（纺织工程专业论文）四罗拉网格圈型紧密纺关键技术的研究.pdf

一 。 妻 叠 ， ， 。b 摘要 舢| i i | i i | i i i | | i | i | i | i i | i i | 0 y 18 2 9 5 9 6 紧密纺纱技术是环锭纺纱技术领域的一场革命，吸风负压集聚式的紧密纺纱技术是 目前国内外应用最为广泛的集聚纺纱形式。目前国内主要运用三罗拉网格圈型紧密纺技 术对传统环锭细纱机进行紧密纺的改造，并取得了良好的经济效益。四罗拉网格圈型紧 密纺在国内工厂应用相对较少，但是其在传动上具有一定的优势，所以对四罗拉网格圈 型紧密纺技术进行全面的研究有很重要的意义。 本文对须条集聚过程运动进行分析，借助流体力学的理论，初步提出影响集聚区流 场的因素。然后对集聚区流场的进行研究，完成紧密纺集聚区流场的测试。 本文介绍了网格圈的功能及性能要求。使用不同规格的网格圈纺出不同线密度的纱 线，对纱线的性能做综合评价，认为网格圈的目数对纱线的性能影响较大。目数大的网 格圈有利于纺制线密度低的纱线、目数小的网格圈利于纺制线密度大的纱线。中等线密 度的纱线对于目数不同的网格圈有很好的适应性。 调整自行改装的异形吸管组件支撑座的高低，使前罗拉中心和输出前罗拉中心连线 与输出前罗拉中心水平线间的夹角a 改变，使铲4 0 。、4 5 。、5 0 。，在每种角度下保 持其他工艺参数不变，纺制了6 种不同线密度的紧密纱。结果表明：当a = 5 0 。时，对 纺制中等线密度和线密度较小的纱线有利，当删5 。时，对纺制线密度较大的纱线有 利。本文探讨了吸风口倾角对纱线性能的影响。结果表明：吸风口倾角为5 。时对于纺 制线密度较小的纱线有利；吸风口倾角为9 。时对于纺制线密度较大的纱线有利；吸风 口倾角7 。时对各种线密度的纱线都有很强的适应性，尤其有利于中等线密度纱线性能 的提高。 采用正交的试验方法对影响四罗拉紧密纺精梳棉纱的4 个关键工艺参数细纱捻 度、前胶辊的加压量、网格圈目数、吸风负压进行了优化设计。对两种不同形式紧密纺 装置的特点做了对比，分析了两种不同形式紧密纺纱线的性能。结果表明：在纺中、高 线密度的紧密纱时，四罗拉网格圈型紧密纱和三罗拉网格圈型紧密纱的性能相当；但是 在纺线密度较小的紧密纱时，四罗拉形式的紧密纱差于三罗拉形式的紧密纱。 关键词：四罗拉；紧密纺；集聚区；异形吸管：网格圈；吸风口；正交试验 d i f f 打tf i n 饥e s sw 弱s p 吼t h er c 跚l ts h o w s l a t ，w h 铋t l l e 锄哲ei s5 0 0 ，i ti sf a v o u r a b l et 0 s p i i ls m a l l l 贯l i r 圮盯d a 塔i t ) ry 孤1 l 锄dm i d d l el i n e a rd e l l s i t ) ，y a n l w h e nt l l ea n 酉ei s4 5 0 ，i ti s f a v o l l r a b l et 0s p ml a r g e rl i i l e 盯d s i t yy a m e 俄皎o fa i ri i l l e td i p 趾百eo ny a m q u a l i t yw e 旭 d i s c u s s e di n “sp a p e r t h er e s u l ts h o w st l l a t ，w h e nt l l ea n g l ei s5 0 ，i ti ss u i t a b l et 0s p i n s m a l l e rl i n e 盯d e 璐i 锣y 啪；w h e nt l l e 锄西ei s9 0 ，i ti ss u i t d b l et 0s p i nl a r 罟再：rl i i l e 盯d e 腿i t ) ， y a m ；，h 饥m e 锄酉ei s7 0 ，i t i sm u c h 跚i t a b l et 0 枷k i n d sl i i l e 盯d 肌s n yy a m ，骼p e c i a l l y 跚i 组b l et 0m i d d l e l i n e 盯d e i l s i t yy 啪 t h r o u g l lo m l 0 9 0 i l a lt 髂tf o u rk e yp r o c 懿s i n gt l l a te l j c t e df o u r l l 盯c o m p a c ts p m 嘧l g c o m b e dc 0 ny 锄q u a l 时i e y 锄t 、i 瓯缸 n t1 1 i b b * c o v 硎m np d 略跚r e ，m 鹤ho fl 枷c c c 沁l e 觚d 跚嘶o n 舱g a t i v cp 豫s 鲫r ew e r eo p t i 觚z c d 锄dd 髂i 印e dt 0i m p r o v et l l ey 锄q u a l i 够 a n d 伽p a r 懿廿l et 、阳d i 任e 确1 tv a d 撕。