（纺织工程专业论文）摩擦纺纱新型输送与凝聚机理[纺织工程专业优秀论文].pdf

摩擦纺纱新型输送与凝聚机理 摘要 本课题主要研究了摩擦纺纱系统的纤维输送、凝聚机理，在深入研究的基础 上设计制作了结构更为合理的输棉管道，通过实际测试后证明该管道对纤维的控 制更为优良，新的输棉管道改善了凝聚状态，有望提高成纱质量。本课题共分以 下几方面： 首先主要简述了摩擦纺纱的历史、摩擦纺纱的产品应用领域与前景。论述了摩擦 纺纱的工艺特点、优势及其技术难点、改进措施。对传统摩擦纺纱系统的纤维输 送过程、凝聚过程进行全面深入的研究，剖析了纤维在输送和凝聚过程中的运动 特点及规律，并在此基础上设计制作了理论上对纤维控制优良并能改善纤维输 送、凝聚工艺过程的输棉管道。 改变梳棉管道的形状对改善纱线质量有一定的影响。我们从理论上分析得出渐缩 型梳棉管道的设计，在输送凝聚过程中，对改善纤维的伸直度与平行度有一定的 积极作用。 然后从理论上分析了纤维在平板中的排列状态。纤维的排列与板内流场的分布是 密切相关的。利用p i v 测试原理，测出不同条件下( 不同的给风压力，不同的平 板高度) 平板内流场的分布规律，结合流场的分布规律来分析出纤维在输送凝聚 过程中的实际的排列状态。 最终我们根据纱线在输送管道中的运动、排列状态，确定影响纤维输送与凝聚的 影响因素( 补风压力、平板开口间隙) 的最优值。 硕士研究生王军超( 纺织工程) 指导教师陈国华教授 关键词：摩擦纺纱；补风口；渐缩管：平板；p i v ；流场 n e wt h e o r i e so ff e e d i n ga n dc o n d e n s a t i o na b o u tf r i c t i o ns p i n n i n g a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e st h et h e o r i e so ff i b e rf e e d i n g , c o n d e n s a t i o na n dy a r n f o r m a t i o ns t r u c t u r eo ft r a d i t i o nf r i c t i o ns p i n n i n gs y s t e m b a s i n go nt h e s ed e e p r e s e a r c h e s ，t h ee x p e r i m e n td e s i g n sa n dc r e a t e sab e t t e rn e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e l t h e s t u d ys h o w st h a tt h en e w f i b e rf e e d i n gc h a n n e lh a sab e t t e rp r o p e r t yo ff i b e rc o n t r o l ， a l s oi tc a ni m p r o v ef i b e rc o n d e n s a t i o ns t a t e , y a mf o r m a t i o ns t r u c t u r ea n dy a m f o r m a t i o nq u a l i t y t l l i sp a p e rh a ss c v a r a lc o n t e n t s ： f i r s ti tg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eh i s t o r y , t h ep r o d u c t i o na p p l i c a t i o nf i e l d sa n d t h ep r o s p e c t so ff r i c t i o ns p i n n i n g , a l s oi td i s c u s s e st h et e c h n o l o g i c a lf e a t u r e s , a d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e sa n di m p r o v i n gm e t h o d s o ff r i c t i o ns p i n n i n gs y s t e m i tg i v e s ad e e ps t u d yo ff i b e rp r o c e s sa n dc o n d e n s a t i o ns t a t eo ff r i c t i o ns p i n n i n g ；i tg i v e sa p e n e t r a t i n ga n a l y s i so ff i b e rm o v e m e n tc h a r a c t e r sa n dr e g u l a t i o n so f f i b e rf e e d i n ga n d c o