t e dt od e v e l o p p i n gn e ws p i n n i n g m e t h o da n dt e c h n o l o g ys oa st om a k es o m ei n n o v a t i o n t w o - f o r - o n et w i s ts p i n d l es p i n n e r i sad e f i n i t e l yan e wk i n do ft e c h n o l o g ya tp r e s e n t w h i c hh a dn e v e rb e e np r o p o s e di n i n t e m a t i o n a lo rd o m e s t i c i ti sa ni m p o r t a n ti n n o v a t i o na n db r e a k t h r o u g hi n f i e l do f s p i n n i n gt e c h n e l e g y , a n df i l lt h ev a c a n to f t h ep r e s e n ti n t e r n a t i o n a ls p i n n i n gt e c h n i q u e k e yw o r d s ：t w o - f o r - o n et w i s t ；s p i n d l e ；s p i n n i n g ；w i n d i n ga n dc o p p i n g ；t w i s t i n g ； a d v a n c e ds p i n n i n g c a nh o n g m e i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rr e nx u e - q i n 第1 章绪论 1 绪论 1 1 纺纱方法的研究现状与发展趋势 纺纱工序是纺织品生产中最重要的工序之一，由于对纱线的质量要求逐渐提高， 市场竞争日趋激烈，因此必须不断降低纺纱成本。环锭细纱机自1 8 2 8 年美国发明以来， 己成为目前应用最为广泛的纺纱方法。但单锭产量低是环锭纺纱的一个不足之处，要 进一步大幅度提高速度、增加产量，还有很多限制因素。 环锭纺纱的加捻过程与卷绕过程是一起完成的。由于锭子和钢丝圈既要在加捻中 起作用，又要在卷绕中起作用，它们的速度受到许多限制，从而影响细纱机单产的提 高。因为细纱机速度的提高决定于锭子的转速，而锭子的转速又直接受钢丝圈线速度 的限制。钢丝圈在铜领跑道上的线速度一般都在3 0 - - 4 0 m s 之间，这样高速度的回转， 使钢丝圈产生的离心力约为钢丝圈重量的7 0 0 0 倍。而钢丝圈与钢领的接触点面积却非 常小，所以钢丝圈对钢领的接触压强就相当大。钢丝圈在钢领上高速滑动摩擦，局部 产生大量热量，若不及时散热，当钢丝圈线速度超过一定限度时就会烧毁，产生飞钢 丝圈而造成断头。如果保持现有钢丝圈线速度水平，增加锭速势必要减小钢领直径， 减小卷装，这又不是发展的方向。如果用增大卷装来增加产量，就必须加大钢领直径 或增加筒管长度，这样，必然使钢丝圈线速度剧增，造成钢丝圈磨损或纺纱张力骤增 而断头增加。因此在一定的极限钢丝圈线速度条件下，尚存在高速与大卷装之间的矛 盾。 其次，在环锭纺纱的加捻和卷绕过程中，由于钢丝圈高速回转，必然产生气圈。 当锭子高速回转时，一方面使得纱线张力及其波动增加，另一方面引起气圈形态不稳 定，使得纱线断头增加。而且筒管转速随锭速增加而增加，不仅增加动力消耗，而且 筒管与锭子的同心度更难掌握，容易加剧筒管与锭子的振动，增加加捻、卷绕部件的 损耗。因此人们就思考将加捻和卷绕分开进行，从而出现了众多的非传统纺纱方法。 