絡(luò)筒機卷繞裝置研究之制動方式

青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

絡(luò)筒機卷繞裝置研究之制動方式

青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

本文主要介紹了當前自動絡(luò)筒機的卷繞裝置在筒紗剎車制動方面的結(jié)構(gòu)對比，并著重分析了軸向制動方式的結(jié)構(gòu)、特點，及其如何保證筒紗制動時的穩(wěn)定性和可靠性。

卷繞裝置 剎車制動方式 自動絡(luò)筒機

1 引言

絡(luò)筒的任務(wù)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，同時清除紗線上的疵點和雜質(zhì)，而卷繞裝置作為絡(luò)筒最為核心的部件，需要保證筒紗成形良好，卷繞張力和密度均勻、適當，且不損傷原紗的物理機械性能，減少筒紗在下道工序中的脫圈、纏繞和斷頭等情況，提高后道工序織物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

在筒紗的卷繞形成過程中，槽筒是實現(xiàn)筒紗成形的關(guān)鍵，使紗線在有著復(fù)雜空間曲線的槽筒溝槽內(nèi)左右運動，同時筒紗靠支臂進行支撐，通過與槽筒之間的摩擦接觸進行被動傳動。為了避免槽筒與筒紗之間的相對滑移對紗線造成損傷，當遇到斷紗、切疵或換管時，槽筒在瞬時制動的過程中，需使筒紗同步離開槽筒接觸表面并制動，這對減少紗線毛羽也起著積極的作用，因此筒紗的制動裝置非常重要。

2 卷繞裝置在制動方面的結(jié)構(gòu)對比

卷繞裝置的制動過程是在對槽筒進行電氣制動的同時，程序通過控制氣路，使機械裝置瞬間將筒紗抬起并抱緊。然而隨著絡(luò)紗設(shè)備向著智能化、高效、可靠、穩(wěn)定的方向發(fā)展，以及市場對筒紗質(zhì)量的不斷提高，對于旋轉(zhuǎn)筒紗的制動，卷繞裝置設(shè)計為不同方向的握持，并對應(yīng)軸向或徑向剎車結(jié)構(gòu)進行制動。

2.1 筒紗握持方式的結(jié)構(gòu)及特點

在當前絡(luò)筒機型的筒紗握持結(jié)構(gòu)中，主要分為以下兩種形式：

1）后握持。在后握持結(jié)構(gòu)中，彎弓跨距為固定一體式，結(jié)構(gòu)相對牢固，零件加工簡潔工藝性較好，大小端輪的同心精度較高，制動方式采用軸向結(jié)構(gòu)且錐面對中不易飛筒紗，剎車摩擦盤通過錐面全接觸進行制動，使用壽命較長。

2）前握持。在前握持結(jié)構(gòu)中，彎弓部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝性差且裝配累積誤差較大，制動方式是剎車塊對大輪進行制動，同時剎車皮圈沿圓周向外凸起徑向漲緊筒紗，剎車皮圈及剎車塊易磨損，壽命較短，特別當筒紗徑向跳動較大時，徑向制動會使筒紗大端單側(cè)受力不勻，出現(xiàn)飛筒紗現(xiàn)象。

2.2 SMARO絡(luò)筒機與其他機型制動方式的比較

目前四種主要絡(luò)筒機型在筒紗剎車制動方面的結(jié)構(gòu)對比如下表：

3 卷繞裝置在后方握持機構(gòu)的相關(guān)設(shè)計

目前國外自動絡(luò)筒機的卷繞裝置均采用軸向制動方式，依靠摩擦盤錐面接觸施加壓力抱緊筒紗，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊。青島宏大通過借鑒國外同類結(jié)構(gòu)，在原有前彎弓卷繞裝置的基礎(chǔ)上，進行后方握持機構(gòu)的相關(guān)設(shè)計，主要涉及大端輪打開時的軸向直線運動機構(gòu)，正常絡(luò)紗時不易飛筒紗的夾緊力，以及制動時的剎車力。

3.1 大端輪直線運動機構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)工作原理，在能實現(xiàn)軸向制動功能的前提下，為了更換滿筒紗，大端輪位置還需要滿足軸向左右滑動，在空間有限及配合緊湊的狀態(tài)下，采用圖1所示大端輪軸向運動機構(gòu)，由彎弓、打開桿、大端輪、連桿組成，涉及一個滑動副，三個轉(zhuǎn)動副，沒有高副，其自由度為

F＝3N-2PL-PH＝3×3-2×4=1

其中，N為活動構(gòu)件數(shù)，PL為低副數(shù)，PH為高副數(shù)，當以打開桿為原動件時，機構(gòu)的自由度與原動件數(shù)相等，運動軌跡確定，大端輪可以實現(xiàn)軸向左右滑動。

