轉(zhuǎn)杯紡半自動(dòng)接頭研究
汪軍龔以煒梁金茹
(東華大學(xué)紡織學(xué)院)
摘要：通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)杯紡接頭過(guò)程的研究，指出了半自動(dòng)接頭的關(guān)鍵技術(shù)所在，并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)接頭強(qiáng)力、接頭質(zhì)量、接頭成功率及相互之間關(guān)系等方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，合適的接頭工藝參數(shù)可以得到較好的接頭。文章最后還對(duì)半自動(dòng)接頭的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)；半自動(dòng)接頭；接頭強(qiáng)力；質(zhì)量；工藝參數(shù)；研究
轉(zhuǎn)杯紡經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，紡紗技術(shù)日趨成熟，目前正朝高速、高產(chǎn)、大卷裝和高度自動(dòng)化方向發(fā)展。而轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速達(dá)到90000r/min甚至更高的速度時(shí)，人工接頭已經(jīng)難以完成，因此必須有相應(yīng)的自動(dòng)接頭裝置配備。
轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)有抽氣式和自排風(fēng)式兩種。目前國(guó)外的紡機(jī)中，前者的代表產(chǎn)品有德國(guó)Schlafhorst公司的Autocoro系列轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)和瑞士Rieter公司的R系列轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)，它們均配備了全自動(dòng)接頭器(接頭車)，能夠自動(dòng)完成接頭的整套工序。后者的代表產(chǎn)品有Saurer集團(tuán)Elitex公司的BD系列轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)和Rieter公司BT903型轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)，它們的接頭器是半自動(dòng)式的，即前期工作由人工完成，包括清掃轉(zhuǎn)杯、使用定長(zhǎng)器切斷紗尾、將紗尾送入引紗管等，最后的接頭工作可自動(dòng)完成。國(guó)外的全自動(dòng)接頭和半自動(dòng)接頭裝置均已在工業(yè)生產(chǎn)中使用。國(guó)內(nèi)紡織廠使用的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)有進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)兩大類，國(guó)產(chǎn)的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)主要有山西經(jīng)緯制造的系列自排風(fēng)式和四川川江制造的中頻抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)。目前相關(guān)的自動(dòng)或半自動(dòng)接頭器的產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用得還不多。
由于國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)目前的水平與國(guó)際水平有一定的差距，且轉(zhuǎn)杯速度最高在80000r/min以下，而要提高轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的檔次，自動(dòng)接頭問(wèn)題就必須解決。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)占了大部分，研制開(kāi)發(fā)半自動(dòng)接頭裝置是非常必要的，這對(duì)提高我國(guó)轉(zhuǎn)杯
1國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