在本世纪6 0 年代以来，随着科学技术的迅速发展，出现许多有别于环锭纺纱方法 的非传统新型纺纱方法，如转杯纺、摩擦纺、喷气纺等，其最大的特点是：速度高、 流程短、卷装大、用人少。这些纺纱新技术的出现，既有利于纺纱技术与设备水平的 提升，也为成纱质量的提高和产品风格的多样性提供了可能。 1 1 1 非传统新型纺纱方法 a 转杯纺 转杯纺纱成纱过程包括喂入、断裂、凝聚、加捻和卷绕。喂入的纤维条用分梳辊 分解成单纤维，使之与纤维条断丌，形成自由端，然后将分梳后的单纤维脱离分梳 第l 章绪论 锯齿，喂人端与加捻点之间的须条是断裂成纤维流，而纤维再凝聚到加捻点后加捻成 纱的方法，属于自由端纺纱方法。 转杯纱比环锭纱条千均匀，耐磨度好，弹性好，蓬松度高，易上色。但强力低， 加捻效率也低于环锭纱，手感租硬，成纱外观质量差，给后加工带来一些困难。3 6 5 r e x 队上的偏粗的纱线，转杯纺纱机都能加工，而且环锭纺纱机难以加工的极粗化纤纯、 混纺纱，转杯纺纱机却能加工。因此转杯纺在适纺原料和中粗特纱领域内具有它的优 势，所以在新型纺纱中它是应用面较广，是目前推广较多的纺纱方法。转杯纺纱在针 织加工中以及针织产品的应用中受到青睐。 b 喷气纺纱 喷气纺纱的原理是运用假捻使纱芯上的纤维在退捻过程中获得包缠真捻。须条在 前罗拉和引纱罗拉的握持下，中间受到两个不同旋向气流的作用，使纱条产生假捻， 它属非自由端纺纱。喷气纺纱主要是头端离开罗拉钳口而尾端尚被握持的这部分“头 端自由纤维”依靠喷嘴的旋转气流被包缠到纱芯上，获得“包缠捻度”而成纱。采用 二级喷嘴主要是利用第二级喷嘴与第一级喷嘴气流旋转方向相反且旋转速度( 退捻力 矩更强) 较大的作用，使被第一级喷嘴作用下初始包缠的纤维在通过第二级喷嘴后在 退捻方向与初始包缠方向一致的情况下包缠更紧，因而成纱强度就更提高了。在喷气 纺中，牵伸作用基本上与环锭纺相似，在同一牵伸装置内完成，但牵伸倍数和加工速 度要高得多。环锭纺中对纤维的控制也适用于喷气纺。所以在喷气纺中，纤维定向和 中长及长纤维通过纺纱装置的有效控制，对纱线强力及均匀度具有积极的影响。与环 锭纺相同，喷气纺牵伸装置不能有效控制牵伸区内短纤维的速度，所以，喷气纺纱线 和均匀度随短纤维含量的增加而迅速恶化。“” 由于喷气纺的特殊成纱机理，使喷气纱的结构、性能与环锭纱有明显的差异。喷 气纱的单纱强度约为环锭纱的9 0 ，但强力不匀率则较环锭纱为低。成纱条干较环锭 纱为好，粗、细节少。喷气纱3 m 以上的毛羽较环锭纱少。喷气纱的摩擦系数较大， 但摩擦性能具有方向性。喷气纱体积密度小纱较蓬松，表现直径较租。因其纱号细、 硬挺、均匀、光洁和短毛羽较多的特性而通常用于制作衬衫、轻薄织物、床单、针织 物和磨绒织物等。n “” 传统的喷气纺由于其包缠假捻的成纱特性，较适合纺制涤纶和涤棉混纺纱，以及 其它较细、软的纤维，而纺制纯棉纱时强力较低，从而限制了其应用范围。这是喷气 纺的一个主要不足。喷气纺的另外一个缺点是设备和运转成本太高。“7 1 c 摩擦纺纱 摩擦纺纱是由e r n s tf e h r e r 博士创立于1 9 5 3 年的f e h r e r 公司所发明研制和生产 的一种属自由端纺纱原理的新型纺纱方法。摩擦纺从1 9 7 7 年投入市场后，纺纱速度的 潜力很大，已达至u 3 0 0r p m p a 上，与其他纺纱体系相比较，在摩擦纺纱体系中摩擦纺 的速度是最高的。摩擦纺是利用两只同向回转的尘笼与纱条问产生的摩擦力矩驱 第1 章绪论 动纱条绕自身轴线回转，使纱条加上捻回。 摩擦纺纱的纱线性能： ( 1 ) 纱线强力及其不匀率。与环锭纱和转杯纱相比，摩擦纱的强力最低，只有同 特环锭纱的5 5 ，比同特转杯纱也要低1 5 。强力不匀率比转杯纱低，但比环锭纱高。 其原因是纤维在纱中排列紊乱，平行伸直度差，纤维长度利用减小。 ( 2 ) 条干均匀度。在纺租特纱时，摩擦纱的条干均匀好于或接近环锭纱，但纺中 细特纱时，其条干均匀度比环锭纱要差。 ( 3 ) 重量不匀率。摩擦纺和转杯纱一样都采用分梳牵伸，重量不匀率都高于环锭 纱。 ( 4 ) 毛羽及耐磨性。摩擦纺纱的毛羽比环锭纱和转杯纱都多，且毛羽长度也长， 其耐磨性也较差。 但摩擦纺低速高产；工艺流程短，它是目前各种纺纱方法中工艺流程最短的一种， 可直接用生条纺成筒子纱；断头率低，容量更大。摩擦纺纱在适纺原料和在纺制粗特 纱及花色纱领域中是具有它独有的优势，特别适宜开发产业与装饰及特种用途的纺织 品。 d 包缠纺 包缠纺原理是从牵伸系统出来的纤维须条从一个旋转的空心锭通过，然后长丝退 绕包覆住运动的纤维条，从而使纤维条具有强力。“包缠”作用直接取代了传统的钢 领和钢丝圈系统，并且由于从卷绕中分离出加捻作用，所以纱线生产速度高。设备生 产单纱的速度比传统环锭纺设备有显著的提高，包缠纺纱不需要并合即可进行织造。 租着通鄹锭纺缈相此包缠纺的优点是：蓬松性好、织物丰满、手感好、吸湿性 好、强力大、弹性好、毛羽少、纱线截面纤维根数可减少、产量高、能耗低、纺纱废 料少、生产效率高，包缠纱直接取代了相同特数的双股线，加工流程减少。缺点是： 包缠纺不能生产纯毛纱，除非使用水溶性或预先纺出的毛纱；包缠纱与其它纱线不能 合股；包缠纺纱机织物，如平纹织物，其外观会起皱：包缠纱针织物具有较高的起球 倾向和较高的线圈歪斜度。包缠纺针织品更柔软，更丰满，同时它有更好的组织清晰 度。该纱适用于生产地毯、针织品、机织物、室内装饰品、毛毯、起绒织物和手工针 织品。：” 新型纺纱种类虽多，但并不是都具有较好的纱线结构，从而表现出较好的纱线性 能，特别是在纺细特纱的领域，因为纱中纤维数量少，对纤维运动控制要求较高，对 纱中纤维伸直度、加捻后纱的紧密度、纱中纤维之间的抱合力要求也就更高。而其他 新型纺纱的成纱强度与环锭纱的差异就在细特纱领域拉得更大，并还有一个适纺性问 题。所以，目前所有的新型纺纱是不可以替代环锭纺纱技术的。因此，人们又开始关 注环锭纺纱机的改造 第1 章绪论 1 1 2 环锭纺纱的现状与发展 环锭纺属传统的纺纱技术，其工艺成熟，纺纱质量稳定：在全世界纺纱总量中， 环锭纱占8 0 以上，是纺纱生产中比例最大而且最重要的一种纺纱形式。如今虽然各 种新型纺纱技术正在日益成熟和完善，且生产效率高、工艺流程短、适纺范围广等。 但由于新型纺纱成纱结构及性能与环锭纺纱相比还存在一定的缺陷和局限性，所以新 型纺纱不可能完全替代环锭纺纱，环锭纺纱仍然是现代纺纱生产中最重要、最核心的 纺纱形式。 随着科学技术的发展，环锭纺纱技术也经历了不断创新的过程，其高速、高效、 节能、机电一体化、自动化技术已成熟，尤其是各类纺织专用器材的研制与开发，极 大地推动了环锭细纱机的技术进步。面对许多新型纺纱技术的挑战，环锭纺本身也在 不断革新和完善。环锭纺纱技术除了保持纺制细特纱的优势外，还在扩大品种适应性、 改善纱线结构、提高纱线质量方面进行了一系列的改进，比如为了减小纺纱三角区内 浮游纤维造成的毛羽数而研制的紧密纺纱技术，加装长丝退绕装置及张力控制装置而 纺制包芯纱，加装竹节纱控制装置可纺制竹节纱，增加一套喂入装置可纺制赛络纱或 赛络菲纱等。这些纺纱技术的出现和形成，对于提高纺纱质量，丰富成纱产品的风格 等将起到有利的促进作用。另外，在环锭细纱机上为纺制纯化纤纱及各类新型纤维而 进行了改进，使环锭细纱机的可纺范围丈大增加。同时为了适应产品多样化的发展趋 势，环锭纱也向特细号精梳纱及粗号纱两极方向发展。 a 紧密纺纱 紧密纺纱技术也称为密实纺、压缩纺、凝聚纺等，国际上紧密纺纺纱系统的研究 在l o 多年前就开始了。这种纺纱技术的思想是对前罗拉输出的须条再加上一对控制罗 拉。