CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

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2020年4月3日07:27:58 评论 111 5993字阅读19分58秒
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精梳是纺织过程中进行深加工、精加工,提高成纱质量的关键工艺技术,具体以精梳机的机械结构及其机构间的运动配合来实现。

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

本文发表在第14期《梳理技术》杂志上,更多好文章期待您的投稿。投稿、咨询邮箱:shulijishu@geron-china.com

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

严纪琴1、严礼根3 

(上海一纺机械有限公司)

王生泽2 

(东华大学)

 

0      前言

精梳是纺织过程中进行深加工、精加工,提高成纱质量的关键工艺技术,具体以精梳机的机械结构及其机构间的运动配合来实现。

 

上海一纺机械有限公司在精梳机的研发制造方面历史悠久,底蕴深厚,近年来,在总结以往经验的基础上,通过产、学、研联合及同棉纺企业的合作,完成了CJ60型棉精梳机的研发,并通过对精梳机核心部件如钳板、梳理、分离等运动机构、执行机构的创新设计,提高了精梳机的速度和对纤维的适纺性。CJ60精梳机的主要技术指标如实际生产车速已达到了420 钳次/min,纺纱质量达到了Uster 2007公报的5%水平,这些指标均属于国际先进水平。目前CJ60型棉精梳机已批量生产,并得到了用户的认可和欢迎。

 

下面就CJ60型棉精梳机的机械特性和纺纱工艺特性作一些分析和探讨。

 

1       CJ60型棉精梳机的机械结构分析

1.1     机架结构

机架结构是机台高速稳定运转的基础。

 

CJ60机架分为两段,一段为车头与车中,另一段是车尾。

 

车中采用车面横梁结构。车面横梁由托脚支撑,车头箱和车中墙板均座落在车面横梁上,机架的设计基准、工艺基准和安装基准一致,保证了机器的精度。特别是设法减小回转轴及运动件与安装基准的距离,使整机的回转中心相对处于较低位置,提高了机器在运动过程中的稳定性和抗振性。

 

车尾机架是由大底板和墙板组成的一个稳定的刚体结构,圈条组件与牵伸组件稳固地安装在机架上。

 

1.2     钳板运动

CJ60下钳板运动采用曲柄摆动偏心导杆机构和双摇杆机构组合而成,其工作原理如图1所示。上钳板运动由连杆HD上的铰链点E带动,FK为杆长可压缩弹簧杆,而偏心KG由齿轮机构驱动(图1中未示出),从而使上钳板能按工艺要求启闭及合适加压。

 

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

 图1     CJ60钳板运动机构

 

 

(1)钳板往复运动动程短,加速度低,钳板组件重量轻,适应高速运转。

 

由《机械原理》可知:对于低速机械,其运动构件的动载荷不大,可忽略不计。但是,对于高速往复运动的机械,由于其运动构件的动载荷很大,并且往往大大地超过静载荷,故除了静力之外,还需考虑惯性力P和惯性力矩M 

P=ma     M=Jε

式中:m为钳板组件的质量;a为钳板组件重心的加速度;J为钳板组件对重心轴的转动惯量;ε为钳板组件的角加速度。

 

由于精梳机的钳板组件是高速往复运动的机件,其惯性力和惯性力矩是决定精梳机能否高速的重要条件。钳板组件运动的加速度、角加速度都与车速的平方呈正比,因此当车速提高时,惯性力和惯性力矩急剧增加,要减小惯性力和惯性力矩增大的幅度,必须减小钳板运动加速度和减轻钳板组件质量[2]

 

 

CJ60减小了钳板运动加速度和减轻钳板组件质量,从而降低高速往复运动的钳板组件的惯性力P和惯性力矩M

 

CJ60钳板往复运动动程短,加速度低,在落棉隔距为10刻度,车速为350 钳次/min时, CJ60 钳板摆轴的运动参数如下:

 

车速350钳次/min;曲柄半经61.5mm;钳板摆轴总摆角35°;钳板前进所占的分度数24.4;钳板后退所占的分度数15.6;钳板摆角的最大角速度16.03弧度/s,钳板摆角的最大角加速度608.0弧度/s2

 