由于連桿機構(gòu)中低副存在間隙，在筒紗的高速轉(zhuǎn)動及瞬間制動情況下，易產(chǎn)生積累誤差及振動，影響筒紗的成形質(zhì)量。在此工作狀況下，考慮大端輪滑動的距離相對較短，而打開桿的長度可以相對較長，使得打開桿與連桿的連接轉(zhuǎn)動副相對于軸向運動軌跡的距離變化量相當小，因此將連桿長度縮短為零，將兩個轉(zhuǎn)動副合并為一個轉(zhuǎn)動副，同時通過橡膠墊一定的壓縮量，保證大端輪沿軸向同時具有滑動副和轉(zhuǎn)動副，這樣既減少零件累積誤差，又可緩沖筒紗的振動，提高成形質(zhì)量，優(yōu)化簡圖如圖2所示。

3.2 正常絡(luò)紗時筒紗夾緊力的計算

筒紗夾緊力的設(shè)計依據(jù)為在正常絡(luò)紗時，大端輪在夾緊彈簧的作用力下抱緊筒紗且不易飛筒，同時考慮落筒小車打開的需要，此夾緊力應(yīng)盡量較小，按照大端輪的外形尺寸、工作條件及位置行程，可確定此處采用中徑D為16．5mm，安裝高度H1為48mm的壓縮彈簧，此時筒紗的預(yù)夾緊力F1約為30N，當落筒小車打開最大行程時，彈簧從安裝高度壓縮量f約為30mm，壓縮載荷F2約為55N，滿足使用要求。

根據(jù)彈簧的工作條件，屬Ⅱ類載荷彈簧，采用碳素彈簧鋼絲D級，初步假設(shè)彈簧直徑d＝1．4mm，查表其抗拉強度＝2150MPa，許用切應(yīng)力＝ 0．45X2150=967．5 MPa，切變模量G＝79x103MPa。

則彈簧鋼絲直徑為

根據(jù)GB1358取系列值，取d＝1．4mm，與假設(shè)基本接近。

取有效圈數(shù)n=10，取支承圈n2=2，則彈簧總?cè)?shù)安裝變形量mm，取安裝變形量＝36mm，則最大壓縮變形量為mm

3.3 剎車制動力的計算

卷繞裝置的軸向制動原理如圖3所示，在筒紗正常轉(zhuǎn)動時，摩擦盤與大端輪錐面之間存在一定的間隙，即h＞0，當需要剎車制動時，程序控制閥島接通氣路，由壓縮空氣力F1’及夾緊彈簧力F1共同作用，推動大輪軸向左移動，克服復(fù)位彈簧的作用力F0，擠壓大端輪與紙管，同時摩擦盤與大端輪錐面接觸，即h＝0，依靠摩擦力矩實現(xiàn)整個剎車制動過程。制動結(jié)束后，壓縮空氣關(guān)閉，在復(fù)位彈簧的作用力下，摩擦盤與大端輪錐面脫開，回到初始狀態(tài)，筒紗又可正常轉(zhuǎn)動。

圖3 大端輪剎車裝置結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)此剎車制動原理過程，軸向力需設(shè)計滿足以下條件：

其中P為壓縮空氣的壓強， d為大輪軸活塞直徑。

然而隨著筒紗直徑的增加，筒紗自身的重量在逐漸增加，在相同的紗線纏繞速度時，轉(zhuǎn)動慣量逐漸增加，與之對應(yīng)的剎車制動力也需增大，為了保證良好的剎車可靠性能，在大輪軸活塞直徑一定的情況下，可適當增加剎車壓縮空氣的壓強。

由于在絡(luò)紗過程中，切疵、斷紗和換管等情況下，剎車頻率非常大，為了最大限度的延長摩擦盤使用壽命，除了摩擦盤材料顯得尤為重要外，采用帶有θ角度的錐面進行接觸制動，如圖4所示

其中， Fa為制動時軸向力；

Fn為制動時法向力；

Ff為制動時摩擦力；

θ為接觸錐面角度。

在制動軸向力一定的情況下，可以看出θ角越大，cosθ越小，摩擦系數(shù)可以相對加大，產(chǎn)生的摩擦制動力越大，剎車性能越好。

圖4 剎車時受力圖

4 結(jié)束語

采用軸向剎車制動結(jié)構(gòu)后，摩擦盤錐面直接作用，結(jié)構(gòu)簡單，同時依靠大小端輪錐面軸向擠緊作用，可很大程度減小筒紗震動，避免飛筒紗現(xiàn)象，其新結(jié)構(gòu)、新工藝提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性，適應(yīng)時代的發(fā)展及用戶的需要。

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

[2] 孫桓.機械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2006

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