其中，下罗拉有吸风集聚作用，使须条较紧密的排列，大大减少了传统细纱机中 加捻三角区中须条带的宽度，有利于将须条中的纤维可靠地捻卷到纱条中，从而可较 大幅度地减少毛羽，同时吸风也有利于纤维在加捻卷绕时有再一次的伸赢机会，从而 提高成纱强力。该技术的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在 环锭细纱机上也可进行改装，挡车操作也与原车一致。”1 紧密纺纱的优点： ( 1 ) 单纱可以代替股线，或者普梳纱代替精梳纱； ( 2 ) 浆纱可以完全或郝分免去，烧毛可以免去； ( 3 ) 捻度可以降低2 0 ，产量可以增加，纱较柔软，能源消耗也可以降低； ( 4 ) 纺后加工容易，产品的性能较好； ( 5 ) 织物柔软，上染容易，印花效果好，光泽好，起球少： ( 6 ) 原料损耗少： 4 第l 章绪论 ( 7 ) 特别适合纺制细特精梳纱。 缺点是：加工精度要求很；断，老机改造又有安装空间问题，零件易磨损，还存 在不小的困难。 紧密纺织物具有手感好，抗起球性和抗皱性好。用于机织高档纯棉衬衫、防羽布 等，织物具有光泽度佳、外观纹路清晰、色彩对比度增强等特点。紧密纺的应用将使 纺织品的质量达到一个新的水平，为人们在不久的将来生产不同的产品提供了一个有 意义的可能性，所以得到了广泛的关注。 b 赛罗纺 赛罗纺是由澳大利亚联邦科学与工业研究院与国际羊毛局共同研制开发的纺纱 技术。它是在细纱机上喂入两根保持一定间距的租纱，经牵伸后，由前罗拉输出这两 根单纱须条，并由于捻度的传递而使单纱须条上带有少量的捻度，这两根须条汇合后 被进一步加捻成类似股线的奏罗纱并被卷绕在筒管上。纱线具有结构紧密、表面纤维 排列整齐顺直、毛羽少、耐磨性好、起球少、手感柔软光滑、适用性好等特点。织物 手感柔软，有光泽，纹路清晰，透气性，悬垂性和热传导性好，手感和服用性能均不 差于甚至优于传统产品。该方法具有显著的四个特点：纺纱思想的新颖性、技术实现 的简易性、工艺流程的简便性、低特纱线的可纺性。赛罗纺纱的初衷主要是为了利用 该纱独特的性能( 毛羽少、强力高、耐磨性好等) ，达到毛纱能单纱织造的目的，以实 现毛织物的轻薄化。但生产实践表明，尽管赛罗纱在许多方面较同类常规纱有了较大 的改善，但要真正达到毛纱单纱不上浆的织造，尚有一定距离。在毛纺厂的生产实践 还表明，要达到同样的成纱质量，赛罗纱所用的原料等级可比常规环锭纺低，而其织 物较常规环锭股线织物手感柔软、耐磨、透气性好。该技术于9 0 年代初逐步在国际毛 纺织工业中推广，先后在日本、德国、英国等她开发了一些毛织物产品，我国有不少 毛纺厂也在应用此技术。”1 c 赛罗菲尔纺 赛络菲尔纺纱是在赛络纺基础上发展起来的一种新型纺纱技术，是利用一定间距 的化纤与单纱合股加捻而成的。赛络菲尔纺使用的是两种不同的原料，所以习惯上称 之为双组分纺纱。一般说来双组分都是一种纤维条( 如羊毛) ，另一种是无弹性的长丝， 如锦纶长丝、涤纶长丝。由于纱线中有长丝的存在，纱线的强力和伸长明显增加，而 且还有闪色效应。两种组分可以根据需要而选择，也有将绢丝替代锦纶长丝的。赛罗 菲纺纱与赛罗纺类似，不同之处仅仅是将一根粗纱改为长丝，与另一根粗纱交捻成纱。 这对利用各种化纤长丝与细纱交捻成复合纱产品的加工尤为适合。与常规的细纱相 比，手感软中带有身骨，弹性、悬垂性、透气性好。不易起皱、不易粘贴皮肤。赛罗 纱或赛罗菲纱可以直接从细纱机上纺制出具有类似股线结构和性能的纱线，有利于缩 短工艺道数，提高生产效率，降低生产成本。目前，这种纺纱技术在毛纺生产中得到 了较普遍的应用，在新产品的开发和生产中发挥了有效的作用。”1 第1 章绪论 d 索罗纺纱 索罗纺是在前罗拉下加装一个表面有许多沟槽的分割罗拉，其作用是利用沟槽将 前钳口下输出的扁平须条分割成许多窄条，由于捻度传递，这些窄条带有少量捻度， 再被汇聚加捻后成纱，形成类似多股纱条捻成的缆绳纱，故国内又将其称为缆型纺。 