n d e n s a t i o np r o c e s s a c c o r d i n gt ot h e s es t u d i e sa n da n a l y s i s ，t h ee x p e r i m e n td e s i g n s an e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e lw h i c hs h o u l dh a sb e t t e rf i b e rc o n t r o lp r o p e r t i e sa n dc a n i m p r o v ef i b e rf e e d i n ga n dc o n d e n s a t i o ns t a t ei nt h e o r y t e s t i n gt r a d i t i o n a lf r i c t i o ns p i n n i n gs y s t e mf i b e rf e e d i n gs t a t ef l o wf i e l d ，i te d u c e st h e f i b e rf e e d i n gs t a t ef l o wf i e l dd i s t r i b u t i n gi n f l u e n c et of i b e rq u a l i t y i ti n t r o d u c e sa m e t h o do fm e a s u r i n gf i b e rf e e d i n gs t a t ef l o wf i e l d s e c o n dw ea n a l y z ef i b e ra r r a n g es t a t ei nt h ep a r a l l e lb o a r di nt h e o r y , a n da n a l y z e st h e f l o wf i e l dd i s t r i b u t i n gb a s e so nf i b e rm o v e m e n t f i b e rs t a t ei sc o n n e c t e dw i t hf l o w f i e l di nt h ep a r a l l e lb o a r d i nt h ep a s s a g e ，w em a i n l yu s ean e w l ym e t h o do fm e a s u r i n g f i b e rf e e d i n gs t a t ef l o wf i e l dd i s t r i b u t i n gp r v ：i ti sa ni n s t a n t a n e o u st e c h n i q u ef l o w i n g p l a n ep l a n a rv e l o c i t yf i e l d t h ef i n a lc o n t r a s t i n gd i f f e r e n tc o n d i t i o n ( d i f f e r e n tw i n dp r e s s u r e ，d i f f e r e n tp a r a l l e l b o a r da l t i t u d e ) ，i tc a ng e tt h eb e s tp a r a m e t e r p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：w a n gj u n e h a o ( 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 yp r o f c h e ng u o h u a f r i c t i o ns p i n n i n g ；p r o v i d i n gw i n dp o r t ；d w i n d l e rp i p e ；p a r a l l e l b o a r d ；p a r t i c l ei m a g ev e l o c i m e t r y ；f l o wf i e l d 青岛人学硕十学位论文 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者躲王子起 日期加萨川炯 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本 人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单 位仍然为青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保涮 ( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：球起 日期加蛑月陟日 导师签名： 伊彳 日期：年月日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题研究的意义和内容 1 1 1 本课题研究的意义 从用途分，纺织品可分为服装用、装饰用和产业用纺织品三大类。