新一代棉纺高速锭子

1、 技术专论新一代棉纺高速锭子朱德昭(昆山拓普纺机专件有限公司 ,江苏 昆山 215316)摘要 :针对锭子的发展趋势 ,提出了现代纺纱要求锭子具有高效平稳 、低耗节能 、低噪声的特点 。从平底锭子的特点 、性能及创新点入手 ,并通过测定数据进行对比分析 ,阐述了平底流体动压轴 承锭子的特点 ,指出该锭子是一种高效平稳 、低耗节能 、低噪声的新一代锭子 ,是一种划时代的换 代产品 。并从高效 、节能的角度出发 ,提出了应用小轴承 、小带盘的重要性 。关 键 词 :平底 ;流体动压 ;高速高效 ;节能降耗 ;低噪少振 ;适纺速度 ;承载能力 ;振程 ;波形 ;功 耗 ;噪声 ;科学提速 ;经济效益

2、中图分类号 : ts103 . 81 + 1文献标识码 : a文章编号 :100129634 (2007) 0520001206人们不间断地探索研究 ,力图以一种更高速度的纺纱方式来替代环锭纺 。从现有的纺纱技术看 ,环锭纺还是以自身的特点 优质 、多品种和原料 利用率高等优点 ,占据纺纱工程的主导地位 ,并且环锭纺还在不断地发展 、进步 。 环锭纺的锭速已今非昔比了 。20 世纪 50 年代前 ,我国使用的是平面轴承锭子 (俗称夜壶锭子) ,锭 速为 8 kr/ mi n ;50 年代上支承改进为滚动轴承的 g 型 、e 型等锭子 , 锭速上升至 12 kr/ mi n ; 50 年代末60

3、 年代初 ,下支承采用弹性加阻尼有较完善减振系统的 d12 、d32 系列 锭子 相 继出 现 , 使锭 速 跃升 至16 k r/ mi n 。细纱机锭速的不断刷新 ,都以锭子专件 的革新为龙头而实现 。现代纺纱提出更高的要求 ,即锭速进一步提高 到 20 k r/ mi n 以上 ,这意味着经济效益将提高 20 % 以上 。新一轮飞跃提倡的是科学提速 ,以不降低质量 、 不增加用工 、不增加能源 、不增加用地等为前提 ,不 能以拼人力 、拼设备盲目提速 。对锭子而言 ,希望有 一种更新更高速的锭子来担当新一轮提速重任 。锭子是细纱机中最重要 、技术难度最大的专件 。 世界各国专家一直不遗余

4、力地深入研究 ,才使锭子有今天如此大的进步 。锭子是高速回转件 ,故其技 术难度大 。如何解决锭子在高速回转时的振动 ,是摆在研究人员面前既难又有趣味的问题 。为什么至今还没有一个较完善的理论来指导实践 ,是因为锭子的支承形式较特别 ,锭子的力学系统 很复杂 ,除锭子本身在高速回转时形成的力系 ,还有外加的力 ,如 :由锭带在传动锭子时作用在锭子上的 周期力 ;由细纱机龙筋传给锭子的各种频率不同的 振动力 ;纺纱时纱线的张力 ;纱管和随卷装由小到大 变化的不平衡力等等 。因此对锭子的研究要着重于 实践 ,从大量的试验数据中分析 、研究 、总结 、创新 。剖析 d3000 系列锭子d3000 系

5、列锭子的结构形式 ,包括支承形式 、几 何尺寸 、回转体的转动惯量和减振系统的形式 ,决定 了该系列锭子的振动特性 ; 而减振系统的形式和参 数又起着决定性的作用 。以 d3203 锭子为例 ,其结构如图 1 。上支承 ( 锭 子轴承) 为刚性联接 ,下支承为粘弹性结构 ,由弹性 管 (铣有螺旋槽) 对下支承产生弹性 ; 由弹性管外的 卷簧和圈间的锭子油产生阻尼 。可以说 d3203 锭 子下支承的减振系统是很完善的 。这种完善的振动 系统决定了锭子的振动特性 。由于各制造厂的锭子所取的参数不一致 ,锭子 间的差异和纱管间的差异也比较大 ;因此 ,我们以拓 普经优选参数的 td3203 锭子为

