粗纱锭翼压纱力与压掌的讨论

袁景山

(无锡诚本纺机有限公司,江苏 无锡　214142)



粗纱锭翼压纱力与压掌的讨论

袁景山

(无锡诚本纺机有限公司,江苏 无锡214142)

为了提高粗纱卷绕密度，增大卷装质量，通过理论分析粗纱锭翼压掌压纱力的作用及“大张力，紧卷绕”的纺纱机理与可行性，比较了悬锭锭翼压掌的结构及其材料。指出，卷绕张力形成的压纱力远大于由压掌惯性离心力形成的压纱力；“大张力，紧卷绕”可增大粗纱卷绕密度；全机锭翼压掌臂直径、圆度和曲率半径必须一致；碳纤维复合材料压掌使用寿命长、故障率小，防插纱钢压掌可适应多组份纤维纺纱并降低成本。

粗纱机；锭翼；压掌；压纱力；卷绕张力；复合材料

0　引言

在环锭纺纱系统中，锭翼是粗纱机完成加捻、卷绕功能的零件。当沿用100多年的托锭锭翼革新为悬锭锭翼时，即开启了粗纱机高速、高产、大卷装、自动化程度大幅度提高的新时期。现代棉纺粗纱机多数采用闭式悬锭锭翼，它由假捻器、轴承、锭翼体、压掌和锭尖等组成，其中，压掌对粗纱工艺、粗纱质量、粗纱机效率及使用成本影响较大。

1　压纱力的理论分析与实践

粗纱机锭翼压掌由平衡杆,压掌臂,压掌叶及上、下销轴,耐磨衬套等构成，在粗纱卷绕过程中起导纱与压纱作用，使粗纱形成具有一定卷绕密度的纺锤形卷装。传统理论常把压掌在锭翼回转中产生的惯性离心力使压掌叶对管纱产生的压力称为压掌的压纱力，并得出粗纱由小纱至大纱的卷绕过程中，压掌压纱力由大变小，符合粗纱张力变化要求的结论[1-2]。实际上，由惯性离心力产生的压纱力仅为压掌的向心要求而设，定义其为“压纱力”是不全面的。

图1以悬锭锭翼压掌为脱离体，分析粗纱卷绕过程中压掌与管纱的受力情况。

取ΣM0=0，则有：

m1r1ω2·ro1- m2r2ω2·ro2+T·rT-F′·rF=0

(1)

a)由压掌的惯性离心力产生的压纱力F1：

(2)

为使压掌在回转时能自动向心，必须使：

m1r1ω2·ro1>m2r2ω2·ro2

即m1r1ro1>m2r2ro2

(3)

b)卷绕张力T产生的压纱力F2为：

(4)

式(1)表明：压纱力由压掌的惯性离心力产生的F1和由卷绕张力T产生的F2两力叠加而成。采取试验研究方法对压纱力F1和F2作定性分析比较。

试验1：按式(2)增大m1及ro1以增大F1值，观察粗纱卷绕密度改变情况，与m1及ro1未增大时纺粗纱卷装至φ150 mm×400 mm进行比较，试验结果是两者容纱长度相同，即卷绕密度未增大。

试验2：按式(3)减小m1，使m1r1ro1小于m2r2ro2，锭翼回转时压掌叶不向心，卷绕张力T不变，此时卷绕能正常进行，与m1r1ro1大于m2r2ro1时卷绕同样长度粗纱，粗纱卷装尺寸为φ150 mm×400 mm，粗纱手感硬度相近，即卷绕密度未发生变化。

试验3：按式(4)增大卷绕张力，压掌上增设导纱钩，粗纱伸长率在规定范围内，粗纱卷装尺寸纺至φ150 mm×400 mm时，容纱长度增大了23%，即卷绕密度增大了23%。

试验1和试验2说明：由压掌惯性离心力产生的压纱力F1对卷绕密度无影响或影响很小，但F1对保证自动落纱后，开始新一轮纺纱时压掌能自动向心，对自动生头十分重要。试验3则表明卷绕张力形成的压纱力F2对卷绕密度影响是主要的，要增大卷绕密度，必须在粗纱伸长率允许的范围内增大卷绕张力。