随着时代 的发展，产业用纺织品越来越占有较大的比重，这也是传统的纺织工业逐步走出 困境，提高未来产业竞争力的发展方向。传统的环锭纺纱技术在过去的1 7 0 年得 到了多方面的提高和发展，其工艺设备技术相对趋于成熟和完善，纺纱产量和质量 也似乎达到实用极限，尤其随着大量新型工业化纤维的出现和产业用特种纺织品的 需求，环锭纺纱技术己不能全方位满足纺织生产加工的需要。 新型纺纱技术具有生产效率高、产品质量优、纱线结构新颖等优点。它是对传 统环锭纺技术的继承发展与提高，其发展前景是好的。但从国内目前情况分析，新 型纺纱产能所占比重还较低，落后于国外水平。因此在新型纺纱快速发展中，如何 扩大其产品应用领域是一个热点，也是国内企业十分关注的问题。摩擦纺纱又称为 尘笼纺纱，是当代发展着的新型纺纱方法之一。摩擦纺纱一度被认为是新型纺纱的 后起之秀，是最有前途的新型纺纱之一，与其他新型纺纱相比，有其独特的优点： 低速高产、断头少、自由端纱尾纺纱状态好、有一定的除杂能力、适纺原料广、品 种结构多样特色化及经济效益高等。但摩擦纺纱近年来却一直停滞不前，究其原因， 主要是因为摩擦纺纱的凝聚与输送方式使纱线中纤维紊乱、伸直度差，纱线的质量 特别是纱线结构直不能达到令人满意的效果。因此，一直以来摩擦纺以纺低支、 特种纤维纱线为主，而要纺较高支数的高品质纱线还不可能实现，这一直成为摩擦 纺纱不能够大规模推广应用的一个主要难题。 本课题根据完全不同的输送和凝聚原理，对摩擦纺纱的结构进行改进与优化， 进而使纤维平行凝聚，从而达到极好的纱线结构和纱线质量。本研究课题的完成和 成果推广，将是纺纱机械的一次深刻革命，将具有划时代的意义。 1 1 2 本课题的主要研究内容 本课题将研究一种新型摩擦纺纱装置，该装置的特点是，在分梳辊机壳上设置 沿分梳辊轴向补风的补风口，与分梳辊轴向产生的切向气流合成组成旋转气流，使 纤维加速伸直；后部的输送管为平板、渐缩、开放式结构，可使纤维在凝聚之前达 到完全与纱轴平行。这种结构简单合理，可以使纤维在凝聚区域伸直并与纱轴平行， 使所纺纱线光滑、强力高，适合纺出较高支数的摩擦纱。纤维的运动与输送管道内 青岛大学硕士学位论文 流场的分布情况是密切相关的，而流场的分布与梳棉管道的形状有关。本文着重研 究渐缩型输送管道对纤维输送方式的影响，以及平板内流场的分布情况。 1 2 新型纺纱发展现状 新型纺纱技术具有生产效率高、产品质量优、纱线结构新颖等优点。它是对传 统环锭纺技术的继承发展与提高，其发展前景是好的。目前，新型纺纱的方法已达 几十种，主要的有转杯纺纱、喷气纺纱、摩擦纺纱、静电纺纱、涡流纺纱、平行纺 纱等。各种新型纺纱方法和技术的不断研究和探索为纺纱工业的进一步发展、成纱 机理、成纱结构的进一步完善打下了基础。 但从国内目前情况分析，新型纺纱产能所占比重还较低，落后于国外水平。因 此在新型纺纱快速发展中，如何扩大其产品应用领域是一个热点，也是国内企业十 分关注的问题。 1 3 摩擦纺纱发展的历史 1 9 6 7 年英国f l a t ts a c ol o w e l ! 公司对摩擦纺纱原理第一次提出了专利申请， 1 9 7 3 年奥地利费勒博士在第七届i t m e 国际纺机展览会上展示了德雷夫( d r e f - i i 型) 摩擦纺机，并随后开发成功了d r e f - 3 ，4 ，5 型机并投放市场，我国也研制出了f s 2 型摩擦纺机，机构与d r e f i i 型类似。费勒公司开发的d r e f 2 0 0 0 型机适用于生产纯棉、 棉化纤混纺纱以及5 0 毫米以下的纯化纤短纤纱。2 0 0 5 年该公司刚投入市场的 d r e f 3 0 0 0 型摩擦纺纱机，与以往的机型相比具有更大的灵活性，新设计的用于芯纱 条的通用牵伸装置可以加工从棉到牵切纺毛条的各种纤维。英国泼拉脱萨克洛威尔 公司的p s lm a s t e rs p i n n e r 摩擦纺纱机也己投人生产。该机适宜加工长度为4 0 m m 的 纯棉、化纤及其混纺纱线。可纺纱线特数为5 8 3 1 4 5 t e x 。最高出机速度3 0 0 m m i n 。 其特点是未采用罗拉式牵伸装置，而是将棉条喂入分梳辊梳理成单根纤维后输送到 加捻区加捻成纱。加捻机构则由一个尘笼和一个同样规格的实心摩擦辊组成。尤其 是输送纤维的管道与尘笼轴线的夹角设计为2 5 0 - - 2 8 。，目的是使纤维以较平行于尘 笼轴线的方式进入加捻状态，使纤维平行伸直度得以提高，从而提高纱线强力。与 此同时，西德、美国、日本、瑞士、捷克斯洛伐克等国也相继开发了不同型式的摩 擦纺纱机h o 。 意大利s a v l o 公司于近年又提出了摩擦纺纱新技术，他们认为：现有的摩擦纺纱 机加工方法的缺陷是纱的张力低，造成纱线捻度小而松，这样的纱抗拉强力低。