降低自動繅絲張力的探索

徐昳荃，趙子龍，周國麗，孟 凱

(1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021；2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123)

降低自動繅絲張力的探索

徐昳荃1，趙子龍1，周國麗2，孟 凱1

(1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021；2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123)

在分析絡交運動的基礎上，提出了用復合輕質鼓輪和微孔式絡交器來代替現有瓷式絡交器以降低自動繅絲張力的思路，并對2種新型絡交器的設計原理和方法進行了介紹。

絡交器；繅絲張力；斷裂伸長率

自動繅絲機已在國內外得到廣泛應用。相比立繅機而言，自動繅絲機具有繅絲速度快、勞動強度低等優點。但是，自動繅絲機在結構上比立繅機多3個鼓輪和1個感知器，生絲運動阻力大，再加上繅絲速度快，導致其具有繅絲張力大的缺點。繅絲張力大會降低生絲的斷裂伸長率，進而影響生絲的等級和后道織綢工序的生產。

早在1985年，柳云青等[1]就為緩解繅絲張力，適應織綢要求，研制了一種自動繅絲異常張力緩解裝置，該裝置能夠有效緩解自動繅遇到絲故障時產生的異常張力，并能使生絲斷裂伸長率提高1 %左右。1999年，李廣蘭[2]也提出了通過減小自動繅絲張力來提高生絲斷裂伸長率的觀點，并從優選煮繭工藝、穩定繅絲工藝等方面提出了具體措施。2000年，周海觀等[3]設計了一套以空氣為動力，推動相關鼓輪轉動的裝置

在自動繅絲過程中，生絲的卷繞成形主要依靠絡交工序中絡交器的橫動來完成，目前繅絲企業廣泛使用的絡交器是瓷式絡交器。本課題組在陳慶官的指導下，已研究表明現有瓷式絡交器與濕態生絲間的摩擦力較大，是自動繅絲張力較大的原因之一，并提出了用鼓輪替代絡絞器以降低自動繅絲張力的方法[5]。本文在總結課題組的前期研究基礎上，針對鼓輪跳絲等問題繼續探索降低自動繅絲張力的方法，并提出了用復合輕質鼓輪和微孔式絡交器替代現有瓷式絡絞器的思路。

1 絡交運動分析

在繅絲過程中，絲條在繅絲機上必須有條不紊地、合理地卷繞成一定的形式，以便于后道工序的加工或運輸。生絲的卷繞成形主要由卷取機構和絡交機構來完成，卷取機構B逆時針方向轉動卷取絲條，同時，生絲在固定于絡交機構上的絡交器A的帶動下作橫向往復運動(垂直紙面)，如圖1所示。這樣在卷取機構和絡交機構的共同作用下，生絲絲條以螺旋線的形狀一圈一圈地卷繞，經過若干次絡交往復后，絲層面層層相覆，形成網狀組織的絲片。其中，傳統的絡交器A的外形示意 如圖2所示，一般采用普通陶瓷材料制成。

圖1 生絲卷繞裝置示意Fig.1 Schematic diagram of silk winding device

圖2 傳統絡交器示意Fig.2 Schematic diagram of traditional cross winding device

需要指出的是，若使生絲在絡交器的帶動下進行橫向往復運動，生絲必須要給絡交器一個正壓力，正壓力越大，生絲與絡交器之間的橫向滑動概率越小，生絲卷繞成形越好。然而，正壓力越大時，生絲與絡交器之間沿卷繞方向的動態摩擦力也越大，從而導致生絲的張力也越大。因此，從降低生絲張力的角度來講，生絲與絡交器之間的正壓力應該越小越好。如何在正壓力較小的情況下來保證生絲的橫向往復運動，從而既降低繅絲張力，又不影響生絲的卷繞成形，成為問題的關鍵。

