提高纲领、钢丝圈性能的措施.doc

提高纲领、钢丝圈性能的措施摘要：随着高速纺纱锭子的推出及逐渐成熟，钢领、钢丝圈已成为限制环锭细纱机纺纱速度的主要障碍。另外，钢领、钢丝囤属于环锭细纱机上的易损件，其质量及使用寿命直接影响到纺纱质量和纺纱厂的经济效益，因此对高速耐磨钢领、钢丝圈的研究成为必要课题。文章对钢领、钢丝囤的运动状态进行了理论分析，指出了提高钢领、钢丝圈性能的措施。关键词：高速纺纱锭子；钢领；钢丝圈；纺纱质量中图分类号：TS103.115 文献标识码：A文章编号：l003一3025(2006)0l一0032一03东华大学机械工程学院 张万顺 吴文英随着纺纱向高速化发展。目前高速锭子的研制已相对成熟国内外相继推出了多种适应于22万rmin以上的高速锭子，而钢领、钢丝圈的研制相对滞后，因此钢领、钢丝圈成为限制纺纱速度的主要因素。另外，钢领、钢丝圈质量的好坏及使用寿命的长短将直接影响到纺纱质量和纺纱厂的生产效益。目前国内外许多专家已在此方面进行了研究，出现了一些高速、高效、长寿命的钢领和钢丝圈。1 钢领、钢丝圈的配套使用 钢领的型号及规格、纺纱品种、工艺等是选配钢丝圈的依据正确合理地选配钢丝圈是用好钢领的重要措施。一般情况下，直径为45 mm的钢领其配用的钢丝圈线速度不超过39 ms对应的转速在16万rmin左右。当转速进一步提高时，为避免钢丝圈因过高的线速度而烧毁或缩短寿命钢领的直径必须相应地减小。实践证明正确选配钢丝圈是使用好钢领的重要条件，不同的钢领纺不同品种、不同支数的纱线时要选用相适应的钢丝圈。正确选用钢领、钢丝圈有利于减少纱线毛羽提高纱线质量、延长钢领使用寿命。如纺纯棉精梳针织用纱时，采用自润滑亚光钢领配套使用镀氟钢丝圈，可使成纱具有耐磨性好、毛羽少、毛羽离散性小等优点而且钢丝圈使用寿命长。钢领、钢丝圈配套的发展方向为：使钢领、钢丝圈配套简单化；降低生产及使用成本，延长使用寿命；提高纺纱质量及产量。2钢领、钢丝圈的运动状态及其理论分析 为研究钢领、钢丝圈的运动状态和损坏机理以设计出更符合实际需要的钢领、钢丝圈，同时降低其研发成本不少研究者已经运用现代化的仪器设备对其进行测试及理论分析并提出了一些较好的解决方案。21 钢领、钢丝圈的几何形状 在环锭细纱机上，常常由于钢领和钢丝圈配合不当而引起纱线断头，尤其在高速生产时，钢领、钢丝圈的形状、几何尺寸是否合理显得十分重要。现阶段环锭纺使用的钢领按其跑道形态基本分成两大类，即平面钢领(PG系列)和锥面钢领(ZM系列)。 平面钢领的内侧面为弧形，钢丝圈也为弧形，其在内侧的接触是两个弧面的接触，接触面积小，比压大，磨损快。锥面钢领与钢丝圈在内侧面的接触是一条母线，与双曲面呈吻合接触，是接触最大化的设计。因而锥面钢领在高速性能方面优于平面钢领。 在设计钢丝圈圈型、几何尺寸、截面形状时应以钢丝圈综合受力情况和理想的运转状态为原则，进行优化设计才能达到简化圈型的可能。22 钢领、钢丝圈的动态性能 钢丝圈在钢领跑道上高速回转，其位置发生了3个方向的倾侧：子午面上的外倾、水平面上的外脚超前、横切面上的整体前倾。其中前倾角较大，外倾角次之超前角最小且接近于零。相比之下，钢丝圈在锥面钢领子午面上的外倾角是稳定的在横切面上的前倾角略小于平面钢领，但在水平面上的超前角较大，且不稳定。