该 公司提出的摩擦纺纱新技术可不用旋转的带孔管子，而用平面、四面和旋转的带孔 圆盘，在它后面装着吸风槽，用它建立母线，纤维依靠加捻圆盘提供的沿其母线方 向的摩擦力被收集加捻成纱，加捻圆盘上的钻孔常被排列成环形，吸风槽始于紧靠 2 第一章绪论 圆盘的圆周处，直沿t s n 孑l 盘中心处，据称，这样配置的理由是纤维在吸风槽各 点处的拖曳速度随着离旋转中心的距离而变化向着圆周呈线性地增加，且该速度可 分解为轴向和垂直两个部分，这样就可使纤维伸得更直，捻得更好，从而获得强力 好、质量高的纱线。在我国，杭州纺研所和中国纺织大学共同研制i 丑f s 2 型摩擦纺纱 机。该机在结构上与d r e 卜i i 型摩擦纺纱机类似，只是2 只尘笼与机器的平面呈倾斜 式，一头高，一头低。尘笼的倾斜使输纤管与尘笼轴线的夹角小于9 0 0 ，使纤维进入 尘笼加捻区时，减小了纤维与成纱轴线的倾斜角度，有利于纤维的平行伸直，有利 于改善纱的结构，增加成纱的强力。到目前为止，摩擦纺纱已成为速度较高，适纺 纤维广的新型纺纱方法之一幢1 。 据英国纺织月报统计，2 0 0 0 年纺$ i j 2 0 t x e ( 3 0 英支) 的纯棉纱线，用摩擦纺纱机加 工成本可下降到同期全自动高速气流纺纱机的7 0 ，环绽纺纱机的4 0 以下口副。 1 4 产业应用领域与前景 随着科学技术的迅速发展，近年来国内外各行各业对产业用纺织品的需求不断 增长，推动了产业用纺织品的发展，使其新产品层出不穷，产业用纺织品的推广应 用己创造出了良好的经济效益和社会效益，并被广泛的应用于工业、农牧渔业、基 本建设、交通运输、医疗卫生、文娱体育、军工及尖端科学等领域瞄1 。摩擦纺具有 适纺范围广的特点，可纺棉、毛、丝、麻等天然纤维和涤纶、锦纶、睛纶、丙纶、 氯纶、粘胶等化学纤维和再生纤维，还可纺如碳纤维、芳纶等功能性纤维，也可用 玻璃纤维、金属丝等纺纱，更可利用下脚纤维及低档原料纺制高线密度纱哺1 。摩擦 纺能利用低档原料纺纱，大大降低成本，其产品深受消费者的欢迎。且为不少企业 解决了下脚原料的出路，给这些企业带来了良好的经济效益。 摩擦纺的另一特点是能纺制多种包芯纱，如用复丝、单丝、弹力丝、氨纶丝作 为纱芯的包芯纱均各具特点。利用d r e f i i 型摩擦纺系统可以纺制多种不同组分的特 种结构纱线。例如，用多根不同性质的纤维条，或不同颜色的纤维条喂入，加上改 变色条的喂入位置，可以获得色彩变异的花色纱。再如，在成条之前先撤入带色的 结子或有色纤维，经牵伸喂入尘笼的凝聚区，制成结子纱或带色彩的纱。也可用高 旦长丝或低捻纱超喂作为饰线，同时喂入长丝作芯线，与经分梳辊处理后的单纤维 在尘笼凝聚区加捻固结而直接纺得圈圈纱。还可加装由程序计算机控制的带有电磁 离合器的牵伸装置，间歇地向纺纱区添加包覆纤维，制成竹节纱等h 1 。 摩擦纺纱的产品可分为起绒织物、服装用织物、装饰用织物、产业用织物和特 种用途织物、废纺产品等五大类哺1 。 综上所述，摩擦纺纱有很大市场，只要能根据其特点，开发出适销的产品，将 会有广大的前途。 3 青岛大学硕士学位论文 会有广大的前途。 1 5 摩擦纺纱的优势 ( 1 ) 生产效率高摩擦纺纱具有比环锭纺纱高得多的生产效率。一般环锭纺的纺纱 速度为2 0 - 3 0 m mi1 3 ，而d r e f - i i i 型机纺纱速度可达3 0 0 m m i n ，比前者高1 0 倍以上。 这种纺纱生产率高的原因是由于摩擦加捻原理，纺纱速度和加捻速度的提高均不受 高速回转件速度的约束使加捻机件的转速不需很高即可达到高速加捻，而且仍具有 进一步提高纺纱速度的潜力。其次，纺纱张力低也是该机生产效率高的另一重要因 素。在摩擦纺纱机上，纱体沿自身的轴向旋转，引纱张力几乎与纱体的高速旋转无 关。采用摩擦加捻的方法有利于降低纺纱张力，解除高速对生产率的束缚，较好地 实现了低张力纺纱。 ( 2 ) 对原料的适应性广摩擦纺纱机对原料的要求较低，可适用于天然纤维、化学 纤维、下脚废料等各种原料。由于摩擦纺纱机能借助尘笼内部的吸风装置的吸力清 除尘杂，使它能用低级原料甚至下脚废料纺出较好的纱线。当混合纤维原料中有5 0 的纤维短于1 5 。或纤维长度离散度大、纤维线密度变异大、含杂多时，环锭纺和转 杯纺都会遇到困难，而摩擦纺可以顺利纺纱，从而节约成本，增加利润。 ( 3 ) 工艺流程短、成本低摩擦纺纱原料经单锡林疏理机制成条子后，即可直接上 纺纱机。在现有的纺纱系统中，可以算是工艺流程较短的一种。另外由于梳棉生条 可直接上机进行纺纱，在设备、厂房面积的投资费用和用工费用相应减少，纱线生 产及前纺成本低。另一方面，由于一般纺纱厂的原料费用要占到总成本的6 0 左右， 摩擦纺可用低档原料和下脚废料，可使原料费用降低，总成本比环锭纺节约1 5 一 3 0 。 ( 4 ) 产品风格独特、花色多及特种纱线结构d r e f - i i i 型机纺制的纱线是包覆纱， 可形成“多组分 的分层结构和“里紧外松”的捻度结构，纱芯纤维和外包纤维可 以分别单独控制，使得不同的纤维材料能进行有选择的组合和配置，可短包短，也 可以短包长，生产各种花式纱线m 1 2 3 。 1 6 摩擦纺纱存在的主要问题 摩擦纺纱的成纱强力低是影响成纱质量最主要的因素，一般摩擦纱单纱强力仅 为同类环钉纱的6 5 - 7 5 ，也是该方法进一步开发产品和向更细特纱领域发展的主要 障碍，导致纺纱特数局限在粗中特以下。