降低自動(dòng)繅絲張力的探索

徐昳荃，趙子龍，周?chē)?guó)麗，孟 凱

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215123)

降低自動(dòng)繅絲張力的探索

徐昳荃1，趙子龍1，周?chē)?guó)麗2，孟 凱1

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215123)

在分析絡(luò)交運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，提出了用復(fù)合輕質(zhì)鼓輪和微孔式絡(luò)交器來(lái)代替現(xiàn)有瓷式絡(luò)交器以降低自動(dòng)繅絲張力的思路，并對(duì)2種新型絡(luò)交器的設(shè)計(jì)原理和方法進(jìn)行了介紹。

絡(luò)交器；繅絲張力；斷裂伸長(zhǎng)率

自動(dòng)繅絲機(jī)已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。相比立繅機(jī)而言，自動(dòng)繅絲機(jī)具有繅絲速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。但是，自動(dòng)繅絲機(jī)在結(jié)構(gòu)上比立繅機(jī)多3個(gè)鼓輪和1個(gè)感知器，生絲運(yùn)動(dòng)阻力大，再加上繅絲速度快，導(dǎo)致其具有繅絲張力大的缺點(diǎn)?？壗z張力大會(huì)降低生絲的斷裂伸長(zhǎng)率，進(jìn)而影響生絲的等級(jí)和后道織綢工序的生產(chǎn)。

早在1985年，柳云青等[1]就為緩解繅絲張力，適應(yīng)織綢要求，研制了一種自動(dòng)繅絲異常張力緩解裝置，該裝置能夠有效緩解自動(dòng)繅遇到絲故障時(shí)產(chǎn)生的異常張力，并能使生絲斷裂伸長(zhǎng)率提高1 %左右。1999年，李廣蘭[2]也提出了通過(guò)減小自動(dòng)繅絲張力來(lái)提高生絲斷裂伸長(zhǎng)率的觀點(diǎn)，并從優(yōu)選煮繭工藝、穩(wěn)定繅絲工藝等方面提出了具體措施。2000年，周海觀等[3]設(shè)計(jì)了一套以空氣為動(dòng)力，推動(dòng)相關(guān)鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置

在自動(dòng)繅絲過(guò)程中，生絲的卷繞成形主要依靠絡(luò)交工序中絡(luò)交器的橫動(dòng)來(lái)完成，目前繅絲企業(yè)廣泛使用的絡(luò)交器是瓷式絡(luò)交器。本課題組在陳慶官的指導(dǎo)下，已研究表明現(xiàn)有瓷式絡(luò)交器與濕態(tài)生絲間的摩擦力較大，是自動(dòng)繅絲張力較大的原因之一，并提出了用鼓輪替代絡(luò)絞器以降低自動(dòng)繅絲張力的方法[5]。本文在總結(jié)課題組的前期研究基礎(chǔ)上，針對(duì)鼓輪跳絲等問(wèn)題繼續(xù)探索降低自動(dòng)繅絲張力的方法，并提出了用復(fù)合輕質(zhì)鼓輪和微孔式絡(luò)交器替代現(xiàn)有瓷式絡(luò)絞器的思路。

1 絡(luò)交運(yùn)動(dòng)分析

在繅絲過(guò)程中，絲條在繅絲機(jī)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(yùn)輸。生絲的卷繞成形主要由卷取機(jī)構(gòu)和絡(luò)交機(jī)構(gòu)來(lái)完成，卷取機(jī)構(gòu)B逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)卷取絲條，同時(shí)，生絲在固定于絡(luò)交機(jī)構(gòu)上的絡(luò)交器A的帶動(dòng)下作橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)(垂直紙面)，如圖1所示。這樣在卷取機(jī)構(gòu)和絡(luò)交機(jī)構(gòu)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(jīng)過(guò)若干次絡(luò)交往復(fù)后，絲層面層層相覆，形成網(wǎng)狀組織的絲片。其中，傳統(tǒng)的絡(luò)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(tǒng)絡(luò)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(luò)交器的帶動(dòng)下進(jìn)行橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，生絲必須要給絡(luò)交器一個(gè)正壓力，正壓力越大，生絲與絡(luò)交器之間的橫向滑動(dòng)概率越小，生絲卷繞成形越好。然而，正壓力越大時(shí)，生絲與絡(luò)交器之間沿卷繞方向的動(dòng)態(tài)摩擦力也越大，從而導(dǎo)致生絲的張力也越大。因此，從降低生絲張力的角度來(lái)講，生絲與絡(luò)交器之間的正壓力應(yīng)該越小越好。如何在正壓力較小的情況下來(lái)保證生絲的橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而既降低繅絲張力，又不影響生絲的卷繞成形，成為問(wèn)題的關(guān)鍵。