6、例 ,通过大量的实 验来获取数据进行定性分析 。图 2 为 td3000 系列锭子的振动曲线 。横坐标 为锭子转速 ,纵坐标为锭子的顶端振程 。图中有 3 条振动曲线 :第 1 条为锭子在空载时的振动曲线 ;第2 条为 锭 子在 套有 空 纱管 时的 振 动曲 线 ; 第 3 条 为1收稿日期 :2007203215作者简介 : 朱德昭 ( 1939 ) ,男 ,浙江杭州人 ,高级工程 师 ,主要从事锭子的开发 、研究及生产 。纺织器材te xtile acc e s so rie svol. 34 no . 5sep . 2007【 2】410 高速回转时靠锭底 r 支托 。锭杆 r 和锭底

7、 r 形成一对下支承摩擦副 。虽然锭底侧面有一个进油孔 ,但 r 处的润滑状态并不理想 。当锭胆中的污物 、包 括在长期运转时磨损的磨粒落入锭底腔内 , 这些污 物将积存 在 r 处 , 造 成 磨 粒 磨 损 。如 果 磨 损 严 重 时 , 会使锭子的振程 、功耗和噪声加大 。当锭子在高 速回转时 , 由于锭杆和锭底锥面间的间隙较大 , 不能 产生较大的流体动压差 , 因此锭子在高频振动时 , 使 油膜破坏 , 锥面产生金属表面间的摩擦磨损 , 并使锭 子能耗加大 。图 3d3000 系列锭子下支承结构图从制造角度分析 ,锭底的加工性很差 。锭底是 锭子的下支承 ,要求表面粗糙度好 、硬度

8、高 、金相组 织良好 ,锥面和 r 要有好的同轴度 。为了达到这些 要求 ,锭底内腔在热处理前要进行冲孔整形 。冲孔 前要保证内腔非常清洁 ,不能留有铰孔毛刺 。这些 问题冲孔后得到遮盖 ,但热处理后又会暴露出来 ,在 后序加工中 ,目前还无法得到令人满意的修正 。正因为有这样或那样的结构问题 ,d3000 系列 锭子只能 开 到 18 kr/ mi n 。再高 当 然也 可以 开 , 但 噪声和能耗大增 ,锭子磨损加剧 ,寿命缩短 ,参看图9 和表 1 。图 1d3203 锭子锭子套有满纱管时的振动曲线 。分析这 3 条曲线可判断出 :空锭第一临界速度时的振程较小 ,在第一临 界速度以后锭子

9、的振动维持在一个稳定状态 ; 空管 在第一临界速度时的振程也较小 ,以后随速度的提 高 ,振程随之逐渐增大 ;满管在第一临界速度时的振 程 也 较 小 , 以 后 维 持 在 一 个 稳 定 状 态 。因 此 td3000 系列锭子可适应低 、中 、高速运转 。h p2s68 锭子简介环锭细纱机的高效 、节能已成为现代纺织业的 潮流 。高效即高速中小卷装 ;节能即降低能源消耗 。 锭子是细纱机的耗能“大户”,节能举足轻重 。随着 细纱机的技术进步 ,下支承平底 、流体动压轴承结构 的锭子 (以下简称“平底锭子”) 应运而生 。通过对这 种锭子 的 广 泛 测 试 、分 析 、研 究 , 现 以

10、 诺 维 佩 勒( no vi bra) 的 h p2s68 锭子 (见图 4) 为例 ,作一简介 。2图 2td3203 型锭子振动曲线振动 是 锭 子 有 决 定 性 的 最 重 要 的 特 性 , 因 此d3000 系列锭子从 20 世纪 70 年代开始被广泛应用 至今 ;但该系列锭子也有结构上的缺点 ,即下支承结 构不合理 。d3200 系列锭子的下支承结 构 如图 3 , 锭 杆 在h p2s68 锭子上支承 ( 锭子轴承) 为刚性联接 ;2 . 1下支承为粘弹性结构 ,由弹性管 (铣有螺旋槽) 对下纺织器材te xtile acc e s so rie s第 34 卷 第 5 期2