CJ60钳板组件重量轻。减轻钳板组件的重量,可通过选用轻质材料和改变结构尺寸这两种途径实现。CJ60钳板座HD长度为180 mm,其他类型的棉精梳机钳板座长度尺寸都大于180 mmCJ60钳板组件总重量小于2.4 kg

 

(2)“音响夹角”的突变小,咬合瞬间的冲击力小,从而减少了上下钳板咬合瞬时碰撞,降低了噪声。

 

“音响夹角”是指上下钳板咬合点开始分离时,两运动轨迹切线夹角。如图2所示,JA为上钳板咬合点的运动轨迹,IA 为下钳板咬合点的运动轨迹。CJ60上下钳板咬合时,两轨迹切线夹角由15° 突变为0°,上下钳板咬合点开始分离,两轨迹切线夹角由0°变为15°。在钳板最前位置时,两轨迹切线夹角较大,但由于有上加压偏心运动之故,在上下钳板咬合瞬时,两轨迹切线夹角突变却很小,而咬合瞬时不大的突变夹角有利于减小上下钳板咬合瞬时的碰撞噪声。

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

 图2    CJ60音响夹角示意

 

 

(2)上钳板偏心机构的设计有两个方面的内容,一是设计偏心值及偏心的初时定位;二是设计偏心的传动机构,控制偏心的运动。

 

设计偏心值及偏心的初始相位对钳板的开口量、开口角、开闭口定时有影响,对改善上下钳板咬合时的加压力均匀性影响显著。通过对偏心值及偏心初始相位的优化设计,可提高对纤维的适纺性。

 

设计偏心的传动机构,控制偏心的运动,可改善钳板加压(加压值,压力的稳定性),减少钳板咬合瞬间冲击力。

 

CJ60精梳机在落棉隔距为10刻度时,上下钳板咬合时弹簧杆的最大压缩量为1.26 mm。由于上加压有偏心运动之故,弹簧杆的压缩量小,在整个梳理区间基本保持在最大压缩量上,从而使得上下钳板的咬合力大小基本保持不变,上钳板加压力稳定,减少了过冗负荷,提高了高速运转下的整机平稳性。

 

1.3     梳理运动

增加一对非圆齿轮,使锡林作变速运动,锡林梳理时间与钳板开闭时间、分离罗拉的倒顺转定时针对精梳机高速运转要求作了优化调整。一方面,使锡林在变速运动450钳次/min的分离罗拉最高加速度相当于锡林在匀速运动350钳次/min的分离罗拉最高加速度;另一方面,增加了分离接合时间,保证了钳板上搭接纤维的自然抬头时间,提高了精梳机速度。经过试验,锡林变速不但不影响精梳质量,同时通过钳板运动和梳理运动优化设计,使CJ60精梳机锡林梳理角具有90°和112°两种选择。选择锡林梳理角112°,可增加锡林的梳理点,在保证锡林梳理点有效性的前提下,则可进一步提高精梳机的梳理质量。经试验,在保证同样梳理质量的情况下,适当减小落棉隔距,可节约落棉2%左右。一般对生产80支以上的精梳纱,除增加落棉隔距外,拟采用112°的锡林,以增加梳理效果。

 

1.4     分离运动

为了得到理想、均匀而清晰的棉网,纤维的分离接合运动一直是人们重视和研究的课题。

 

精梳机的分离罗拉运动目前有三种传动方式,一种是由多连杆机构和行星齿轮传动轮系组合而成(E65);另一种是共轭凸轮和行星齿轮传动轮系组合而成(CJ60),如图3所示,△KTH为凸轮机构摆动架,控制行星齿轮轴T的摆动角变化,此凸轮机构与行星轮系组合,控制分离罗拉的倒顺转运动;还有一种是由伺服电机直接传动(CJ40S)

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

3    CJ60共轭凸轮机构示意

 

由于伺服电机直接传动分离运动的精梳机目前没有正式进入市场,这里暂不作对比分析。下面仅针对“共轭凸轮+行星齿轮传动轮系与多连杆+行星齿轮传动轮系”进行比较分析:

 

