棉精梳机落棉隔距对钳板机构运动性能的影响

贾国欣,王　藩，赵丽娟

(1.河南工程学院 纺织学院，河南 郑州 450007；2.河南工程学院 河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州450007；3.北京北机机电工业有限公司，北京 101109)



棉精梳机落棉隔距对钳板机构运动性能的影响

贾国欣1,2,王藩1，赵丽娟3

(1.河南工程学院 纺织学院，河南 郑州 450007；2.河南工程学院 河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州450007；3.北京北机机电工业有限公司，北京 101109)

为了进一步了解精梳机的特性、更好地发挥精梳机的工作效能，利用Matlab编程等计算机技术对落棉隔距与钳板机构运动性能的关系进行了研究.结果表明，落棉隔距增大，钳板的摆动动程增大，分离过程中的摆动速度增大，变牵伸值减少；落棉隔距增大，钳板的摆动加速度最大值增大，铅垂加速度最大值出现的时间提前，与锡林分梳开始定时的时间差加大；落棉隔距增大，钳板闭合瞬间的冲击力减少，对闭合角加速度的变化规律没有影响，但角加速度的极值减少.因此，在调整落棉隔距时，应结合实际生产的要求，合理设定落棉隔距.

精梳；落棉隔距；钳板运动；影响

目前，很多棉纺厂的精梳机工艺速度达到了400钳次/min，由于精梳机的运转具有周期性，速度提高后，周期性运转的各部分振动加剧，疲劳损坏加重，精梳制品的质量下降.对于精梳机运动性能的影响因素，文献[1-6]分别从钳板摆轴传动机构中曲柄半径长度、钳板摆动机构中偏心轴参数、分离传动机构尺寸、机构配重等方面进行了研究，得出了一定结论，为精梳机某些运动性能的改善提供了参考.本研究从精梳落棉隔距角度对钳板机构的运动情况进行分析，得出其工作规律，为更好地发挥精梳机的工作效能提供了一定的帮助.

1-钳板后摆臂；2-下钳板；3-钳板前摆臂；4-上钳板结合件；5-牵吊杆；6-分离罗拉；O1-钳板摆轴；O2-上下钳板铰链点；O3-锡林轴；O-张力轴；S-落棉隔距图1　精梳机钳板摆动机构Fig.1　Nipper swing mechanism of comber

1　落棉隔距

棉纺精梳工序的主要任务之一是排除一定长度以下的短纤维，提高纤维的整齐度、成纱的条干均匀度水平和强力水平.落棉隔距越大，精梳机的落棉率越高，短纤维的排除程度越高，成纱的水平和质量也越高.落棉隔距在改变落棉率的同时，亦会对钳板机构的运动性能产生影响.

钳板摆动机构的运动简图如图1所示.钳板摆轴O1通过四连杆机构驱动钳板前后摆动，与张力轴运动相配合驱动上钳板开启闭合.精梳机落棉隔距是指钳板摆动到最前位置时，下钳板钳唇前缘与后分离罗拉表面间的距离(图1中S处).

2　落棉隔距对钳板运动性能的影响

2.1落棉隔距对钳板摆动速度的影响

根据文献[7]中建立的精梳机钳板机构运动模型，编写相应的Matlab程序.在精梳机锡林转速为 350 r/min，其他参数均不变的情况下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，运行计算机程序得到不同落棉隔距时钳板的摆动速度见表1.

表1　不同落棉隔距时钳板的摆动速度

18分度到24分度是精梳机新旧棉丛分离接合的时间，在分离接合过程中，分离罗拉的输出速度大于钳板及顶梳的摆动速度，所以分离过程也是一种牵伸过程.由于分离罗拉、钳板与顶梳的速度都在变化，所以分离牵伸倍数是变化的[8].通常把这种牵伸倍数称为分离过程中的变牵伸值，可用下式表示：

(1)

式中：E为分离过程中的牵伸倍数；VT为分离罗拉线速度；VA为顶梳的摆动速度.

