搖架三種典型握持機構(gòu)的性能比較

俞宏圖

(a.湖南文理學(xué)院，湖南 常德 415000；b.常德圓心機械有限公司，湖南 常德 415200)

0 引言

搖架是環(huán)錠細(xì)紗機、粗紗機上紡紗牽伸系統(tǒng)的核心專件，其基本作用是對牽伸羅拉加壓并對上羅拉膠輥、上銷握持定位[1]，因此，加壓性能及對上羅拉膠輥的握持性能成為搖架兩個重要技術(shù)性能指標(biāo)[2]。筆者對幾種搖架典型上羅拉膠輥握持機構(gòu)進行分析比較，以期為搖架制造企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)提供參考、為用戶對搖架選型提供依據(jù)。

1 搖架握持機構(gòu)的作用及性能要求

1.1 搖架上羅拉膠輥握持機構(gòu)的主要作用

搖架上羅拉膠輥握持機構(gòu)的作用為：① 保證上羅拉膠輥軸線與對應(yīng)下羅拉軸線的平行度；② 保證同一套搖架所對應(yīng)的兩錠間加壓均衡；③ 作為上羅拉膠輥及上銷的載體，保證在搖架掀起過程中及維持掀起狀態(tài)下上羅拉膠輥不會從搖架握持爪中脫落，以方便擋車及清潔。

1.2 搖架上羅拉握持機構(gòu)的性能要求

從搖架上羅拉握持機構(gòu)的作用及工作形式看，其性能要求有：① 三線平行度優(yōu)良且穩(wěn)定；② 滿足兩錠間均衡分壓要求；③ 對上羅拉膠輥握持可靠，無上羅拉膠輥意外脫落；④ 上羅拉膠輥裝卸輕松；⑤ 為上羅拉膠輥提供良好工作條件；⑥ 使用壽命長。

2 搖架握持機構(gòu)的分類

根據(jù)搖架上羅拉膠輥握持爪對上羅拉膠輥軸握持寬度，可將上羅拉膠輥握持機構(gòu)分為寬握持和窄握持。根據(jù)現(xiàn)有搖架對上羅拉膠輥的幾種典型握持機構(gòu)及其對上羅拉膠輥軸的銜夾方式，又將其分為夾簧握持型、塑膠塊握持型和自鎖握持型。

2.1 夾簧握持型

夾簧握持是目前應(yīng)用最廣的握持型式，YJ2系列搖架、YJ4系列搖架、PK2025系列搖架、QYJ系列整體氣囊加壓搖架都采用此型式，其結(jié)構(gòu)特點：由搖架加壓鞍的上羅拉膠輥握持卡口限制上羅拉膠輥軸在平行于牽伸平面方向的擺動，即保證三線平行，由夾簧銜夾上羅拉膠輥軸，使上羅拉膠輥當(dāng)搖架掀起時隨搖架上升、不脫落，而裝卸上羅拉膠輥時要克服夾簧的彈力。圖1、圖2分別為YJ2系列、YJ4系列搖架的夾簧握持型上羅拉膠輥握持機構(gòu)。

圖2 YJ4系列搖架的夾簧握持型機構(gòu)

2.2 塑膠塊握持型

常德紡機在YJ200系列搖架、YJ40系列搖架上率先采用了塑膠塊握持型式，其結(jié)構(gòu)特點：由搖架加壓鞍的上羅拉膠輥握持卡口限制上羅拉膠輥軸在平行于牽伸平面方向的擺動[3]，即保證三線平行；由塑膠塊銜夾上羅拉膠輥軸，使上羅拉膠輥在搖架掀起時隨搖架上升、不脫落，上羅拉膠輥的裝卸都要克服塑膠翅片的變形力。圖3、圖4分別為YJ200系列、YJ40系列搖架塑膠塊握持型上羅拉膠輥握持機構(gòu)。

圖3 YJ200系列搖架的塑膠塊握持型機構(gòu)

圖4 YJ40系列搖架塑膠塊握持型機構(gòu)