CJ60采用共轭凸轮机构直接传递分离运动,机械传动结构简单紧凑。而连杆机构一般只能近似地实现给定运动规律,而且设计较为困难、复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定工艺规律变化,尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动且驱动力较大时,采用共轭凸轮机构最为合适。所以CJ60的共轭凸轮设计容易达到工艺上所希望的分离运动曲线要求,使分离接合运动更加精确, 使棉网更加均匀和清晰。若要优化分离运动,只需改变凸轮廓线设计。

 

②共轭凸轮相比多连杆机构,转动惯量与不平衡惯性力小,动态性能好,更适应高速。

 

③共轭凸轮与转子滚轮之间是滚动摩擦,磨损少,使用寿命长。

 

④机构简便,减少了多连杆机构铰接累积误差。

 

⑤共轭凸轮的尺寸设计要求高,在满足分离运动工艺要求的前提下,还需同时考虑共轭凸轮压力角在许可条件下越小越好,共轭凸轮的实际廓线的曲率半径不能太小,共轭凸轮机构的安装尺寸也要满足等诸多因素。

 

⑥共轭凸轮的制造精度、选材与热处理要求高。目前,我们共轭凸轮表面廓线的精度可做到动态性能允许的公差范围以内,共轭凸轮外表面高频淬火,硬度达到规定要求。

 

1.5     吸落棉组件

精梳机的吸落棉组件也是精梳机的关键组成部分之一。

 

精梳机内的气流是以负压运行,外部补风,形成一个循环系统。CJ60增加了吸风系统的补风量,吸风系统总风量,设定主风道的负压保持在15~18 mmH2O,并设有微压差开关监控。车中每个眼的前后风量以及牵伸、圈条部分的吸风都能单独调节,并且特殊设计了三角气流板和三角气流控制区,使精梳机的气流在机器不同的运转速度下都得到合适控制:既有一定的负压,保证精梳分离接合工作,又能排除气流干扰棉网,同时还可吸走精梳落棉、飞花。

 

1.6     牵伸、圈条组件

1)优化的牵伸传动结构,牵伸倍数范围大。主牵伸罗拉直径由通常的35 mm减小为30 mm,即减小了主牵伸区,使牵伸更为稳定,有利于提高条干质量。

 

(2)圈条压辊采用集束喇叭和齿形集束压辊组合的形式,使纤维卷曲、压紧,增加纤维之间的抱合力,提高精条的强力。

 

1.7     整机能耗低,可靠性好,性价比高

能耗低,通过提高零部件精度,降低机器的负荷,并采用永磁电机等措施,能耗大大低于国内同类机型。

 

可靠性好,是指产品在规定的条件下、在规定的时间内,完成规定功能的能力好。

 

我们综合了众多学科如数理统计、材料学、结构学、物理学和基础试验等技术,通过收集CJ60棉精梳机的早期故障、分析故障的原因,开展技术攻关和质量攻关活动如提高CJ60制造的工装系数,关键件采用专机加工,规定的力矩紧固零件,在配套件、元器件的选用上,着重考虑可靠性、使用寿命等一系列措施,保证CJ60新产品的可靠性。

 

性价比高,指以较低的制造成本完成机器应具有的满足市场较高需求的功能。

 

CJ60实际生产速度达到420钳次/min;最高产量达到65 kg/h·台,满足了市场对精梳纱纺纱工艺的最高期望;通过从原材料的购进至整机的出厂,对经营、工艺、制造、装配等多部门、多工种进行有效管理,技术水平与国际同类先进水平相当,价格仅是国际同类机型的40%左右。

 

2      CJ60型棉精梳机的纺纱工艺特性

CJ60型棉精梳机不仅具有良好的机械性能,而且具有令用户满意的精梳纺纱工艺性能。

 

2.1     在高速条件下具有良好的纺纱工艺特性

不同的车速:300、360420 钳次/min,其他试验条件相同,AFISUster 单纤维测试仪)试验数据见表1。试验结果显示,随着速度的增加,精梳条的梳理质量没有显著影响。

 

表 1 不同车速的试验数据 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

  

2.2     获得同样质量但精梳落棉量更少, 降低了精梳的原料成本

过去由于精梳纱质量测试条件的限制,精条短绒含量、精梳落棉,传统的方式是以一个比率数值表示。随着技术的进步,现在许多棉纺厂均采用Uster公司的AFIS单纤维测试仪检测,这样,不但能测出精条短绒含量,精梳落棉的短绒含量,而且能测出精梳落棉和精条中短绒的分布情况。