造成摩擦纱强力低的主要原因有两点，一 是在摩擦纱中，纤维无内外转移结构较橙散，易于解体。其二是纤维在纱中平行伸 直度差。前者是摩擦纺纱所固有的缺陷，后者则能通过自身机构的改进及对外部施 加一定措施而得到改善，为此，国内外纺织科技界在这方面做了一定的研究n 3 1 。 4 第一章绪论 程中的形态以及纤维添入纱尾时的伸直和排列状态。输送和凝聚决定了纤维的排列 组合及结构，从而也就决定了纤维的品质。 1 6 1 纤维的输送方向存在的问题 传统的摩擦纺纱装置一般采用纤维的“直线输送”方式，其基本前提是，纤维 是刚体，在输送过程中的运动符合刚体的运动规律制。但是实际上纤维是柔性体， 在运动过程中极易变形( 特别是弯曲变形) 。根据纤维的这种固有特性，采用“直线 输送 很难使纤维在输送管流场中伸直平行，得到纤维沿纱轴取向的纱线。 1 6 1 纤维的凝聚方向存在的问题 世界各国的纺织工作者为了使得输送出来的纤维能够改变方向，尽量与凝聚区 平行，做了许多探索性的研究。例如，菲勒公司的d r e f i i 型，( 如图1 所示) 采用 平衡爪式圆盘，试图将纤维由垂直方向输送拨到平行方向输送，从而使纤维平行凝 聚，成纱中的纤维能够平行伸直n 引。但这项技术并没有推广就夭折了，因为这种机 械式的装置并不能使纤维转向，相反，却使纤维更加紊乱。 6 7 图1d r e fi i 型的平衡爪式圆盘图2 理论上推出的理想梳棉管道 改变梳棉管道的倾斜角度( 即改进纤维的凝聚方向) ，不失为增加纤维平行度的 一种有效手段。如英国的m a s t e r s p i n n e r 的倾斜输送管，我国的f s 2 的倾斜尘笼都 是通过减小凝聚与输送角度来改善纱线的质量，输送管的倾斜角度可以是4 5 。一1 0 。 不等。理论研究的结果声称较为理想的梳棉管道如图2 所示，纤维在剥离区从分梳 辊上剥离下来进入管道后，待其进入渐缩区，纤维加速而得到一定的伸直和定向。 纤维在渐扩区的运动速度有所降低，减小纤维与尘笼表面的撞弯现象。因凝集区较 长，一定量的纤维可均匀的分配在整个凝集区长度上，使尘笼对纤维有较强的吸附 作用，有利于纤维较整齐的凝集在尘笼表面。虽然这样做的结果在一定程度上改善 了纤维与纱轴的平行程度，但是到目前为止，所得到的最终纱线效果都不够理想。 青岛大学硕+ 学位论文 了纤维与纱轴的平行程度，但是到目前为止，所得到的最终纱线效果都不够理想。 1 7 新技术的改进要点 为了克服现有摩擦纺纱装置在纤维输送和凝聚方面存在的缺点，我们设计了一 套基于“曲线输送 和“平行凝聚”的摩擦纺纱输送凝聚装置。该装置的主要思路 是，在分梳辊机壳上设置沿分梳辊轴向补风的补风口，与分梳辊周向产生的切向气 流合成，在前部的渐缩管内形成旋转气流，使纤维加速伸直；后部的输送管为平板、 渐缩、开放式结构，可使纤维在凝聚之前达到完全与纱轴平行。这种结构简单合理， 可以使纤维在凝聚区域伸直并与纱轴平行，使所纺纱线光滑、强力高，适合纺出较 高支数的摩擦纱。 6 第二章摩擦纺纤维输送凝聚的设计思路 第二章摩擦纺纤维输送凝聚的设计思路 2 1 引言 近年来，摩擦纺纱技术有了较大的突破，最明显的是由粗特纱向细特纱发展， 可以预见，如果充分利用摩擦纺高速的特点，必将能取得更大的经济利益。 但是，摩擦纺由粗特纱向细特纱的发展过程中，存在的主要问题是成纱强力低， 而这种纺纱结果不理想的主要原因可归结于纤维凝聚不良。为了提高摩擦纱的成纱 强力，必须提高凝聚区内纤维的定向和伸直作用，从而提高纤维长度的利用系数。 因此深入研究纤维输送过程及凝聚状态( 包括纤维的伸直度和分布) 是十分重要的。 提高摩擦纺纱成纱强力的一个重要途径就是改善纤维输送条件，寻找形状规格更合 理、对纤维控制更优秀的输棉管道。本章通过模型结合理论分析，全面深入的研究 了输棉管道内的纤维运动特点和规律，设计制作了新的纤维输送管道n 引。在原有的 摩擦纺纱设备中，纤维由输棉管道出来，直接被喂入尘笼与摩擦辊的楔形区。而本 技术在输棉管道与尘笼之间另外安装了平板。 2 2 纤维输送过程分析 2 2 1 目前摩擦纺纱设备纤维的输送 图2 - - - 1 第二喂入牵伸装置示意图 l 一喂入罗拉2 分梳棍3 一梳棉管道4 一尘笼 7 青岛人学硕十学位论文 我们以d r e f 3 型摩擦纺纱机第二喂入牵伸装置( 如图2 1 所示) 为例分析纤维 的输送过程：棉条由喇叭口喂入，经2 3 对牵伸罗拉的牵伸，到达分梳辊，经过分 梳辊打压梳理成单纤维状态，依靠分输辊回转的离心力和分输辊及输纤管内的气流， 可使经分梳辊分梳的纤维脱离分输辊，进入输纤管而到达纺纱口，完成纤维流的输 送。从分梳辊剥离下来的纤维流经输棉管道到达尘笼表面，输棉管道和尘笼形成一 定倾角，梳棉管道截面的形状、尺寸和倾斜角的大小对成纱质量影响很大，这是摩 擦纺的主要工艺部分。纤维在输纤管中能否良好输送并进一步伸直，关系到成纱结 构及成纱质量的好坏。目前大部分摩擦纺纱机采用纤维的“直线输送方式，其基 本i j 提是，纤维是刚体，在输送过程中的运动符合刚体的运动规律。但是实际上纤 维是柔性体，在运动过程中极易变形( 特别是弯曲变形) 。根据纤维的这种固有特性， 采用“直线输送很难使纤维在输送管流场中伸直平行，得到纤维沿纱轴取向的纱 线。 