11、007 年 9 月411 【 3】图 5下支承图 4hp2s68 锭子结构图支承产生弹性 ,由弹性管外的卷簧和圈间的锭子油产生阻尼 。这与 d3000 系列锭子的减振系统 完 全 相仿 。所不同的是下支承采用了平底加径向流体动 压轴承替代尖形锭底 ; 上下支承距离由 120 mm 缩 短为 100 mm 。另外 ,纺锭轴承的精度也有所提高 。2 . 2平底锭子的特色是下支承采用平面锭底加径 向流体动压 轴 承 , 它 把 纵 、横 向 支 承 分 开 , 如 图 5 。 平底承载纵向负荷 ,它与锭杆的下端 ( r30) 组成一 对摩擦副 。平面和 r30 的加工性很好 , 可达到很高 的表面粗

12、糙度和 形位 精 度 , 利于 减少 磨 损 、降 低 功 耗 。由于摩擦副间的污物能及时被离心力甩去 , 可 避免磨粒磨损 。径向支承承载横向负荷 , 径向支承相当于流体动压轴承 。压力分布情况如图 6 。图中 f 为扰动力 ; h0 为油膜厚度 ; p 为油膜的反作用力 ; pmax 为最大反作用力 ; e 为位移 ; d1 为支承件内径 。 f 越大 , h0 越薄 , 产生的反作用力 p 越大 。 p 力的 作用使锭杆居中 。另外 , 由于 p 力的存在使锭杆与 支承件 1 被油阻隔 , 不发生直接接触 , 锭子在高速回 转时仅有液体摩擦 , 避免干摩擦 , 有利于减少磨损 、 降低功

13、耗 。它还有一定的阻尼吸振作用 , 可以加强 锭子的承载能力 。图 6油膜压力分布2 . 3 平底锭子两个支承间的距离比 d3000 锭子缩 短 20 mm (即由 120 mm 缩短为 100 mm) ,以弥补由 于采用 6 . 8 mm 小轴承 (原普通锭子轴承的孔径为7 . 8 mm) ,使锭杆随之减细 (指下半段) 所造成的刚 性问题 。上下支承距离的缩小也考虑到锭子的振动和承载能力 。缩小后 ,锭子的临界速度上移 ,对中 、 高速区有利无弊 ;距离缩小后工作速度时振程不增 加 ,且对中小卷装在工作速度时的承载能力满足纺纱需要 。与此同时 ,锭脚也缩短 20 mm 。随油腔容积的 减少

14、 ,每锭的加油量由 8 ml 减至 6 ml ,润滑油的 消耗节约 25 % 。锭子在高速运转时 ,锭杆要与锭脚腔内的润滑油发生摩擦 ,使润滑油急剧地循环运动 ,这些无疑要 消耗能量 。由于平底锭子锭杆与油的接触长度缩短 了 20 mm ,使油阻和油的运动消耗减少 , 有利于节约能耗 。纺织器材te xtile acc e s so rie svol. 34 no . 5sep . 2007【 4 】 412 2 . 4评定锭子的优劣主要要看三大指标 : 振动 、功耗和噪声 。下面归纳大量的实测数据来评述平底锭 子的三大指标 。2 . 4 . 1振动锭子的振动 ,锭与锭间 ,纱管与纱管间 ,甚

15、至同 一锭同一纱管 ,纱管与锭子的相对位置不一样 ,测出 的数据也不一样 ,因此只能做定性分析 。图 7 是 h p2s68 锭 子 的 振 动 曲 线 ( 由 于 与 td3000 锭子的振动曲线所用纱管各 异 , 因此 此 图 不可作对比分析的依据) 。由图可见 , h p2s68 锭子 在中高速区有上佳的振动特性 ; 在低速区表现出振 动不稳定而数值较大 ,尤其是空锭的振程 ,一般要到15 k r/ mi n 以后才趋于稳定 。在示波仪上表现出的 波形如图 8 。图 9锭子功耗对比图系列锭子没有根本区别 ,所以两者在运转时的噪声 也基本相仿 。为了慎重起见 ,我们用在三家即国家 纺织机械

16、质量监督检验中心 ( 具体数据见表 1) 、上 海良纺纺织机械专件有限公司 、昆山拓普纺机专件 有限公司测定的数据进行比照 ,结果一致 。关于噪 声的行业标准 f z 92023 1993 要求 :光锭杆锭子空 锭在 16 kr/ mi n 运转时 ,单锭噪声不大于 70 db 。从 表 1 数据看平底锭子达到此标准没有难度 ,即使在25 kr/ mi n 时也能达到不大于 70 db 的要求 。表 1h p2s68 锭子测定数据表转速功率噪声/ db振程/m背景噪声/ db/ (r min21 ) / w8 00212 00816 00220 00425 0091 . 83 . 15 . 3