 

图4表示CJ60和品牌机型在同样条件下纺100Ne纱的精条短绒和落棉短绒分布情况,其中横坐标为纤维长度,纵坐标为短绒含量。因纺制长绒棉,这里把20 mm以下的纤维作为短绒。从图4中可以看出CJ60的各项指标都不低于品牌机型,精条和落棉中的短绒分布较理想,即精条中短的纤维明显比小卷减少,落棉中短纤维的较多。这样,有效地使用了原棉,降低了精梳的原料成本。

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

4    精条短绒、落棉短绒分布

 

2.3     CJ60良好的梳理性能有利于成纱质量提高

2.3.1    梳理隔距

在精梳锡林的梳理过程中,锡林针尖至上钳板钳唇下缘的距离称梳理隔距。

 

由于钳板的传动采用四连杆机构,而锡林为圆周运动,故梳理隔距随时间变化。不同机型精梳机的钳板运动和梳理运动机构不同,造成梳理隔距变化曲线不同。相同的运动机构,由于落棉隔距不同,梳理隔距变化规律亦不同,另外锡林开始梳理时间不同,也影响梳理隔距变化规律。

 

在一个工作循环中,梳理隔距的变化幅度越小,梳理负荷越均匀,梳理效果就越好2。江苏某纺织有限公司采用不同梳理隔距的成纱试验结果(见表2)。

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 注:试验32Ne, 20只纱管,采用YG138M条干均匀度测试仪。

 

CJ60精梳机梳理隔距基本呈等隔距梳理,梳理隔距基本为0.3~0.4 mm,如图5所示(曲线为钳板咬合时间段梳理隔距变化曲线,灰色为锡林梳理时间段梳理隔距变化曲线)。CJ60减小了梳理隔距及梳理隔距的变化,提高了精梳机的梳理质量,进而提高了成纱质量。

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

5    CJ60梳理隔距变化曲线

 

2.3.2    锡林齿排任意组合

根据所纺支数的特殊需要,梳理弧面可选择锡林梳针由齿条组合而成,目前其他机型的精梳机一只锡林的针齿数最多不超过2.9万针,而CJ60锡林的针齿数可达到3.95万针,锡林具体结构见图6。同样的梳理时间里,梳理点多,提高精梳机的梳理质量。

 

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

 

6    锡林结构

 

2.4     适纺纤维能力强

能适应不同纤维长度、不同等级的原棉,能纺制各种不同需求的精梳纱。使精梳纱除了能织出高支薄型和细支高密织物外,还能织出中、低支纱线(见表3)。 

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

 

注:速度为350钳次/min

 

 

3      结语

根据上述分析:CJ60型精梳机技术先进,具有良好的机械特性和纺纱工艺特性,能耗低,可靠性好,性价比高,为纺织企业结构调整,改变经济增长方式,进行技术改造提供了装备保证。

 

参考文献:

[1]Uster 2007公报.

[2]任家智.高效能精梳机技术与工艺创新的探讨[J].棉纺织技术,2001294

[3]纺织工艺设计与质量控制, 纺织高等教育“十五”部委级规划教材.

 

CJ60型棉精梳机机械和纺纱工艺特性分析

● 梳棉机附加分梳板针布的设计与创新
● 金属针布磨损机理探讨
● 圆边角针布与纤维短绒及纱线质量的关系研究
 

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《梳理技术》于2017年更名为《纺织技术》,杂志创刊于2000年,由金轮针布公司和原上海纺科院部分老专家,在梅自强院士(已故)的指导下联合创办。黄锡畴(已故)、许鑑良、孙鹏子(已故)、周建平先后任主编。并拥有一支国内外学界权威、行业技术专家组成的编委队伍。《纺织技术》每期发行一万多份,读者覆盖高校、科研机构、纺织企业各层面。成为纺织行业梳理领域内公认的具有极高专业性、权威性的技术刊物。《纺织技术》的宗旨是助力纺织行业进步,致力于行业技术的突破与提升,积极倡导学术争鸣,为技术交流提供平台,坚持免费提供给读者的原则,愿与广大客户和各界朋友携手共创梳理技术美好未来!

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