2 2 2 改善输送过程的重要性 在摩擦纺纱过程中，要使纤维在凝聚区具有较好的凝聚状态，继而有更好的成 纱质量，就必须优化纤维的输送条件。如果能使纤维在到达凝聚区时有良好的伸直 和定向，头尾两端同时或几乎同时到达凝聚区，那么就能缩短纤维在凝聚时头尾两 端变速的时间差，使整根纤维在较短时间内被吸附在尘笼表面，纤维两端也差不多 同时进入纱尾。这样纤维就不易发生曲折，纤维一段打圈集中的现象也较少发生， 就可减弱纤维的伸直度在凝聚过程中受到的破坏作用，提高纤维在成纱中的伸直度， 从而提高成纱强力n 7 1 。 2 3 纤维凝聚过程分析 2 3 1 纤维凝聚时理论分析 假定一伸直纤维以a 输送角凝聚在尘笼表面，当纤维头端到达尘笼表面，以尘笼 表面速度v c 运动时，纤维尾端仍以原来的纤维速度v ，运动，同时，受尘笼吸风的 作用，纤维尾端以v p 接近尘笼表面( 如图2 2 ) 。 8 第二章摩擦纺纤维输送凝聚的设计思路 凝聚面 纱尾 图2 _ _ 2 纤维凝聚的速度及方向 设纤维头端从a 点( 与尘笼表面接触) 转至a 点( 与纱尾表面接触) ，经历at 时 间。在at 内，纤维头端从a 点运动至a 点，纤维尾端以合速度v 从b 点运动至b 点。由于纤维运动速度v ，大于尘笼表面速度v c ，使纤维尾端运动速度快于纤维头 端运动速度。这样，t 时刻纤维头尾两端的直线距离a b 大于t + at 时刻纤维头尾两 端的直线距离a b ，这对于同一根柔性纤维来说，只有在纤维上发生曲折，才能 满足几何条件。因此，伸直纤维a b 经a t 后，变成为弯曲纤维a c b ，其形态发 生了较大的变化。另外，由于纤维头端先于纤维尾端进入高速回转的纱尾，而纤维 曲折段a c 与纱尾轴向夹角y 又较大，纱尾轴向运动速度v o 又远小于纱尾回转 速度n y ，所以，当纤维b c 段被卷进纱尾时，纤维a c 段己经形成比较集中 的打圈( 如图2 2 ) 。 2 3 2 纤维的凝聚方程 在图2 2 所示的输棉管道内，取一圆柱流体微团，其高为6s ，上下底面积为6a ， a “ 图中示出了该流体微团的受力情况，6s6apg 为微团自身重力，p6a 和( p + 半 珊 6s ) 6 a 为流体微团上下表面力，6s6apv 2 r 为微团径向力。 9 青岛人学硕十学位论文 i 图2 _ 3 梳棉管道内纤维受力 将微团各力在y 轴方向投影得： pv 2 r s i n ( o + 1 3 ) 一娑c o s ( a + o ) 一pg c o so = pa公式( 2 1 ) 将上式中的未知三角函数，按图内几何关系代入公式( 2 1 ) 并整理得： pv 2 m s i no + h c o so - ( b + y ) t go 一 r ：望r 垒皇呈翌：旦竺! 翌：生塑堡堡：型丝翌墨兰垫丝兰堡塑竺! ：翌 西、y ( a - c o b + s y ) 2 + 2 a c o s 0 - ( b + y ) l + ( b + y ) c t g o - z + l + ( b + y ) c t 9 8 - z - - pgr ：c o s 0 ：pr 2a _ pr 2v y 华 d 1 ， 公式( 2 2 ) 当管道内的气流在尘笼负压作用下进入内胆吸咀的同时，纤维进入凝聚区。设p ( y ，z ) 为凝聚区内纤维任一凝聚位置，s 为p ( y ，z ) 距管道出口边左侧点的距离，则有： z = l + ( b + y ) c t go s ：坐2 s i n p 带入公式( 2 2 ) 内，得到纤维在凝聚区内的位置方程： pr 2g c o s o p r 2v y 车 口1 ， 1 0 第二章摩擦纺纤维输送凝聚的设计思路 + 似1 s i n 20 ) + s s i n0 ( c t g0 + c o s 20 ) 2 公式( 2 3 ) 由凝聚位置方程公式( 2 3 ) 可以看出，纤维在凝聚区内的凝聚位置受管道长度， 管道倾角0 的影响引。 2 3 3 改善纤维凝聚过程的重要性 摩擦纺中纤维在凝聚过程中，纤维的凝聚速度和凝聚方向是造成纱线强力低质 量差的另一主要影响因素：只有当纤维在输纤管内加速运动，即纤维头端的速度大 于尾端的速度，纤维_ 才可以在输送过程中达到伸直状态；当纤维以接近平行于引纱 方向喂入尘笼和摩擦辊的楔形区，纤维的平行伸直度会显著提高。如d r e f 2 型摩擦 纺纱机，输纤管与引纱方向垂直，使得纤维降落到凝聚面时形成弯曲、打圈、缠绕 等形态n 钔。 纤维流阿 图2 4 摩擦纺纱机结构简易示意图 各国的有关专家通过大量的实验实践得出输棉管道倾角0 ( 图2 3 所示) 不同， 使纤维在尘笼凝聚区分布也不同啪1 。 目 铷 蓉 1 2 0 l 8 0 6 d 2 0 一刁l 纱方i 坷 图2 5 不同梳棉管道倾角纤维凝聚分布 青岛人学硕士学位论文 实验证明，小倾角的输棉管道能使凝聚区的纤维分布平坦均匀，离散系数小， 分布长度长，如图2 5 所示。分布平坦说明作为纱条主体的内层纤维伸直平行好， 离散系数小，可降低纱条不匀率：分布长度长，则有足够的纤维紧紧包缠在纱层的 外层。此外我们用含精梳长绒棉2 5 的棉条做实验，输棉管道的角度分别为2 0 度、 2 5 度、3 0 度，纺1 9 4 t e x 以下的纱。