06Cr19Ni10鋼帶凸盤式紗管輸送機構在棉紡環錠細紗機集體落紗的應用

李永江,陳連光,韋金平

(1.巢湖雅戈爾色紡科技有限公司,安徽 巢湖 238000;2.經緯智能紡織機械有限公司,山西 晉中 030601)

0 引言

棉紡環錠細紗機集體落紗系統的紗管輸送機構目前有氣缸凸盤式和鋼帶凸盤式2種,且以氣缸凸盤式技術比較成熟,在長車領域多有應用;但其氣缸活塞有空回程動作,使紗管間歇性傳輸;落紗過程中需要中間位管栓臨時存放滿紗管、動作過程繁瑣,以至每次空、滿紗管交換耗時太多。因為隨著錠數增多,空、滿紗管交換所需時間成比例增加,若紡紗時間小于空滿紗管交換時間,則停機等待時間長,嚴重影響生產效率。而鋼帶凸盤式可以連續輸送紗管,無須中間位管栓,落紗動作簡單快速,特別是空、滿紗管交換所需時間較少,這對超長細紗機尤為重要,只是所用鋼帶材料的特性與要求尚需研究。

1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構在棉紡環錠細紗機集體落紗系統中的工作原理

鋼帶在棉紡環錠細紗機上的工作原理,如圖1所示。其中,長度l由細紗機車尾尺寸和錠數決定,寬度w由細紗機橫截面相關結構決定,機器的頭、尾端各有一對主動輪和從動輪,且至少有一端的輪座可以調節長度以撐緊鋼帶;鋼帶和傳動輪間靠鋼帶撐緊后產生的摩擦力傳動,管栓座以恰當的方式固定在鋼帶上一起運動,同時對鋼帶有一定的支撐作用。

圖1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構原理

鋼帶與管栓的結構,如圖2所示。螺釘將管栓托座固定在鋼帶上,使二者同時動作;鋼帶下部卡在導軌上,既可避免鋼帶受力扭轉,導軌又承載了鋼帶的質量;而托座上部則帶動滿紗管栓、凸盤和空紗管栓在導軌的上表面滑行。因此,鋼帶需克服凸盤底面和導軌面間的摩擦力以及管栓托座和導軌間的摩擦力運動[1]。

圖2 鋼帶與管栓

2 06Cr19Ni10鋼帶的應用

2.1 鋼帶凸盤式紗管輸送機構受力分析

06Cr19Ni10(舊鋼號為0Cr18Ni9)為奧氏體不銹鋼,其力學性能優,在機械工業中應用量大、使用范圍廣;在半冷作硬化狀態下,其抗拉強度Rm可達到1035 MPa,楊氏彈性模量為193 GPa,是棉紡環錠細紗機集體落紗系統用鋼帶優先考慮的材質[2]。

鋼帶運轉首先要克服相關零件接觸面間因重力作用產生的摩擦力,根據圖2的安裝結構,可粗略計算如下:設每錠對應的鋼帶、螺釘、管栓托座、滿紗管座和凸盤的質量總和為m1,空紗管質量為m2,滿紗管質量為m3,管栓托座和導軌間、凸盤底面和導軌上表面間的摩擦因數均為μ1,重力加速度為g,則單錠最大靜摩擦力F1為:

JWF1568型超長棉紡環錠細紗機,以紡純棉的卷裝直徑為39 mm、升降高度為180 mm的配置為例,則m1為152.1 g,m2為39.6 g,m3為120.0 g,μ1實測值為0.3,帶入式(1)算出F1為0.916 398 N;細紗機單側為912錠,對應的最大靜摩擦力F2為835.8 N;傳動輪撐緊鋼帶產生預緊力F3;當傳動輪開始轉動時,在預緊力F3的作用下,產生摩擦力F4帶動鋼帶運動。因此,F3決定鋼帶與傳動輪間是否打滑。理論分析,最大臨界摩擦力F4不小于F2才可拉動鋼帶,由柔韌體摩擦的歐拉公式可推導出:

式(2)中:

e——自然對數的底;

μ2——傳動輪與鋼帶間的最大靜摩擦因數;

θ——鋼帶和傳動輪間的包角/rad。

取F4＝F2,μ2＝0.8,θ＝0.25π(該值由設計結構決定),代入式(2)計算出鋼帶所需的預緊力F3為1 373.7 N;在拉動鋼帶的瞬間,鋼帶緊邊承受的最大拉力(F5＝F2＋F3)為2 209.1 N,鋼帶最小受力面積為6.4 mm2,由此可計算出鋼帶最薄弱處的拉應力為345.17 MPa,遠小于半冷作硬化狀態的抗拉強度。因此,如果僅從抗拉強度方面進行考慮,06Cr19Ni10鋼帶的安全域度很大,在棉紡環錠細紗機集體落紗系統中應用是可行的[3-5]。

當最大拉力為F5時,根據該材料楊氏彈性模量求出一側鋼帶的縱向彈性伸長量為13.4 mm。這是個不利因素,因為若鋼帶的長度發生彈性伸長并累積后,會使集落系統的紗管與紗管抓手錯位;但該不利因素可以通過調節以彌補,將分段的鋼帶通過鋼帶接頭聯接在一起,根據棉紡環錠細紗機的錠數將鋼帶承受最大拉力所造成的彈性變形,考慮到鋼帶管栓托座孔間的公差及鋼帶接頭上聯接孔尺寸的公差中。

2.2 細紗車間溫度對鋼帶長度的影響

熱脹冷縮是物體的一種基本性質,而車間溫度的變化對鋼帶運行狀態的影響很大。06Cr19Ni10鋼帶的線性熱膨脹系數為17.2×10-6/℃,設單側鋼帶長度為65 665 mm,則車間溫度每上升1℃,鋼帶自然伸長量為1.13 mm。

根據紗管、管栓的結構尺寸,以及現場經驗可知,紗管抓手往管栓上插滿管和從管栓上取空管時,當管栓中心與抓手中心距的偏差為6 mm時,將會導致鋼帶運行困難。由此可見,在此熱膨脹系數下,車間溫度的波動范圍決定了鋼帶的可用長度,若車間溫度波動大,不但會造成紗管抓手與管栓錯位,而且會影響鋼帶的預緊力而造成打滑。一般棉紡環錠細紗機機身越長,鋼帶就越長,對車間的溫度控制要求應越嚴格。

3 結語

06Cr19Ni10鋼帶凸盤式紗管輸送機構輸送紗管效率高,空、滿管交換用時短,落紗動作步驟少,有利于超長型棉紡環錠細紗機上的紗管輸送;但是,06Cr19Ni10材料自身彈性模量、熱膨脹系數等,也給生產帶來新的挑戰。從計算結果看,生產中應盡可能減小鋼帶運行時受到的摩擦力,并減小細紗車間環境溫度的波動,這是鋼帶正常運行的基本保證,也是對結構設計和棉紡環錠細紗機車間溫度管理的新要求。