纱线强力高、耐磨好、毛羽少、光泽改善、织物纹路清晰。在实际生产中，已能直接 利用索罗纱的单纱不经上浆而织造成布。织物性能可以与传统股线织物、双组分纱织 物相媲美，而且柔软性与单纱织物相似。” e 包芯纱 包芯纱一般是以天然纤维覆盖在纱线的外表，而纱芯是高强度的合成纤维，除了 具有特殊的结构以外，还有很多优点，它可以利用芯纱( 化纤长丝) 优良的物理性能、 外包纤维的性能和表面特征，充分发挥两种纤维的特长并弥补它们的不足。如棉包涤 的包芯纱可以充分发挥涤纶长丝挺爽、抗折皱、易洗快干的优点，同时又可以发挥外 包棉纤维吸湿好、静电少、不易起毛起球的特长。包芯纱在保持和改进织物性能的同 时，减轻织物的重量，织物强力高、耐磨、尺寸稳定、易保管，同时解决了织物起球 问题，外观好穿着舒适。包芯纱织物的耐磨度、撕裂强度、抗拉强度都比纯棉织物好。 利用化纤长丝和外包纤维的不同化学性能。在织物染整加工时，用化学药品烂去部 分外包纤维，制成具有立体花纹效应的烂花织物等，是提高产品附加值，拓展市场空 间的有效方法之一。 从发展趋势来看，传统的环锭纺纱还在不断地发展，例如牵伸装置的改造，高速 钢领、钢丝圈材质与结构及锭子的改进，甚至细、络联的研制，以及集聚纺的出现， 都增加了与新型纺纱的竞争力。目前人们还不断地努力，研究开发其它环锭新型纺纱 方法。 1 2 倍捻机的历史与现状 倍捻机是倍捻捻线机的简称，其特点是锭子每转一转可在纱线上施加两个捻回。 国外从本世纪4 0 年代起开始使用倍捻机，n 6 0 年代，倍捻机得到了很大发展。各国相 继生产出各种形式的倍捻机用来加工棉、麻、毛、化纤等各种原料。我国从7 0 年代开 始引进倍捻机，至今已引进了西欧和日本多种型号的倍捻机。近年来，随着织物向细 号数、高捻度、高纬密方向发展，现有的环锭捻线机已经远远不能满足生产强捻织物 的需要，对倍捻机的需要量逐步增加。” 与老式环锭捻线机相比，倍捻机的优点是： ( 1 ) 生产效率比环锭捻线高。锭子每转一圈，纱线加两次捻，而环锭捻线机锭子 转一转只给纱线加上一个捻回，因此，当锭速相同时，倍捻机的加捻效率比环锭捻线 机的效率提高一倍，因而提高了设备的产量。另外，纱线成型卷装尺寸大、接头少， 6 第l 章绪论 还具有将两股纱直接喂入机器的潜力。 ( 2 ) 倍捻机的锭速不再受到钢丝圈速度的限制，这也是倍捻机生产效率高的原 因之一。采用倍捻锭子可加大喂入筒子的卷装，而不致于影响锭速，也可以增大输出 成形卷装。喂入和输出采用大卷装，不仅可以提高劳动生产率，而且可以减少断头， 提高纱线的加工质量。 ( 3 ) 加捻工艺流程比环锭捻线工艺流程短。 倍捻加捻工艺流程是：并纱一倍捻成筒。 环锭捻线工艺流程是：并纱一捻线一成筒。 由此可见，倍捻机的输出卷装筒子可以直接供后边工序使用，省掉了环锭捻线 机络筒的工序。倍捻机若能与无梭织机或筒子染色等配套使用，优点更为明显。 ( 5 ) 适纺范围广。可用于棉、毛、丝、麻、化纤及各种混纺纱，适纺线密度广， 捻度范围大，它可以加工各种规格、性能的股线。 ( 6 ) 倍捻机不用钢领，钢丝圈加捻，解决了环锭捻线易产生油污纱疵的弊病。 另外，也有利于施加强捻，使最高捻度可达3 0 0 0 t m 。 倍捻机锭子转一转产生两个捻度是加捻机的一个飞跃，特别是经过几十年的摸 索，倍捻机投入工业化生产更显示了它的强大的生命力，因而制造厂众多，使用厂与 e t 俱增。从2 0 世纪7 0 年代至4 现在的工业化生产中不断的改进，尤其是电子技术等高新 技术的应用，使倍捻机的生产技术取得了明显的进步，并在生产中发挥出越来越强的 生命力，使用厂获得了明显的经济效益。” 1 3 本课题研究的意义及内容 环锭纺纱的一个不足之处是单锭产量低，各种新型纺纱开发的目的就在于取得较 高的单锭产量。