2 絡交器設計

2.1 復合輕質鼓輪

本課題組負責人陳慶官曾發明了一種輕質鼓輪來代替圖2所示的瓷式絡交器，以降低繅絲張力。該輕質鼓輪如圖3所示，其中鼓輪芯軸采用不銹鋼材料制作，其他部分采用ABS樹脂材料制作。芯軸與鼓輪兩翼固定在一起，它們之間無相對運動。芯軸兩端安裝在芯軸螺絲里，整個鼓輪的轉動實際上就是芯軸在芯軸螺絲里的轉動。這樣生絲所受到的阻力就由原來的與瓷式絡交器間的滑動摩擦力轉變成了芯軸與芯軸螺絲間的摩擦阻力。而通過控制鼓輪的體積和采用密度較小的ABS樹脂材料制作鼓輪(主要是降低鼓輪重量)，加上芯軸與芯軸螺絲間的潤滑措施，將會使芯軸與芯軸螺絲間的摩擦阻力達到非常小的數值。

圖3 輕質鼓輪Fig.3 Light drum wheel

通過使用圖3所示的輕質鼓輪來降低自動繅絲張力的效果比較明顯。經測試發現，使用輕質鼓輪后，生絲的平均張力從15 cN降低到了12.6 cN[5]。然而，在實際應用中發現，雖然繅絲張力有所降低，但使用上述輕質鼓輪很容易出現跳絲現象，即生絲從鼓輪中跳出，而且頻率較高，影響正常生產。經分析認為，主要是鼓輪在橫向運動時，鼓輪兩翼與快速運動的生絲之間的接觸造成的，而這種接觸又是必須的，因為鼓輪正是靠兩翼來帶動生絲作橫向往復運動，以保證生絲的卷繞成形的。為解決跳絲問題，提出了如圖4所示的復合輕質鼓輪，即在絡交桿上沿生絲運動方向安裝2個完全一樣的輕質鼓輪，2個鼓輪間的距離及相對高度可調，生絲在2個鼓輪間穿行。

圖4 復合輕質鼓輪示意Fig.4 Schematic diagram of double light drum wheels

由圖4可以看出，生絲要跳出某一個鼓輪必會受到另一個鼓輪的約束，從而可有效解決跳絲問題。但該方法增加了一個鼓輪，必然會增加生絲的摩擦阻力。因此，生絲張力降低程度還要試驗測試來進一步確定。

2.2 微孔式絡交器

絡交器在作橫向往復運動時，要求生絲具有較好的跟隨性。生絲在普通絡交器上的活動空間較大，如果摩擦阻力不夠大，二者容易出現相互滑動，從而造成絡交器的運動軌跡與生絲絡交點的運動軌跡不相符，影響生絲卷繞成形。從這一點出發，提出了微孔式絡交器的設計思路。該絡交器的關鍵部分如圖5所示，中心采用復合氧化鋯材料制作，復合氧化鋯材料具有高強、耐磨、摩擦系數低等優點。課題組通過在氧化鋯中添加納米級粉體，引入Al2O3、Eu2O3等稀土氧化物已成功配置出了該種復合材料，并進行了繅絲用集緒器的制作，獲得了廣泛的應用[7-8]。因此，基于氧化鋯集緒器的研究基礎，新型微孔式絡交器的研制將會比較順利。

圖5 新型微孔式絡交器Fig.5 A new type of cross winding device with a small hole

由于復合氧化鋯材料價格較高，從節約成本的角度考慮，只在微孔式絡交器的中心部分采用該材料，而周圍其他部分可采用ABS樹脂，而且可根據安裝需要制成各種形狀。絡交器中心采用超聲波制孔，中間的圓孔直徑可達(200±3)μm，圓整度高。實際應用中，微孔直徑可根據所繅制生絲纖度來確定，要略大于所繅制生絲直徑，以防增加生絲斷頭。使用圖5所示的絡交器時，生絲從微孔中穿過，由于生絲與絡交器的相對運動空間較小，因此，絡交器在做橫向往復運動時，生絲會具有較好的跟隨性。另一方面，生絲不再需要與絡交器之間產生正壓力即可產生橫向往復運動，從而減小了生絲與絡交器的摩擦阻力，這將會有效降低繅絲張力。在此需要提及的是，隨著生絲的卷繞，卷裝厚度增加，生絲與微孔間的角度也會變化。因此，微孔式絡交器在安裝時要做到與生絲角度可調。

