集聚紡紗裝置網(wǎng)格圈傳動方式的改進(jìn)

集聚紡紗裝置網(wǎng)格圈傳動方式的改進(jìn)

1空心平衡紡集束的結(jié)構(gòu)體系20世紀(jì)末，瑞士利達(dá)通訊社的“卡莫紡”出現(xiàn)，是旋轉(zhuǎn)紡織機(jī)和精細(xì)紡織機(jī)結(jié)構(gòu)的革命性發(fā)展。它改變了牽伸機(jī)構(gòu)的前羅拉結(jié)構(gòu),采用了負(fù)壓氣流集束原理,使前羅拉輸出的絮條在完成牽伸過程以后,又將絮條的寬度集束得與成紗直徑相當(dāng),使絮條中纖維在基本平行的狀態(tài)下接受加捻而大大地減少了纖維外露,同時纖維受到的張力基本均勻。其明顯效果是毛羽減少80%,強(qiáng)度提高20%。紗線市場上從此出現(xiàn)了一個新品種——集聚紡緊密紗?？廗44型(見圖1)的原理是科學(xué)的,結(jié)構(gòu)是完美的;絮條在一個稍大的前羅拉上完成了集束過程。集束過程中纖維絮條的速度和前羅拉線速度絕對同步而不存在牽伸,這從結(jié)構(gòu)原理上保證了“集束不牽伸”的原則,集束而不破壞條干。但是,這種理想結(jié)構(gòu)必須要有高精度的機(jī)械制造技術(shù)為后盾,而且由于前羅拉的結(jié)構(gòu)和功能的改變,原本的牽伸機(jī)構(gòu)必須重新安排,很難在原有細(xì)紗機(jī)上改造;因而價格昂貴,增加了紡織企業(yè)的設(shè)備投資,使大部分紡織企業(yè)望而卻步。為了簡化結(jié)構(gòu)、降低售價,研究工作在西歐和日本積極展開。在20世紀(jì)末的巴黎紡機(jī)展上,德國的緒森公司、日本的豐田公司和意大利的馬佐里公司等各自展出了廉價的、適用于老機(jī)改造的集聚紡裝置,從而開始了集聚紡裝置的普及應(yīng)用時代。卡摩紡的結(jié)構(gòu)難點在于結(jié)構(gòu)空間狹小,兩個不同的功能———牽伸和集束都由前羅拉來完成,而且蝸居在羅拉內(nèi)部的吸風(fēng)組件形狀復(fù)雜,只能用不容易精確控制變形(相對于金屬件)的塑料來制造,而它與羅拉內(nèi)壁是一個動態(tài)配合副,要做到不漏氣,又要方便拆卸以便于清潔工作,還要具有完全的互換,其難度是可想而知的。緒森、豐田和馬佐里公司的三種結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計的思路是一樣的,即將集束功能從前羅拉上分離出來,保持原牽伸機(jī)構(gòu)不變。不約而同地想到用“網(wǎng)格圈”替代前羅拉有微孔的表面。立達(dá)(緒森)公司申報的一項未最后實施的專利———US618579081(見圖2中間部分),套在前羅拉和吸風(fēng)管上的一個“網(wǎng)格圈”,其實是空心羅拉結(jié)構(gòu)在空間上的延伸。這種設(shè)計在原理上是一次突破,但結(jié)構(gòu)還不夠合理和簡潔,當(dāng)清潔網(wǎng)格圈時,套在前羅拉上的網(wǎng)格圈拆卸或更換操作顯然不方便,于是又有新的設(shè)計,這就是目前推廣應(yīng)用的緒森公司的“Elite?”。2羅馬網(wǎng)絡(luò)的傳動問題為了簡化結(jié)構(gòu),倚麗紡采用膠輥線接觸摩擦傳動網(wǎng)格圈的方法。根據(jù)機(jī)械原理,這是最簡單的;但是,原理是不合理的、也是最不可靠的一種,因為它犧牲了卡摩紡最重要的一個核心特點———集束時的絮條線速度和前羅拉線速度應(yīng)絕對一致。線接觸摩擦傳動一定存在打滑率,尤其是采用彈性較大的膠輥作為主動方。膠輥的彈性使傳動半徑隨著壓力的變化而變化(見圖3),而壓力又是傳動網(wǎng)格圈摩擦力的主動力(摩擦力和正壓力成正比),這就產(chǎn)生了一個邏輯上的矛盾:正壓力小了,產(chǎn)生的摩擦力不夠,網(wǎng)格圈容易打滑;正壓力大了,橡膠發(fā)生變形致使傳動半徑減小,網(wǎng)格圈速度有損失;而且不穩(wěn)定因素很多,如橡膠硬度、摩擦因數(shù)、紗號粗細(xì)和條干不勻等,使得網(wǎng)格圈速度的穩(wěn)定性難以掌握。