璐o fc o m p a c ts p 诚n gi n s t a l l a l i o 璐做l t 峭t l l i s a n i d e 觚a l y z 岱n 伧d i f | r 肥n tv a r i 撕。璐o fc o m p a c ts p i 彻【i i l gt h er e 娜l ts h o w st l l 鸸w h s p i n m i d d l el i i l e 缸d e 璐i t y ) 聊ma n dl a 理；：rl i n e 盯d 饥s i t yy 缸玛f o u r - m l l e 瑙c o m p a c ts p i i l i 血冯w i t t i l 砌c ea p r o ny 撇a r e 舔9 0 0 d 弱l 】嘴一m l l e r sc o m p a c ts p i l l 】【l i r l g 埘n ll 枷c ea 即ny a m ，觚d a b s 自阻c t e v e i lb c t t 盱m 锄t l l a t ；b u tw h 船s p i ns m a l l l i n e a rd 锄s i t yy a m ，如u r r o l l e r sc o m p a c ts p i l l i l i n g i sw o r s e l 锄n l em r e e r d u a 隅f 0 玎1 1 k e yw o r d s ：f o 胪r o l l e r s ；c 0 m p a c ts p i l l i l i n g ；c o n d e n s e d 心e a ；s p e c i a l s h a p c d p i p e t t e ； l a t t i c ea p r o n ；s 呶i o ni i l l e t ；o r t h o g o n m1 e s t i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i 第一章绪论1 1 1 紧密纺纱的概述1 1 2 网格圈型紧密纺技术2 1 2 1 三罗拉网格圈型紧密纺的装置及结构2 1 2 2 三罗拉网格圈型紧密纺系统的特点3 1 2 3 四罗拉网格圈型紧密纺的装置3 1 2 4 四罗拉网格圈型紧密纺系统的特点4 1 3 国内四罗拉网格圈型紧密纺技术t 5 1 3 1 宁波德昌纺机的四罗拉网格圈型紧密纺装置5 1 3 2 浙江日发纺织机械有限公司的r f c s 5 1 0 型紧密纺装置5 1 3 3 华方科技h f j 系列的紧密纺装置6 1 4 本课题的研究目的、意义及其内容6 1 4 1 目的和意义6 1 4 2 研究内容6 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究7 2 1 集聚区须条运动分析7 2 1 1 须条在集聚区的集聚过程7 2 1 2 须条在集聚区运动的分段分析7 2 2 集聚区流场分布8 2 2 1 异形吸管吸风槽流场性质与特征的理论分析8 2 2 2 沿吸风槽口方向的气流速度场分布测试9 2 2 3 吸风槽口两侧的气流速度场分布测试儿 2 2 4 单个吸风槽表面的气流速度分布规律的分析1 3 2 3 异形吸管内部流场的研究1 3 2 3 1 异形吸管内部流场的测试方法1 3 2 3 2 吸风管上各孔位置定位以及相关参量的定义1 4 2 3 3 异形吸风管内部流场的测试结果及分析1 4 2 3 4 结论1 7 第三章网格圈性能的探究及对紧密纱综合性能的影响1 9 3 1 网格圈性能的探究1 9 3 1 1 网格圈的主要功能1 9 目录 3 1 2 网格圈特殊的技术要求1 9 3 1 3 网格圈的性能要求1 9 3 1 4 四罗拉紧密纺网格圈与三罗拉紧密纺网格圈的区别2 0 网格圈目数对四罗拉网格圈型紧密纱综合性能的影响2 0 3 2 1 实验理论依据2 0 3 2 2 实验方案2 2 3 2 3 纺纱具体工艺参数2 2 3 2 4 测试条件2 2 3 2 5 实验所测数据结果2 2 3 2 6 实验所测数据结果分析2 3 3 2 7 试验结论2 6 异形吸管的定位及吸风口倾角的研究2 7 异形吸管组件的结构2 7 4 2 四罗拉、三罗拉紧密纺装置中异形吸管的区别2 7 4 3 异形吸管组件的定位研究2 8 4 3 1 经过四罗拉紧密纺改造后的细纱机断面结构2 8 4 3 2 改造后断面工艺参数的改变2 8 4 3 3 试验准备2 9 4 3 4 试验部分2 9 4 3 5 试验结果及分析3 0 4 4 吸风口倾角对紧密纱质量的影响3 1 4 4 1 纺纱试验3 l 