2 絡(luò)交器設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)合輕質(zhì)鼓輪

本課題組負(fù)責(zé)人陳慶官曾發(fā)明了一種輕質(zhì)鼓輪來(lái)代替圖2所示的瓷式絡(luò)交器，以降低繅絲張力。該輕質(zhì)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(shù)脂材料制作。芯軸與鼓輪兩翼固定在一起，它們之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。芯軸兩端安裝在芯軸螺絲里，整個(gè)鼓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際上就是芯軸在芯軸螺絲里的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣生絲所受到的阻力就由原來(lái)的與瓷式絡(luò)交器間的滑動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)變成了芯軸與芯軸螺絲間的摩擦阻力。而通過(guò)控制鼓輪的體積和采用密度較小的ABS樹(shù)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(rùn)滑措施，將會(huì)使芯軸與芯軸螺絲間的摩擦阻力達(dá)到非常小的數(shù)值。

圖3 輕質(zhì)鼓輪Fig.3 Light drum wheel

通過(guò)使用圖3所示的輕質(zhì)鼓輪來(lái)降低自動(dòng)繅絲張力的效果比較明顯。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，使用輕質(zhì)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(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，雖然繅絲張力有所降低，但使用上述輕質(zhì)鼓輪很容易出現(xiàn)跳絲現(xiàn)象，即生絲從鼓輪中跳出，而且頻率較高，影響正常生產(chǎn)。經(jīng)分析認(rèn)為，主要是鼓輪在橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鼓輪兩翼與快速運(yùn)動(dòng)的生絲之間的接觸造成的，而這種接觸又是必須的，因?yàn)楣妮喺强績(jī)梢韥?lái)帶動(dòng)生絲作橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以保證生絲的卷繞成形的。為解決跳絲問(wèn)題，提出了如圖4所示的復(fù)合輕質(zhì)鼓輪，即在絡(luò)交桿上沿生絲運(yùn)動(dòng)方向安裝2個(gè)完全一樣的輕質(zhì)鼓輪，2個(gè)鼓輪間的距離及相對(duì)高度可調(diào)，生絲在2個(gè)鼓輪間穿行。

圖4 復(fù)合輕質(zhì)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(gè)鼓輪必會(huì)受到另一個(gè)鼓輪的約束，從而可有效解決跳絲問(wèn)題。但該方法增加了一個(gè)鼓輪，必然會(huì)增加生絲的摩擦阻力。因此，生絲張力降低程度還要試驗(yàn)測(cè)試來(lái)進(jìn)一步確定。

2.2 微孔式絡(luò)交器

絡(luò)交器在作橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求生絲具有較好的跟隨性。生絲在普通絡(luò)交器上的活動(dòng)空間較大，如果摩擦阻力不夠大，二者容易出現(xiàn)相互滑動(dòng)，從而造成絡(luò)交器的運(yùn)動(dòng)軌跡與生絲絡(luò)交點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不相符，影響生絲卷繞成形。從這一點(diǎn)出發(fā)，提出了微孔式絡(luò)交器的設(shè)計(jì)思路。該絡(luò)交器的關(guān)鍵部分如圖5所示，中心采用復(fù)合氧化鋯材料制作，復(fù)合氧化鋯材料具有高強(qiáng)、耐磨、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。課題組通過(guò)在氧化鋯中添加納米級(jí)粉體，引入Al2O3、Eu2O3等稀土氧化物已成功配置出了該種復(fù)合材料，并進(jìn)行了繅絲用集緒器的制作，獲得了廣泛的應(yīng)用[7-8]。因此，基于氧化鋯集緒器的研究基礎(chǔ)，新型微孔式絡(luò)交器的研制將會(huì)比較順利。