為了彌補(bǔ)這個缺點,倚麗紡在設(shè)計上,將膠輥的理論線速度比前羅拉線速度提高5%。目的是保證打滑率在不大于5%的情況下,絮條的前進(jìn)速度不會慢于前羅拉輸出速度,絮條在網(wǎng)格圈上不會發(fā)生堆積而使集束過程中斷。這個由于傳動上的缺陷而不得不采取的補(bǔ)救措施,被誤認(rèn)為是工藝上需要的“集聚牽伸”(如果工藝上需要集聚牽伸,該機(jī)構(gòu)的設(shè)計者已經(jīng)考慮到了,負(fù)壓管上傾斜狀的吸附槽就是為此而設(shè)的,筆者將另文敘述)。還有一個更不合理的因素,實際上在傳動膠輥和網(wǎng)格圈之間還存在纖維絮條,所以上壓輥給于網(wǎng)格圈的線壓力,經(jīng)過須條的壓強(qiáng)是最大的(見圖4)。雖然,在紡細(xì)號紗時,絮條纖維量很少,不至于引起明顯的打滑而影響網(wǎng)格圈速度,因而掩蓋了它的不合理性;但是,纖維的存在相當(dāng)于在摩擦傳動副中增加了固體潤滑劑(纖維和纖維之間也會產(chǎn)生滑移,這和石墨潤滑的作用原理是相似的;集聚紗由于毛羽少,對鋼絲圈的磨損增加,因為紗線表面游離狀態(tài)的毛羽也是一種固體潤滑劑),會引起摩擦力的明顯降低,增加打滑的可能性。由于網(wǎng)格圈所承擔(dān)的任務(wù)是運載已經(jīng)完成牽伸過程的紗線絮條,與輸出羅拉同步前進(jìn),讓氣流對纖維絮條集束直到進(jìn)入加捻區(qū);因此,紡紗工藝對它的要求是:(1)與前羅拉有相同的輸出線速度;(2)無速度波動。目前三羅拉網(wǎng)格圈傳動的方式,從原理上不能理想地滿足集聚紡的基本要求。該裝置的設(shè)計人員不得不采取提高網(wǎng)格圈理論速度來掩蓋這種嚴(yán)重缺陷,其結(jié)果是網(wǎng)格圈運行速度無法精確控制,在大多數(shù)情況下,集聚區(qū)存在過大的意外牽伸;而牽伸是導(dǎo)致破壞條干均勻的一個重要原因。四羅拉的傳動方式,表面上是完全克服了三羅拉的缺點,好像它是由羅拉傳動的,而且還有很大的包角,因而傳動可靠,事實上并非如此;因為雖然網(wǎng)格圈是由羅拉傳動,而且有很大的包角,類似于皮帶傳動;但是,可靠的皮帶傳動必須有較大的初張力,而網(wǎng)格圈不可能有。因為網(wǎng)格圈初張力大,則尖角阻力也大,這也是一種惡性循環(huán)。只能采用小的初張力,主傳動還是要靠上壓輥的正壓力。如圖5所示,上壓輥壓力F使傳動羅拉產(chǎn)生反作用力N,于是在網(wǎng)格圈內(nèi)表面上產(chǎn)生摩擦力Q,這是網(wǎng)格圈的驅(qū)動力。在Q的驅(qū)動下,包圍在羅拉上的網(wǎng)格圈處于松邊狀態(tài),對羅拉的壓力很小(在靠近壓力點處甚至是松弛的),沒有多少摩擦力。這種情況可以說和三羅拉沒有多大差別,只能說略微好一些的是沒有固體潤滑劑的因素。3網(wǎng)格圈傳動造成的破壞倚麗紡的這種傳動原理上的缺陷在紡粗號紗時嚴(yán)重惡化,因為粗號紗絮條的纖維量大,明顯改變了膠輥和網(wǎng)格圈之間的線壓力分布而使壓力集中在中央絮條部分。在紡36.4tex以上粗號棉紗時,經(jīng)過集束后的絮條直徑大于0.25mm(集束后絮條的厚度大約為0.13mm),在這種情況下,上壓輥的壓力幾乎主要是經(jīng)過絮條再壓到網(wǎng)格圈上,傳動網(wǎng)格圈的摩擦力大部分是通過絮條纖維再傳遞的。纖維的固體潤滑劑作用更加明顯,摩擦因數(shù)(橡膠—纖維束—網(wǎng)格圈)顯著減小,并且更加不穩(wěn)定,從而打滑嚴(yán)重,網(wǎng)格圈運行產(chǎn)生速度波動,導(dǎo)致條干均勻度的破壞。