17、6 . 010 . 558 . 861 . 164 . 368 . 370 . 0958211121248 . 255 . 655 . 455 . 455 . 52 . 5综合评价h p2s68 平 底 锭 子 ( 与 d3000 系 列 锭 子 比2 . 5 . 1较) 突出的优点 , 一是适宜高速 ( 可达 25 kr/ mi n) ,给使用厂提高速度 、取得较好经济效益提供了大的 发展 空 间 ; 二 是 节 能 。节 能 表 现 在 节 电 10 % 25 % ;节约 润 滑 油 30 %以 上 ; 加 油 周 期 长 , 节 省 劳 力 。2 . 5 . 2 不足之处 : 一是下支承

18、径向轴承间隙很小 ,上 、下支承要求有很好的同轴度 ,制造精度要求高 ; 二是在锭速低于 15 k r/ mi n 时 ,锭子振动 ( 尤其是空 锭时) 不稳 定 , 振 程较 大 , 在 8 k r/ mi n 15 kr/ mi n 范围内使用欠佳 。图 7hp2s68 锭子振动曲线图 82 . 4 . 2功耗hp2s68 锭子波形图我国新一代棉纺高速锭子3图 9 为 h p2s68 锭子与 d3203 锭子空载功耗对比图 ,由于 h p2s68 锭子结构的创新 ,取得了明显的 节能效果 。从测定对比数据中可知 h p2s68 在同一 锭速时功率消耗明显要比 d3203 小 ,并且随锭速升

19、 高 ,节能效果更大 。2 . 4 . 3 噪声h p2s68 锭子的噪声 ,由于吸振系统与 d3000在“2006 中国棉纺织行业技术进步战略学术研讨会”上 ,纺织界的高层领导 、院士 、专家提出了棉纺 织工业“十一五”展望 。“十一五”期间纺织业面临新 的挑战 ,我国将要由纺织大国迈向纺织强国 ,这就需 要自主创新 ,推进技术进步 。新一轮技术改造的目 标是 :高品质 、高劳动生产率 、高速 、低消耗 、零土地 。 具体到棉纺细纱锭子要求 : 高速高效 、节能降耗 、低纺织器材te xtile acc e s so rie s第 34 卷 第 5 期2007 年 9 月413 【 5 】噪

20、少振 。高速高 效 就是 锭速 由 目前 我国 的 15 kr/mi n 左右提高到 20 kr/ mi n ,提高经济效益 20 % ; 节 能降耗即节电 15 %20 % ,降低润滑油的消耗 20 %30 % 。低噪少振即锭子在高速运转时噪声不超过70 db ,满纱时振程低于 0 . 3 mm 。 纺织业新一轮的大发展必须靠自力更生 ,要充分结合国情 。昆山拓普纺机专件有限公司自主开发的 td5100 系列新一代棉纺锭子投放市场 ,为广大 纺织企业带来了福音 。3 . 1 td5100 系列锭子性能分析td5100 系列锭子的结构是取 h p2s68 的优点 ,并改进其缺点使之更适合国情

21、。3 . 1 . 1 改进下支承的径向支承参数 ,使锭子的适纺 速度范围宽至 10 kr/ mi n25 k r/ mi n ( 径向支承结 构见图 10) 。以适应纺织厂及时地更新换代 , 逐步 提速 ,过渡至 20 kr/ mi n 。图 11b/ d 不同时的油压分布曲线越高 , 否则会造成轴与轴壳的轴线不平行 , 轴在轴壳 内不能自由浮动 , 当锭子在高速回转时就达不到理 想的动压 , 上 、下轴均处于异常状态 , 造成轴承发热 。轴承载荷又与成正比 , 即与 n 成正比 , 当 n 在 低速时流体动压轴承的承载能力弱 , 此时也需加大 b 来提高 p 。3 . 1 . 2 将平底与锭

