集聚纺环锭细纱机导纱角与集聚罗拉倾角的关系

兰天保，杨建成，李新荣，蒋秀明

(天津工业大学 机械工程学院,天津　300387)



集聚纺环锭细纱机导纱角与集聚罗拉倾角的关系

兰天保，杨建成，李新荣，蒋秀明

(天津工业大学 机械工程学院,天津300387)

摘要：针对环锭细纱机经集聚纺技术改造后原断面参数随之发生改变，进而直接影响纺纱质量的问题，通过分析其改造后的导纱角与集聚罗拉倾角的关系，建立其相互关系的数学模型，得出集聚纺细纱机导纱角为59°～75°的适纺范围内集聚罗拉倾角的取值为45°～51°；合理地安排集聚纺导纱角和集聚罗拉倾角对降低细纱断头、提高集聚效果具有积极意义，为环锭细纱机进行集聚纺技术改造提供参考，为研制新型集聚纺细纱机提供理论支持。

关键词：环锭细纱机；集聚纺；导纱角；集聚罗拉倾角；数学模型；断面参数

环锭细纱机经过集聚纺技术改造后，细纱机原断面参数都随之发生了改变，例如导纱角、无捻须条包围角及其弧长、纺纱段长度等。因为以上这些参数直接影响管纱容量、成纱毛羽、细纱断头率、细纱接头操作等，尤其是导纱角发生变化后影响纺纱质量[1]；所以，研究经过集聚纺技术改造后的环锭细纱机的导纱角与集聚罗拉倾角之间的关系就显得尤为必要。

在纺织机械设计的大多数教材中，关于细纱机断面参数的讲述较少，且都是研究环锭纺导纱角与罗拉倾角的关系[2-3]。上海市纺织工程学会刘荣清高工在其论文中，详细地讨论了罗拉倾角对无捻须条包围角及其弧长的影响[4]，但未研究导纱角与罗拉倾角的关系，且是在环锭纺的条件下讨论的，并未在集聚纺的条件下进行讨论。东华大学唐善石和毛立民在其论文中详细推导了细纱机断面结构各参数的计算公式，并用数学软件分析得出了相对较为合理的导纱角取值范围[5]，但其未对集聚罗拉倾角与断面参数的关系进行研究。上海市纺织机械研究所苏继伟在其论文中，论述了环锭细纱机集聚纺技术改造的相关问题，但未分析导纱角和集聚罗拉倾角的关系[6]。目前，我国有近千万锭环锭细纱机需要进行集聚纺技术改造，即不改变细纱机原有牵伸区的位置和结构，仅在前罗拉钳口处加装一个纤维须条集聚装置。

综上，环锭细纱机经过集聚纺技术改造后，导纱角与集聚罗拉倾角之间的关系，是当前有待研究的课题。

1导纱角与集聚罗拉倾角的关系

在纺纱过程中，前罗拉到导纱钩间的纱段与导纱钩水平位置间的夹角即为导纱角。由于导纱角的大小直接影响纱条对导纱钩的包围弧和压力，这些因素会导致捻回的传递缺陷，增加细纱断头率[1]，因此，必须恰到好处地选择导纱角以满足纺纱需要。已有的实验证明：导纱角的合理范围应为59°～75°[2-4]。

1.1环锭纺导纱角β

如图1所示，设定参数A为前罗拉中心至锭子中心的水平距离，B为前罗拉中心至导纱钩的垂直距离，r3为前罗拉的曲率半径，L为纺纱段长度，β为导纱角，b1为前罗拉上胶辊向后偏移量，由几何关系得公式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

由公式(1)～(3)得环锭纺导纱角β计算公式：

(4)

1.2集聚纺导纱角βj

细纱机经集聚纺技术改造后，如图2所示，设定参数A为前罗拉中心至锭子中心的水平距离，B为前罗拉中心至导纱钩的垂直距离，r1、r2为集聚罗拉和集聚罗拉上胶辊的曲率半径，r3、r4为前罗拉和前罗拉上胶辊的曲率半径，βj为加装集聚纺装置后的导纱角，αj为集聚罗拉倾角，a、h分别为集聚罗拉中心到前罗拉中心的水平距离和垂直距离，Lj为改装后的纺纱段长度，α为罗拉倾角，b1为前罗拉上胶辊向后偏移量，b为集聚罗拉上胶辊向前偏移量，由几何关系可得公式(5)～(7)。

(5)

(6)

(7)

由公式(5)～(7)得集聚纺导纱角βj的计算公式：

(8)

1.3集聚罗拉倾角αj

由图2所示几何关系得集聚罗拉倾角计算公式：

(9)

