高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)設(shè)計

吳云珍，楊丕勇

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)作為一種新型紡紗技術(shù)，因流程短、效率高、用工少等優(yōu)勢而發(fā)展迅速。在取代環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制19.4 tex～11.7 tex紗時，要求紡杯速度達(dá)130 kr/min～150 kr/min，否則難以體現(xiàn)其紡紗經(jīng)濟(jì)性。目前全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)中，賜來福Autocoro9型采用磁懸浮無接觸電機(jī)單獨驅(qū)動、轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)200 kr/min，立達(dá)R60型采用雙滾盤間接軸承傳動、轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)150 kr/min，國產(chǎn)半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)實際紡紗轉(zhuǎn)速均不高于110 kr/min[1]。

軸承是制約轉(zhuǎn)杯速度提高的最大因素。目前，采用高精度陶瓷球軸承取代鋼球軸承[2]，轉(zhuǎn)杯速度也只能達(dá)到120 kr/min，即使研制出150 kr/min的高速軸承，主機(jī)在此高速下完成接頭動作的成功率和接頭質(zhì)量也難以保證。只有轉(zhuǎn)杯、引紗、卷繞以及給棉部件均采取單獨驅(qū)動，才能實現(xiàn)低速接頭(如70 kr/min)，在保證紗線號數(shù)和捻度不變前提下，由PLC控制程序提速到正常紡紗速度(150 kr/min)。轉(zhuǎn)杯速度高、單獨驅(qū)動難實現(xiàn)，須先研發(fā)高速轉(zhuǎn)杯單獨驅(qū)動紡紗器，進(jìn)而研發(fā)轉(zhuǎn)杯速度為130 kr/min～150 kr/min的高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)。

Creo Parametric是PTC核心產(chǎn)品Pro/E的升級版本，是新一代Creo產(chǎn)品系列的參數(shù)化建模軟件。該軟件易于使用、功能強大，可以幫助設(shè)計人員快速開發(fā)優(yōu)質(zhì)新品，利用更高效靈活的3D設(shè)計功能提高工作效率、模型質(zhì)量，減少模型錯誤，輕松處理復(fù)雜的曲面設(shè)計要求。筆者利用Creo Parametric軟件對高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立三維模型并進(jìn)行干涉檢查、機(jī)構(gòu)運動分析，確定出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

1 結(jié)構(gòu)原理

高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器，采用立達(dá)R60型雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)[3]，結(jié)合立達(dá)R35型紡紗器的給棉、分梳結(jié)構(gòu)及經(jīng)緯JWF1618型主機(jī)制造技術(shù)，開發(fā)出一套轉(zhuǎn)杯單獨驅(qū)動、轉(zhuǎn)杯速度為150 kr/min的高速紡紗器。

該高速紡紗器驅(qū)動機(jī)構(gòu)工作原理如圖1所示。

雙滾盤采用電機(jī)單獨驅(qū)動，由350 W直流無刷電機(jī)與雙滾盤組件中其中一組直接聯(lián)接。電機(jī)驅(qū)動滾盤轉(zhuǎn)動時，通過雙滾盤表面與轉(zhuǎn)杯軸間的摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)杯實現(xiàn)加速。同時，通過上方的空氣加壓軸瓦持續(xù)對轉(zhuǎn)杯軸施加壓力，保證轉(zhuǎn)杯不發(fā)生徑向跳動。轉(zhuǎn)杯軸直徑為8 mm，雙滾盤托輪直徑為70 mm，傳動比為1∶8.75，即當(dāng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為150 kr/min時，托輪轉(zhuǎn)速不足18 kr/min。

2 高速紡紗器結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

高速紡紗器整體結(jié)構(gòu)的三維模型，如圖2所示；具體建模步驟如下。

首先，確定轉(zhuǎn)杯位置。根據(jù)R35型紡紗器的輸纖通道與轉(zhuǎn)杯相對位置，確定雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)杯位置，保持轉(zhuǎn)杯頭端距輸纖通道的進(jìn)出位置不變。

其次，設(shè)計高速紡紗器驅(qū)動機(jī)構(gòu)并建立三維模型。高速紡紗器驅(qū)動機(jī)構(gòu)依靠轉(zhuǎn)杯托輪座安裝于主梁內(nèi)側(cè)，通過2個銷軸螺釘與主梁準(zhǔn)確定位，保持與主梁主基準(zhǔn)面一致，再通過2個螺釘與主梁連接。

再次，設(shè)計轉(zhuǎn)杯室面板結(jié)構(gòu)并建立三維模型，如圖3所示。轉(zhuǎn)杯室面板安裝于主梁外側(cè)，通過2個螺釘與主梁連接，排雜支管、鎖緊掛鉤的相對位置保持R35型結(jié)構(gòu)不變，但對工藝支風(fēng)管和接近開關(guān)重新布位，工藝支風(fēng)管位置參考R60型。

最后，設(shè)計掛鉤結(jié)構(gòu)并建立其三維模型。清理轉(zhuǎn)杯需打開紡紗器(與主梁夾角為45°～50°)，為固定此時紡紗器的位置，設(shè)計新掛鉤結(jié)構(gòu)，將其安裝在原有R35型紡紗器殼體轉(zhuǎn)杯室的兩個銷軸處，同時實現(xiàn)沿銷軸轉(zhuǎn)動。在紡紗器打開約50°時，掛鉤末端正好定位在主梁內(nèi)側(cè)，從而使紡紗器位置得到固定。此結(jié)構(gòu)還可以保證擋車工的操作安全性。