2　“大张力，紧卷绕”纺纱机理与可行性

粗纱的大卷装有两个要素：粗纱卷装尺寸和粗纱卷绕密度。粗纱卷装尺寸由粗纱机机型确定，纺纱厂购入粗纱机后就无法改变，因此，增大粗纱卷绕密度是增大粗纱卷装容量的唯一方法。如上述试验3通过增大卷绕张力而增大压纱力，使粗纱卷绕密度增大，相同粗纱卷装尺寸的容纱量增大23%。

纺纱学理论认为当粗纱捻度一定时，粗纱张力大，粗纱的伸长率就大[3]。笔者认为在现代棉纺悬锭粗纱机的纺纱工艺中，为清楚地说明问题，必须把“粗纱张力”具体化，分别为粗纱“卷绕张力”与“纺纱张力”两个概念：① 卷绕张力：由粗纱卷绕速度与前罗拉输出速度之比决定，速比大，粗纱卷绕张力就大；当粗纱捻度一定时，粗纱卷绕张力大，粗纱的伸长率就大，其伸长主要发生在前罗拉粗纱输出点的纺纱三角区，此处的粗纱无捻度、无强度，极易发生意外伸长，影响成纱条干及支不匀；② 纺纱张力一般指粗纱机前罗拉粗纱输出点至假捻器假捻点之间粗纱的张力，一般可目测或手感，纺纱张力是粗纱卷绕张力在这段区间里粗纱的张力，源于卷绕张力又不同于纺纱张力。新型粗纱机纺纱实践证明：增大卷绕张力，粗纱伸长率未必同步增大。其机理是：适当增大卷绕张力，张力会向上传递使纺纱张力增大，新型棉纺粗纱机悬锭锭翼顶端装有高效假捻器，卷绕张力和纺纱张力增大后，增大了粗纱在假捻器上的正压力，从而使假捻摩擦力矩增大、假捻效果提高，即假捻度增大，使前罗拉钳口处纺纱三角区缩小，就不易发生意外伸长；此外，假捻度增大使捻缩增大，则纺纱张力进一步增大。因此，在一定范围内粗纱伸长率反因纺纱张力的增大而减小(纺纱三角区缩小，该区发生的意外伸长减少)；在实践中也有相同的结果。故从纺纱机理分析到运转实践可知，新型粗纱机采用“大张力，紧卷绕”纺纱工艺，提高粗纱卷绕密度是可行的。

采用“大张力，紧卷绕”纺纱工艺时应注意：由于国产悬锭粗纱机多数采用上锭杆式悬锭锭翼，粗纱筒管上部由与锭翼为一体的上锭杆定位，粗纱筒管与锭杆间有相对运动，起始纺纱时由于粗纱筒管较轻，若卷绕张力过大，会使粗纱筒管与锭杆间摩擦力增大，小纱时易发生吊筒管问题而产生断头，这种问题在使用上口失圆的旧粗纱筒管或锭翼与粗纱筒管齿轮同轴度较差的粗纱机上，更易发生。当采用下锭杆悬锭锭翼的粗纱机时，由于粗纱筒管与锭杆间无相对运动，下龙筋上行换向后粗纱筒管也跟着下行，即使卷绕张力较大也不会发生吊筒管问题。

3　锭翼压掌型式与选择

3.1平衡杆

平衡杆的作用是锭翼回转时产生惯性离心力使压掌自动向心。按平衡杆长短有长压掌和短压掌之分；长压掌通过上、下销轴，将压掌悬挂在锭翼导纱臂上。我国制造的多数悬锭锭翼，德国HOLZ，日本丰田、丰和，印度ATE等锭翼，均为此种传统型式，其缺点是销轴直径较小(φ2.0 mm、φ2.5 mm、φ3.0 mm、φ4.0 mm)，易磨损；下销轴离纱道近，挂花易进入粗纱形成纱疵。

长压掌上部回转支点处的形状决定着压掌大、小纱位置，目前国内有上支点两侧小平面定位和侧面定位两种形式：两侧小平面定位，以修锉小平面调正压掌大、小纱位置；侧面定位，以修凿锭翼体上销轴凹坑侧面或修锉压掌上支点两侧面调正压掌大、小纱位置。两者比较，修锉压掌小平面者结构较合理，国外、多数国内制造的悬锭锭翼压掌均采用此法；修凿锭翼体上销轴凹坑侧面者仅锭翼制造厂装配方便，纺织厂更换压掌时为保证灵活和大、小纱位置正确，有时会因无法“补肉”而致小纱过小、大纱过大。