环锭纺由于锭子和钢丝圈既要在加捻中起作用，又要在卷绕中起作用， 它们的速度受到许多限制，从而影响细纱机单产的提高。而且在一定的极限钢丝圈线 速度条件下，还存在高速与大卷装之问的矛盾。 本谋题研究是倍捻锭子细纱机的应用。倍捻锭子细纱机是以倍捻锭子为基础发明 的一种能直接对喂入纱线进行加捻成筒的锭子，解决了在导纱钩与锭子之间这段封闭 空间内卷绕动力的问题，可用于纺纱，也具有纺制花式纱线和合股加捻的功能。在倍 捻锭子细纱机上卷绕盘代替钢丝圈的作用，双向螺杆代替铜领板，使锭子的速度除受 自身因素制约外，不再有钢丝圈线速度和钢领的限制因素。管纱静止不随锭子转动， 不会增加锭子动力的消耗以及不会加剧锭子的振动。因此，倍捻锭子细纱机能够实现 提高锭子速度，增大卷装，实现细纱大卷装，提高单锭产量的要求，并且减小加捻、 卷绕部件的损耗。加捻时，它转一圈加两个捻度，与环锭速度相同的情况下可将单锭 第1 章绪论 捻度和产量提高近一倍，属低速高产。另一方面将它用于捻线机可直接含股加捻，省 去并线工序；将粗纱直接纺成筒子纱，可减少络筒工序，缩短了生产工艺流程，既节 省了占地面积又节约了用工；它也可用于纺制一些特殊的花式纱线。一个锭子具有多 种功能，应用范围很广。 本课题的研究内容是，在倍捻锭子细纱小实验机上进行纺纱实验，验证纺纱的可 行性，适纺性、操作性；通过同环锭纱的性能对比，从理论上和纱线性能方面探讨倍 捻锭子细纱机在纺纱、加捻上的应用效果；研究开发新产品的性能；并找出现有锭子 存在的问题，提出改进、完善方案。 第2 章倍捻锭子细纱实验机 2 倍捻锭子细纱实验机 倍捻锭子细纱实验机是由苏州华飞纺织科技有限公司和西安工程科技学院联合 研制而成，其结构由牵伸系统、锭子系统和控制系统三大部分组成，如图1 所示。 图1 倍捻锭子细纱实验枫图2 倍捻锭子 2 1 倍捻纺纱锭子 2 1 1 倍捻锭子 倍捻锭子( 图2 ) 是倍捻机的心脏和关键，倍捻机与环锭捻线机最大的不同在于锭 子。普通锭子每一旋转只能增加一捻回，而倍捻锭子每旋转一次即可产生二个捻回。 这就使得在锭速相同的条件下，捻回数增加一倍，如普通环锭捻线机的锭速为1 0 0 0 0 r p m 的话，它产生1 0 0 0 0 个捻回，而倍捻机的锭速同样是1 0 0 0 0 r p m ，则它产生的却是 2 0 0 0 0 个捻回。这就使倍捻机单锭速度和产量几乎可以增加一倍。倍捻是捻线机的一 个重大突破，没有这个创造发明，就没有现今的倍捻机。倍捻机的锭子完全不同于普 通锭子，它比普通锭子复杂，有加捻盘、储纱筒、张力器等零部件，这些是普通锭子 所没有的。当然它也采用了普通锭子的零部件如锭杆、锭盘、锭座轴承等。倍捻锭子 采用上述两类零部件组合丽成，其结构复杂可见一斑了。这样复杂的结构给维修操作 带来很大困难，特别是人工生头操作费时费工。每次接头的时间是普通环锭的2 3 倍，有时甚至于更长。这对于长丝来说，问题不大，因为长丝断头率很低。但对于短 9 第2 章倍捻锭子细纱实验机 纤维来说却是致命的，成为影响倍捻机在短纤维方面大面积推广的原因之一。但气动 穿纱装置的发明大大节约了生头时间，每次生头接头的时间几乎接近于环锭的水平， 为推广倍捻机创造了条件。 2 1 2 倍捻纺纱锭子结构 倍捻纺纱锭子如图3 、图4 所示 图3 倍捻纺纱锭子燕视图图4 倍捻纺纱锭予俯视图 倍捻纺纱锭子的发明创新点在于，它采用倍捻锭子的原理，但其纱线路径与倍捻 机完全相反。空心锭子上的纱筒是成纱卷绕筒而非进纱筒，卷绕成形过程是在空心锭 子上完成的。发明的关键点是解决了在导纱钩与锭子这段封闭空间内卷绕动力的问题 ( 图4 ) ，它能实现对喂入纱线进行加捻成筒的功能，完成卷绕成形过程。因此可用 于纺纱。 倍捻纺纱锭子上的纱线是从上至下穿入的，它对纱线是积极导入式，而倍捻机上 的纱线是从下至上抽出的。