22、胆分离 ,使锭胆不承受纵向力 。3 . 1 . 3平底的优点不单是易加工 ,而且可作适当的 表面处理提高其耐磨性 ,降低摩擦系数 。3 . 1 . 4 在弹性管与锭脚间特设一粘弹性元件增强阻尼 ,提高锭子的承载能力 。td5100 系列锭子设有光杆 、带三个支持器3 . 1 . 5的光杆 、铝杆等多种形式 ,可供用户任意选择 。图 10径向支承液体动压轴承的计算公式之一为 :td5100 系列锭子的三大指标3 . 23 . 2 . 1图 12 为 td5103 锭子振动曲线 ,从图 12 可以看出 td5100 系列锭子的振动规律 、振动状态在10 kr/ mi n 前已趋于稳定 。与图 7

23、对比 , td5103 的 工作速度范围更宽 ,一般在 10 kr/ mi n25 kr/ mi n 。p = 2 bdp式中 :p 轴承载荷 ;润滑油的粘度 ;n轴的角速度 (= 30 , n 为锭子转速) ;b 轴承宽度 ;d 轴瓦和轴颈的公称直径 ;相对间隙 ;p 承载量系数 。由上式可知 ,轴承载荷 ( 即轴承能力) 与 b、d 成 正 比 , 根 据 6 . 8 mm 小 轴 承 , 锭 杆 d 几 何 设 计 为 1 时压力分布的面积较大 。b 尺寸又与制造精度有关 , 因为 b 尺寸越大 , 要求锭子上下轴承的同轴度图 12td5103 锭子振动曲线为了更接近实际 ,我们进一步在

24、细纱机上进行纺织器材te xtile acc e s so rie svol. 34 no . 5sep . 2007【 6 】 414 振程测定 ,并与 td3103 进行比对 (见图 13) 。= 2 19= 20 = 1 . 520 kr/ mi nnn211250当 2 为 22 mm ; n1 为 1 . 520 k r/ mi n 时 ,计算锭子转速 n2 : n2501n2 =1 =1 520 = 17 . 273 kr/ mi n222经过以上计算 ( 不计打滑) 可知 : 如果采用 19mm 小直径锭带盘 ,要求锭速达到 20 kr/ mi n ,则滚 盘转 速 应 达 到

25、1 . 520 kr/ mi n 。滚 盘 转 速 在 1 . 520 kr/ mi n 时 ,就目前纺织厂普遍采用的 22 mm 直径 锭带盘的情况下 , 锭速为 17 . 273 kr/ mi n 。这样 的锭速在我国已有为数不少的纺织厂在正常纺纱 ,也 即滚盘转速 1 . 520 kr/ mi n 是在设计和使用范围内 , 只要采用 19 mm 小直径锭带盘的锭子 ,细纱机锭 速开到 20 kr/ mi n 是完全可行的 。图 13在细纱机上测定的振动曲线从图 13 可以看出 : td5103 锭子无论是空管或 是满管 ,越是高速越显振程小于 td3103 ,进一步说明 td5100 系

26、列锭子更适应高速纺纱 。结束语细纱机科学的提速是我国走向纺织强国的重要 举措之一 。这就是推广节能高速锭子的意义所在 。 用户在考虑经济效益时 ,要算总帐 、算大帐 ,要从获得最大的利益考虑 。采用新一代高速高效 、节能降耗 td5100219 系 列锭子 ,工作速度范围宽 ,便于逐步提速 。如果锭速 提升至 20 kr/ mi n , 初步计算得 到的 经济 效 益将 达 到每锭每年 45 元以上 。4td5100 系列锭子的功耗与 h p2s68 相当 ,3 . 2 . 2可参看图 9 。td5100 系列锭子的噪声也与 h p2s68相当 ,锭速在 25 kr/ mi n 时 ,噪声小于

27、 70 db 。3 . 2 . 3综合评价 td5100 系列锭子通过自主创新 取得以下成效 。3 . 2 . 3 . 1锭子的工作速度范围宽 ,适纺速度 10 kr/mi n25 kr/ mi n ,有利于用户逐步提速 。3 . 2 . 3 . 2锭子可自调轴线 ,运转平稳 ,在工作速度 范围内 ,锭子长期运转时温升正常 。3 . 2 . 3 . 3节电效果 10 %20 % 。3 . 2 . 3 . 4锭速在 25 kr/ mi n 时 ,噪声小于 70 db a 。3 . 2 . 3 . 5下支承平底加流体动压轴承 ,承载能力更 强 ,便于制造 ,高速性能更优 。3 . 2 . 3 .