2.2 驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 轉(zhuǎn)杯托輪座結(jié)構(gòu)設(shè)計

高速紡紗器驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計中，關(guān)鍵是轉(zhuǎn)杯托輪座的結(jié)構(gòu)設(shè)計。轉(zhuǎn)杯托輪座選用壓鑄鋁材，結(jié)構(gòu)如圖4所示。設(shè)計需考慮：轉(zhuǎn)杯托輪座相對主梁定位面的安裝基準(zhǔn)、雙滾盤托輪軸承的定位基準(zhǔn)、轉(zhuǎn)杯軸空氣加壓軸瓦的定位基準(zhǔn)、轉(zhuǎn)杯軸向空氣止推軸承的定位孔基準(zhǔn)以及電機(jī)的定位基準(zhǔn)，保證相對位置的準(zhǔn)確性。

2.2.2 空氣加壓軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計

轉(zhuǎn)杯高速運轉(zhuǎn)時，通過空氣止推軸承產(chǎn)生的空氣壓力作用于轉(zhuǎn)杯軸端面，以平衡轉(zhuǎn)杯受到的軸向力。當(dāng)轉(zhuǎn)杯軸的徑向未得到約束時，轉(zhuǎn)杯可能會產(chǎn)生徑向跳動。在以往的龍帶傳動中，龍帶對轉(zhuǎn)杯軸的徑向壓力保證轉(zhuǎn)杯不會發(fā)生徑向跳動；筆者介紹的高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器，因采用電機(jī)單獨驅(qū)動、雙滾盤間接軸承傳動方式，取代了龍帶傳動結(jié)構(gòu)，所以必須攻克轉(zhuǎn)杯軸徑向跳動問題。

借鑒用空氣止推軸承產(chǎn)生的空氣壓力來平衡轉(zhuǎn)杯軸向力的方法，筆者創(chuàng)新設(shè)計了空氣加壓軸瓦結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該結(jié)構(gòu)工作原理與空氣止推軸承相似，在軸瓦上方通入空氣，利用空氣彈性勢能產(chǎn)生的徑向力作用于轉(zhuǎn)杯軸，使轉(zhuǎn)杯軸不產(chǎn)生徑向跳動。通過改變氣壓大小，保證轉(zhuǎn)杯在不同轉(zhuǎn)速下不丟速。此結(jié)構(gòu)中，無機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)杯軸的磨損程度及能耗降低，轉(zhuǎn)杯軸精度始終保持穩(wěn)定。

2.3 機(jī)構(gòu)運動仿真

2.3.1 全局干涉分析

高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，在Creo Parametric中裝配并進(jìn)行靜態(tài)全局干涉分析，檢查存在的干涉零件，尋找產(chǎn)生原因，并對零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，確保不再發(fā)生干涉問題。

2.3.2 機(jī)構(gòu)運動分析

在Creo Mechanism機(jī)構(gòu)運動模塊中，對高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動仿真和運動干涉分析[4]。如圖2所示，該高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分以紡紗器支承桿為中心做旋轉(zhuǎn)運動，掛鉤以轉(zhuǎn)杯室銷軸為中心做旋轉(zhuǎn)運動。

首先，需對高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分與掛鉤分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配，設(shè)置連接軸屬性，建立零件間的銷釘連接關(guān)系；之后使用拖動功能檢查定義是否正確，是否可以按設(shè)計的方式運動。其次，創(chuàng)建機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)，確定伺服電機(jī)的運動方向以及運動軸速度。最后，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動仿真分析，實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運動模擬，并對運動結(jié)果進(jìn)行干涉檢測。

通過機(jī)構(gòu)運動仿真分析，驗證了該高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)的合理性。

3 設(shè)計創(chuàng)新點

3.1 與立達(dá)R35型、R60型紡紗器有機(jī)融合

該高速紡紗器由旋轉(zhuǎn)和固定兩部分組成，旋轉(zhuǎn)部分采用立達(dá)R35型紡紗器給棉、分梳結(jié)構(gòu)，固定部分(即轉(zhuǎn)杯傳動部分)采用立達(dá)R60型雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計轉(zhuǎn)杯室面板結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了2部分的有機(jī)融合。此外，采用電機(jī)單獨驅(qū)動、空氣軸瓦徑向加壓，取代了R60型龍帶傳動方式。

3.2 與JWF1618型主機(jī)融合

在保持主機(jī)整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，結(jié)合JWF1618型半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)結(jié)構(gòu)，合理布局轉(zhuǎn)杯室面板、轉(zhuǎn)杯托輪座、雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)、電機(jī)位置等，實現(xiàn)高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)與JWF1618型主機(jī)的融合。

4 結(jié)語

基于Creo Parametric強大設(shè)計功能，通過與立達(dá)R35型紡紗器及JWF1618型主機(jī)融合，創(chuàng)新性設(shè)計出高速半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)，有效縮短設(shè)計流程，節(jié)約設(shè)計時間，降低試制成本。新型紡紗器結(jié)構(gòu)采用雙滾盤間接軸承傳動、電機(jī)單獨驅(qū)動，轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)到150 kr/min，為實現(xiàn)半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)在低速下接頭、高速下紡紗提供核心部件設(shè)計方案和技術(shù)支持。