由表1可知，落棉隔距增大，18分度到24分度钳板的摆动速度增大，分离过程中的变牵伸值减少(钳板摆动速度与顶梳摆动速度成正比).牵伸倍数减少不利于棉丛中弯钩纤维的伸直，造成了精梳工序纤维的伸直、平行、分离效果下降，还会造成成纱强力、条干均匀度等质量指标恶化.

落棉隔距增大，分离接合过程中钳板摆动的速度增大，尤其是18分度钳板的摆动速度增大，有可能造成分离开始时钳板的摆动速度大于分离罗拉线速度，钳板送来的纤维头端碰撞分离罗拉的表面，会在精梳棉网上出现横条弯钩，影响棉丛的接合质量.

2.2落棉隔距对钳板摆动加速度的影响

在精梳锡林转速为350 r/min，其他参数均不变的情况下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，运行计算机程序得到不同落棉隔距时钳板摆动运动的特征参数，如表2所示.

表2　不同落棉隔距时钳板运动的特征参数

注：|ax|表示钳板摆动水平加速度绝对值，|ay|表示钳板摆动铅垂加速度绝对值.

由表2可知：

(1)落棉隔距增大，钳板的摆动动程增大，但增大幅度较小.采用12 mm的落棉隔距和采用7 mm的相比,钳板摆动动程增大了1.182 mm，不利于精梳机的高速和稳定，同时会消耗更多的动力能源.

(2)落棉隔距增大，钳板摆动水平加速度最大值和铅垂加速度最大值均增大.根据F=ma(F为惯性力，m为质量，a为加速度)可知，钳板摆动的惯性力增大.又根据达朗贝尔原理，在机构各运动构件所受诸外力的反作用力都作用于同一机座的情况下，该机座所受的振动力即机构各运动构件惯性力构成的惯性力系的主矢[9].由此可知，落棉隔距增大，钳板的振动力增大，生产中噪音增大，工作环境恶化；同时，振动引发的疲劳破坏缩短了零件的使用寿命.

(3)落棉隔距增大，钳板摆动水平加速度最大值出现的时间不变，都为36.9分度，而钳板摆动铅垂加速度最大值出现的时间提前，当落棉隔距由7 mm增加到12 mm时，钳板摆动铅垂加速度最大值出现的时间由33.0分度提前到32.6分度.铅垂加速度最大值出现的时间提前，与锡林分梳开始定时的时间差加大，则锡林分梳开始时钳板的振动下降，梳理隔距的变化减少，有助于提高梳理质量.

2.3落棉隔距对钳板闭合运动的影响

(2)

在精梳机锡林转速为350r/min，其他参数均不变的情况下，落棉隔距依次取7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，12mm，运行计算机程序得到不同落棉隔距时的闭合前角速度，如表3所示.

表3　不同落棉隔距时的闭合前角速度

由表3可知，当落棉隔距增大时，钳板闭合前角速度减少，闭合过程中的冲击力减少，进而可减轻机构工作过程的振动，增强钳板钳口对棉丛的握持牢度，提高梳理质量.同时，冲击力的减少也可以减轻机件的磨损，延长机件的使用寿命.

精梳机上钳板的开启闭合属定轴转动运动，根据力学知识可知定轴转动物体的惯性力矩：

图2　角加速度曲线Fig.2　Angular acceleration curve

M=-Jε，

(3)

式中：M为定轴转动物体的惯性力矩， J为定轴转动物体的转动惯量，ε为定轴转动物体的角加速度，“-”表示力矩的方向与角加速度的方向相反.

在精梳机锡林转速为350 r/min，其他参数均不变的情况下，落棉隔距依次取7 mm，9 mm，11 mm，运行计算机程序得到不同落棉隔距时上钳板开启闭合角加速度的曲线，如图2所示.

由图2可知，精梳过程中上钳板的开启闭合角加速度时时在发生变化，导致钳板的惯性力矩时时变化，易引起钳板机构运动不稳、振动加剧，影响精梳机的高速运行.落棉隔距不同，但钳板开启闭合角加速度的变化规律相同，在26分度达到角加速度的谷值，31分度达到角加速度的峰值.从图2还可看出，落棉隔距增大，相同分度对应的钳板开启闭合角加速度绝对值减少.由式(3)可知，角加速度绝对值的减少造成钳板的惯性力矩减少，可见落棉隔距的增大有利于设备的稳定运行，可提高精梳的加工质量.

