细纱机三拉双皮圈主牵伸区牵伸结构的优化

细纱机三拉双皮圈主牵伸区牵伸结构的优化

纺织系统的细纺机起吊装置主要由三角形夹口、双皮圈摩擦边界控制装置和摇摆框架压力结构组成。后区是预伸区，主张力区是主要张力区，主张力区承担着张力倍率的张力倍数，完成了总张力中的主要张力作用。其结构数十年来没有大的变化,但围绕牵伸系统中对纤维控制机理和各牵伸元件的改进和革新不断,并取得长足的进展。三罗拉牵伸系统中的两个牵伸区具有不同的分工和功能,只有两者协调配合才能完成牵伸装置的两大任务:实现总牵伸能力和保证总牵伸质量。所有的牵伸工艺(软件)探索和牵伸元件(硬件)变革几乎都是希望在牵伸过程稳定性和锭间一致性良好的前提下完成这两个任务。目前的细纱机牵伸系统基本上都采用三罗拉双短皮圈或长短皮圈弹簧摆动销牵伸结构,对主牵伸区的结构而言,最核心的是双皮圈柔性握持控制结构。本文结合主牵伸区结构形式的变革进程和现状,从主牵伸区双皮圈内和双皮圈外影响摩擦力界的结构因素等方面着手剖析,同时对包括若干专利技术在内的结构创新进行探析,以期探寻更合理的主牵伸区结构。1主牵伸区的牵伸能力和牵伸速度的影响从后牵伸区进入中罗拉钳口的须条,立即受到双皮圈的柔性握持控制,并在主牵伸区得到高倍率的牵伸。主牵伸区的牵伸能力和牵伸质量取决于喂入须条的结构状况和须条中纤维从慢速(中罗拉钳口速度)变为快速(前罗拉钳口速度)纤维的变速点集中度,而后者取决于主牵伸区摩擦力界布置的科学性与合理性,这一点也是随着对牵伸机理认识的提升、牵伸结构的不断优化和牵伸元件的不断改良而进步的。1.1转速点固定技术主牵伸区由中上下罗拉钳口与前上下罗拉钳口所界定,在中上罗拉上套有上皮圈并由上销张紧,使上皮圈在牵伸区中向前延伸,中下罗拉上套有下皮圈并由下销或下销与皮圈张力器张紧,也使下皮圈在牵伸区中向前延伸,上下皮圈结合组成须条柔性握持通道。为了增强上下皮圈对须条握持控制强度,该通道被设置为曲线结构,曲线形态由上下销形态所确定。在上销前部的上下销之间设有可更换的隔距块,以设置上下皮圈间的最小间距,在上销上中部设有弹簧片下压上销和上皮圈使其成为一个可摆动的弹簧销结构。图1、图2分别为采用双短皮圈和长短皮圈的两种双皮圈主牵伸机构的结构。前已所述,牵伸过程中须条中纤维的变速点越是集中,对须条线密度分布的破坏越小。变速点集中是重要的,是保证被牵伸须条在牵伸后线密度变异增量小的关键所在。而在纤维前端变速方式的牵伸结构中,纤维变速点的集中是依赖于变速点的前移而得以实现的,即变速点尽可能地靠近前罗拉钳口。因此切实地做到对各种不同长度纤维的变速点前移也就达到了集中的目的。这一点是改善牵伸品质最基本的机理,因而在纺纱技术的发展历程中,所有的牵伸结构变革都离不开这个基本点。双皮圈柔性握持控制结构给出了纤维变速点前移课题一个良好的技术解决方案,皮圈与纺纱材料良好的静、动摩擦接触,给了纤维以近乎理想的握持和滑动,更重要的是,柔性握持能适应须条结构和性状的变化,而不会产生失控。因而从其诞生至今70年来尚无更好的替代技术。不过发明双皮圈用于牵伸控制当初也许仅直观地想到给予须条一个柔性控制通道,可能没有意识到这个控制通道需要设置更为合理的控制强度分布。因而布置一个合理的摩擦力界强度分布一直是此后不断探索和改良的方向。利用双皮圈柔性握持控制可以帮助从中罗拉钳口进入的须条以慢速方式行进,一直到纤维前端进入前罗拉钳口,纤维以一个较高的速度梯度从慢速纤维转变为快速纤维。