尖底大承载铝套管锭子的设计

王 亮(山西经纬纺织机械专件有限公司，山西 晋中 030601)

尖底大承载铝套管锭子的设计

王 亮
(山西经纬纺织机械专件有限公司，山西 晋中 030601)

为了满足纺纱企业对锭子能耗及承载能力的高要求，介绍尖底大承载铝套管锭子的结构及关键零件弹性管、锭底、吸振圈簧的设计，阐述铝杆盘结合件和锭座结合件的主要组成及安装要领，分析并测试弹簧管材质、螺距和壁厚等对其刚度、弹性的影响，从而对弹性管进行优化设计。结果表明：优化后弹性管的承载能力较优化前大幅提高；在高速满纱时，优化后锭子振程较优化前小，成套锭子整体性能较优化前更加稳定。

锭子；大承载；弹性管；锭底；吸振圈簧；成套性能；刚度；能耗

0 引言

锭子是细纱机加捻和卷绕的重要专件之一，主要由锭杆、锭盘、锭胆、锭钩和锭脚组成。锭子的质量与纱线的质量、细纱机的功耗、环境噪声、劳动生产率等密切相关。随着纺织工业的不断发展，越来越多的纺纱企业对锭子的能耗及承载提出更高的要求，因此，新一代尖底大承载锭子是符合市场需求导向的产物。

1 结构设计

1.1 铝杆盘结合件

铝杆盘结合件主要由锭杆、铝套管、锭盘、割纱器结合件、支持器及支持器弹簧组成。压配时，先将锭杆与铝套管压配组合，再将锭盘割纱器结合件压套在铝套管外圆上，提高锭杆盘结合件的刚性及铝套管与筒管整体的抗弯强度，并减小运转过程中的动不平衡量，以满足锭子高速运转时低振动的要求。分别安装3个支持器和弹簧支撑纱管，使锭子在运转过程中无丢速、打滑问题，既有利于拔取纱管，又不会出现跳管现象，且回转精度高。锭杆底部为60°的锥形，锭尖有一个很小的球面，可在锭杆承受轴向载荷时减少磨损。锭盘轮有较大的弧度，以保证锭子运转时锭带居中，不出现跑偏、上窜问题。

1.2 锭座结合件

锭座结合件的中、下支承为传统锭底的锥形凹窝结构，采用铣有螺旋槽的钢制弹性管将上、下支承连接成整体，再将其组装于锭脚内，以便将润滑油引导至上轴承，同时增强下支承的刚性。其中，下支承采用能自调中心的锭底、压簧，在集体落纱时能防止弹性管发生拉伸而变形。弹性管下部套有自调中心的特长形吸振圈簧，并利用多层油膜的粘性阻尼来吸收锭子的振动能量，使锭子平稳运转。JWF1516型、F1520型等细纱长车均可配用此类型锭子，能满足集体自动落纱的要求，有利于提高细纱机的自动化程度。

2 关键零部件设计

2.1 弹性管

弹性管是连接锭子上、下支承的唯一零件，它具有支撑、吸振及纵向缓冲的作用，其加工精度决定锭胆结合件的加工精度。为了增强锭子的承载能力，需提高弹性管的抗弯刚度。弹性管的刚度取决于其材质及结构参数，如弹性模量、螺距、槽距、槽宽、壁厚和长度。目前，经纬纺织机械专件有限公司与其他几家专件厂均通过计算弹性管的等效刚度系数来表征弹性管刚度。由于锭子弹性管底部的变形，严重影响锭底的受力和摩擦磨损，因此，其研究显得十分重要。设弹性管底部受力为p，在该力作用下的位移为y，其等效刚度系数Kep=p/y。弹性管装夹方式如图1所示。

图1 弹性管装夹方式

2.1.1 弹性管材质的优选

从相关资料得知：弹性管的碳质量分数(牌号)越高，其刚度系数Kep越大[1]。将弹性管材质由20无缝钢管更换为20精拔管，其碳质量分数相等，因此，材质优化后刚度系数并无变化；但是，精拔管使毛坯来料的尺寸精度、跳动及表面粗糙度均获得很大的改善，从而保证弹性管校直工序的合格率，提高弹性管的加工精度。

通过对材质的优选，弹性管内孔的表面粗糙度明显提高，从而减少了锭子运转过程中油与弹性管内孔摩擦的能耗，降低成套锭子功耗。

2.1.2 弹性管螺距及壁厚的优化

从相关资料得知：随着螺旋槽螺距和壁厚的增加，弹性管刚度系数逐渐升高。因此，为了提高弹性管刚性，将原尖底锭子弹性管的小螺距改为大螺距，同时增大弹性管壁厚。为确定弹性管的壁厚及螺距大小，一方面对进口SKF公司的HF21型和HF1型的尖底弹性管的螺距、壁厚进行测量，并对其弹性进行测试[2]；另一方面为减少国内外原材料差异对其弹性的影响，进行多次重复试验以最终确定合适的螺距。

通过对弹性管材质、螺距和壁厚的调整，对优化前后弹性管及进口弹性管的弹性等效刚度系数进行对比。检测方法为：将弹性管水平夹持，夹持部位为与轴承座配合的部位，悬臂长110mm，螺旋槽起始位置朝上，挂点101mm，测点100mm，在10N力作用下，变形位移y的数值如表1所示。