3　结论

结合落棉隔距的定义，参考钳板摆动机构的运动学模型编写Matlab程序，利用该程序计算精梳机在其他工艺参数不变时一个运转周期内不同落棉隔距的钳板运动参数和曲线.利用所得数据进行分析，具体结论如下：

(1)落棉隔距的变化在改变落棉率的同时对钳板机构的运动性能也产生了影响.

(2)落棉隔距增大时，钳板的摆动动程增大，分离过程中的摆动速度增大，钳板的摆动加速度最大值增大，变牵伸值减少，易产生弯钩纤维不易伸直、棉网出现横条弯钩、钳板振动加剧的现象，不利于精梳制品质量的提高.

(3)落棉隔距增大时，钳板摆动铅垂加速度最大值出现的时间提前，与锡林分梳开始定时的时间差加大，钳板闭合瞬间的冲击力减少，闭合角加速度的极值减少，会对精梳机产生梳理隔距变化减少、梳理质量提高、惯性力矩减少的有利影响.

在调整精梳落棉隔距时，既要考虑隔距增大、落棉率提升、短纤维排除率提高、梳理隔距变化减少、钳板闭合冲击力减少等有利因素，又要考虑隔距增大带来的变牵伸值降低、纤维头端碰撞分离罗拉、钳板振动加剧等不利影响，结合实际生产要求合理设定落棉隔距.

[1]任家智,刘玉军.A201C，D型精梳机钳板运动分析[J].郑州纺织工学院学报,1999(3):48-53.

[2]贾国欣,任家智,郝凤鸣.E7/6型精梳机偏心轴参数对工艺性能的影响[J].棉纺织技术,2003(12):18-22.

[3]任家智,尹燕芬.棉精梳机分离罗拉传动机构分析[J].中原工学院学报,2006(4):12-16.

[4]贾国欣,任毅,李留涛.精梳机分离罗拉连杆传动机构的减振平衡优化[J].棉纺织技术,2015(8):17-21.

[5]刘鹏展,贾国欣,任家智.精梳机钳板机构的振动分析[J].纺织学报,2015(9):108-113.

[6]李留涛,贾国欣,任家智.精梳机分离罗拉传动机构的平衡优化[J].纺织学报,2015(8):133-138.

[7]贾国欣,杨明霞,任家智.FA266型精梳机钳板机构及工艺参数运动学建模[J].纺织机械,2009(3):17-23.

[8]任家智.纺织工艺与设备(上册)[M].北京:中国纺织出版社，2004:132-133.

[9]华大年,华志宏.连杆机构设计与应用创新[M].北京:机械工业出版社，2008:230-231，274.

The influence of noil gauge on motion performance of nipper mechanism in cotton comber

JIA Guoxin1,2, WANG Fan1，ZHAO Lijuan3

(1.College of Textiles, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China;2.HenanClothingTextilesEngineeringResearchCenter,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China; 3.BeijingBeijiMechanicalandElectricalIndustrialCo.,Ltd.,Beijing101109,China)

In order to further understand the combing characteristics, so as to raise the work efficiency of combers, this paper studies the relations between noil gauge and motion performance of nipper mechanism by Matlab programming. Research results indicate that with the increasing of noil gauge, swing traverse of nipper increases, swing speed increases in the process of separating, variable drafting value decreases; with the increasing of noil gauge, acceleration maximum of nipper swing increases, the time that acceleration in vertical direction reaches maximum advances, time difference to start timing of cylinder carding increases; with the increasing of noil gauge, the impact of nipper closure instant decreases, the changing rule of closed angular acceleration unchanged, but the extreme value of angle acceleration decreases; when noil gauge is adjusted, we should comprehensively consider the actual production requirement, and then set the value of noil gauge reasonably.

comb; noil gauge; nipper motion; influence

2016-03-14

贾国欣(1975-)，女，河北石家庄人，副教授，主要从事纺纱设备与工艺的研究.

TS112.2

A

1674-330X(2016)03-0006-04