2.3 自鎖握持型

湖南晟凱瑞機械有限公司制造的SCP2-150型氣動加壓搖架(見圖5所示)、常德圓心機械有限公司制造的YJ400系列粗紗搖架(見圖6所示)，創(chuàng)新地采用了自鎖型握持機構(gòu)，其機構(gòu)特點：由搖架加壓鞍的上羅拉膠輥握持卡口限制上羅拉膠輥軸在平行于牽伸平面方向的擺動，即保證三線平行；由1個自鎖塊銜夾上羅拉膠輥軸，搖架工作時的自鎖塊與上羅拉膠輥軸并不接觸，而當(dāng)搖架掀起時自鎖塊的凸出部位處于握持卡口內(nèi)、阻止上羅拉膠輥下落[4]，而上羅拉膠輥的重力及慣性力作用只會使自鎖塊處于自鎖位置，只有用手主動解鎖自鎖塊時上羅拉膠輥才會在自身重力作用下掉出握持卡口；當(dāng)裝入上羅拉膠輥時，只要使上羅拉膠輥軸向上輕輕頂動自鎖塊的凸出部分，自鎖塊就會轉(zhuǎn)動、使突出部分讓開，而當(dāng)上羅拉膠輥軸進入到安裝位置時自鎖塊即在扭簧作用力下復(fù)位并阻止膠輥下落，從而實現(xiàn)對上羅拉膠輥的可靠握持及輕松裝卸。

圖5 SCP2-150型氣動加壓搖架自鎖握持型機構(gòu)

圖6 YJ400-190×4型粗紗搖架自鎖握持型機構(gòu)

3 握持機構(gòu)的三線平行度對比

三線平行度是衡量搖架質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，直接關(guān)系到紡紗牽伸質(zhì)量[5]，各種上羅拉膠輥握持機構(gòu)對三線平行度的影響水平見表1。

表1 搖架上羅拉膠輥握持機構(gòu)的三線平行度

4 握持機構(gòu)對上羅拉膠輥兩錠間壓力平衡的影響

每套搖架要對兩錠實施加壓，而通常所指的搖架壓力是這兩錠加壓的合力，如果同一套搖架的兩錠間壓力不平衡，即使搖架間的壓力一致仍會出現(xiàn)明顯錠差，所以控制同一套搖架兩錠間的壓力平衡是優(yōu)質(zhì)搖架的關(guān)鍵指標(biāo)，而搖架的這一指標(biāo)與其上羅拉膠輥握持機構(gòu)有著密切聯(lián)系。

4.1 夾簧握持型機構(gòu)

圖7 所示是采用夾簧握持機構(gòu)時上羅拉膠輥受力情況，其中兩錠對應(yīng)膠輥纖維握持鉗口的加壓力分別是Fd1，F(xiàn)d2；Fy1，F(xiàn)y2分別是搖架加壓爪兩側(cè)壁對上羅拉膠輥軸的壓力；因為在工作狀態(tài)下夾簧始終與上羅拉膠輥軸保持接觸并相互作用，可近似地認(rèn)為是均布載荷，記為Fj。要使Fd1=Fd2，則須使Fy1=Fy2，且Fj為理想的均布載荷。實際上因加壓爪加工精度以及上羅拉對下羅拉平行度的影響，不可能做到Fy1=Fy2，F(xiàn)j也不是理想的均布載荷，實際情況下Fd1≠Fd2，即兩錠間的壓力并不平衡。

圖7 采用夾簧握持機構(gòu)的膠輥受力情況

4.2 塑膠塊握持型機構(gòu)

圖8所示是采用塑膠塊握持時上羅拉膠輥機構(gòu)，圖9所示是其加壓時膠輥受力情況。在上羅拉軸的中點為塑膠握持塊設(shè)置了1個加壓凸點，使搖架對膠輥的加壓不再是作用在兩點上、而是集中于一點，且該加壓點為兩錠加壓力Fd1，F(xiàn)d2作用點連線的中點；如果沒有其他力的作用則此機構(gòu)可以保證把搖架加壓力Fy均衡地分配到Fd1和Fd2，但是，因工作狀態(tài)下的塑膠握持塊與上羅拉膠輥軸始終保持接觸，故仍然存在近似均布載荷Fj而會影響Fd1,Fd2的均衡——盡管這種影響很小，然而理論上仍然存在。

圖8 塑膠塊握持上羅拉膠輥機構(gòu)

圖9 采用塑膠塊握持機構(gòu)的膠輥受力情況

4.3 自鎖握持型機構(gòu)

圖10所示是采用自鎖握持型機構(gòu)時上羅拉膠輥受力情況，同樣是在上羅拉膠輥軸中點設(shè)置為加壓凸點，使搖架對膠輥的加壓力Fy集中于兩錠的加壓力Fd1，F(xiàn)d2在對稱中心點上，以保證兩膠輥分壓均衡，而且在工作狀態(tài)下的自鎖塊與上羅拉膠輥軸無接觸，故不存在其他影響分壓均衡性的因素，從而分壓均衡。

