集聚紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角的關(guān)系

蘭天保，楊建成，李新榮，蔣秀明

(天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津　300387)

?

集聚紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角的關(guān)系

蘭天保，楊建成，李新榮，蔣秀明

(天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津300387)

摘要：針對(duì)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)經(jīng)集聚紡技術(shù)改造后原斷面參數(shù)隨之發(fā)生改變，進(jìn)而直接影響紡紗質(zhì)量的問題，通過分析其改造后的導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角的關(guān)系，建立其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，得出集聚紡細(xì)紗機(jī)導(dǎo)紗角為59°～75°的適紡范圍內(nèi)集聚羅拉傾角的取值為45°～51°；合理地安排集聚紡導(dǎo)紗角和集聚羅拉傾角對(duì)降低細(xì)紗斷頭、提高集聚效果具有積極意義，為環(huán)錠細(xì)紗機(jī)進(jìn)行集聚紡技術(shù)改造提供參考，為研制新型集聚紡細(xì)紗機(jī)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：環(huán)錠細(xì)紗機(jī)；集聚紡；導(dǎo)紗角；集聚羅拉傾角；數(shù)學(xué)模型；斷面參數(shù)

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)經(jīng)過集聚紡技術(shù)改造后，細(xì)紗機(jī)原斷面參數(shù)都隨之發(fā)生了改變，例如導(dǎo)紗角、無捻須條包圍角及其弧長(zhǎng)、紡紗段長(zhǎng)度等。因?yàn)橐陨线@些參數(shù)直接影響管紗容量、成紗毛羽、細(xì)紗斷頭率、細(xì)紗接頭操作等，尤其是導(dǎo)紗角發(fā)生變化后影響紡紗質(zhì)量[1]；所以，研究經(jīng)過集聚紡技術(shù)改造后的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角之間的關(guān)系就顯得尤為必要。

在紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的大多數(shù)教材中，關(guān)于細(xì)紗機(jī)斷面參數(shù)的講述較少，且都是研究環(huán)錠紡導(dǎo)紗角與羅拉傾角的關(guān)系[2-3]。上海市紡織工程學(xué)會(huì)劉榮清高工在其論文中，詳細(xì)地討論了羅拉傾角對(duì)無捻須條包圍角及其弧長(zhǎng)的影響[4]，但未研究導(dǎo)紗角與羅拉傾角的關(guān)系，且是在環(huán)錠紡的條件下討論的，并未在集聚紡的條件下進(jìn)行討論。東華大學(xué)唐善石和毛立民在其論文中詳細(xì)推導(dǎo)了細(xì)紗機(jī)斷面結(jié)構(gòu)各參數(shù)的計(jì)算公式，并用數(shù)學(xué)軟件分析得出了相對(duì)較為合理的導(dǎo)紗角取值范圍[5]，但其未對(duì)集聚羅拉傾角與斷面參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行研究。上海市紡織機(jī)械研究所蘇繼偉在其論文中，論述了環(huán)錠細(xì)紗機(jī)集聚紡技術(shù)改造的相關(guān)問題，但未分析導(dǎo)紗角和集聚羅拉傾角的關(guān)系[6]。目前，我國(guó)有近千萬錠環(huán)錠細(xì)紗機(jī)需要進(jìn)行集聚紡技術(shù)改造，即不改變細(xì)紗機(jī)原有牽伸區(qū)的位置和結(jié)構(gòu)，僅在前羅拉鉗口處加裝一個(gè)纖維須條集聚裝置。

綜上，環(huán)錠細(xì)紗機(jī)經(jīng)過集聚紡技術(shù)改造后，導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角之間的關(guān)系，是當(dāng)前有待研究的課題。

1導(dǎo)紗角與集聚羅拉傾角的關(guān)系

在紡紗過程中，前羅拉到導(dǎo)紗鉤間的紗段與導(dǎo)紗鉤水平位置間的夾角即為導(dǎo)紗角。由于導(dǎo)紗角的大小直接影響紗條對(duì)導(dǎo)紗鉤的包圍弧和壓力，這些因素會(huì)導(dǎo)致捻回的傳遞缺陷，增加細(xì)紗斷頭率[1]，因此，必須恰到好處地選擇導(dǎo)紗角以滿足紡紗需要。已有的實(shí)驗(yàn)證明：導(dǎo)紗角的合理范圍應(yīng)為59°～75°[2-4]。