28、6比 d3000 系列锭子承载运行时 , 尤其高 速时 ,振程更小 ,高速性能更优 。3 . 3细纱机锭速提高至 20 kr/ mi n 的可行性参考文献 : 1 梅自强 . 棉纺织工业“十一五”展望 c / / 2006 中国棉纺 织行业技术进步战略学术研讨会论文集 . 2 李妙福 . 加快科技创新建设创新型棉纺行业 c / / 2006中国棉纺织行业技术进步战略学术研讨会论文集 . 3 上海机械学院 . 机械设计基础 m . 上海 : 上海科学技术 出版社 ,1978 . 4 陈瑞 其 , 吴 文 英 . 纺 纱 锭 子 高 速 的 研 究 j . 纺 织 器 材 ,2005 ,32 (4

29、) :5211 . 5 朱德 昭 . 棉 纺 锭 子 高 速 化 探 讨 j . 纺 织 器 材 , 2007 , 34 (1) :13217 . 6 钱 锡 麟 . 纺 织 器 材 , 任 重 道 远 j . 纺 织 器 材 , 2007 , 34(1) :224 . 7 熊伟 , 刘 亚 典 , 周 献 珠 . 应 用 no vibra 锭 子 纺 纱 的 分 析j . 纺织器材 ,2006 ,33 (4) :41244 . 8 熊伟 ,李刚 . no vibra 锭子在纺纱过程中的应用分析 j .纺织器材 ,2006 ,33 (5 增) :31233 .(下转第 32 页)= 2 n11

30、n2式中 :n1 滚盘转速 ;n2 锭子转速 ;1 滚盘直径 ( 为常数 250) ;2 锭带盘直径 。当 2 为 19 mm ; n2 为 20 kr/ mi n 时 ,计算滚盘 转速 n1 :纺织器材te xtile acc e s so rie svol. 34 no . 5sep . 2007【 32 】 440 c) 为提高道夫针布的“转移 、凝聚”能力 , 可以采用弧形变角齿尖或组合型齿尖 。析 j . 纺织器材 ,2001 ,28 (2) :49251 . 2 徐康民 ,余淑芳 ,葛国伟 . 第二代多功能金属针布的特色 及综合试验分析 j . 纺织器材 ,2006 ,33 (4)

31、 :20222 . 3 唐国礼 . 多功能针布齿条的设计特色及使用效果 j . 纺 织器材 ,1999 ,26 (4) :44245 .参考文献 : 1 徐康民 ,余淑房 . 多功能针布齿条的设计及梳理试验分eff e ct of t he sp e cific atio ns of mcc in relatio n to spinna bilit yof fi be r va ri etie sf ei qi ng( china textile science instit ute ,beijing 100025 ,china)abstract :a nal y si s i s do ne

32、 sy st e maticall y to t he choice of t he new m cc ,t he key ele me nt s i nvol ve d wit h ca r2di ng qualit y ,way of sol vi ng t he p ro ble m s of ca r di ng a nd t ra n sf e ri ng a s welll a s t he p e rfo r ma nce of t he mul2 tif unctio nal a nd unive r sal m cc. co ncl u sio n i s ma de t h

33、at t he multif unctio nal a nd univer sal m cc nee d st ri n2 ge nt equip me nt mai nt e na nce . trial co mp a rative a nal y si s i s su mmerized . the new m cc i s co mp a rativel y a n2 alyzed wit h t he co nt rol gro up so a s to solve t he p ro ble m of t he acco mmo datio n of t he m cc i n t

34、 he docu2me nt . the p ap e r co ncl ude s it self wit h t he co nditio n fo r t he multif unctio nal m cc.key words :new clo t hi ng ;ca r di ng a nd t ra n sf e r ; univer sal ( multif u nctio nal) ; sp ecial(上接第 6 页)the ne w hi2sp e e d spindle fo r cotto n spinningz h u de2zhao( kunsha n tuop u textile special pa rt s co rpo ratio n , kunshan 215316 ,china)abstract :in acco r da nce wit h t he p ro gre ss of t he spi ndle , sugge stio n i s p ut fo r t h fo r mo del spi nni ng , say ,t hespi ndle ha vi ng t he p erfo r ma nce of hi