从图1、图2可以看出，不管集聚罗拉如何定位，改装后的纺纱段长度比改装前短，而改装后的导纱角却比改造前大，有利于捻回由下向上传递。为了提高纺纱段强力，应增大纺纱段的捻回传递效率，即增大导纱角；但导纱角增大的同时又带来弱捻区长度和纺纱段纺纱张力增大的消极因素[7]，特别是在大纱时，由于此时气圈缺少弹性调节张力的能力，一旦张力发生突变，就能迅速传递到纺纱段，从而产生断头[8]。因此，合理设置导纱角βj具有重要意义。笔者主要研究，在保证导纱角βj在合理值范围内的前提下，推导集聚罗拉倾角αj的最优值。为此，建立导纱角βj与集聚罗拉倾角αj的数学模型：

(10)

笔者以FA506型环锭细纱机为例，探讨其经过集聚纺技术改造后的最佳导纱角和集聚罗拉倾角之间的关系。经过查阅相关技术资料得知，FA506型细纱机的断面参数[9]如下：

A=75 mm，Bmin=100 mm，Bmax=145 mm，r1=r=12.5 mm，现取目标函数βj为：

(11)

通过公式(11)可以求得βj的取值范围，并利用MatLab绘制出目标函数的曲线图[10]。为要求目标函数βj必须在最优值范围内，所以取59°<βj<75°时，我们求出对应的a和h范围，然后再通过公式(9)确定αj的范围。

当B=100 mm时，目标函数βj的曲线图如图3所示。

由图3可知，当B=100 mm时，若a大于37.5 mm、h大于40.0 mm，则集聚纺导纱角βj为接近或大于75°，此时导纱角不在我们设定的范围内；所以，a和h应分别小于37.5 mm和40.0 mm。

当B=145 mm时，目标函数βj的曲线如图4所示。

由图4可知，当B=145 mm时，若a大于25 mm、h大于30 mm，则集聚纺导纱角βj为接近或大于75°，此时导纱角不在我们设定的范围内；所以，a和h应分别小于25 mm和30 mm。

综上所述可以得出，当a为15 mm～25 mm、h为15 mm～30 mm，则由公式(9)可以计算出集聚罗拉倾角αj的较为合理的取值范围为45°～51°。

当然，所确定的集聚罗拉倾角αj的取值范围还需要通过生产实践和科学试验相结合的方法进行验证，以便取得更好的优化结果。

2结论

2.1合理地设定集聚纺导纱角和集聚罗拉倾角，对降低细纱断头、提高集聚效果具有积极意义。

2.2不管集聚装置如何定位，改装后的纺纱段长度比改装前短，而改装后的导纱角却比改造前大，这有利于提高捻回的传递效率。

2.3集聚纺断面工艺参数间相互牵制、相互矛盾,其主要矛盾在导纱角；结合细纱断头和集聚效果,导纱角尽量偏小掌握。

2.4集聚纺断面结构布局的安排，应考虑到操作的方便性和下部吸风管的合理安装。

2.5集聚罗拉的定位是结构布局的关键，通过优化分析可以得到理想的a和h值。

2.6当集聚罗拉曲率半径r1为12.5 mm时，a为15 mm～25 mm、h为15 mm～30 mm为比较理想的取值，由此可得出较合理的αj取值为45°～51°。

3结语

笔者分析了导纱角和集聚罗拉倾角的关系，通过建立数学模型，得出合理的集聚罗拉倾角取值范围，为现有的环锭细纱机集聚纺技术改造提供了技术参考，为设计新型集聚纺细纱机提供了理论支持。

参考文献：

[1] 唐文辉，刘荣清.环锭细纱机断头分析与控制[M].北京：纺织工业出版社，1986：224-248.

[2] 陈人哲.纺织机械设计原理：上册[M].2版.北京：中国纺织出版社，1996：387-389.

[3] 陈革，杨建成.纺织机械概论[M].北京：中国纺织出版社，2011.

[4] 刘荣清，张伟敏.细纱机断面参数优化设计的探讨[J].棉纺织技术，2010，38(2)：16-18.

[5] 唐善石，毛立民.紧密纺断面结构布局的研究[J].纺织学报，2007，28(8)：91-95.

[6] 苏继伟.国产环锭细纱机紧密纺改造的探讨[J].上海纺织科技，2005，33(2)：18-24.

[7] 张文赓，陈铭右，丁寿基,等.加捻过程基本理论[M].北京：纺织工业出版社，1983：31-68.

[8] 中国纺织大学棉纺教研室.棉纺学：下册[M].北京：纺织工业出版社，1988：268-304.

[9] 上海纺织控股(集团)公司，《棉纺手册》编委会.棉纺手册[M].3版.北京：中国纺织出版社，2004.

[10] 姜建飞，胡良剑，唐俭.数值分析及其MATLAB实验[M].北京：科学出版社，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

作者简介：兰天保(1988—)，男，河南平顶山人，硕士研究生，主要从事新型纺织机械设计及其自动化研究。

中图分类号：TS104.7

文献标志码：A

文章编号：1001-9634(2016)02-0010-03

网络出版时间：2015-10-20 11∶09

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