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

由于復(fù)合氧化鋯材料價(jià)格較高，從節(jié)約成本的角度考慮，只在微孔式絡(luò)交器的中心部分采用該材料，而周?chē)渌糠挚刹捎肁BS樹(shù)脂，而且可根據(jù)安裝需要制成各種形狀。絡(luò)交器中心采用超聲波制孔，中間的圓孔直徑可達(dá)(200±3)μm，圓整度高。實(shí)際應(yīng)用中，微孔直徑可根據(jù)所繅制生絲纖度來(lái)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(luò)交器時(shí)，生絲從微孔中穿過(guò)，由于生絲與絡(luò)交器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間較小，因此，絡(luò)交器在做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，生絲會(huì)具有較好的跟隨性。另一方面，生絲不再需要與絡(luò)交器之間產(chǎn)生正壓力即可產(chǎn)生橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而減小了生絲與絡(luò)交器的摩擦阻力，這將會(huì)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(huì)變化。因此，微孔式絡(luò)交器在安裝時(shí)要做到與生絲角度可調(diào)。

3 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)有瓷式絡(luò)交器與濕態(tài)生絲的摩擦阻力大是自動(dòng)繅絲張力大的因素之一。采用復(fù)合輕質(zhì)鼓輪將生絲與瓷式絡(luò)交器之間的濕態(tài)滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)楣妮喰据S與芯軸螺絲之間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦將會(huì)有效降低繅絲張力。另外，采用微孔式復(fù)合氧化鋯絡(luò)交器，減小生絲與絡(luò)交器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間，不但有利于生絲的卷繞成形，而且可減小生絲與絡(luò)交器之間的摩擦阻力，從而也將會(huì)有效降低自動(dòng)繅絲的張力。

本文在總結(jié)前期研究的基礎(chǔ)上，對(duì)降低自動(dòng)繅絲張力作了進(jìn)一步探索，介紹了2種新型絡(luò)交器在降低自動(dòng)繅絲張力上的可能性，后續(xù)將會(huì)對(duì)這兩種新型的絡(luò)交器進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1]柳云青，朱毓秀，陳星山，等．緩解繅絲張力適應(yīng)織綢要求——介紹一種自動(dòng)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(dòng)繅絲斷裂伸長(zhǎng)率[J]．絲綢，1999(3)：15-18．

[3]周海觀，孫秉熔．減小自動(dòng)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(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率降級(jí)原因及防止辦法[J]．絲綢，2009(11)：51．

[5]陳慶官，徐昳荃，丁忠?。疁p少自動(dòng)繅絲機(jī)繅絲張力的裝置：中國(guó)，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?。萌嗽鞂毷械难趸喼谱骺壗z瓷眼的嘗試[J]．絲綢，2009(5)：30-31．

[8]周?chē)?guó)麗，陳慶官，丁忠?。滦脱趸喖w器簡(jiǎn)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(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CX10B_0382)

徐昳荃(1972－ )，男，副研究員，博士研究生，研究方向?yàn)槔w維集合體加工與檢測(cè)。來(lái)降低自動(dòng)繅絲的張力，以提高生絲斷裂伸長(zhǎng)率指標(biāo)。該裝置可減小自動(dòng)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(jiàn)，相關(guān)學(xué)者一直在致力于降低自動(dòng)繅絲張力、提高生絲斷裂伸長(zhǎng)率的研究。雖然生絲斷裂伸長(zhǎng)率屬輔助檢驗(yàn)項(xiàng)目，但2009年5月實(shí)施GB 1797－2008《生絲》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率指標(biāo)的要求[4]，這也使得當(dāng)前各繅絲企業(yè)對(duì)降低自動(dòng)繅絲張力的要求更加迫切。