短压掌以闭式悬锭锭翼粗纱通道(不锈钢管)外圆为回转轴心，用特殊的定位块将压掌悬挂在导纱臂下端，国产CB101系列无纱疵悬锭锭翼、部分丰田FL16型粗纱机用此型式。其特点是压掌安装缝隙处离纱道较远，即使挂花也不会进入粗纱形成纱疵；压掌安装维修便捷，其高低和大、小纱位置准确，无需修锉；压掌支点回转轴径较大、不易磨损，无传统长压掌销轴磨损后压掌飞出的危险，安全性好。

3.2压掌臂

压掌臂的作用是将锭翼粗纱通道出口处的粗纱引向压掌叶。压掌臂分为有导纱孔(钩)和无导纱孔(钩)：前者当粗纱离开粗纱通道后在压掌臂上的导纱孔(钩)处形成折弯，经圆弧形导纱臂通过压掌叶导纱孔绕上粗纱筒管，粗纱在圆孤形导纱臂上的绕圈数可以调节纱路上粗纱的张力分布，卷绕张力设定之后，绕纱圈数增加、纺纱张力减小；反之，则增大。粗纱在导纱孔(钩)处的折弯角一般应大于90°，并在一落纱过程中变化应小，以减少纺纱张力波动。目前，国内粗纱锭翼的压掌臂多数为此种型式，其导纱孔为圆形。

无导纱孔(钩)型式压掌臂：粗纱离开导纱臂粗纱通道后直接绕上压掌臂，其折弯角一般大于90°，国产CB101系列无纱疵悬锭锭翼、丰田FL100型、欧洲悬锭锭翼使用的钢压掌，均为此种型式。其特点是制造工艺简单，粗纱不易在导纱孔(钩)处打圈，缺点是由卷绕张力形成的压纱力较有导纱孔(钩)者为小；在毛纺有捻粗纱机上使用，会使粗纱通道出口处磨出沟槽。

压掌臂直径大小除需满足压掌刚性要求，还与粗纱张力分布有关。传统纺纱学在探讨粗纱卷绕过程时，常用欧拉公式Tc=Ta·eμ(θ1+θ2)[4-5]来描述纱路中前后二段纱线张力间的关系。笔者认为这种描述是有缺陷的：① 欧拉公式中前、后二段纱的张力关系应在纱条无伸长的条件下才成立，而粗纱在较小的张力下便会伸长；② 欧拉公式中前、后段粗纱张力，仅与摩擦因数μ及折弯角θ大小有关，而与压掌臂直径无关。实践可知：若一台粗纱机各锭位压掌臂直径或圆度不同，尽管粗纱在压掌臂上的绕圈数相同，在相同卷绕张力下纺纱张力亦不相同，压掌臂直径大者纺纱张力小，整机张力很难调控。现代微观摩擦理论认为：摩擦过程是非线性的且远离平衡态的热力学过程。在本质上，摩擦是在外力作用下，发生相对运动的物体受到其接触物质或介质的阻力作用，在其界面上产生的一种能量转换现象[6]。因此，将欧拉公式应用在粗纱卷绕过程中描述粗纱张力的分布关系，从理论和实践两方面看均不可取；显然，整台粗纱机锭翼压掌臂的直径及圆度应尽可能相同，以保证同台车不同锭位纺纱张力的一致。

压掌臂的曲率，应保证纺纱过程中从小纱到大纱以压掌臂不与纱管上的粗纱相干涉为原则，无导纱孔(钩)型式的压掌，若压掌臂曲率过大则大纱往往会使纺纱张力过大而产生断头[7-8]。

3.3压掌叶

压掌叶实际上是一个导纱器。压掌叶上有粗纱导入槽、导纱孔、三角形导纱槽，铝质压掌叶上还镶有钢质耐磨块。压掌叶上的导入槽、导纱孔、三角形导纱槽形状全机锭翼应当基本一致，三者对粗纱毛羽有相当大的影响，纱路在压掌叶上折曲大者，毛羽增加，导入槽、导纱孔两端应有圆角，三角形导纱槽应较深，压纱点应在三角形导纱槽前端约1/3处，则粗纱毛羽正常，卷绕层次也较清晰。