此外，从空心锭下部也可喂入一根纱线，锭子上下部能同 时喂入两根纱线。 倍捻纺纱锭子的结构( 图5 ) 包括有：固定座8 ，固定座连接着空心锭1 2 ，空心锭 与托筒纱盘1 1 连接；托筒纱盘与固定座之间的空心锭上固定有导纱管1 0 ，该导纱管 的中空内腔与空心锭的中空内腔相互连通；托筒纱盘上固定有第一磁铁6 ，对应在固 定座上装有第二磁铁7 ，第一磁铁与第二磁铁相对的两个极为异性极，在磁力的吸引 下使托筒纱盘能与固定座的位置相对固定。空心锭杆的上部设置有转动盘1 5 ，转动 盘上有导纱钩1 9 ：空心锭顶部设置有皮带轮9 ，连接着双向螺杆3 。空心锭杆上套有 套管2 l ，该套管上还固定有主动皮带轮1 6 ，双向螺杆与空心锭杆平行地设置在转动 盘上，该双向螺杆上套有从动皮带轮2 ，主动皮带轮与从动皮带轮由张紧的环形皮带 l 连接，双向螺杆的螺槽内插有滑块4 ，该滑块与固定于转动架上的导套2 0 轴向连接， 滑块在导内滑动。滑块上有导纱钩5 。为了平衡，在转动架上与导套相对称的位置处 0 第2 章倍捻锭子细纱实验机 图5 锭子结构图 1 、皮带；2 、从动皮带轮；3 、取向螺杆；4 、滑块；5 、导纱钩6 、第一磁铁：7 、 第二磁铁：8 、固定座；9 、皮带轮；1 0 、导纱管；1 l 、托筒纱盘；1 2 、空心锭： 1 3 、筒纱；1 4 、纱管；1 5 、转动盘：1 6 、主动皮带轮；1 7 、纱线；1 8 、平衡杆； 1 9 、导纱钩；2 0 、导套：2 1 、套管。 设置有平衡杆1 8 。套管与转动架之间通过轴承连接，套管与轴承的内圈连接，转动架 与轴承的外圈连接。此套管可从空心锭管上拔下来，从而使得转动架与主动皮带轮可 以从空心锭杆上取下，这样纱管1 4 就可以取出。 2 1 3 卷绕成形 倍捻纺纱锭子的卷绕部件是由转动盘，双向螺杆，滑块等构成。当空心锭转动时 通过摩擦力带动转动盘进行转动，它们的相互转动可以是同步也可以是不同步。 空心锭与转动盘同步转动过程：当没有纱线引入时，空心锭通过摩擦力带动转动 盘与空心锭同步转动，因为没有纱线阻力，所以双向螺杆与转动盘同步转动，则皮带 不传动，滑块也没有上下的移动，不产生卷绕。 第2 章倍捻锭子细纱实验机 空心锭与转动盘不同步转动过程：由于搁纱架上的磁铁与固定座上的磁铁异性相 吸，使得搁纱架能在磁力的吸引下与固定座之间的位置得以相对固定，不随空心锭转 动，也就是说纱管静止不动。当已加捻后的纱线经各个导纱钩卷绕到纱管上时，转动 盘的转速滞后于空心锭的转速，两者便产生了速度差，皮带传动带动从动皮带轮与主 动皮带轮不同步转动，使滑块沿双向螺杆做上下往复移动，同时它也随转动盘绕纱管 转动，使细纱沿着简管的长度方向进行卷绕，形成一定的卷绕形式。转动盘的速度取 决于出条速度和绕纱直径。 2 1 4 拔纱过程 空心锭上套有套管，该套管与转动盘之间通过轴承连接，套管与轴承的内圈固定 的连接，转动盘与轴承的外骶圈定韵连接。套管可从空心锭上拔下来，使转动盘与主 动皮带轮可以从空心锭杆上取下，纱管就可以取出。当然，这种拔纱方法比较复杂麻 烦，花费的时间也长。 2 2 牵伸机构 牵伸机构采用三罗拉双胶圈牵伸机构，为了更好地控制纤维运动，在前、中罗拉 之间配以上短下长的双胶圈，备有多种类型的胶辊，可方便的选择多种牵伸方式。加 压装置为y j 1 4 2 摇架加压机构。为增加纺纱品种，在摇架后面加装一根芯线罗拉和相 应的芯线张力器。摇架的前端有螺旋形的长丝导纱钩，前罗拉下有管状成形嘴。纱架 有吊锭粗纱架和筒纱架两种，既可喂入粗纱也可喂入筒纱和长丝。这些附加装景使实 验机具有生产包芯纱、赛络菲尔纺等新型纱线和纺制花式纱线的功能。 2 3 控制机构 采用h f d k 3 0 2 型捻线机专用控制器，它是内置微电脑控制器，该控制器可以控 制各台罗拉电机以四种不同的方式运行，并与驱动锭子的交流电机进行速度上的配 合。