轉(zhuǎn)杯紡的接頭過(guò)程不同于環(huán)錠紡，它是在封閉的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的紡杯中進(jìn)行的，因此接頭過(guò)程不能直觀展現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)都是人工接頭的，人工接頭有兩個(gè)缺點(diǎn)：①擋車工之間接頭質(zhì)量有差異，且熟、練工人需要長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)；②一般說(shuō)來(lái)，在轉(zhuǎn)杯速度開(kāi)到60000r/min以上，人工接頭就很困難了。因此開(kāi)發(fā)與國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)配套的半自動(dòng)接頭裝置及相應(yīng)技術(shù)就很有意義。一方面可以提高轉(zhuǎn)杯速度，另一方面接頭質(zhì)量好于人工接頭，如進(jìn)一步研究能使接頭質(zhì)量提高，則有可能省去絡(luò)筒這道工序。
國(guó)外在20世紀(jì)70年代就有研究[1]，目前德國(guó)Autocoro系列和瑞士的R系列等都配備了全自動(dòng)接頭小車，接頭質(zhì)量好，而立達(dá)公司的BT903型機(jī)等也配置了半自動(dòng)接頭裝置，接頭的成功率和質(zhì)量尚可。國(guó)內(nèi)在80年代，中國(guó)紡織大學(xué)有人研究過(guò)，狄劍峰[2]在天津紡織工學(xué)院的碩士學(xué)位論文也對(duì)半自動(dòng)接頭作了較深入系統(tǒng)的研究，只是他們研究半自動(dòng)接頭的轉(zhuǎn)杯的速度比較低。最近一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。
2轉(zhuǎn)壞紡半自動(dòng)接頭的關(guān)鍵技術(shù)
首先需要研究轉(zhuǎn)杯紡的接頭過(guò)程。人工接頭的一般程序是，完成清掃工作后，將成紗筒子抬起一定的高度，同時(shí)制止筒子轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將定長(zhǎng)的種子紗伸入引紗管中，一個(gè)手使引紗管與筒子之間還要儲(chǔ)存適當(dāng)長(zhǎng)度的紗段，另一個(gè)手則控制成紗筒子。當(dāng)紡杯喂人一定的纖維時(shí)，兩個(gè)手配合動(dòng)作，將儲(chǔ)存的紗段釋放，使其伸入紡杯內(nèi)，與紡杯凝棉槽中的纖維相接觸，一旦種子紗將纖維環(huán)打斷，紗頭便接上，同時(shí)將筒子放下，紗線便可引出并進(jìn)行連續(xù)紡紗。從這個(gè)過(guò)程我們認(rèn)為接頭過(guò)程工藝是這樣的：喂給羅拉工作喂棉一在轉(zhuǎn)杯凝聚槽形成一定量的須
分析接頭過(guò)程，我們認(rèn)為接頭的關(guān)鍵技術(shù)是控制喂棉、種子紗沉入凝聚槽和引紗這三個(gè)動(dòng)作的時(shí)間配合。在轉(zhuǎn)杯速度較低時(shí)，如轉(zhuǎn)杯速度在30000r/min時(shí)，從給棉到引紗時(shí)間有O.5s左右，且有上下O.2s的范圍在50000r/min時(shí)，相應(yīng)的時(shí)間為O.3s，范圍則為上下O.1s；而到75000r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間不到0.2s，而且范圍更小了，在10ms級(jí)。這就是為什么轉(zhuǎn)杯速度高了以后人工接頭困難的原因所在。
轉(zhuǎn)杯紡半自動(dòng)接頭的裝置有機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分，機(jī)械機(jī)構(gòu)部分主要完成喂棉、種子紗沉入和筒子落下引紗這三個(gè)動(dòng)作；控制系統(tǒng)則控制這三個(gè)動(dòng)作的間隔以順利完成接頭裝置。
3接頭質(zhì)量分析
對(duì)于半自動(dòng)接頭，一般考核的兩個(gè)指標(biāo)是接頭成功率和接頭質(zhì)量(接頭處強(qiáng)力、粗細(xì)和接頭長(zhǎng)度)。接頭成功率主要取決于接頭裝置的穩(wěn)定性，只要這三個(gè)動(dòng)作的時(shí)間配合穩(wěn)定，接頭成功率是可以得到保證的。
接頭的質(zhì)量是我們最為關(guān)心的。全自動(dòng)接頭由于采用的是氣流退捻后接頭，因而質(zhì)量較好。半自動(dòng)接頭采用刀片割斷定長(zhǎng)的方法。因此接頭的強(qiáng)力不夠理想。
圖2為接頭處示意圖，從圖2中可以看出，接頭處可以分為三個(gè)部分，埋人部分、捻合段和纏繞部分。埋入段與新紗的結(jié)合最為緊密，捻合段是種子紗和新紗一起加捻，這兩部分對(duì)強(qiáng)力的貢獻(xiàn)是最重要的，而纏繞段則是由包纏纖維形成的，基本對(duì)強(qiáng)力無(wú)貢獻(xiàn)。所以要提高接頭處的強(qiáng)力可以在捻合段和埋人段方面考慮，提高捻合段的捻度和加強(qiáng)埋入段。在實(shí)際應(yīng)用中，大量采用刀割斷紗，這樣埋入段很短，對(duì)于強(qiáng)力是極為不利的。我們?cè)?jīng)做過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，一組實(shí)驗(yàn)用刀割斷紗線進(jìn)行接頭，另一組用退捻留出須條，結(jié)果表明，后者的接頭處強(qiáng)力要比前者高。這也從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)