但是,须条中的纤维并不是简单的完全平行顺直的单纤维,而是状态各异的纤维组成的纤维束,因而后部已经离开中罗拉钳口强控制、前端尚未进入前罗拉钳口而处于双皮圈柔性握持或位于浮游区的浮游纤维,是发生变速点离散的关键对象,况且纺纱纤维特别是天然纤维的长度和平行伸直度离散性大,这也更易产生变速点离散。对某一根纤维,其变速点的不确定性主要是其运动中的受力矢量和大小的不确定造成的。处在须条较外部的纤维受到上下皮圈的静摩擦控制或动摩擦力拖拉,处在须条较内部的纤维受到纤维间静摩擦控制或动摩擦力引导,变速点位置就是由这些力作用合力的大小和矢量而决定的。1.2绪森hp双短皮圈上销对于双皮圈组成的纤维须条柔性曲线控制通道,从上下皮圈销的变革就可以清楚地看到其革新进程。采用双短皮圈多种牵伸形式的上下销结构,如早年的L销、K2销、S销和E销等一直到绪森HP双短皮圈销及近期研发的JF双短皮圈型式;采用长短皮圈多种牵伸型式的上下销结构,如立达R2P和马佐里的圆弧下销、SKF台阶下销、国内在SKF牵伸基础上发展出的大落差台阶下销、多台阶下销等。在上销方面也有多种材质和技术结构被应用,如钢板固定张力上销、钢板弹性张力上销、尼龙碳纤固定张力上销、尼龙碳纤上部径向弹性张力上销、尼龙碳纤前部径向弹性张力上销、气压加压上销等。下面结合90年代以来的几个典型专利技术加以评析。1.2.1下销口定位块形态双短皮圈牵伸结构是双皮圈柔性握持控制最早应用的一种结构,其主要特征是上下皮圈的上下边构成的锐角角度较小,有利于皮圈钳口前移接近前罗拉钳口,从而缩短浮游区长度,增大前区控制纤维运动的能力,改善成纱质量。河北某申请人921028644号专利申请涉及上皮圈下凸、下皮圈下凹的双短皮圈销结构(图3),主要特征是上销内设置下压定位块将上皮圈中部下压,构成一个下凹的柔性控制皮圈通道,其摩擦力界强度及其分布主要由定位块形态决定。其实该定位块相当于一个倒置的台阶式下销棒(见图4,为图3的局部放大并上下销倒置),并且这也许是一个较早提出大落差台阶式皮圈销的技术方案。江苏某申请人032588453号专利申请涉及上皮圈下凸、下皮圈下凹的双短皮圈销结构(见图5),该结构被称为JF双短皮圈形式,其主要特征是双短皮圈形式和长短皮圈形式可以互换,为工艺变更提供了可以选择的便利,这是一个非常实用的功能结构。但是,对不同长度纤维需要更换不同的皮圈销,这也说明了这种双短皮圈销在纤维长度适纺性方面的局限性。这是采用长度较短的皮圈销和较小的前中罗拉隔距工艺所难以避免的纤维长度适纺性问题。瑞士某申请人200610114829X号、优先权日为2005年8月10日的国外申请涉及一种双短皮圈下销结构(见图6),该下销前沿设有可以滚动的小轴,将下皮圈与下销前端的滑动摩擦改进为滚动摩擦。该技术方案尚未见商业应用。1.2.2提高起毛管理质量对长短皮圈牵伸结构,下销棒截面形态是决定双皮圈摩擦力界的主要因素。瑞士和意大利主机厂商采用的是圆弧形截面的曲线下销棒,德国SKF牵伸形式采用的是台阶与弧形组合的曲线下销棒。在中国,以SKF长短皮圈牵伸结构中,为了适于在前罗拉钳口握持力较强的条件下牵伸力的同步增强,对双皮圈的控制力提出了较高的要求,即必须改进皮圈控制区的摩擦力界强度。天津某申请人021552665和032449003号专利申请涉及改进的T字形下销棒(见图7)。图7中上部曲线顶端至前部平台落差分别为3.0～1.6mm和3.6～1.9mm,而普通下销棒的落差为1.5mm左右,较大的落差使皮圈中部摩擦力界得到了增强,从而改善牵伸质量。