4 4 2 测试的结果3 2 4 4 3 不同线密度纱线的综合性能的分析3 3 4 4 4 吸风口的倾角对各项指标的影响3 3 4 4 5 结论3 5 第五章两种网格圈型紧密纺的对比研究3 6 5 1 两种不同形式的紧密纺装置的比较3 6 5 2 四罗拉网格圈型紧密纺精梳棉纱关键工艺的优化设计3 6 5 2 1 纺纱实验3 6 5 2 2 试验结果的分析3 7 5 2 3 结论3 9 5 3 四罗拉网格圈型紧密纺与三罗拉网格圈型紧密纺的对比3 9 5 3 1 试验机型及方案3 9 5 3 2 纺纱工艺及其试验数据4 0 5 3 4 实验所测数据结果分析4 0 5 3 5 结论4 l 第六章结论4 2 6 1 结论4 2 6 2 存在的问题与不足4 3 6 3 展望4 3 致 射j 4 4 参考文献4 5 读研期间发表的论文4 7 n l 第一章绪论 1 1 紧密纺纱的概述 第一章绪论 环锭细纱机从诞生至今，作为纱线生产的主要纺纱方式，以其成熟的工艺技术、稳 定的纺纱质量，依然是纺纱生产中最核心、所占比例最大的纺纱形式。正像许多专家所 说的那样，尽管出现了许多新型纺纱方法，但直到今天环锭纺仍具有无可争辩的优势， 是衡量其他类型纱线质量的标准。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对 纺织品花色、品种及服饰性能的要求也越来越高，对服装面料的要求更注重轻薄化、功 能化、潮流化、高档次和高品味。当前面料流行趋势的特点是柔软、轻质、透明、质感、 立体、多功能等等，纺织面料向高档、优质、高附加值发展。要达到这种要求单靠传统 的织物组织变化和色彩变化将受到很大的局限，这就对组成面料的基本原料纱线有 了新的发展要求【1 2 】。目前，基于传统环锭细纱机纺纱原理发展而成的紧密纺纱技术成 功地大幅度提高和改善了纱线的性能。 紧密纺纱工艺通过有效缩小纱线成形区的纤维须条宽度，缩小或消除加捻三角区， 以进一步改善纱线结构、大幅度提高纱线品质，其实质是：在前罗拉输出端加上集聚装 置使须条先经过集合后再输出加捻，实现了牵伸和集合的分离。紧密纱具有新型的纱线 结构，该结构不但不同于而且还优于常规环锭纱的结构【3 1 。紧密纺纱技术利用多种形式 的集聚装置，将纤维须条在前钳口与增设的阻捻钳口之间的区域进行集聚，完成集聚后 再进入加捻区域加捻成纱，使纺纱三角最小化，这也使得所有进入加捻三角区的纤维都 尽可能集聚到纱体中，牵伸后的须条结构呈理想化的分布，几乎所有纤维都是平行排列 的，纤维强度得以更多利用而且在纱线中理想地交织在一起，因此优化了纱线结构。紧 密纺纱线中的纤维排列整齐清晰，从一定意义上讲，可能是纱线中理想化的纤维排列方 式。由于气流的收缩和集聚作用，纤维的端头均捻入纱线内，纱线外观光洁、纱线加捻 螺旋结构清晰可见，纤维几乎没有内外转移，纱线截面上的分布比较均匀。紧密纱实际 上已确立了一种新的较高的纱线质量标准，它已为新一代纱线确立了起点【4 】。 现今的集聚纺纱形式主要分为两大类： ( 1 ) 气流集聚型紧密纺系统。气流集聚紧密纺系统是指利用负压气流将牵伸后的 纤维须条横向收缩、聚拢和紧密，使须条边缘的纤维有效地向纱干中心集聚，最大限度 地减少加捻三角区，从而大幅度减少纱线毛羽，提高纤维利用系数和成纱强力的一种紧 密纺系统【5 】。世界上大多数的紧密纺或者装置都采用的是气流集聚型紧密纺系统，包括 瑞士立达公司的c o m f o r s p i n 紧密纺系统、德国绪森公司的e l i t e 紧密纺系统、德国青泽 公司的a i 心o m t e x 紧密纺系统、意大利马佐利公司的o l f i l 紧密纺和日本丰f f l 公司的 l 院4 0 - n e w e s t 紧密纺纱系统以及我国的各个紧密纺装置生产厂家研发的紧密纺系统 等【6 】。尽管他们都属于气流集聚型紧密纺系统，但是实现气流集聚的结构形式则各不相 同。按照气流集聚元件的结构的结构性质，气流集聚型紧密纺系统还可以分为两种类型： l 一喇叭口：2 一后皮辊；3 一中罗拉上销；4 一牵伸胶辊；5 一中间齿轮；6 一输出胶辊；7 一异 形吸风管；8 一网格圈；9 一撑杆；1 0 一前罗拉；1 l 一中罗拉下销；1 2 一后罗拉 图卜l 三罗拉网格圈型紧密纺纱装置 f i g 1 lt h ed e v i o f t h l 黼u e 幅c o m p a c ts p i n l 【l i n g 谢t hl 枷a p 啪 2 第一苹绪论 其吸风装置安装在e j m l 2 8 k 型细纱机车架的上方，每2 4 锭为一纺纱单元，每一纺 纱单元集聚负压由小型吸风机提供。集聚装置设计安装在原细纱机前罗拉前方，该装置 由异形吸管、网格圈和输出胶辊组成，如图所示，异形吸管安装在e j m l 2 8 k 型细纱机 前罗拉下面，吸管上每个锭位纺纱位置上均开有气流导向槽孔，并且在每一锭位都有用 化纤长丝制作的网格圈紧密地包覆在异形吸管外面，网格圈的孔很微小，属滤网结构， 因而适合于各类纤维。