1.1環(huán)錠紡導(dǎo)紗角β

如圖1所示，設(shè)定參數(shù)A為前羅拉中心至錠子中心的水平距離，B為前羅拉中心至導(dǎo)紗鉤的垂直距離，r3為前羅拉的曲率半徑，L為紡紗段長(zhǎng)度，β為導(dǎo)紗角，b1為前羅拉上膠輥向后偏移量，由幾何關(guān)系得公式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

由公式(1)～(3)得環(huán)錠紡導(dǎo)紗角β計(jì)算公式：

(4)

1.2集聚紡導(dǎo)紗角βj

細(xì)紗機(jī)經(jīng)集聚紡技術(shù)改造后，如圖2所示，設(shè)定參數(shù)A為前羅拉中心至錠子中心的水平距離，B為前羅拉中心至導(dǎo)紗鉤的垂直距離，r1、r2為集聚羅拉和集聚羅拉上膠輥的曲率半徑，r3、r4為前羅拉和前羅拉上膠輥的曲率半徑，βj為加裝集聚紡裝置后的導(dǎo)紗角，αj為集聚羅拉傾角，a、h分別為集聚羅拉中心到前羅拉中心的水平距離和垂直距離，Lj為改裝后的紡紗段長(zhǎng)度，α為羅拉傾角，b1為前羅拉上膠輥向后偏移量，b為集聚羅拉上膠輥向前偏移量，由幾何關(guān)系可得公式(5)～(7)。

(5)

(6)

(7)

由公式(5)～(7)得集聚紡導(dǎo)紗角βj的計(jì)算公式：

(8)

1.3集聚羅拉傾角αj

由圖2所示幾何關(guān)系得集聚羅拉傾角計(jì)算公式：

(9)

從圖1、圖2可以看出，不管集聚羅拉如何定位，改裝后的紡紗段長(zhǎng)度比改裝前短，而改裝后的導(dǎo)紗角卻比改造前大，有利于捻回由下向上傳遞。為了提高紡紗段強(qiáng)力，應(yīng)增大紡紗段的捻回傳遞效率，即增大導(dǎo)紗角；但導(dǎo)紗角增大的同時(shí)又帶來弱捻區(qū)長(zhǎng)度和紡紗段紡紗張力增大的消極因素[7]，特別是在大紗時(shí)，由于此時(shí)氣圈缺少?gòu)椥哉{(diào)節(jié)張力的能力，一旦張力發(fā)生突變，就能迅速傳遞到紡紗段，從而產(chǎn)生斷頭[8]。因此，合理設(shè)置導(dǎo)紗角βj具有重要意義。筆者主要研究，在保證導(dǎo)紗角βj在合理值范圍內(nèi)的前提下，推導(dǎo)集聚羅拉傾角αj的最優(yōu)值。為此，建立導(dǎo)紗角βj與集聚羅拉傾角αj的數(shù)學(xué)模型：

(10)

筆者以FA506型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)為例，探討其經(jīng)過集聚紡技術(shù)改造后的最佳導(dǎo)紗角和集聚羅拉傾角之間的關(guān)系。經(jīng)過查閱相關(guān)技術(shù)資料得知，F(xiàn)A506型細(xì)紗機(jī)的斷面參數(shù)[9]如下：

A=75 mm，Bmin=100 mm，Bmax=145 mm，r1=r=12.5 mm，現(xiàn)取目標(biāo)函數(shù)βj為：

(11)

通過公式(11)可以求得βj的取值范圍，并利用MatLab繪制出目標(biāo)函數(shù)的曲線圖[10]。為要求目標(biāo)函數(shù)βj必須在最優(yōu)值范圍內(nèi)，所以取59°<βj<75°時(shí)，我們求出對(duì)應(yīng)的a和h范圍，然后再通過公式(9)確定αj的范圍。

當(dāng)B=100 mm時(shí)，目標(biāo)函數(shù)βj的曲線圖如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)B=100 mm時(shí)，若a大于37.5 mm、h大于40.0 mm，則集聚紡導(dǎo)紗角βj為接近或大于75°，此時(shí)導(dǎo)紗角不在我們?cè)O(shè)定的范圍內(nèi)；所以，a和h應(yīng)分別小于37.5 mm和40.0 mm。

當(dāng)B=145 mm時(shí)，目標(biāo)函數(shù)βj的曲線如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)B=145 mm時(shí)，若a大于25 mm、h大于30 mm，則集聚紡導(dǎo)紗角βj為接近或大于75°，此時(shí)導(dǎo)紗角不在我們?cè)O(shè)定的范圍內(nèi)；所以，a和h應(yīng)分別小于25 mm和30 mm。

