絡筒機卷繞裝置研究之平衡壓力

青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

絡筒機卷繞裝置研究之平衡壓力

青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

本文主要探討了后彎弓卷繞裝置與前彎弓卷繞裝置的對比，以及后彎弓卷繞裝置的新結構、新特點，并對壓力平衡裝置進行了相關線性論證，從而保證平衡裝置能滿足優良的筒紗成形。

卷繞裝置 后彎弓 壓力平衡裝置 自動絡筒機

1 引言

卷繞裝置作為絡筒機最為核心的裝置之一，它的任務是將容紗量較少的管紗加工成容量較大、成形良好、有利于后道工序加工的筒紗，并在紗線的快速退繞過程中，將不合格的紗疵和雜質清除。

在筒紗的形成過程中，常見的筒紗成形問題可分為以下幾類：重疊筒子、菊花芯筒子、凸邊筒子、亂紗層筒子、跨邊（攀頭）筒子、脫邊（滑邊）筒子、葫蘆筒子、腰帶筒子、年輪筒子、紗線纏槽筒等，因此為了滿足后道工序的高效率退繞，筒紗的成形十分關鍵。

筒紗的卷繞成形除與張力、防疊、筒管形狀有關外，在很大程度上還取決于筒紗接觸壓力的變化規律。當前絡筒機雖然原理上都是采用槽筒式卷繞，但是夾持筒紗的握持裝置可分為前置彎弓和后置彎弓兩種，相對應的平衡壓力裝置也各不相同。

表1 四種主要機型卷繞裝置結構對比

2 卷繞裝置的結構比較分析

隨著絡紗設備向著智能化、高效、可靠、穩定的方向發展，以及市場對筒紗質量的不斷提高，國外三家絡筒機廠商都將筒紗的握持方式改為后彎弓，同時依靠平衡氣缸與彈簧共同作用有效控制筒紗與槽筒的接觸壓力，通過阻尼吸收運行。

2.1 SMARO絡筒機與其他機型卷繞裝置的比較

目前四種主要機型卷繞裝置的結構對如表1所示：

2.2 后彎弓的結構特點

鑒于國外三種機型的結構特點，作為國內生產絡筒機的主要供應商，青島宏大生產的絡筒機也將彎弓設計為后方握持，主要具有以下新結構、新特點：

1）握持方式為后彎弓，給新型落筒小車抓手讓出空間，可實現在電子清紗器處抓取紗頭，智能化程度大大提高；

2）彎弓跨距為固定一體式不可調節，零件的生產加工工藝性較好，可以高精度地保證大小端輪的同心度，剎車方式采用軸向結構不易飛筒紗，大端輪結構簡潔可適應不同錐度的筒管；

3）接觸壓力由平衡氣缸和阻尼彈簧共同作用，可以吸收筒紗在運行過程中產生的接觸壓力波動，可以通過調節彈簧力度或平衡壓力差改善筒子的防疊及致密度，提高筒子的成形質量。

4）采用后彎弓結構相對牢固，握持筒紗并繞筒紗長度方向的中間位置旋轉，在小筒紗狀態時可防止筒紗小端過度摩擦產生斷頭，并且錐度累加作用于彎弓回轉中心位置。

3 平衡壓力調節裝置的線性論證

在后彎弓的設計中，仍然采用原有的平衡氣缸來滿足筒紗的抬起與平衡功能，但由于結構位置的改變及后彎弓質量變輕，需要通過其他裝置與平衡氣缸裝置產生的力矩進行合成，使筒紗在增大過程中與槽筒之間的壓力基本為恒定，從而保證筒紗的成形質量。

由于彎弓是繞定軸轉動的，可以將筒紗與槽筒之間的壓力恒定轉化為彎弓繞回轉中心力矩按一定規律（近似線性）的變化，從而轉化為平衡氣缸產生力矩與另一機構產生力矩合成后產生的力矩來滿足所需變化規律。

圖1 平衡氣缸力矩產生裝置結構簡圖

3.1 平衡氣缸力矩的計算

由于平衡氣缸本身的工作特性及結構尺寸所限，設計中采用拉伸彈簧進行平衡壓力調節，通過齒輪傳動進行力矩連續平穩疊加，結構簡圖如圖1所示：

M—筒紗與槽筒的接觸壓力對應的力矩；

M0—支臂、筒紗自重及摩擦等的力矩；

M1—平衡氣缸產生的力矩；

M2—齒輪2在彈簧作用下產生的力矩；

M2’—齒輪2產生的力矩作用在齒輪1上時產生的力矩；

θ′ —OA與X軸正方向的夾角；

β—OA與AB的夾角；

r—OA的長度；

在初始狀態下，力矩M0受很多因素影響，如裝配精度、軸的潤滑及摩擦等，在工作中，隨著筒紗直徑的增大，筒紗的質量和支臂的重心發生著變化，支臂與筒紗自重產生的合成力矩也隨著筒紗的增大而變大，考慮彎弓在正常工作中（筒紗直徑小于320mm）轉動的角度不大（小于30°），所以可以假設支臂與筒紗自重產生的力矩與轉角為線性關系，即

且在筒紗增大過程中，平衡氣缸的力臂R變化不大，接觸壓力需保持基本恒定，所以M 1、M也近似為常數，對上述公式兩邊求導為

3.2 平衡彈簧力矩的計算

鑒于上述力矩方程為線性方程，考慮到支臂正常工作時轉動的角度較小（小于30度），采用拉伸彈簧機構時，拉力是線性的，產生的力矩也近似認為是線性的。

可求彈簧產生的力矩為

3.3 壓力平衡裝置對筒紗成形的影響

隨著筒紗直徑的增加，筒紗與槽筒的接觸線向槽筒后方移動，筒紗自身的重量在逐漸增加，支臂重心也在變化，基于這三個因素的影響，為了保證筒紗成形時里、外層的密度相同，要求筒紗對槽筒的正壓力應保持一致。

通過實際測量，此平衡裝置在紡品種為T45S的紗線，平衡氣壓為1.2bar時，筒紗在不同大小，對槽筒正壓力的變化趨勢如圖2所示：

圖2 筒紗對槽筒正壓力的變化趨勢

系列1：筒紗直徑變化線，直徑勻速增加，每5mm一個點

系列2：對應每個筒紗直徑變化點，筒紗重量變化趨勢

系列3：筒紗對槽筒正壓力變化趨勢，整體為增加趨勢，但較筒紗重量增加趨勢緩慢。

圖2中試驗數據反應了接觸壓力的變化趨勢，在筒紗接觸壓力基本一致的設計思想下，接觸壓力整體呈增加趨勢，但增加趨勢緩慢，起到了一定的平衡筒紗內外層密度的作用，保持筒紗成形良好。

4 結束語

目前市場需求對智能化程度及筒紗質量不斷提高，與國外機型相比，我們的劣勢逐漸顯露出來，市場競爭壓力很大，對現有結構進行后彎弓支臂的相關設計，其新結構、新技術、新工藝不僅提高了生產效率和筒紗的成形質量，還提高了設備運轉的穩定性、可靠性，既是適應當前用戶的需要，又是滿足我公司絡筒機持續發展的需要。

[1]濮良貴,陳定國,吳立言.機械設計(第九版)[M].北京：高等教育出版社,2013

[2]方世杰.機械優化設計[M].北京：機械工業出版社,2004

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