為了保證網(wǎng)格圈的傳動,傳統(tǒng)的做法是加大正壓力,使橡膠變形,膠輥兩邊(絮條纖維以外)對網(wǎng)格圈的直接壓力增加,讓它成為摩擦傳動的主要動力,保證網(wǎng)格圈傳動的可靠性;但是,其結(jié)果是網(wǎng)格圈中央部位所受到的壓力進(jìn)一步增大,網(wǎng)格圈中間部位發(fā)生斷裂,嚴(yán)重縮短了網(wǎng)格圈的使用壽命。目前的解決方法是“腳痛醫(yī)腳”,網(wǎng)格圈易損壞就加強(qiáng)網(wǎng)格圈,把原料絲加粗一倍,原來是用直徑為0.08mm錦綸絲制造的改用直徑為0.16mm。錦綸絲的抗剪強(qiáng)度與其直徑的平方成正比,直徑增大1倍,抗剪強(qiáng)度則增加到4倍,表面看來網(wǎng)格圈不容易損壞,問題好像是解決了;但是,實際上隱藏的問題更加嚴(yán)重。錦綸絲的抗彎剛度與其直徑呈三次方的關(guān)系,直徑增大1倍,抗彎剛度增大到8倍,使用粗錦綸絲做的“粗號紗網(wǎng)格圈”的抗彎剛度大大增加,導(dǎo)致網(wǎng)格圈傳動阻力成數(shù)倍地增大,而更容易打滑。為了減小打滑率,只能進(jìn)一步增大上壓輥的壓力,形成了一個層層加碼的惡性循環(huán)。這不僅僅使網(wǎng)格圈的壽命縮短,相應(yīng)零部件的磨損也將明顯增加,例如負(fù)壓管、負(fù)壓管上的耐磨片、膠輥(橡膠易疲勞、老化),特別是細(xì)紗機(jī)前羅拉的傳動齒輪的負(fù)荷成倍加大而導(dǎo)致磨損損壞,這實在是一個得不償失的解決辦法(見圖6)。4世界紡業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀要解決三羅拉集聚紡上述原理中的缺陷問題,當(dāng)然最好是從結(jié)構(gòu)原理上著手,這應(yīng)該成為從事集聚紡裝置研究者(尤其是紡織機(jī)械公司有關(guān)設(shè)計人員)的一個攻關(guān)課題。但問題還在于近10年來網(wǎng)格圈式的集聚紡裝置因其改造容易,價格相對低廉,數(shù)量上獲得了飛速發(fā)展,已經(jīng)成為世界紡織行業(yè)中集聚紡的主體設(shè)備(我國已有400多萬錠),從紡織企業(yè)的設(shè)備管理角度來說,再要改變它的基本結(jié)構(gòu)意味著行業(yè)要付出沉重代價,這是相當(dāng)困難和難以實現(xiàn)的;所以,當(dāng)務(wù)之急是尋找一個簡單的、低成本的解決方案。5紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮現(xiàn)狀,不觸動三羅拉和四羅拉集聚紡的基本結(jié)構(gòu),保持它的機(jī)構(gòu)簡單、適應(yīng)老機(jī)改造的優(yōu)點,唯一低成本的解決辦法是在網(wǎng)格圈上做文章。專利ZL200320122255.2《變密度集束網(wǎng)圈》,就提供了這樣一種低成本的解決方案。變密度集束網(wǎng)格圈(見圖7),是在網(wǎng)格圈寬度方向劃分為三個功能區(qū)域,其兩邊稱為傳動區(qū),采用高密度或較粗、較強(qiáng)的纖維織造,使其厚度大、強(qiáng)度高,能經(jīng)受摩擦傳動的機(jī)械外力作用;其中間部分稱為工作區(qū)或集束區(qū),織物經(jīng)、緯密度和透氣性按照紡紗工藝要求設(shè)計。變密度網(wǎng)格圈的最大優(yōu)點在于:在一般紡細(xì)號紗的情況下,上壓輥對網(wǎng)格圈的線壓力分布呈馬鞍形(見圖8),主要壓力集中在兩邊的傳動區(qū),因此摩擦力也集中在兩邊,好像兩匹馬拉動網(wǎng)格圈,傳動穩(wěn)定性顯然優(yōu)于普通網(wǎng)格圈。如果紡9.7tex棉紗,絮條厚度大約是0.06mm(經(jīng)驗數(shù)據(jù):集束后的絮條寬度是1.5倍~2.0倍的直徑),現(xiàn)在設(shè)計的普通變密度網(wǎng)格圈的傳動區(qū)厚度比工作區(qū)大0.05