綜上所述可以得出，當(dāng)a為15 mm～25 mm、h為15 mm～30 mm，則由公式(9)可以計(jì)算出集聚羅拉傾角αj的較為合理的取值范圍為45°～51°。

當(dāng)然，所確定的集聚羅拉傾角αj的取值范圍還需要通過生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行驗(yàn)證，以便取得更好的優(yōu)化結(jié)果。

2結(jié)論

2.1合理地設(shè)定集聚紡導(dǎo)紗角和集聚羅拉傾角，對(duì)降低細(xì)紗斷頭、提高集聚效果具有積極意義。

2.2不管集聚裝置如何定位，改裝后的紡紗段長(zhǎng)度比改裝前短，而改裝后的導(dǎo)紗角卻比改造前大，這有利于提高捻回的傳遞效率。

2.3集聚紡斷面工藝參數(shù)間相互牽制、相互矛盾,其主要矛盾在導(dǎo)紗角；結(jié)合細(xì)紗斷頭和集聚效果,導(dǎo)紗角盡量偏小掌握。

2.4集聚紡斷面結(jié)構(gòu)布局的安排，應(yīng)考慮到操作的方便性和下部吸風(fēng)管的合理安裝。

2.5集聚羅拉的定位是結(jié)構(gòu)布局的關(guān)鍵，通過優(yōu)化分析可以得到理想的a和h值。

2.6當(dāng)集聚羅拉曲率半徑r1為12.5 mm時(shí)，a為15 mm～25 mm、h為15 mm～30 mm為比較理想的取值，由此可得出較合理的αj取值為45°～51°。

3結(jié)語

筆者分析了導(dǎo)紗角和集聚羅拉傾角的關(guān)系，通過建立數(shù)學(xué)模型，得出合理的集聚羅拉傾角取值范圍，為現(xiàn)有的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)集聚紡技術(shù)改造提供了技術(shù)參考，為設(shè)計(jì)新型集聚紡細(xì)紗機(jī)提供了理論支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐文輝，劉榮清.環(huán)錠細(xì)紗機(jī)斷頭分析與控制[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1986：224-248.

[2] 陳人哲.紡織機(jī)械設(shè)計(jì)原理：上冊(cè)[M].2版.北京：中國(guó)紡織出版社，1996：387-389.

[3] 陳革，楊建成.紡織機(jī)械概論[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2011.

[4] 劉榮清，張偉敏.細(xì)紗機(jī)斷面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].棉紡織技術(shù)，2010，38(2)：16-18.

[5] 唐善石，毛立民.緊密紡斷面結(jié)構(gòu)布局的研究[J].紡織學(xué)報(bào)，2007，28(8)：91-95.

[6] 蘇繼偉.國(guó)產(chǎn)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)緊密紡改造的探討[J].上海紡織科技，2005，33(2)：18-24.

[7] 張文賡，陳銘右，丁壽基,等.加捻過程基本理論[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1983：31-68.

[8] 中國(guó)紡織大學(xué)棉紡教研室.棉紡學(xué)：下冊(cè)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1988：268-304.

[9] 上海紡織控股(集團(tuán))公司，《棉紡手冊(cè)》編委會(huì).棉紡手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)紡織出版社，2004.

[10] 姜建飛，胡良劍，唐儉.數(shù)值分析及其MATLAB實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：199-247.

The Guiding Angle in Relationship to the Bank Angle of the Compact Roller in Compact Spinning Process on the Ring Spinning Frame

LAN Tianbao,YANG Jiancheng,LI Xinrong,Jiang Xiuming

(School of Mechanical Engineering Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China)

Abstract:As to the problems with yarn quality resulting from the specification variation in the origin section through the tech-modification of the compact spinning process on the ring spinning frame.Through the analysis of the guiding angle and the bank angle,a mathematical model is established for the relationship in-between.Conclusion is made that when the guiding angle is within 59°～75°,the bank angle is recommended within 45°～51°.Selection of proper values with the guiding angle and the bank angle is positive to lowering yarn breakage and improving the agglomeration effect,consequently as information in modification of the ring spinning frame with compact spinning process and as theoretical support in development of new spinning frame with compact spinning process.

Key Words:ring spinning frame;compact spinning;guiding angle;bank angle of compact rollers;mathematical model;section parameter

收稿日期：2015-07-25

作者簡(jiǎn)介：蘭天保(1988—)，男，河南平頂山人，碩士研究生，主要從事新型紡織機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化研究。

中圖分類號(hào)：TS104.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-9634(2016)02-0010-03

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-20 11∶09

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1109.018.html