所以锥面钢领虽然性能优于平面钢领但仍有待改进，以满足生产的需要。 钢丝圈空间倾斜规律的研究为新型钢领、钢丝圈的设计提供了理论依据。钢领、钢丝圈的设计重点在于控制各倾角的大小及提高抗楔性能，理想的钢丝圈应根据钢丝圈动态空间位置来设计。23钢领、钢丝圈的摩擦力 磨损是钢领、钢丝圈的主要失效形式。钢领、钢丝圈之间的摩擦力对纺纱过程影响很大，摩擦力不适当容易引起纱线断头、钢丝圈发热、飞圈等问题因此合理地控制钢领与钢丝圈之间的摩擦力大小是十分关键的，而如何测试摩擦力就显得尤为重要。由于钢丝圈运动情况相当复杂，目前的理论分析深度不够，运算复杂，且与实际尚有一定距离，许多问题有待深入研究。随着计算机技术的应用，根据对钢领、钢丝圈的研究成果，采用先进软件技术模拟钢丝圈的空间运动形态进行设计，以达到理想纺纱效果是可以实现的。3提高钢领、钢丝圈性能的措施 接触面的磨损是制约钢丝圈高速、导致其失效的主要原因。钢领、钢丝圈的磨损形式有粘着磨损、疲劳磨损和氧化磨损，其中氧化磨损较小，对钢领失效所起作用不大，起决定作用的是粘着磨损和疲劳磨损，前期以粘着磨损为主后期则以疲劳磨损为主。针对钢领、钢丝圈系统的失效机理，可通过改善接触面的工作状况和提高系统自身的抗磨损能力两种途径来提高钢领、钢丝圈的性能，延长其使用寿命。31 减小接触面上的摩擦力 根据库仑定律要减小摩擦力可从减小摩擦面上的正压力和减小滑动摩擦系数两方面着手，前者主要受纺纱张力和钢丝圈高速运转时的离心力影响，后者主要受相互摩擦的材料和润滑剂的影响。 超声波减磨钢领：利用超声振动使钢领、钢丝圈的接触面几近脱离，使基础面上的正压力急剧减小，从而减小摩擦力减少磨损，延长钢领、钢丝圈的使用寿命。磁悬浮钢领、钢丝圈系统：利用磁力作用使钢丝圈悬浮在空中，钢领和钢丝圈之间几乎不存在摩擦，因此钢丝圈的线速度可大大提高。该两项技术研究尚处于试验阶段，如进一步完善将有很大的发展潜力。 SS膜钢领、钢丝圈：在普通钢领、钢丝圈上加一层SS金属保护膜从而延长其使用寿命提高了成纱质量。而自润滑耐磨钢领则是在钢领表面渗入并形成一层十分牢固的耐磨自润滑膜，从而降低了摩擦系数，缩短了走熟期。新型Cera- Dur钢领有涂镍分散层与之配套使用的新型特殊表面涂层的Cera- Dur系列钢丝圈在很多公司的试验中，使用寿命都超过了1000h，大大提高了纺纱效率。32 增大接触面积，加快摩擦热的散失 BC6下支承锥面钢领、BC9型钢领、钢丝圈等比BC型钢领、钢丝圈增大了接触面积，一方面有利于摩擦热的迅速散失，延长钢丝圈使用寿命，另一方面有利于稳定纱线张力，提高纱线质量。亚光钢领表面有微孔，使钢丝圈在钢领跑道上高速回转时易散热。33利用新工艺、新方法改善钢领、钢丝圈接触面的表面质量 随着各种新工艺新方法的不断问世，相继出现了如镀铬钢领、镀氟钢领、亚光钢领、非晶C-N钢领、双圆弧跑道钢领及自润滑钢领等等。 为了提高钢领的表面质量，我国钢领制造企业推出了轴承钢钢领及含铬合金钢领，但其在耐磨性及纺纱质量方面有待进一步检验。目前尚在研究中的离子注入钢领及纳米技术表面处理钢领将有一定的发展空间。 Saphir蓝宝石钢丝圈用渗入法将某些化学元素均衡渗入钢丝圈内，从而改善了其耐磨性：Brcker蓝宝石钢丝圈散热性佳，可迅速排除摩擦产生的热量，纺纱时不致损伤纤维。