3 結 語

現有瓷式絡交器與濕態生絲的摩擦阻力大是自動繅絲張力大的因素之一。采用復合輕質鼓輪將生絲與瓷式絡交器之間的濕態滑動摩擦轉變為鼓輪芯軸與芯軸螺絲之間的轉動摩擦將會有效降低繅絲張力。另外，采用微孔式復合氧化鋯絡交器，減小生絲與絡交器的相對運動空間，不但有利于生絲的卷繞成形，而且可減小生絲與絡交器之間的摩擦阻力，從而也將會有效降低自動繅絲的張力。

本文在總結前期研究的基礎上，對降低自動繅絲張力作了進一步探索，介紹了2種新型絡交器在降低自動繅絲張力上的可能性，后續將會對這兩種新型的絡交器進行進一步試驗驗證。

[1]柳云青，朱毓秀，陳星山，等．緩解繅絲張力適應織綢要求——介紹一種自動繅異常張力緩解裝置[J].絲綢，1985(4)：14-16．

[2]李廣蘭．如何提高自動繅絲斷裂伸長率[J]．絲綢，1999(3)：15-18．

[3]周海觀，孫秉熔．減小自動繅絲張力的方法和裝置[J]．絲綢，2000(5)：26-27．

[4]李剛．生絲斷裂強度、斷裂伸長率降級原因及防止辦法[J]．絲綢，2009(11)：51．

[5]陳慶官，徐昳荃，丁忠健．減少自動繅絲機繅絲張力的裝置：中國，ZL 101457404[P].2009-06-17．

[6]XU Y Q, MENG K, CHEN Q G. Device for decreasing silk tension using automatic silk reeling machine[C]// Textile Bioengineering and Informatics Symposium Proceedings,Beijing: 2011, 855-858.

[7]史佳麗，陳慶官，丁忠健．利用人造寶石中的氧化鋯制作繅絲瓷眼的嘗試[J]．絲綢，2009(5)：30-31．

[8]周國麗，陳慶官，丁忠健．新型氧化鋯集緒器簡介及使用效果分析[J]．絲綢，2010(1)：66．

Exploration of decrease the tension of outomatic silk reeling

XU Yi-quan1, ZHAO Zi-long1, ZHOU Guo-li2, MENG Kai1

(1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2. National Engineering Laboratory for Modern Silk,Suzhou 215123, China)

This research focused on the cross winding process to decrease the silk reeling tension. Double drum wheel and new cross winding device with a hole are proposed to replace the traditional cross winding device based on the analysis of cross winding mechanical motion, the design principles and methods of which are also introduced in this paper.

Cross winding device; Reeling tension; Breaking elongation

TS142.221+.32

A

1001-7003(2011)09-0025-03

2011-07-03

江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(CX10B_0382)

徐昳荃(1972－ )，男，副研究員，博士研究生，研究方向為纖維集合體加工與檢測。來降低自動繅絲的張力，以提高生絲斷裂伸長率指標。該裝置可減小自動繅絲張力40 %～60 %，但在保證各緒氣流壓力一致性方面比較困難。由此可見，相關學者一直在致力于降低自動繅絲張力、提高生絲斷裂伸長率的研究。雖然生絲斷裂伸長率屬輔助檢驗項目，但2009年5月實施GB 1797－2008《生絲》標準進一步加強了對斷裂伸長率指標的要求[4]，這也使得當前各繅絲企業對降低自動繅絲張力的要求更加迫切。