转杯纺转杯的作用与选择

徐惠君+巴塔

摘要：文章介绍了转杯的纺纱机理与作用及转杯的技术要求。根据原料、品种、纱号等最终纺织品的要求，选择合适的转杯型号、直径，以发挥其最大效益。

关键词：转杯；凝聚槽；技术要求

中图分类号：TS104.71

文献标志码：A

The Role of Rotor in Rotor-spinning Process and How to Select It

Abstract： The paper introduces the working principle of rotor， the role it plays in spinning process and technical requirements on rotor. It also discusses how to select rotor of suitable type and diameter according to the specification of end product such as composition， variety and yarn count， so as to maximize its benefits.

Key words： rotor； condensing groove； technical requirements

转杯纺纱是以转杯命名的一种纺纱方法，转杯是转杯纺纱中最重要的专件，人们也常说转杯是转杯纺纱的“心脏”。研究转杯纺纱中转杯的纺纱机理和作用，选择合适的转杯和直径对于开发产品、提高质量、增加效益具有重要的意义。

1转杯的纺纱机理与作用

转杯纺纱中转杯通过高速回转完成对纤维流的输送、转移、凝聚、并合、加捻等作用，顾名思义，转杯纺纱就以转杯命名了。

1.1纤维流的输送与转移

1.1.1纤维流进入转杯的方向与位置

条子经过梳理辊梳理开松，通过输纤通道以纤维流的方式源源不断地进入转杯，其进入的方向和位置至关重要，它影响到纤维到达转杯壁面上的伸直度。从理论上讲，纤维流沿着转杯壁（滑移面）的切向进入最为合适。实际上由于受到输纤通道的限制，很难真正做到切向进入，只能力求接近切向滑移面，促使纤维平行伸直地进入转杯。

1.1.2纤维流进入转杯的速度

这个速度是由转杯内的负压、转速决定的。一般来说，转杯滑移面的线速度大于纤维流离开输纤通道的速度，因此纤维流以输纤通道转移到滑移面时有一个加速伸直纤维的作用。

1.1.3纤维在滑移面上的滑移运动

由于纤维到达壁面直至凝聚槽是一个倾斜面，随着转杯倾斜面直径的增大，其线速度也增加，也就是说纤维沿倾斜壁面向凝聚槽（转杯内径最大处）运动时会连续获得加速，这个运动过程就是纤维的滑移运动，所以这段倾斜壁面又称滑移面。滑移面与凝聚槽平面的夹角在65°左右，大于65°过多时纤维容易停留在滑移面而不进入凝聚槽，这二者都不利于纤维的平行伸直。

1.2凝聚并合作用

纤维从滑移面向凝聚槽运动，并在凝聚槽内叠合成所纺纱截面中所需的纤维根数，即完成凝聚过程。在凝聚过程中，在凝聚槽圆周上产生并合。

并合倍数=纱横截面中纤维根数/凝聚槽内输入每层截面的纤维根数=转杯凝聚槽线速度/纱的输出线速度。由此可知，转杯凝聚并合的效果与纤维细度、转杯直径、纺纱号数和捻度等因素有关。但这种并合仅仅是在纱的剥离点在转杯凝聚槽圆周内完成的，是一种短片段的并合。它有利于纱的条干均匀度，但与纱的长片段均匀度无关。假如开松分解单纤维不良，那么转杯的均匀并合作用就会大大降低，成纱均匀度就会严重恶化。

1.2.1凝聚过程中的纤维调向运动

纤维从输纤通道出来后，前端被转杯内壁抓取，后端跟出，但回转纱条剥离点是超前运动，因此纤维产生调向，后端纤维往往是先被剥离点剥离引出。

1.2.2凝聚须条的形态

通过高速摄影可以清楚地看到凝聚纱条在凝聚槽一周内的变细形态及回转剥取过程。凝聚须条是一条由细逐渐变粗的圆周曲线，从理论上讲，剥离点须条的细度即为纺纱号数，其后为0。因此，转杯纺纱是一种自由端纺纱。