圖10 采用自鎖握持機構(gòu)的膠輥受力情況

從幾種握持機構(gòu)可知，對上羅拉膠輥加壓改為集中在一點是明顯進步，消除夾簧或握持塊對上羅拉膠輥的作用力有利于錠間壓力的平衡，特別是對集聚紡紗用膠輥更有利于對阻捻膠輥壓力的控制。

5 握持機構(gòu)對上羅拉膠輥握持的可靠性

5.1 夾簧握持型機構(gòu)

夾簧握持型機構(gòu)的可靠性取決于夾簧變形力，因夾簧制造誤差及其疲勞導(dǎo)致握持力不足易使上羅拉膠輥意外掉落，特別是在掀起搖架沖擊過大時極易出現(xiàn)上羅拉膠輥掉落的問題。

5.2 塑膠塊握持型機構(gòu)

塑膠塊握持型機構(gòu)的可靠性取決于塑膠翅片的變形力，由于塑料容易發(fā)生塑性變形及老化導(dǎo)致握持力降低，故極易出現(xiàn)上羅拉膠輥意外掉落以及塑膠塊失效的問題。

5.3 自鎖握持型機構(gòu)

自鎖握持型機構(gòu)只要扭簧不失效，就不會產(chǎn)生上羅拉膠輥意外掉落的問題，且扭簧耐受沖擊能力強，其壽命一般不少于10萬次，能夠承受更大的上羅拉膠輥或集聚紡膠輥的重力。

在使用集聚紡膠輥時，因夾簧握持或塑膠塊握持的握持力不足發(fā)生的掉落問題也普遍存在。

6 握持機構(gòu)對上羅拉膠輥裝卸的便利性

6.1 夾簧握持型機構(gòu)

夾簧握持型機構(gòu)對上羅拉膠輥的裝入及卸下都要克服夾簧的變形力，還不支持單手操作，而且上羅拉膠輥裝卸的便利性與握持的可靠性互相矛盾，應(yīng)以可靠性優(yōu)先，所以裝卸的便利性就要差一些。

6.2 塑膠塊握持型機構(gòu)

塑膠塊握持型機構(gòu)對上羅拉膠輥裝卸需要克服塑膠翅片的變形力，同樣上羅拉膠輥裝卸的便利性與握持的可靠性對翅片變形力的要求互為矛盾，但是，由于塑膠握持塊支持單手操作裝卸上羅拉膠輥，因而比夾簧握持更便捷。

6.3 自鎖握持型機構(gòu)

自鎖握持型機構(gòu)對上羅拉膠輥裝卸需要克服扭簧的扭力，而握持的可靠性是靠自鎖機構(gòu)，從而克服了前兩種機構(gòu)對變形力要求的矛盾，同時也很好地支持單手操作，因此裝卸上羅拉膠輥時非常便捷。

7 握持機構(gòu)對上羅拉膠輥軸承性能的影響

根據(jù)上羅拉膠輥的工作狀態(tài)，膠輥軸承外圈受力順次作用在套圈滾道的整個圓周上，屬于循環(huán)載荷；內(nèi)圈受力始終不變地作用在滾道下部，屬于局部載荷，易造成內(nèi)圈局部磨損，因此期望內(nèi)圈(即上羅拉膠輥軸)能在振動、沖擊、摩擦力矩的作用下緩慢轉(zhuǎn)位，以充分利用全部滾道、使磨損均勻，從而延長上羅拉膠輥軸承使用壽命[6]。在工作狀態(tài)下，因搖架握持的夾簧和塑膠塊都緊緊抱住膠輥軸而使膠輥軸轉(zhuǎn)位難度增加。自鎖握持的自鎖塊不接觸上羅拉膠輥軸、膠輥軸的轉(zhuǎn)位相對更容易，更有利于提高上羅拉膠輥軸承的使用壽命。

8 結(jié)語

根據(jù)上述分析，對搖架3種典型握持機構(gòu)的性能對比情況歸納見表2。

表2 各類搖架握持機構(gòu)性能對比

搖架的三種典型握持機構(gòu)反映了搖架在握持上羅拉膠輥軸的演變與技術(shù)進步[7]，從表2可知，搖架對上羅拉膠輥軸的三種典型握持機構(gòu)中，自鎖型握持機構(gòu)是最好的一種。希望這個結(jié)論能進一步促進搖架新產(chǎn)品的研發(fā)，也希望能讓用戶在相關(guān)搖架選型時對上羅拉膠輥軸握持機構(gòu)引起關(guān)注，做出最佳的選型決策。