强力都达不到6 9c n t e x ，而用1 0 度的输棉 管道，纺1 6 6 t e x 以上的纱，强力都能达n 6 9 c n t e x 以上。 应减小输棉管道与尘笼轴线成一倾角，以利于纤维的头尾端能同时到达尘笼表 面。在d r e f i i 和i i i 型机上，输棉管道与尘笼轴线之间呈9 0 度夹角，纤维的一端先冲 向尘笼，纤维伸直度差，在纺粗特纱时还可以，对于纺中细特纱则必须采用小角度 输棉管道。输棉管道倾角不同，使纤维在尘笼凝聚区分布也不同，管道倾角减小， 纤维凝聚分布平坦，分布离散系数小。摩擦纱的强力直接受到外层纤维包缠数量、 罩层纤维的分布均匀性及其伸直度的影响。保证一定的外层纤维量并提高其包缠紧 度以及罩层纤维分布均匀度和伸直度，能使成纱强力提高。输棉管道倾角减小，对 提高罩层纤维伸直度有利。 本课题设计的输送管道与尘笼轴线之间呈0 度夹角，纤维平行喂入尘笼凝聚区， 纤维的分布均匀性及平行伸直得到很好的改善。 2 4 补风口、梳棉管道及平板的设计与制作 2 4 1 补风口的设计思想 原有设备采用分梳辊后部补风方式，实践证明，这种补风方式并不能保证输出 的纤维完全处于伸直状态，而且纤维之间也容易互相缠绕打节，容易产生断头，影 响成纱的质量。 “曲线输送的原理是将原有的补风方式改为分梳辊轴向补风的方式。沿分梳 辊的轴向补风对于渐缩管来说则呈切向补风。因此，由于分梳辊回转造成的渐缩管 轴向气流与补风口切向气流的合成，在渐缩管内形成螺旋气流，如图2 - 6 所示。其 中，v t 和v l 分别为渐缩管切向气流分量( 由补风口形成的气流) 和渐缩管轴向气 流分量( 由分梳辊回转造成的气流) ，v 为轴向和切向合成的气流。这样的设计改直 线输送为曲线输送，增加了纤维伸直空间。 1 2 2 4 2 渐缩管的设计思想 图2 6 渐缩管内产生的旋转气流 设汁梳棉管道心考虑剑使得纤维在凝聚丽有较好的伸直度和定向性。这：i 二要取 决j 二输棉管道内的流场分析i 状况，而流场分柿1 i 要珥义决于输棉管道的形状和, t - j 。 因此为了达到, t z 好的纤维f | | j 直度，除了改进分梳辊分梳效果外，还要肘输送管的形 状、结构进j j 二改进“。理想的输棉管道应消除涡流场，保证纤维在管道t ，为力速运 动，避免纤维漂浮、；? l | | i 或翻滚成团型。经过反复研究与实践，我们设计的网锥j 髟 渐缩型输棉管道如劁2 7 所示。这样的设计旨在使纤维任渐缩管内作螺旋加速运动， 使纤维的伸直作川通道延k ，从而延k 仲，卣h , j 小 j ，改善了纤维的伸直度。 2 4 3 平板的设计思想 图2 7 渐缩管 第二章摩擦纺纤维输送凝聚的设计思路 2 5 补风口、渐缩管及平板的设计规格图 图2 一1 1 补风口规格图图2 一1 2 渐缩管规格图 司1 - , , e l l 尉f 图2 1 3 平板规格图 1 5 青岛人学硕+ 学位论文 2 6 补风口、渐缩管及平板的制作 本课题补风口的制作材料是不锈钢，渐缩管的制作材料是塑料板厚度为5 毫米， 平行板的制作材料是有机玻璃厚度为5 毫米。辅助工具为钢锯、砂轮、电钻及电炉 等。本课题在制作过程中不断测量各部分长度及弯曲半径，严格按照设计图纸进行， 保证实验设计的严格性。 2 7 结论 ( 1 ) 理想的输棉管道应消除涡流场，保证纤维在管道中为加速运动，避免纤维 漂浮、弯曲或翻滚成团。采用“直线输送”很难使纤维在输送管流场中伸直平行， 得到纤维沿纱轴取向的纱线。 ( 2 ) 在纤维的凝聚过程中，由于纤维头尾两端变速的不同时性以及先到达凝聚 面的那端速度变化较大，同时，由于纤维头尾两端进入纱尾的不同时性，使纤维头 端发生了较为集中的打圈，其伸直度受到较大破坏。 ( 3 ) 导出的纤维凝聚位置方程表达式表明，纤维在凝聚区内的凝聚位置受管道 l ，管道倾角。的影响。 ( 4 ) 设计的渐缩型输送管道采用纤维“曲线输送”的方式，对于改善纤维伸直 度起着积极的作用；平板的引入对于改善纤维的平行度起着积极的作用。 ( 5 ) 纤维在输送与凝聚过程中形态复杂，影响因素较多，改变梳棉管道的结构 设计以及平板的引入无论是从理论上还是实践生产中都具有可行性。 1 6 第三章渐缩型输送管道的设计对纤维输送方式的影响 第三章渐缩型输送管道的设计对纤维输送方式的影响 3 1 引言 本章的主要目标是通过深入研究摩擦纤维输送过程，寻找纤维输送规律，改善 纤维输送方式，最终目的是改善成纱质量。通过前面的分析和讨论，实验证明，本 课题设计的输棉管道在纤维输送及凝聚方面是较理想的输送管道。由于摩擦纺纱中 纤维排列很差，存在大量的卷曲、打圈、纠缠等不规则纤维，使成纱中纤维的强力 利用系数低；另外，摩擦纺纱中缺少纤维的内外层转移，纤维间抱合力差，呈现分 层结构，所以摩擦纱强力一般较低，这与纺纱过程中纤维的分梳、输送、凝聚和加 捻都有关乜3 【2 4 。 本章首先从理论上分析了摩擦纺纱梳棉管道结构对最终的成纱质量的影响，并 结合着影响因素分析出把输送管道设计成渐缩型，对改善纤维输送方式有一定的积 极作用。 3 2 摩擦纺梳棉管道形状对纤维输送方式的影响 王新征、周凤飞利用d r e f _ 2 型摩擦纺纱机，选择不同形状的梳棉管道，对凝 聚区的纤维分布，纤维伸直度进行了测试分析。