1.2.3凝聚须条的横截面形态

该横截面形态取决于凝聚槽的形状，即凝聚角，最大内径的小圆角以及深浅状态等。转杯型号就是以凝聚槽形状进行分类的，可分为G、K、T、S、U型等，每种型号的尺寸稍加变化又可分成几个类别。凝聚须条横截面形态与成纱结构强力、紧密度、蓬松性、尘杂剥离性等有关，也与纺纱原料、品种、纱号等关系十分密切。

1.2.4缠绕纤维

从输纤通道出来的部分纤维会直接与纱的剥离点接触，形成缠绕纤维。

缠绕纤维的比例=纤维平均长度/凝聚槽圆周长度。

有些人认为缠绕纤维在纱中的形态不佳，不利于单纱强力和毛羽，但也有一些人认为转杯纺纱中的缠绕纤维反而有助于成纱强力，至今认识仍未一致。

1.3转杯的加捻作用

转杯的主要功能是加捻，加捻使须条成为纱。转杯纺纱就是通过转杯的高速回转，对凝聚槽内的自由端须条进行加捻纺成纱。转杯纺纱的捻度是实捻，由于转杯纺纱捻度的测试方法基本上沿用传统环锭纺纱的捻度仪，转杯纺纱成纱结构中有部分缠绕纤维等存在，它促使捻度测试时，退捻作用不能达到0就开始反向加捻，造成测定捻度与设计计算捻度之间的差异。这个差异的大小与假捻盘的作用、原料纤维的刚性、捻度大小、纱号、凝聚须条的结构形态等有关。因此，转杯纺纱一般都以设计计算捻度为准，假捻效率不纳入纺纱质量考核指标。

转杯内回转纱臂上的捻度会传递到成纱剥离点后的凝聚须条上，有部分捻度的凝聚须条长度称为传递长度，这是纺纱过程中的动态捻度，它与纺纱断头率等有关。捻度传递长度也是转杯加捻作用的一个重要课题。

1.4转杯的尘杂集聚与清洁

转杯纺的主要缺点是随着纺纱时间的不断增加，纺纱纤维原料中的尘杂、粉末、粘性物质会不断地在转杯（主要是凝聚槽）内积聚，从而逐步地使凝聚槽的形状、粗糙度等发生显著的变化，严重地影响纺纱的质量与断头率。因此每个转杯根据纺纱条件，到了规定的时间必须进行彻底的清扫（特别是凝聚槽）。