网格圈的驱动力来自于前罗拉与牵伸胶辊、输出胶辊与网格圈两 级摩擦传动，输出胶辊压力是由前胶辊加压延伸而来，是由摇架的上抬反力提供，其压 力大小通过簧片调节。异形吸管与输出胶辊组成一个阻捻钳口。气流导向槽孔由吸风装 簧产生负压，集聚作用即发生在异形吸管上气流导向槽对应的网格圈上，当纤维一脱离 牵伸胶辊钳口即被负压吸附到网格圈上，随后沿着气流导向槽输送到阻捻钳口。气流导 向槽延伸到阻捻钳口下，因此可实现全程集聚。输出胶辊的直径比牵伸胶辊的直径稍大， 可使纤维在集聚过程中产生纵向牵伸张力，使纤维伸直排列在一起而产生良好的集聚效 应。本系统将气流导向槽设置为与纤维运动方向倾斜，可使须条在前进时产生一定的径 向旋转，这样更有利于纤维的集聚，并使须条趋于圆柱形。因此通过紧密纺系统基本上 消除了加捻三角区，从而大幅度改善了纱线结构，提高了纱线品质，使得成纱的各项指 标如强力、毛羽等以及生产能力远远优于传统的环锭纺。所以此种紧密纺技术在国内得 到了广泛的推广应用。 1 2 2 三罗拉网格圈型紧密纺系统的特点 ( 1 ) 在改造成本上，三罗拉形式紧密纺结构简单，易于改造，前期投入低于四罗拉形 式的紧密纺改造。 ( 2 ) 网格圈的张紧是靠不锈钢棒的自重，不变形，且张力均衡；清洁网格圈方便简单， 耗时短。 ( 3 ) 在三罗拉紧密纺系统中，网格圈传动靠牵伸胶辊传导至中间齿轮再传导到输出胶 辊的传动方式，使网格圈运动不是很稳定。 ( 4 ) 输出胶辊磨损快，因此维修及调换周期比牵伸胶辊短的多，牵伸胶辊与输出胶辊 之间要保持一定的前导速比，必需同时调换这一对上胶辊，这就增大了工厂的经济负担。 ( 5 ) 三罗拉紧密纺纱技术对网格圈的织造技术及后处理要求较高，要求内外表面的摩 擦系数有较大差异，以利于网格圈的传动【】。 ( 6 ) 为了保障输出胶辊和牵伸胶辊的质量，纺纱厂还必须配备高档磨胶辊机，由此给 纺纱厂增加了额外的麻烦及负担。 ( 7 ) 定期清理胶辊盒内部积花和频繁更换塑料中间齿轮，这给工厂带来了很多的麻烦。 1 2 3 四罗拉网格圈型紧密纺的装置 我们在e j m l 2 8 k - s m 型细纱机进行了四罗拉紧密纺系统的改造，改造后的结构示 意图如图1 2 所示【1 2 】。 3 江南大学硕士学位论文 输出肢辊 籍出罗拉 相纱 图卜2 四罗拉网格圈型紧密纺结构示意图 f i g 1 2t l l es 仉l c t i l m ld i a g r a mo ff o * l l e 描c 伽叩a c ts p i i l 】【l i n g 、i t hl a t t i a p r o n 保持原牵伸装置结构不变，在其前罗拉出口处加装一组气流集聚装置。该装置主要 由一对输出罗拉( 输出罗拉和输出胶辊) 、一个异形截面负压吸风管和一个网格圈组成。 原前罗拉和前胶辊与加装的输出罗拉和输出胶辊构成准四罗拉纺纱牵伸系统。输出罗拉 与输出胶辊构成控制钳口，同时也是纱线加捻的阻捻钳口；输出罗拉为主动罗拉，由前 罗拉采用特制齿形带经过桥齿轮传动，可以方便的调整工艺需要的张力牵伸。输出胶辊 为被动罗拉，通过输出罗拉的摩擦而传动。输出胶辊可以积极控制纤维，加压恒定，不 受胶辊直径的影响。输出罗拉由更换过的新罗拉座承载，输出罗拉的直径设计较小，以 使异形吸风管更加靠近控制钳口，尽可能减少由于集聚过程不能延续到阻捻钳口而对纤 维集聚造成的不利影响。吸风管呈倒三角形，安装在前罗拉与输出罗拉之间的三角区域 内，并且使其工作表面的两端尽量靠近牵伸钳口和阻捻钳口。 1 2 4 四罗拉网格圈型紧密纺系统的特点 ( 1 ) 输出罗拉由前罗拉通过过桥齿轮传动，是一个主动传动的输出罗拉，因此能在牵 伸钳口到阻捻钳口之间的集聚区内非常方便地设置符合工艺的张力牵伸。 ( 2 ) 牵伸胶辊与输出胶辊均为消极传动在两个罗拉积极传动并保持一定的的前导速比 条件下，对两个上胶辊的直径要求就不必严格考虑了，因此减少了纺纱厂的一些麻烦及 经济负担1 1 3 】。 ( 3 ) 彻底解决了对皮辊盒的维护保养，中间传动齿轮被取消后，减少了物资消耗，为 纺织企业节省了成本，同时也降低了工人的劳动强度。 ( 4 ) 对网格圈的织造及后处理要求较低，加之，其是积极式传动，对网格圈的磨损较 少，使网格圈使用寿命变长。 ( 5 ) 四罗拉形式的紧密纺由于多了一个输出罗拉，改造起来比较复杂，要更换细纱机 的整个罗拉座，加大了改造前期的费用。 4 第一章绪论 ( 6 ) 由于吸风槽末端不能一直延伸到阻捻钳口处，而从吸风槽末端到阻捻钳口这段距 离没有负压集聚作用，对集聚效果有一定的影响。 ( 7 ) 在四罗拉紧密纺系统中，由于要安装一个输出罗拉，异形管的截面相对于三罗拉 紧密纺中异形管截面大大的减小了，在一定程度上影响异形管内部气流的稳定。 ( 8 ) 网格圈的张紧是靠每锭一个的小弹簧，弹簧的弹性随时间推移逐渐衰减，但弹簧 衰减的速度与衰减的程度是不一样的，所以导致网格圈张紧不均匀，出现锭差；网格圈 的清洁比较麻烦，耗时多。 ( 9 ) 输出罗拉由中间齿轮传动，中间齿轮不在中间，处于靠右第二锭位置处，使传动 存在不平衡的因素：中间齿轮不密封，容易堆积飞花和粉尘，影响传动。 1 3 国内四罗拉网格圈型紧密纺技术 由于四罗拉网格圈型紧密纺技术也有很多的优点，在国内，随着对四罗拉网格圈型 紧密纺技术的研究加大，很多纺机公司都推出了自己的采用四罗拉网格圈型紧密纺技术 的纺机，这些公司很多都拥有自己的专利技术。 1 3 1 宁波德昌纺机的四罗拉网格圈型紧密纺装置 德昌绚丽纺系列四罗拉网格圈型紧密纺技术的特点：在原细纱机基础上，保留原有 的牵伸系统，增加必要的紧密纺所特有的专件，使其成为集中吸风式紧密纺细纱机，能 满足各种机型的紧密纺改造或各种型号新细纱机的紧密纺配套。( f a 5 0 6 、f a l 5 1 8 、 d t m l 2 9 、e j m l 6 8 、e j m l 2 8 、g 5 l 、l r 6 s 、l m 4 等) ：传动架上四个胶辊尺寸统一， 方便操作和保养，有效节省了使用成本，加装含专利技术的集聚盖板使纱线横向聚集效果 更完善，同时减少了飞花对网格圈的负面影响；积极传动的抗静电螺旋编织网格圈，降 低使用维护成本；分段设计的张紧杆和传动轴，令网格圈转动更为均匀【1 4 1 ；两端采用内 含传动齿轮的铝合金闷头，使系统运行更加稳定；配合绚丽纺专用的前罗拉，在原罗拉 墩基础上，增加罗拉墩搭接组件，以固定负压管、吸棉笛管及中间齿轮；管道采用上置 式，不影响视线及操作，整体外观简约大方，节能效果明显，系统整体易损件少，维护简便。 1 3 2 浙江日发纺织机械有限公司的r f c s 5 1 0 型紧密纺装置 r f c s 紧密纺纱系统用于生产强力高、毛羽少、条干均匀的高质量纱线，可以在现 有任何普通环锭纺纱机上加装、改装。具有以下特点：网格圈由前罗拉经过渡齿轮积极 传动，运行平稳，速度准确恒定；过渡齿轮由特殊耐磨材料制成，实现静音传动；单锭 网格圈由弹簧自动张紧，运行稳定；配套的紧密皮辊加压装置可积极控制自由区纤维， 特殊结构设计确保两侧加压恒定，成纱质量不受皮辊直径变化影响【”】；适合任何一款牵 伸摇架；优化设计的供压系统，变频控制独立可调的紧密纺高压风机，特殊设计风道风 管，确保车头车尾各吸口的负压均在最佳工艺要求范围内l 负压风道布置在机器中间牵 伸区位置，实现配管路径最短化；负压排风通过车尾箱的排风系统统一排出，消除了对 车间运行的气流干扰，改善工作环境；特殊的安全防尘设计减少维护保养工作量；六锭 5 江南大学硕士学位论文 ( 四锭) 一体的模块化结构设计使得拆装极为便利，无需工具即可装配或分解，方便维 护从而降低停机时间；不同形状的工艺吸气槽适应不同纤维的纺制；网格圈由特殊纤维 制成，经特殊后整理处理，具有无接头、光滑耐磨、防静电、均匀稳定等特点；采用先 进的切割工艺，确保尺寸稳定一致，运行平稳不变形；简洁的系统结构降低了改装难度， 减少了改装工作量，有效降低了运行维护成本人性化；设计使得改装简单易行，适应任 何型式的普通环锭纺纱机。 1 3 3 华方科技h f j 系列的紧密纺装置 主要结构特点：采用四罗拉与紧密纺皮辊夹持网格圈积极传动；紧密纺负压系统采 用总风机、总风道并配有滤网防止2 次污染车间；模块化设计，6 锭或4 锭为一单元； 负压分配系统配置合理，各吸口气流一致性好；异形管吸口优化设计，有利于须条集聚； 采用变频技术在纺不同支数纱线时对负压进行控制：网格圈张紧装置张力一致性好，保 证网格圈运转平稳；笛管安装方法合理，并对相关零件进行动态清洁。 1 4 本课题的研究目的、意义及其内容 1 4 1 目的和意义 棉纺工业是我国纺织工业中规模最大的支柱产业，但产品档次不高，附加值较低。 传统环锭细纱机随着行业进步，已不能完全满足下游加工质量的需要，因此加快紧密纺 国产化改造和产品开发的力度，对保持和提升我国纺织业在国际纺织品市场的重要地位 具有积极意义【1 6 】。紧密纺是环锭纺技术领域的一项重大革命，它具有更佳的纱线质量和 独特的纱线结构，既是对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，具有良好的市场前景。目前在国内，三罗拉网格圈型紧密纺技术 得到了广泛的运用，大大改善了纱线的各项性能，取得了很好的经济效益。但是四罗拉 网格圈型紧密纺技术在国内的应用不是很广泛，鉴于四罗拉网格圈型紧密纺技术也有很 多独特的优点( 比如在传动方面) ，所以对四罗拉网格圈型紧密纺技术进行深入的研究 有很重要的意义。 1 4 2 研究内容 结合目前国内四罗拉网格圈型紧密纺装置，设计自己的紧密纺纱装置，对国内主要 机型的细纱机进行改装。