棉纺环锭细纱管底小纱成型技术研究

韦金平，管幼平,张素香

(1.经纬智能纺织机械有限公司，山西 晋中 030601；2.中原工学院，郑州 451191)

0 引言

棉纺环锭细纱机纺纱时，管纱成型受4个参数的制约：细纱直径、级升距离、圈距和短动程。牵吊式钢领板控制机构，为钢领板提供级升距离、圈距和短动程，这3个参数从空管开始到满管结束，全程不变；但当在动力传输路线上安装“凸钉”零件时，会在纺小纱段干扰这3个参数值，以增大纱管容纱量。

随着技术进步，当钢领板运动的动力源升级为伺服控制系统时，作为实体零件的凸钉已失去了存在价值。通过伺服程序使凸钉电子化，不但能降低制造成本，还能使管底成型实现智能调节、精确控制，因此，量化分析凸钉的作用很有必要[1]。

1 凸钉在纺纱过程中的作用

牵吊式钢领板控制机构如图1所示，其中控制机构提供动力拖拽绕过支撑轮的牵吊带，带动主分配轮和主分配轴转动；钢领板动力轮固连在主分配轴上；钢领板牵吊带一端卡在钢领板动力轮缘上，另一端和钢领板连接，如此，钢领板被牵吊带牵动，其运动状态完全取决于控制系统。

1—动力牵吊带；2—支撑轮；3—主分配轮；4—凸钉；5—主分配轴；6—钢领板动力轮；7—钢领板牵吊带。图1 牵吊式钢领板控制机构

如果主分配轮上未安装凸钉，控制机构所提供的级升距离、圈距、短动程将配合固定的轮系传动比，如实地传递给钢领板；但凸钉在小纱段，相当于增大了主分配轮的径向尺寸、改变了轮系传动比，传递到钢领板牵吊带上的这3个参数值也降低了，这就是凸钉发挥作用的机理。

图2为环锭细纱满纱管成型示意，图2a)为无凸钉成型状态，图2b)为有凸钉成型状态，可见在相同细纱参数和卷装直径下，凸钉能使纱管卷绕更多的细纱。理论上，当卷装直径达到预设值时，凸钉应失去作用，这由其在主分配轮上的安装位置决定[2]。

a) 无凸钉成型 b) 有凸钉成型1—小纱段；2—中纱大纱段；3—纱管。图2 管底小纱成型比较

2 无凸钉时管底成型计算分析

无凸钉时，细纱管底小纱成型如图3所示，细纱直径由粗纱状态和设定的牵伸倍数决定；钢领板短动程在机械升降时由机械结构决定，电子升降时由伺服系统设定；级升值须根据纺纱工艺确定。

A—纱管；d—细纱直径；e—级升；h—短动程；r—最大成型半径；R—细纱管半径。图3 管底小纱成型

由细纱卷绕原理和图3可知，纺纱开始时，细纱开始等圈距n1d向上卷绕，卷绕圈数为h/(n1d)时到达短动程高度h；再开始等圈距n2d向下卷绕，卷绕圈数为(h-e)/(n2d)时到达级升位置，完成第一次升降；以此位置为基础，再以等圈距n1d向上卷绕圈数h/(n1d)，以等圈距n2d向下卷绕圈数(h-e)/(n2d)，依次循环。其中，n1和n2通常为细纱直径的倍数。每一次卷绕升降完成后，纱线的最低卷绕位置距离最初的起始位置都累计增加e；第h/e次升降后，管纱径向尺寸不再增大，筑底过程完成。此时，管纱在第一次短动程h的顶端处，径向尺寸达到最大，最大成型半径r为[2(h/e)-1]d。

由此，筑底成型(卷绕疏密度，上下成型锥角，管纱直径)和设定的细纱直径、级升、圈距、短动程建立了量化关系[3]。

3 凸钉作用的量化分析

根据现用零件的尺寸和位置关系绘制主分配轮、凸钉和动力牵吊带的几何模型，如图4所示。凸钉固装在主分配轮上，在动力牵吊带(参见图1)的拖拽下，主分配轮和凸钉一起沿顺时针方向转动，切点从凸钉上的R1段滑向R2段，最终当R2段和主分配轮与支撑轮的外公切线相切，即在双点画线位置时，凸钉失去作用，管底小纱筑底完成，动力牵吊带和主分配轮间的运动开始存在线性关系[3]。

1—凸钉；2—牵吊带；3—主分配轮。图4 凸钉结构

量化后的动力牵吊带与主分配轮之间的运动关系如图5所示：未安装凸钉时，动力牵吊带和主分配轮间的运动关系如曲线a；有凸钉干扰时2者的运动关系如曲线b。其中，OA段是凸钉R1段作用的结果，AB段是R2段作用的结果；OA段对应底纱成型过程，而在实际纺纱过程中，凸钉的R1段往往不参与筑底过程，R2段也不是全部参于筑底过程，而是通过调节其在主分配轮上的安装位置，只使用曲线b中AB段的一部分来参于筑底过程[4]。

图5 动力牵吊带和主分配轮运动关系

4 结语

棉纺环锭细纱机借助凸钉来影响小纱段的级升距离、圈距和短动程纺纱参数，以完成管底成型，这一过程在一些很古老的棉纺环锭细纱机上都可以追溯到。当伺服控制技术大量应用于棉纺环锭细纱机上时，钢领板升降系统电子化，凸钉也随之被更为精准、智能化的控制程序所替代。详细、量化地分析凸钉在底纱成型时的作用，给出细纱管底小纱成型时各参数间的数学关系，能为伺服系统凸钉电子化编程提供准确的数学模型。