转杯尘杂积聚与转杯直径、型号等有关。表1是赐来福公司提出的转杯直径、型号和原棉中最大籽屑含量、碎纤维含量和细小尘土含量的关系。

原棉中的粘性物质包括昆虫的分泌物、动植物的糖类、棉籽油、杀虫剂等。这些粘性物质容易粘在转杯凝聚槽，而且不易清除，需要引起注意。

化纤的原料、消光剂、油剂等在转杯纺纱过程中容易产生粉沫，积聚在转杯内。因此，选用化纤原料时，要特别关心该化纤原料是否适合转杯纺纱。

转杯的清洁工作早已引起人们的重视，它有人工用刷子、竹笺定期清扫；有高压空气吹吸清扫；有机械式自动清扫等。

2转杯的技术要求

转杯是转杯纺纱的重要专件。为了保证转杯高速、均衡、稳定地工作，转杯纺纱机械行业制定了转杯的行业标准FZ/T93053—2013。转杯的技术要求具体如下。

（1）转杯凝聚槽、滑移面的表面粗糙度Ra0.8μm。粗糙度影响纤维向凝聚槽滑移和凝聚须条的剥取。

（2）转杯杯头外圆对轴承公共轴线的径向圆跳动

①转杯工作转速≤60000r/min时，径向圆跳动公差0.03mm；

②转杯工作转速>60000r/min时，径向圆跳动公差0.02mm。

转杯的跳动影响到转杯的运转状态和纺纱质量。

（3）转杯头端面对轴承公共轴线的端面圆跳动量

①转杯工作转速≤60000r/min时，端面圆跳动公差0.04mm；

②转杯工作转速>60000r/min时，端面圆跳动公差0.03mm。

（4）表面硬度

转杯杯头凝聚槽、滑移面镀镍表面维氏硬度≥650HV（或杯头外表面维氏硬度≥715HV）。

转杯杯头凝聚槽、滑移面硬质阳极氧化表面维氏硬度≥350HV（或杯头外表面维氏硬度≥385HV）。

转杯表面镀镍技术在不断发展，除了镀镍（符号N）外，金刚砂镀层（符号D）、硼砂镀层（符号B）涂层都已引入了转杯制造。双镀层DN、DB等也已应用。转杯表面（特别是凝聚槽）的硬度与镀层厚度较从前有很大的提高。转杯硬度影响到转杯的使用寿命和纺纱质量，这也是转杯选择的主要参数之一。

（5）在设计转杯转速下平衡品质等级符合规定

①转杯工作转速≤60000r/min时，平衡品质等级应符合GB/T9239.1—2006中G1.6级的规定；

②转杯工作转速>60000r/min时，平衡品质等级应符合GB/T9239.1—2006中G1级的规定。

转杯的动平衡影响到机器的能耗、噪声和纺纱性能。

（6）转杯表面应光滑、无锐边、不挂纤维，以避免产生纱疵影响纺纱质量与断头。

（7）转杯轴承应符合FZ/T93069的规定

转杯轴承可分为直接式滚珠轴承、间接托盘式轴承和悬浮式轴承。直接滚珠式轴承中滚珠有钢球和陶瓷之分。悬浮式轴承有空气悬浮（四川川江制造）和磁悬浮（赐来福制造）。目前最先进的磁悬浮轴承，转杯转速可达20万r/min，实际工作转速在15万～16万r/min。

（8）转杯的传动方式一般都采用龙带，它有高速与低速之分，龙带行业也有自己的行业标准。除了龙带以外，四川川江机械公司在FA621型机上采用中频小电机直接驱动转杯。赐来福纺机公司也采用了小电机直接驱动转杯的先进技术，节省了能耗，降低噪声，大大有利于转杯纺纱的高速化、自动化、智能化。

3转杯的选择

转杯直径有28、30、31、33、36、40、46、56mm等几种，转杯直径的选择，一般与纤维原料的长度、转杯转速有关。纤维长度长宜采用大直径转杯，过去认为转杯直径要大于纤维长度，近来在高速转杯纺中已被打破。转杯直径与转速的关系大致如表2所示。

赐来福公司的Autocoro系列转杯纺纱机根据原料、织物品种、纱号推荐采用的转杯型号、直径见表3—表7。表中的“☆”表示转杯的第一选择，“O”号表示也可选用。“粗”为粗号纱，纺纱号数在58tex以上；“中”为中号纱，纺纱号数在36～58tex之间；“细”为细号纱，纺纱号数在36tex以下。转杯型号分为G、K、S、T、TT、U型等。转杯表面镀层为硼涂层（符号B）和硼、金刚砂双涂层（符号BD）。

3.1纺棉时转杯的选择（表3）

3.2纺毛和亚麻时转杯的选择（表4）

3.3纺纤维素纤维时转杯的选择（表5）

3.4纺合成纤维时转杯的选择（表6）

3.5纺次级棉时转杯的选择（表7）

4结语

（1）转杯是转杯纺纱的“心脏”，转杯具有加捻、凝聚、并合、输送的作用；

（2）转杯的制造要符合行业标准与技术要求；

（3）转杯适纺原料广泛，特别对次级棉、苎麻、短毛、丝、再生回用纤维等的开发具有显著的社会经济效益；

（4）根据原料、品种、纱号等最终纺织品的要求，选择合适的转杯型号、直径和转速，以发挥其最大效益。

作者简介：徐惠君，男，1940年生，教授级高工，长期从事转杯纺纱的研发、设计及制造工作。

作者单位：徐惠君，全国新型纺纱专业委员会；巴 塔，卓郎（江苏）纺织机械有限公司。