探讨集聚区的流场分布及异形吸管内部流场分布规律；对网格 圈的性质进行剖析，研究网格圈目数对紧密纱质量的影响；对吸风管组件的安装定位角 a 进行研究，找出其对紧密纱的影响规律；分析吸风口倾角不同对不同线密度紧密纱的 影响；最后将四罗拉形式的紧密纱和三罗拉形式的紧密纱进行对比研究。 6 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究 2 1 集聚区须条运动分析 2 1 1 须条在集聚区的集聚过程 异形吸风管内部处于负压状态，须条从前罗拉牵伸钳口输出，就立即被吸附到网格 圈上对应空气吸风口的位置，须条随网格圈向前运动，由于斜槽吸风的作用，须条还同 时沿网格圈的表面滚动。在这两种运动的共同作用下，须条集聚在一起并沿斜槽的方向 向前运动，脱离负压作用继续运动一小段距离才可以到达阻捻钳口【1 7 】。阻捻钳口与吸风 槽末端的这段距离是集聚作用的空白区，不利于须条的集聚，所以在设计异形吸管组件 的时候应该尽可能的缩短这段距离。阻捻钳口由输出前罗拉和输出胶辊组成，须条沿网 格圈表面滚动有利于纤维头端更好地卷入须条主体中【1 8 】。须条的集聚情况如图2 1 所示。 区 图2 一l 须条的集聚过程 f i g 2 - ln l ea g g l o m e 豫d o np r o 豁o ff i b 盯s t r a n d 2 1 2 须条在集聚区运动的分段分析 须条离开前罗拉以后，因吸风斜槽相对于前罗拉吐出须条所在直线有一个小的夹 角，须条在负压的作用下产生扭转，须条也从扁平的椭圆形截面变为圆形截面。此后， 在因负压而产生的摩擦力作用下继续绕其轴向回转直到吸风槽的末端，但是在吸风槽末 端到阻捻钳口这部分是没有负压作用的，不利于须条的集聚，所以应当尽可能的缩短这 段距离【1 9 】。 须条在集聚区的各种运动最终形成了性能优越的集聚纱线，而究其原因，它们都是 集聚区流场的作用结果。我们可以通过借助对须条运动的分析来研究集聚区的流场，通 过研究可以得出集聚区的流场与异形吸风管、吸风斜槽的方向尺寸和风机负压的大小等 因素有关。对于使用不同原料和纺制不同粗细的纱线可采用不同斜槽长度和倾斜角度的 7 图2 2 偶板流的流簇线 f i g 2 2l h en o wc l u s 白盱l i l o f b i c i r c u l a t i i 唱 偶极流与匀速直线流形成的绕柱体流动的流函数为： ms i l l 秒 9 = ，s m 一 2 万， 若把零流线换为物体轮廓线，并设物体轮廓线上r = r ，则： 仇，s i n p 一幽：o 幼厂 因而将m = 2 万v 口尺! 带入，流函数表示为： 缈= v o ( ，一等) s m 口 8 ( 2 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究 速度分量为： 协= 去= ( 一等) 刚 协2 2 il 一i c 0 s ，a l，2 一一鲁。( + 务n 乡 “口= 一一= 一，o ii 十l s l n a ， l，2 ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 在轮廓线上，9 = o ，即v o i1 一竺l s i n 9 = o ( 2 6 ) l， ，= r 流速分量为：协= o跏= _ 2 ，。s i n 矽( 2 7 ) 通过对流场的定性、流场的特征以及流场速度分量的表示可以明确地了解流场中流 体对纱线的作用力，船是指向纱线径向的流速，“一是沿纱线轴向的流速。如果协越大， 则指向纱线径向的力越大，越会起到减小纺纱三角区的作用。因此，要研究纤维的凝聚 作用，就要对吸风槽流场的气流速度分布规律及其影响因素进行研究。 2 2 2 沿吸风槽口方向的气流速度场分布测试 异形吸风管上有六个吸风槽，两个与风机的接口，两者相互对称。吸风槽、网格圈 和胶辊组件构成集聚纺纱的集聚区。我们对无网格圈状态下的吸风槽周围的气流速度进 行测试1 2 2 l 。 实验测量所得的速度是水平与垂直方向的合速度。因为不可能把吸风槽表面的每一 点的速度都均匀的测得，我们把异形吸风管表面的吸风槽从左到右依次标定为l 6 ，如 图2 3 所示。对吸风槽表面的位置进行了精确的划分，如图2 - 4 所示，在每个吸风槽表 面沿纵向等距离由上向下依次分为1 0 段，每一段为2 舢n ，将得到1 1 个速度值，横向 因为距离过于短小，不易得到各点精确的速度值，只能慢慢的移动测试探头记录左右两 端的速度值和最大的速度值。所有的测试都是在变频器频率为2 2 5 h z 的条件下进行的。 测试仪器：美国t s i 微型风压风速计d p _ - c a l c 8 7 0 2 型，加软管及探针，测试精 度为读数的士l 士l p a ；测风速时测试范围为1 2 7 _ 7 8 7 毗，精度为读数的士1 5 。以下 的气流速度都是用该仪器测试。 试验机型：经过四罗拉网格圈型紧密纺技术改造的e j m l 2 8 k s m 型细纱机。 