此两项均为瑞士Brcker公司产品。34应用新材料提高钢领、钢丝圈系统的工作性能 Ceratwine陶瓷钢领、钢丝圈系统是目前在新材料利用方面的典型实例。陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀、硬度高等特性，在高温和高负载情况下，钢领和钢丝圈不会发生“软化”，而且钢领不需要走熟期，可明显增加钢丝圈的使用寿命，提高成纱质量。 Brcker公司的ORBIT及TITAN系列钢领、钢丝圈由轴承钢材料制成表面经特殊热处理，硬度高、耐磨性好，使用寿命可达810年。 新型Zenit钢领表面呈彩虹色，钢领的合成材料中不含铁和钢，无需进行磨合，所有的起始阶段剩余物即可保证形成一个可靠的纤维润滑膜很好地解决了钢领、钢丝圈之间的微熔现象。经实践验证取得了良好的效果。35结构及运动形式的改进1999年采用Super钢丝圈技术的全新环锭细纱机在俄罗斯首次试验成功。该装置(图1)由静止的内外两个钢领组成，盘状钢丝圈一边公转(在内外钢领形成的轨道上绕纱管中心高速回转)一边自转(绕自己的中心旋转)这样钢领、钢丝圈之间就成为滚动摩擦。该技术首次采用滚动钢丝圈与钢领系统代替了传统的滑动钢丝圈与钢领系统使钢丝圈运行速度大大突破了40 m/s的极限，甚至达到100ms。无论从何种意义上讲，该装置的创新是十分有意义的。图1 俄罗斯Super滚动钢丝圈旋转钢领是日本日邦产业株式会社发明的专利产品 (图2)，它采用静止钢领和旋转钢领相结合，旋转钢领在静止钢领的内侧转动，而钢丝圈安装在旋转钢领上。这样当开始纺纱时由于钢丝圈与钢领存在摩擦，旋转钢领在摩擦力的作用下跟随钢丝圈旋转，并最终达到两者速度一致。这样，实际上就将钢丝圈在钢领上的滑动摩擦转化为旋转钢领在静止钢领上的滚动摩擦，从而大大降低了摩擦力，提高了钢丝圈的使用寿命。但上述旋转钢领是在摩擦力作用下运转的。因此当使用时间稍长，钢丝圈就不能有效地将驱动力矩传递到旋转钢领，钢丝圈与旋转钢领也就无法做到同步运转。图2 日本日邦产业株式会社旋转钢领 滚动钢丝圈和旋转钢领都是考虑用滚动摩擦来取代传统钢领、钢丝圈之间的滑动摩擦，为高速钢领、钢丝圈的研制提供了新的方向。但由于种种原因该两项技术均未得到推广，有待于进一步发展。4结语 笔者认为今后钢领、钢丝圈的发展有以下7个方向。 1)钢领、钢丝圈的配套发展有利于延长其使用寿命，提高纱线质量。目前纺纱厂都已经开始重视其配套发展，并分别根据各自的情况采取相应的措施。 2)锥面钢领着眼于改变钢领、钢丝圈的接触形式、接触面积等来减小系统的磨损，延长其使用寿命尚有一定的发展潜力，有待于进一步改进。 3)在钢领、钢丝圈系统动态理论分析的基础上，运用先进的动态仿真分析软件及工具对钢领、钢丝圈系统进行运动仿真及动态分析成为可能，借助于这一手段可使钢领、钢丝圈的研究更为直观、方便。 4)对钢领、钢丝圈系统进行在线检测也将具有相当的实际意义可及时了解钢领、钢丝圈的接触状况研究钢丝圈的运动稳定性，为新型钢丝圈的研制提供依据。 5)表面镀层钢领、离子注入钢领、纳米技术表面处理钢领等主要通过改变钢领接触表面的质量来改善其运行时的磨损状况而Zenit钢领及自润滑钢领是通过在接触