棉紡環(huán)錠細(xì)紗管底小紗成型技術(shù)研究

韋金平，管幼平,張素香

(1.經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601；2.中原工學(xué)院，鄭州 451191)

0 引言

棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗時(shí)，管紗成型受4個(gè)參數(shù)的制約：細(xì)紗直徑、級(jí)升距離、圈距和短動(dòng)程。牽吊式鋼領(lǐng)板控制機(jī)構(gòu)，為鋼領(lǐng)板提供級(jí)升距離、圈距和短動(dòng)程，這3個(gè)參數(shù)從空管開始到滿管結(jié)束，全程不變；但當(dāng)在動(dòng)力傳輸路線上安裝“凸釘”零件時(shí)，會(huì)在紡小紗段干擾這3個(gè)參數(shù)值，以增大紗管容紗量。

隨著技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)鋼領(lǐng)板運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源升級(jí)為伺服控制系統(tǒng)時(shí)，作為實(shí)體零件的凸釘已失去了存在價(jià)值。通過伺服程序使凸釘電子化，不但能降低制造成本，還能使管底成型實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)、精確控制，因此，量化分析凸釘?shù)淖饔煤苡斜匾猍1]。

1 凸釘在紡紗過程中的作用

牽吊式鋼領(lǐng)板控制機(jī)構(gòu)如圖1所示，其中控制機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力拖拽繞過支撐輪的牽吊帶，帶動(dòng)主分配輪和主分配軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼領(lǐng)板動(dòng)力輪固連在主分配軸上；鋼領(lǐng)板牽吊帶一端卡在鋼領(lǐng)板動(dòng)力輪緣上，另一端和鋼領(lǐng)板連接，如此，鋼領(lǐng)板被牽吊帶牽動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全取決于控制系統(tǒng)。

1—?jiǎng)恿康鯉В?—支撐輪；3—主分配輪；4—凸釘；5—主分配軸；6—鋼領(lǐng)板動(dòng)力輪；7—鋼領(lǐng)板牽吊帶。圖1 牽吊式鋼領(lǐng)板控制機(jī)構(gòu)

如果主分配輪上未安裝凸釘，控制機(jī)構(gòu)所提供的級(jí)升距離、圈距、短動(dòng)程將配合固定的輪系傳動(dòng)比，如實(shí)地傳遞給鋼領(lǐng)板；但凸釘在小紗段，相當(dāng)于增大了主分配輪的徑向尺寸、改變了輪系傳動(dòng)比，傳遞到鋼領(lǐng)板牽吊帶上的這3個(gè)參數(shù)值也降低了，這就是凸釘發(fā)揮作用的機(jī)理。

圖2為環(huán)錠細(xì)紗滿紗管成型示意，圖2a)為無凸釘成型狀態(tài)，圖2b)為有凸釘成型狀態(tài)，可見在相同細(xì)紗參數(shù)和卷裝直徑下，凸釘能使紗管卷繞更多的細(xì)紗。理論上，當(dāng)卷裝直徑達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，凸釘應(yīng)失去作用，這由其在主分配輪上的安裝位置決定[2]。

a) 無凸釘成型 b) 有凸釘成型1—小紗段；2—中紗大紗段；3—紗管。圖2 管底小紗成型比較

2 無凸釘時(shí)管底成型計(jì)算分析

無凸釘時(shí)，細(xì)紗管底小紗成型如圖3所示，細(xì)紗直徑由粗紗狀態(tài)和設(shè)定的牽伸倍數(shù)決定；鋼領(lǐng)板短動(dòng)程在機(jī)械升降時(shí)由機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，電子升降時(shí)由伺服系統(tǒng)設(shè)定；級(jí)升值須根據(jù)紡紗工藝確定。

A—紗管；d—細(xì)紗直徑；e—級(jí)升；h—短動(dòng)程；r—最大成型半徑；R—細(xì)紗管半徑。圖3 管底小紗成型

由細(xì)紗卷繞原理和圖3可知，紡紗開始時(shí)，細(xì)紗開始等圈距n1d向上卷繞，卷繞圈數(shù)為h/(n1d)時(shí)到達(dá)短動(dòng)程高度h；再開始等圈距n2d向下卷繞，卷繞圈數(shù)為(h-e)/(n2d)時(shí)到達(dá)級(jí)升位置，完成第一次升降；以此位置為基礎(chǔ)，再以等圈距n1d向上卷繞圈數(shù)h/(n1d)，以等圈距n2d向下卷繞圈數(shù)(h-e)/(n2d)，依次循環(huán)。其中，n1和n2通常為細(xì)紗直徑的倍數(shù)。每一次卷繞升降完成后，紗線的最低卷繞位置距離最初的起始位置都累計(jì)增加e；第h/e次升降后，管紗徑向尺寸不再增大，筑底過程完成。此時(shí)，管紗在第一次短動(dòng)程h的頂端處，徑向尺寸達(dá)到最大，最大成型半徑r為[2(h/e)-1]d。

由此，筑底成型(卷繞疏密度，上下成型錐角，管紗直徑)和設(shè)定的細(xì)紗直徑、級(jí)升、圈距、短動(dòng)程建立了量化關(guān)系[3]。

3 凸釘作用的量化分析

根據(jù)現(xiàn)用零件的尺寸和位置關(guān)系繪制主分配輪、凸釘和動(dòng)力牽吊帶的幾何模型，如圖4所示。凸釘固裝在主分配輪上，在動(dòng)力牽吊帶(參見圖1)的拖拽下，主分配輪和凸釘一起沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，切點(diǎn)從凸釘上的R1段滑向R2段，最終當(dāng)R2段和主分配輪與支撐輪的外公切線相切，即在雙點(diǎn)畫線位置時(shí)，凸釘失去作用，管底小紗筑底完成，動(dòng)力牽吊帶和主分配輪間的運(yùn)動(dòng)開始存在線性關(guān)系[3]。

1—凸釘；2—牽吊帶；3—主分配輪。圖4 凸釘結(jié)構(gòu)

量化后的動(dòng)力牽吊帶與主分配輪之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖5所示：未安裝凸釘時(shí)，動(dòng)力牽吊帶和主分配輪間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如曲線a；有凸釘干擾時(shí)2者的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如曲線b。其中，OA段是凸釘R1段作用的結(jié)果，AB段是R2段作用的結(jié)果；OA段對(duì)應(yīng)底紗成型過程，而在實(shí)際紡紗過程中，凸釘?shù)腞1段往往不參與筑底過程，R2段也不是全部參于筑底過程，而是通過調(diào)節(jié)其在主分配輪上的安裝位置，只使用曲線b中AB段的一部分來參于筑底過程[4]。

圖5 動(dòng)力牽吊帶和主分配輪運(yùn)動(dòng)關(guān)系

4 結(jié)語

棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)借助凸釘來影響小紗段的級(jí)升距離、圈距和短動(dòng)程紡紗參數(shù)，以完成管底成型，這一過程在一些很古老的棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上都可以追溯到。當(dāng)伺服控制技術(shù)大量應(yīng)用于棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上時(shí)，鋼領(lǐng)板升降系統(tǒng)電子化，凸釘也隨之被更為精準(zhǔn)、智能化的控制程序所替代。詳細(xì)、量化地分析凸釘在底紗成型時(shí)的作用，給出細(xì)紗管底小紗成型時(shí)各參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，能為伺服系統(tǒng)凸釘電子化編程提供準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。