l 234 56 图2 3 异形吸管槽口的编号 f i g 2 - 3t l l en 啪b 谢n go fs p i a l s h a p e dp i p e n e sr a b b e t 9 江南大学硕士学位论文 根据吸风槽编号将测得的气流速度数据列于表2 1 至表2 6 中。表中的1 11 对应 图2 5 所示的标注，六个吸风槽都是采用这样的标注。左侧值、右侧值指的是吸风槽左 侧和右侧最靠近边缘处能够测得的速度值，因为理论上由于流体的粘滞性，真正的左侧 和右侧边壁上的点的速度值是o ，我们能纪录的只是最接近边缘的速度值，最大值指的 是沿横向移动过程中探头所纪录的速度的最大值【2 3 1 。 j 口 2 一2 3 3 4 4 5b 6 一6 7 7 8 一 8 9 一一一一一一一一一一一一 c 1 0 一一1 0 l ，- 图2 4 异形管吸风槽纵向刻度划分 f i g 2 4t l l el g i t i l d i i l a l 霉幽t e d sd i v i d e do f s p e c i a l - s h a p e dp i p e t t e s 飓b 1 ) e t 各个吸风槽表面气流速度值的测试结果如表2 1 2 6 所示： 表2 11 号吸风槽表面速度值表2 22 号吸风槽表面速度值 t a b 2 1s u 渤c es p do fls u c t i o ni n l e tt a b 2 2 鲫m c es p e e do f 2s u c t i o ni n l e t 测试点左侧m s 最人值m s 右侧m s测试点左侧m s 最人值m s 右侧n 以 l6 0 7 66 2 4 56 2 0 2l6 2 0 66 3 0 36 2 9 7 26 1 1 46 2 7 l6 2 3 226 2 2 l6 4 0 26 3 1 2 36 1 4 86 2 8 96 2 2 836 2 3 86 3 8 66 3 3 1 46 1 8 26 2 9 66 2 4 546 2 5 9“3 76 3 4 2 56 2 1 56 3 0 8 6 2 7 656 2 8 36 4 9 46 3 7 2 66 2 7 66 3 1 56 2 8 566 3 0 96 5 3 l6 3 8 7 76 2 8 06 3 2 96 2 9 c76 3 4 l6 5 2 76 4 0 l 86 2 9 76 3 8l6 3 0 786 3 6 l6 5 5 26 4 4 3 96 3 2 86 3 9 46 3 2 296 3 8 2 6 5 4 6 6 4 6 8 1 06 3 4 2“2 66 3 5 61 0 6 4 0 76 5 8 l “7 8 l l6 3 6 7“3 76 3 8 2l l6 4 2 86 6 0 66 5 0 9 l o 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究 表2 33 号吸风槽表面速度值 t a b 2 - 3s u r f a c es p do f3s u c t i o ni n l e t 测试点左侧m s 最人值i i l s 右侧i i l s 表2 55 号吸风槽表面速度值 t a b 2 - 5s u r f a c es p e e do f5s u c t i o ni n i e t 测试点左侧舶最人值l l l s 右侧毗 2 2 3 吸风槽口两侧的气流速度场分布测试 表2 44 号吸风槽表面速度值 t a b 2 _ 4 跚r f a c es p e e do f3 跚c t i o ni n l e t 测试点左侧m s 最人值i n s 右侧i i 以 表2 66 号吸风槽表面速度值 t a b 2 - 6s u m c es p e e d0 f6 驰c t i o ni n l e t 测试点左侧i i l s 最人值舶右侧m s 任选一个吸风槽口，对吸风槽口流场进行测试，测试点分布于沿槽长度方向的a 、b 、 c 三个垂直截面上伫钔，如图2 4 所示。在每个截面上分别测试槽口两侧2 m m ，4 m m ，6 m m ， 8 m m ，1 0 m m 处的速度。理论上每个槽口的分布相同，我们选择4 号槽口进行测试，测 试结果如图2 5 2 7 所示。 