罗拉速度通过步进电机控制，步进电机可以瞬间实现停止和反转，步进电机控制 罗拉可以在工艺允许范围内随意改变牵伸倍数。锭子是变频调速，就是通过变频器加 异步电动机控制它的速度和精确度。 本系统变频调速是通过改变预设频率数值来改变锭子的速度。由于频率变化与锭 速基本呈线性关系( 扣除锭带滑溜率等因素) ，频率数值增减百分比即视为锭速变化 的百分比。罗拉有四种运行方式可供选择，分别为连续方式：即各台罗拉电机以各自 设定的速度匀速运行：分段方式：分段数为2 3 0 段，各台罗拉电机在每一段的运行 第2 章倍捻锭子细纱实验枫 速度和持续时间都可以进行设置；随机方式：它是在方式二的基础上，只取前两段运 行，并将各段的运行速度和持续时间叠加一个随机量而得到的；复合方式：它是在原 随机运行方式的基础上，将第三根罗拉的运动时间单独设定，以形成复合的花式纱型。 各罗拉速度切换时，可以平滑过渡。为了能够形成不同的锭子形状，本控制器有两种 级升控制方式：均匀级升与回零级升。均匀级升按照固定的上升时间和下降时间运行， 从而形成对称收缩的锭子。回零级升则使每次下降运动都要回到零位，从而形成锥形 锭予。这些运行方式的设置可以非常方便的进行花式纱线的生产和开发。 控制装置上有显示窗口及数据输入平台，按不同纺纱段变速要求，顺序( 即对应 纺纱时间或纺纱位置) 输入频率街实际值即可。纺纱整个过程每一对应位置的频率及 速率变化所对应的频率均可显示，一目了然，操作简单方便。 第3 章倍捻锭子细纱机的纺纱原理 3 倍捻锭子细纱机的纺纱原理 3 1 加捻原理 3 1 1 倍捻原理 图6 倍捻原理示意图 倍捻的原理可以从假捻的概念引出，设有两端被握持的纱条，如图6 。中间有一 加捻器c ，对纱条加捻。如纱条不作轴向运动，则a c 与b c 两段纱条中的捻回数相同， 捻向相反。如纱条作轴向运动( b a ) ，贝j j b c 段纱条获得的捻回送向c a 区时，由于两者 的捻向方向相反而抵消，最后在c a _ e 并没有捻度，这就是所谓假捻。两纱段捻向不同 的根本原因在于a b 两点在加捻点c 的两侧。并将b 点移至加捻点的同一侧的b 、点时， 而将c 点扩大成为包含两纱段( a c 和c b ) 的平面而进行回转，n a c 段以其轴作自转， b c 则以a b 、轴作公转。如由掇持点a 看c ，c 作顺时针回转，所以a c 纱段获得z 捻了，再 以b 、看c ，c 亦作顺时针回转，所以c b 、纱段亦获得z 捻，若纱线沿轴向移动时，则纱段 上成为两个z 捻相加捻。 图7 倍捻锭子的原理 ，器 第3 章倍捻锭了细纱帆的纺纱胤堙 倍捻锭子的加捻原理是：喂入筒子套在静止的空心管上，纱线由筒子引出后，进 入空心管内，再穿入储纱盘的径向孔c 。纱条由c 孔引出后，通过导纱钩达到槽筒表 面卷绕成筒子。储纱盘随锭子高速回转，储纱盘的径向孔c 相当于环锭捻线机的钢 丝卷，因此径向孔c 是倍捻机的加捻点，则并纱a b 即得到一个捻回，而并纱c d 同时也得到一个捻回。值得注意的是，e 点和d 点同在加捻点c 的上侧，按图7 所 示锭子转向，并纱a b 和c d 都获得同向捻回。 由此可知，倍捻机中纱线获得的捻回数是锭子转数的二倍。简言之，当锭子回转 一周，纱线获得了二个捻回，这就是倍捻的原理。 3 1 2 倍捻纺纱锭子纺纱原理 a 加捻原理 倍捻纺纱锭子的加捻原理同倍捻锭子的加捻原理一样，如图8 所示。 b 工， 溷圜 l l c 图8 倍捻原理示意图 纱管套在静止的空心管上，纱线从前罗拉f 出来经导纱钩a ，再经导纱盘径向孔 b 后穿入空心锭，从空心锭c d 穿出后，通过导纱钩l 再穿过转动盘上的纱眼2 ，到达 纱管表面e 卷绕成筒子。导纱管随锭子高速回转，径向孔c 相当于环锭捻线机的钢丝 圈，因此b 是倍捻纺纱锭子的加捻点，e 和f 均可视作握持点。当导纱盘随锭