接頭處的粗細(xì)和接頭長(zhǎng)度是接頭質(zhì)量的另兩個(gè)需要考核的指標(biāo)，一般來(lái)講，強(qiáng)力大，則接頭相對(duì)較粗，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。所以在接頭工藝中要綜合考慮這三個(gè)指標(biāo)。
此外，接頭質(zhì)量與接頭成功率也有一定的影響。
4接頭實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
為尋求合適的接頭工藝參數(shù)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了半自動(dòng)接頭的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)接頭的強(qiáng)力和粗細(xì)進(jìn)行了測(cè)試。
對(duì)于某一方案，試驗(yàn)條件為：
轉(zhuǎn)杯速度 77000r/min
轉(zhuǎn)杯直徑 43mm
喂棉一沉紗時(shí)間 110ms
沉紗一引紗時(shí)間 110ms
定長(zhǎng)長(zhǎng)度 760mm
棉條定量 17.2g/5m
紡紗號(hào)數(shù) 28tex
設(shè)計(jì)捻系數(shù) 450
用刀割斷
測(cè)試結(jié)果為：正常紗(測(cè)100次)：平均強(qiáng)力292.6cN強(qiáng)力CVl8.91％；強(qiáng)力最大值544cN；強(qiáng)力最小值220cN
接頭處(測(cè)99次，接頭成功率大于90％)：平均強(qiáng)力192.8cN；強(qiáng)力CV24.06％；強(qiáng)力最大值321cN；強(qiáng)力最小值74cN。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：28tex紗的接頭強(qiáng)力是正常紗的65.6%，接頭處直徑是正常紗直徑的1.94倍(用顯微鏡測(cè)得)。
圖3為接頭強(qiáng)力分布圖，從圖3中可以看出，接頭強(qiáng)力分布趨勢(shì)是符合正態(tài)分布的，即兩頭小，中間大，這就表明要完全不出現(xiàn)接頭強(qiáng)力低于50％是不可能的，畢竟接頭是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。
從其他的大量實(shí)驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果，我們對(duì)紗號(hào)為96tex～28tex的紗進(jìn)行了捻接實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)力的
實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)紡紗號(hào)數(shù)、棉條、溫濕度、紡紗工藝和紡紗元?dú)饧葘?duì)接頭都有影響，因此紡制某一種紗線就會(huì)有相對(duì)應(yīng)的最佳工藝，我們目前仍在進(jìn)一步研究。
5結(jié)論和展望
通過(guò)理論和實(shí)踐兩方面的工作，我們指出了半自動(dòng)接頭的關(guān)鍵技術(shù)所在，并得出了以下結(jié)論：
(1)半自動(dòng)接頭裝置可以用在國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上，能夠取代人工接頭，并可以在80000r/min甚至更高的速度下使用。
(2)只要控制好給棉、沉紗和引紗的時(shí)間參數(shù)及定長(zhǎng)長(zhǎng)度等接頭工藝參數(shù)，就可以得到較好的接頭質(zhì)量和很高的成功率。
(3)分析接頭強(qiáng)力低于正常紗的原因，并指出了改善接頭強(qiáng)力的方法。
(4)接頭強(qiáng)力的分布形態(tài)是符合正態(tài)分布的。
半自動(dòng)接頭的研究和應(yīng)用，在我國(guó)還處于起步階段，在接頭裝置和接頭機(jī)理等方面還有很多工作值得我們進(jìn)一步去研究。我們認(rèn)為半自動(dòng)接頭的應(yīng)用可以分為兩個(gè)階段，首先是用半自動(dòng)接頭代替人工接頭，然后再在保證接頭成功率的基礎(chǔ)上提高接頭質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]上海紡織科學(xué)研究院編譯.氣流紡紗理論與實(shí)踐.上海：上海科學(xué)出版社，1984.
[2]狄劍鋒.氣流紡紗接頭過(guò)程的機(jī)理研究.碩士學(xué)位論文，天津紡織工學(xué)院，1984.
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