江南大学硕士学位论文 24681 0 距槽口的距离( 咖) 图2 5a 截面内槽口两侧的速度分布 f i g 2 _ 6s p e e dd i s t r i b u t i o f b o t hs i d 鹤o f 鲫c t i o n i n l e ti nas e c t i 1 0 8 6 退4 淄 2 0 2 盛 i ： 2468 、 距槽口的距离( 哪) 图2 6b 截面内槽口两侧的速度分布 f i g 2 7s p e e dd i s t r i b u t i o f b o t hs i d 锚o f 跚c t i i i l l e ti nbs t i t 0 8： 2468_ 距槽u 的距离( - ) 图2 7c 截面内槽口两侧的速度分布 f i g 2 7s p e e dd i 嘶b u d 彻o f b o ms i d 岱o f 跚c t i i l l l e ti nc 蛾t i 1 2 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o 崔jly姻 6 4 2 o 吨 h 一一越艘 第二章四罗拉网格圈型紧密纺系统中气流问题的研究 2 2 4 单个吸风槽表面的气流速度分布规律的分析 根据上面的实验测试，我们可以得出单个吸风槽表面气流速度分布的以下几点规 律： ( 1 ) 由表2 - l 到表2 - 6 可以看出：无论在哪个吸风槽中，风速沿着沿吸风槽的纵向 呈现逐渐增大，这有利于纤维在集聚区的集聚。从纺纱的角度来说，各个吸风槽表面的 速度分布直接影响到纱线毛羽所受到的作用力，根据对流场性质的分析得知，如果速度 越大纱线受到的作用力就越大，集聚作用越强，纱线有害毛羽相对越少。 ( 2 ) 从横向上看，离吸风管与风机的接口越近，速度值相对较大，这主要是因为 越往两边气流的机械能损失越大的原因。以2 号吸风槽为例，右侧离风机接口处比较近， 所以右侧的速度值大于左侧的速度值。其他几个吸风槽也遵循这个规律。在吸风管与风 机的接口两端的对称位置处，速度值相差不大。所以为了尽可能的使速度值均匀，应该 合理设计吸风管与风机的接口。流场速度的差异直接影响了纱线的受力，这就直接影响 到所生产纱线的性能，两点之间的速度差别较大，速度增长的越快，作用于纱线的力的 大小就越不均匀，对纺纱是越不利的。通过这些分布规律，我们可以知道经过对称位置 吸风槽的集聚作用而生产出来的纱线性能比较接近，而经过非对称位置吸风槽的集聚作 用而生产出来的纱线性能就会有一定的差别，这样就会影响到整批纱线的性能甚至会影 响到整批织物的性能。所以在设计吸风管的时候，应该合理设计与风机的接口，尽量做 到均匀分布，而吸风槽也应该对称分布在各个接口处的两侧。 ( 3 ) 对于吸风槽的截面a 、截面b 、截面c 中，气流速度变化曲线均呈现逐渐下降 的趋势，测试点距离槽口8 m m 以上时，流速基本趋于零或已为负值。排除风压的不稳 定性和所用仪器的精密度等影响因素，从整体出发，可以得出：吸风口的作用范围很小， 所以在测试点距离槽口8 舢 i l 以上时，流速基本趋于零或已为负值，即已不受该槽口风 压的影响。通过观察，纺纱过程中纱线所在区域基本为槽口两侧2 m m 范围之内，所以 此范围内的风压为有效风压，其余为无效风压，我们应尽量减小无效风压，将其都转化 为有效风压，从而减小能耗。所以我们应该设计出相对较窄的吸风槽口。 2 3 异形吸管内部流场的研究 2 3 1 异形吸管内部流场的测试方法 ( 1 ) 测试方案 通过在异形吸风管上钻取一定数量的孔，这些孔相互之间均匀分布，间距为7 m m ： 用风速风压仪测定各孔在不同深度( 1 m m 1 0 姗不等) 的风压值；然后画出风压在指 定区域内的变化曲线，探索风压的变化规律；用风压的变化规律来代表异形吸管内部流 场的变化规律，指导我们对集聚装置以及集聚元件( 如异形吸风管) 的改进设计，以纺 制出性能更优的紧密纱线。 江南大学硕士学位论文 ( 2 ) 测试仪器：美国t s i 微型风压风速计d p - 弋a l c 8 7 0 2 型，加软管及探针，精 度为读数的士1 士1 p a ；测风速时测试范围为1 2 7 7 8 7 n 1 s ，精度为读数的士1 5 。以下 的风压都是由该仪器测试。 ( 3 ) 测试条件：变频器频率为2 1 5 h z 。 ( 4 ) 试验机型：经过四罗拉网格圈型紧密纺技术改造的e j m l 2 8 k s m 型细纱机。 2 3 2 吸风管上各孔位置定位以及相关参量的定义 因为在四罗拉紧密纺装置中异形吸管与输出前罗拉是固定在一起的，共同构成了异 形吸管组件，所以在画示意图的时候，我们将异形吸管与输出前罗拉一起画，而不是相 分离的。由于异形吸管与风机的2 个接口在异形管上是对称分布的，所以我们在右半部 分上凿孔进行试验，左边部分的气流分布与右半部分是一致的。 异形吸风管上所有孔分为三排，分布在异形吸风管的三条线上，三条线的间距为 8 r i m ，我们定义这三条线分别为a 、b 、c ，我们在异形吸管的右半部份沿着a 、b 、c 三 条线依次凿孔2 2 个，我们将其分别定义为l 2 2 ，如图2 9 所示；相邻孔的距离为8 m n 凿孔时要跳过异形吸管与风机的接口；a 、b 、c 三条线所在的垂直于集聚面的截面同样 定义为a 截面、b 截面、c 截面，这三个截面的示意图如图2 - 8 所示。定义a l 到a 2 2 为 x