压掌叶通常为长方形，与纱管接触面为双向弧面，压掌叶与锭杆必须平行，否则易出现粗纱一层光一层毛的弊病。

4　锭翼压掌材料选择

锭翼压掌通常采用铝、钢或碳纤维复合材料制造。

4.1铝压掌

铝合金铸件易获得较为复杂的形状，铸件形状一致可使同台粗纱机纺纱张力比较一致，是其优点；但铸造铝压掌强度低，在较小的外力作用下就会断裂；铝合金不耐磨而易起槽，当纺非棉纤维时寿命很短，增加了锭翼的使用成本。然而当发生冒纱、插纱等故障时，铝质压掌易断裂的特性又保护了锭翼导纱臂。目前，国产多数悬锭锭翼采用铝质压掌。

4.2钢压掌

有整体钢压掌(如HOLZ、ATE锭翼)、钢铝压掌(压掌叶为钢质，平衡杆为铝质)。钢压掌耐磨，变形后可修复为其优点，国外粗纱机大多使用钢压掌。

锭翼粗纱机均采用管导卷绕型式，若钢压掌受撞击变形后未及时修复，则极易发生冒纱及插纱，发现不及时会造成锭翼导纱臂被拉弯、拉断事故。在我国纺纱厂，由于新工人多、流动性大、上岗培训不够，为防止发生事故，钢压掌使用不多；但纺纱纤维多组份化后，传统铝压掌不耐磨，使用钢压掌有增多的趋势。针对现有钢压掌压掌叶过薄(图2a))易发生插纱的缺点，无锡诚本纺机改进发明了一种新颖防插纱钢压掌(图2b))，已在纺纱厂运转中收到实效，可以推广使用(与同型号铝压掌可互换)。

4.3碳纤维复合材料压掌

基体材料为聚酰胺(尼龙)、内含碳纤维及玻璃纤维的碳纤复合材料压掌，具有足够的强度和刚性，整体耐磨性好，且有一定抗静电性能；其密度约为铝合金的一半，在满足高速回转锭翼臂张开量的条件下，锭翼臂的横截面尺寸可适当减小，以减轻锭翼质量而有利于节电；碳纤维复合材料压掌通过注塑的方法获得，其外形、尺寸一致性好，通过修光、浮动研磨、喷砂等工艺而获得表面粗糙度一致的压掌；调换新压掌时，其高低及大、小纱位置均不需修锉；在外力作用下，小撞击仅会发生弹性变形，大撞击则与铝压掌一样能断裂，起到保护锭翼导纱臂的作用；故碳纤压掌有钢压掌、铝压掌的优点而无其缺点，是比较理想的压掌材料。

5　结语

5.1粗纱锭翼压掌的压纱力由卷绕张力、惯性离心力形成的力叠加而成，其中卷绕张力形成的压纱力远大于由压掌惯性离心力形成的压纱力。

5.2“大张力，紧卷绕”以增加粗纱卷绕密度，是粗纱机定型后纺纱厂增大卷装的重要途径。

5.3全机锭翼压掌臂直径、圆度和曲率半径必须一致，才能保持全机纺纱张力一致。

5.4压掌材料应满足纺纱工艺的要求，且使用寿命长、故障率小，以碳纤维复合材料压掌较好；防插纱钢压掌可适应多组份纤维纺纱,并降低锭翼使用成本。

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Discussion on the Yarn Pressing Force of the Roving Flyer and the Presser

YUAN Jingshan

(Wuxi Chengben Textile Machinery Co.,Ltd.,Wuxi 214142,China)

In order to increase the package intensity for better package quality,through the theoretical and experimental analysis of the yarn pressing force of the roving flyer and the spinning mechanism and the feasibility of “big tension,tight winding”,and the structure and the material of the suspending flyer presser.It is concluded that yarn pressing force resulting from the winding tension is much bigger than that from the inertial centrifugal force of the presser.The process“big tension,tight winding”can increase the roving winding intensity.It is necessary to keep conformity of the diameter,the roundness and the curvature radius of the flyer presser on all the equipments.The presser of carbon composite material is of long service life and less trouble.The presser against yarn intermingling is applicable for multi-fiber spinning with low cost.

roving frame;flyer;presser;yarn pressing force；winding tension;composite material

2015-05-13

袁景山(1938—)，男，江苏无锡人，高级工程师，主要从事棉纺粗纱工艺和粗纱锭翼方面的研究。

TS103.81+3

B

1001-9634(2016)01-0027-04

网络出版时间：2015-10-20 11∶14

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1114.024.html