络筒机卷绕装置研究之平衡压力

青岛宏大纺织机械有限责任公司 刘晓良/文

络筒机卷绕装置研究之平衡压力

青岛宏大纺织机械有限责任公司 刘晓良/文

本文主要探讨了后弯弓卷绕装置与前弯弓卷绕装置的对比，以及后弯弓卷绕装置的新结构、新特点，并对压力平衡装置进行了相关线性论证，从而保证平衡装置能满足优良的筒纱成形。

卷绕装置 后弯弓 压力平衡装置 自动络筒机

1 引言

卷绕装置作为络筒机最为核心的装置之一，它的任务是将容纱量较少的管纱加工成容量较大、成形良好、有利于后道工序加工的筒纱，并在纱线的快速退绕过程中，将不合格的纱疵和杂质清除。

在筒纱的形成过程中，常见的筒纱成形问题可分为以下几类：重叠筒子、菊花芯筒子、凸边筒子、乱纱层筒子、跨边（攀头）筒子、脱边（滑边）筒子、葫芦筒子、腰带筒子、年轮筒子、纱线缠槽筒等，因此为了满足后道工序的高效率退绕，筒纱的成形十分关键。

筒纱的卷绕成形除与张力、防叠、筒管形状有关外，在很大程度上还取决于筒纱接触压力的变化规律。当前络筒机虽然原理上都是采用槽筒式卷绕，但是夹持筒纱的握持装置可分为前置弯弓和后置弯弓两种，相对应的平衡压力装置也各不相同。

表1 四种主要机型卷绕装置结构对比

2 卷绕装置的结构比较分析

随着络纱设备向着智能化、高效、可靠、稳定的方向发展，以及市场对筒纱质量的不断提高，国外三家络筒机厂商都将筒纱的握持方式改为后弯弓，同时依靠平衡气缸与弹簧共同作用有效控制筒纱与槽筒的接触压力，通过阻尼吸收运行。

2.1 SMARO络筒机与其他机型卷绕装置的比较

目前四种主要机型卷绕装置的结构对如表1所示：

2.2 后弯弓的结构特点

鉴于国外三种机型的结构特点，作为国内生产络筒机的主要供应商，青岛宏大生产的络筒机也将弯弓设计为后方握持，主要具有以下新结构、新特点：

1）握持方式为后弯弓，给新型落筒小车抓手让出空间，可实现在电子清纱器处抓取纱头，智能化程度大大提高；

2）弯弓跨距为固定一体式不可调节，零件的生产加工工艺性较好，可以高精度地保证大小端轮的同心度，刹车方式采用轴向结构不易飞筒纱，大端轮结构简洁可适应不同锥度的筒管；

3）接触压力由平衡气缸和阻尼弹簧共同作用，可以吸收筒纱在运行过程中产生的接触压力波动，可以通过调节弹簧力度或平衡压力差改善筒子的防叠及致密度，提高筒子的成形质量。

4）采用后弯弓结构相对牢固，握持筒纱并绕筒纱长度方向的中间位置旋转，在小筒纱状态时可防止筒纱小端过度摩擦产生断头，并且锥度累加作用于弯弓回转中心位置。

3 平衡压力调节装置的线性论证

在后弯弓的设计中，仍然采用原有的平衡气缸来满足筒纱的抬起与平衡功能，但由于结构位置的改变及后弯弓质量变轻，需要通过其他装置与平衡气缸装置产生的力矩进行合成，使筒纱在增大过程中与槽筒之间的压力基本为恒定，从而保证筒纱的成形质量。

由于弯弓是绕定轴转动的，可以将筒纱与槽筒之间的压力恒定转化为弯弓绕回转中心力矩按一定规律（近似线性）的变化，从而转化为平衡气缸产生力矩与另一机构产生力矩合成后产生的力矩来满足所需变化规律。

图1 平衡气缸力矩产生装置结构简图

3.1 平衡气缸力矩的计算

由于平衡气缸本身的工作特性及结构尺寸所限，设计中采用拉伸弹簧进行平衡压力调节，通过齿轮传动进行力矩连续平稳叠加，结构简图如图1所示：

M—筒纱与槽筒的接触压力对应的力矩；

M0—支臂、筒纱自重及摩擦等的力矩；

M1—平衡气缸产生的力矩；

M2—齿轮2在弹簧作用下产生的力矩；

M2’—齿轮2产生的力矩作用在齿轮1上时产生的力矩；

θ′ —OA与X轴正方向的夹角；

β—OA与AB的夹角；

r—OA的长度；

在初始状态下，力矩M0受很多因素影响，如装配精度、轴的润滑及摩擦等，在工作中，随着筒纱直径的增大，筒纱的质量和支臂的重心发生着变化，支臂与筒纱自重产生的合成力矩也随着筒纱的增大而变大，考虑弯弓在正常工作中（筒纱直径小于320mm）转动的角度不大（小于30°），所以可以假设支臂与筒纱自重产生的力矩与转角为线性关系，即

且在筒纱增大过程中，平衡气缸的力臂R变化不大，接触压力需保持基本恒定，所以M 1、M也近似为常数，对上述公式两边求导为

3.2 平衡弹簧力矩的计算

鉴于上述力矩方程为线性方程，考虑到支臂正常工作时转动的角度较小（小于30度），采用拉伸弹簧机构时，拉力是线性的，产生的力矩也近似认为是线性的。

可求弹簧产生的力矩为

3.3 压力平衡装置对筒纱成形的影响

随着筒纱直径的增加，筒纱与槽筒的接触线向槽筒后方移动，筒纱自身的重量在逐渐增加，支臂重心也在变化，基于这三个因素的影响，为了保证筒纱成形时里、外层的密度相同，要求筒纱对槽筒的正压力应保持一致。

通过实际测量，此平衡装置在纺品种为T45S的纱线，平衡气压为1.2bar时，筒纱在不同大小，对槽筒正压力的变化趋势如图2所示：

图2 筒纱对槽筒正压力的变化趋势

系列1：筒纱直径变化线，直径匀速增加，每5mm一个点

系列2：对应每个筒纱直径变化点，筒纱重量变化趋势

系列3：筒纱对槽筒正压力变化趋势，整体为增加趋势，但较筒纱重量增加趋势缓慢。

图2中试验数据反应了接触压力的变化趋势，在筒纱接触压力基本一致的设计思想下，接触压力整体呈增加趋势，但增加趋势缓慢，起到了一定的平衡筒纱内外层密度的作用，保持筒纱成形良好。

4 结束语

目前市场需求对智能化程度及筒纱质量不断提高，与国外机型相比，我们的劣势逐渐显露出来，市场竞争压力很大，对现有结构进行后弯弓支臂的相关设计，其新结构、新技术、新工艺不仅提高了生产效率和筒纱的成形质量，还提高了设备运转的稳定性、可靠性，既是适应当前用户的需要，又是满足我公司络筒机持续发展的需要。

[1]濮良贵,陈定国,吴立言.机械设计(第九版)[M].北京：高等教育出版社,2013

[2]方世杰.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社,2004

[3]孙桓.机械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社,2006