江苏某申请人2008200383244号专利申请涉及一种多台阶下销结构(见图8),一方面较高的中部凸起加强了皮圈中部摩擦力界强度;另一方面其与下皮圈的配合呈多点式接触,既可有效控制纤维,又能减少两者的摩擦接触。该技术方案特别适于应用在加大前皮辊前冲量,采用加长上销向前延伸,上、下皮圈不对称配置,如图9所示。这样的上下皮圈握持区设置,既可合理改善整个上下皮圈握持区的摩擦力界布置,又利用向前延伸的上销和上皮圈前端控制浮游区纤维,改善对运动纤维的控制能力,柔和而同步地促使纤维变速点前移,有利于成纱质量进一步提高。这种结构与VC型后区牵伸结构(参阅《上海纺织科技》2008第10～11期:“细纱机三罗拉牵伸系统后区结构现状及创新评析”)组合被称为东飞牵伸系统,其非常适合用于高效工艺,实现提高牵伸能力、改善牵伸质量的目标。1.2.3弹性张紧上皮圈上皮圈的张紧程度和张力稳定性也是影响上皮圈运行的重要因素。浙江某申请人200520127627X号专利申请涉及两种带有张紧结构的尼龙碳纤上销,图10为皮圈上部径向弹性张紧上皮圈的结构,图11为皮圈前部径向弹性张紧上皮圈的结构,弹性张紧上皮圈的技术结构可以使皮圈张力适度,改善皮圈运行稳定性。这两种上销结构已被商业应用。1.3新型中拉克氏体的结构特点中罗拉握持钳口位于后牵伸区与主牵伸区之间,对须条起到承上启下的握持输送作用,上下皮圈运行的驱动力也由此钳口产生。数十年来,上下皮圈运行不同步和上皮圈中部上凹两大问题始终困扰着人们。这两个问题,特别是上下皮圈运行的不同步性,直接与上下皮圈运行驱动力及驱动力与皮圈系统摩擦阻力的适配有关。在增强皮圈驱动力方面,一些技术方案被提出来或采用,如中上罗拉采用铁辊、胶辊或硬质塑料,改变下皮圈内花纹等。中上罗拉改用胶辊后,握持线宽度增加。特别是在有纱条握持的情况下,使用中铁辊时的握持线大幅度变窄,而改用中胶辊后则变化较少。采用中胶辊后,对纱条的握持长度也有所增加。从纵向看,中上罗拉胶辊的弹性使上下皮圈组成的中钳口纵向呈弧形接触,比原来的金属件上罗拉具有较大的握持接触面。从横向看,原来上下皮圈的弹性变形使中罗拉钳口握持须条两边的纤维发散而无外力控制,仅靠须条的剩余捻回和纤维自身联系力抱合。上罗拉改用胶辊后,在压力作用下,弹性变形增大,须条两边的纤维也受到上皮圈的控制。中罗拉钳口的纵向弧形接触和横向密合接触较大程度地增加了下皮圈与下罗拉滚花表面、上皮圈与下皮圈的接触面积,增大了下罗拉对皮圈的驱动力,减少了下皮圈与下罗拉、上皮圈与下皮圈的滑溜,使上下皮圈回转趋于稳定。采用胶辊作为中上罗拉时,胶辊不能太软,太软的胶辊会使中钳口处的皮圈产生横向上凸并向前延伸,影响皮圈中部的摩擦力界。上海某申请人申请的87212525号实用新型专利公开了一种内表面带有凸起细密花纹下皮圈的技术方案(图12)。在压力的作用下,花纹皮圈内表面的花纹与下罗拉滚花表面密切配合,使下罗拉对下皮圈的传动由摩擦传动变为类似于啮合传动,从而较大程度地增大下皮圈的驱动力,同时花纹结构可降低下皮圈与下销棒的摩擦阻力,从而减少下皮圈对下罗拉的滞后,改善牵伸质量,提高成纱品质。内花纹的表面可以为仿天然牛皮皮面、蜂巢、麂皮纹或橘皮纹状等结构。申请号为011165049(优先权日为20000311)的国外申请涉及一种长短皮圈的下皮圈双驱动和啮合驱动的技术方案(图13),图中184为下皮圈驱动罗拉,186为下皮圈张紧压