在这次实验中他们分别制作了八个 不同规格的梳棉管道，对纤维凝聚区内纤维数量分布和纤维伸直度进行测定，渴望 得到了纤维在凝聚区的分布规律、伸直度大小与成纱质量间的关系，从而找出最佳 分布曲线和最佳输送管道啪1 。具体的实验方法实验结论可以参照本文后面提供的参 考文献查阅。 通过实验他们得出结论：梳棉管道的几何形状不同，凝聚区纤维数量分布有所 不同，纤维定向伸直度也不同，相应的纤维在纱中的强力利用系数就不同。由此他 们得出设计合理的梳棉管道，对提高成纱质量有一定的影响。 3 3 合理的摩擦纺梳棉管道设计 应使纤维在凝聚前有较好的伸直度和定向性。这主要取决于输棉管道内的流场 分布状况，而流场分布主要取决于输棉管道的形状和尺寸瞄矧0 陆再生等人利用三 孔探针对不同形状摩擦纺梳棉管道的流场进行测定，他们以矢量形式展现出气流运 动状态，揭示了流场的分布规律。通过实验他们得出渐缩型的梳棉管道的气流完全 作加速运动，对纤维起着正牵伸的作用，对拉直纤维发挥积极的作用。而其他形状的 管道中都存在着减速运动，对纤维起负牵伸作用，使纤维产生附加弯钩，影响成纱质 量。最终他们得出梳棉管道的形状不同，流场的分布也不同。理想的输棉管道应消 1 7 青岛大学硕十学位论文 除涡流场，保证纤维在管道中为加速运动，避免纤维漂浮、弯曲或翻滚成团瞳7 1 。 3 4 本课题所选用的渐缩型梳棉管道的特点 3 4 1 渐缩管中纤维输送方式 正如前一章所介绍的，对于纱线的输送我们采用的是“曲线输送 的原理。 如图2 - 4 所示。其中，v t 和v l 分别为渐缩管切向气流分量( 由补风口形成的气流) 和渐缩管轴向气流分量( 由分梳辊回转造成的气流) ，v 为轴向和切向合成的气流。 纤维在高速运转的刺辊的离心力的作用下，进入梳棉管道。纤维在轴向以及切向两 向气流的作用下，作高速的螺旋运动。 i il l r m 苫t，一 i 矧 雨 幺三8 l ，垮 譬 。 图3 - 1 纤维的螺旋运动 如图3 1 所示，2 中纤维a o b o 与x 轴交叉，交叉较差为0 ，设o a o 为舢b o 与x 轴的公垂线，距离为a ，纱线长度a o b o = l ，绕“轴平面 q 转动角为w t ，沿x 轴移 动速度为v 。导程为s ，则纤维a b 所形成得螺旋面方程为 v = 口c o s c o t + l s i n 秒s i n t o t z = 口s i n t o t l s i n p c o s c o t 工：三国f 一c o s 9工= 国f l c 0 s 2 万 y = 0 3 4 2 渐缩型梳棉管道的设计对纤维伸直度的影响 ( 1 ) 为了保证纤维在运动过程中具有良好的定向度和伸直度，输送气流应呈加 1 8 第三章渐缩型输送管道的设计对纤维输送方式的影响 速运动，使纤维的输送过程也是一个纤维伸直、牵伸的过程汹3 。根据传统的摩擦纺 纱的梳棉管道采用的是直线输送的原理，虽然这种设计能使纤维运动加速，但是加 速时间难以达到使纤维伸直的要求，使得纤维在输送管道很难达到完全伸直，进而 影响到了最终的成纱质量。而本课题研究的渐缩型输送管道截面设计成渐缩形，以 便使气流在管道内的流速随截面的减小而逐渐增大，即输送气流呈加速运动。而补 风口的设计使得纤维在输送管道内做螺旋运动，加速时间增加。由于作用在纤维上 的气流力与气流和纤维速度差的平方成正比，因此纤维前端所受到的气流力大于后 端，从而使纤维受到拉伸，得到加速，拉伸有利于纤维的伸直，加速可使相邻纤维 问头端的距离增大，有利于纤维的分离。输送管道应光洁，其收缩角不易过大，以 避免产生涡流回流影响纤维的j l i 页n 输送汹制口。 ( 2 ) 传统的摩擦纺纱纤维的输送采用的是“直线输送 的方式口别，但是梳棉管 道的长度是有限的即纤维的伸直作用通道是有限的，纤维在有限的输送空间里很难 达到理想的伸直度口副。本课题采用的是曲线输送的方式，纤维在两向气流的作用下， 在渐缩型梳棉管道内做螺旋运动，纤维在梳棉管道内所走的距离加长，这就相当将 梳棉管道的长度加长，这样纤维的伸直作用通道延长了，从而延长了伸直时间，对 改善纤维的伸直度起到了积极的作用。 3 5 结论 ( 1 ) 气流在梳棉管道内的流动是有规律的，管道入口到出口流动方向性较高，且完 全作加速运动，这样的气流分布对纤维的神直发挥了积极的作用。气流速度愈大， 加速度愈大对纤维运动愈有利。 ( 2 ) 我们在设计输纤管道时尽量使得气流作加速运动，增大速度梯度，充分利用气 流来伸直纤维。 ( 3 ) 本文所采用的渐缩型的梳棉管道一方面可以使得纤维的伸直作用通道延长，从 而延长伸直时间，改善了纤维的伸直度；另一方面，纤维在管道中做高速运动，而 气流速度愈大，加速度愈大对纤维的运输愈有利。 1 9 青岛人学硕十学位论文 4 1 引言 第四章平板中气流场的理论分析及实际测试 通过前几章的介绍，我们知道纤维在高速运转得刺辊得离心力的作用下，沿着 刺辊的切线方向抛出，进入渐缩型的梳棉管道。由于气流沿着渐缩管的切线方向补 入，对于刺辊而言是呈轴向补入，而对于渐缩管而言则是沿圆周切线方向补入，因 此由梳棉管道喷射出来的气流是旋流，形成旋转流场。 纤维