表1 优化前后弹性管变形位移y的数值对比

单位：0.01 mm

通过表1数据计算可知：进口弹性管刚度系数为 13.495 N/mm；优化前弹性管刚度系数为 4.340 N/mm；优化后弹性管刚度系数为 13.813 N/mm。因此，优化后的弹性管刚度系数较优化前有很大提高，与进口的SKF公司的弹性管刚度系数相当。

2.2 锭底

锭底主要起支撑锭杆的作用，并辅助锭杆盘使其顺利高速旋转。锭底孔的加工精度、硬度及排油系统对锭子的寿命起决定性的作用。

优化前，直径2 mm油孔中心到锭底中心距离为2 mm，该锭孔使锭腔内污物在重力的作用下从油孔排出。但是，在加工过程中发现，铰孔和冲孔时，在沿锥孔面向下的作用力下，油孔口毛刺翻入油孔而堵塞油口，导致油路不畅、污物无法排除，造成锭子锭尖磨损，严重影响锭子使用寿命。

为了解决锭底油孔油路不畅的问题，采用侧面打孔方式，在运转过程中，污物可在离心力的作用下从侧面油孔甩出。铰孔和冲孔时，在沿锥孔面向下的作用力下，消除毛刺，从而保证油路畅通。优化前、后油孔位置如图2所示。

a) 优化前

b) 优化后

图2 油孔位置

2.3 吸振圈簧

为了降低系统的振动，使圈簧达到理想的减震效果，在设计时必须合理选择参数。经过对比测试及计算，确定吸振圈簧材质为65Mn钢带，其厚度为0.2 mm，卷绕成6.75圈～6.94圈，使其外圆与锭脚内壁接触、内壁与弹性管外壁接触，由于圈簧内阻尼油的存在，其振动受到大幅抑制，从而使锭子平稳运转[3]。

3 加工设备更新

锭子精度要求比较高时，对于关键零件，如锭底、轴承座、锭杆、弹性管等精度要求必然高，但由于加工工序分散、工序间流转多，其质量难以保证、生产效率低。为了提高零件精度，建立锭底小型数控加工中心，引进瑞士轴承座加工设备、锭底研磨专机、轴承座纵切车床等，减少二次装夹及设备精度差对精度的影响，从而提高零件质量。

4 成套锭子性能

通过测试可知，成套锭子各项指标满足FZ/T 92023—2008标准要求[4]。具体测试方法：分别抽取优化前、后锭子各50套，转速均为4 kr/min～20 kr/min，其满纱振幅统计如表2所示。

表2 不同转速下优化前、后锭子的满纱振幅

振程/mm转速/(kr·min⁃1)4681012141620优化前最大值最小值平均值33．82．618．436．92．620．442．72．121．541．32．521．952．73．224．851．68．826．758．210．929．264．29．837．2优化后最大值最小值平均值27．94．915．529．43．517．030．63．017．431．83．218．233．54．018．837．35．820．238．67．120．845．98．225．3

从表2可以看出：在高速满纱时，优化后锭子振幅较优化前小，说明在高速满纱状态下，优化后的锭子运转平稳。

5 结语

由测试数据可知，弹性管的结构参数对其刚度影响较大，通过优化弹性管螺距及壁厚，锭子的承载能力获得大幅提升。同时，零件设计的优化及加工设备精度的提高，使得成套锭子性能整体较优化前更加稳定。目前，经纬纺织机械专件有限公司研发的新一代大承载JW7211系列铝套管锭子，已经在经纬公司细纱机长车上配套使用。

[1] 吴文英，相兴利，蔡旭初.锭子弹性管的刚度计算及其动态性能的影响[J].上海：东华大学学报(自然科学版)，2002，28(6)：80-83.

[2] 王志勇，张恒才.锭子弹性管螺旋槽弹性的探讨[J].纺织器材，2004，31(6)：5-6，43.

[3] 王正奎，吴文英.纺纱锭子减振系统的动力学分析[J].西安：纺织高校基础科学学报，1997，10(3)：268-273.

[4] FZ/T 92023—2008，棉纺环锭细纱锭子[S].

Design of the Sharp-bottom Heavy Loaded Alu-bushed Spindle

WANG Liang
(Shanxi Jingwei Textile Machinery Spinning Components Co.,Ltd.,Jinzhong 030601,China)

To meet the demand of high energy consumption and load capacity of spinning spindles,introduction is made to the sharp-bottom heavy loaded alu-bushed spindle regarding the spindle structure and design of the key parts including the elastic tube,spindle base,and vibration absorbing ring spring.Description is done to the integral of aluminum rod and plate,and integral of spindle seat with the main installation cautions.Analysis and test are done of spring tube material,effect of pitch and thickness on rigidity and elasticity,so as to optimize the design of the elastic tube.The results show that the optimized elastic tube is greatly improved,and in the high speed with full bobbin yarn,the optimized spindle vibration range is markedly reduced than that before.The overall performance is more stable as compared with that before the optimization.

spindle;heavy load;elastic tube;spindle bottom;vibration coil spring;complete performance;rigidity;energy consumption

2016-08-08

王 亮(1984—)，女，西安人，助理工程师，主要从事棉纺专件设计。

TS103.81+1

B

1001-9634(2017)02-0024-03