環錠細紗機升降傳動裝置的研究與分析

經緯智能紡織機械有限公司 田克勤/文

1.前言

環錠細紗機是紡織行業生產流程中量大面廣的重要設備，其性能的好壞直接影響到成紗質量、能耗高低、用工多少、工人的勞動強度以及管理、經濟效益等各個方面。細紗機斷頭是細紗生產中的主要危害，影響細紗機產量，降低生產效率，增加擋車工勞動強度，易造成布面疵點增多，引起大幅度質量波動，所以斷頭是細紗高產、優質、低耗生產發展的障礙。

隨著社會的發展，無人化工廠和夜間無人值守車間的概念凸顯，要實現無人值守，大幅減少紡紗斷頭非常必要，細紗機設備研發企業做了大量的研究，相比10年前，紡紗斷頭大幅減少，好的用戶基本控制在千錠時斷頭10根以內。分析紡紗過程，一落紗中斷頭分布的規律是，小紗多、中紗少，大紗又有增加，大致比例為5:2:3。導紗板結構和運動軌跡對紡紗斷頭有一定的影響，本文圍繞這個主題展開研究。

2.導紗鉤升降與紗線張力及紗線斷頭的關系

細紗機卷繞部位斷面工藝參數包括導紗角、紡紗段長度、前羅拉包圍弧、導紗鉤升降全程及其運動軌跡五個參數。前三個參數決定紗條動態捻度的傳遞效果，從而影響紗線強力，而后兩個參數決定到一落紗氣圈的大小，氣圈在不同紡紗階段的波動,影響紡紗張力的大小，這是造成斷頭多少的直接因素。恒定的氣圈是最理想的氣圈，在現有的設備狀態下，這是不太現實的?；诂F有的設備狀態，選擇較理想的氣圈，可以改善斷頭情況。大紗時，希望導紗鉤動程大些，使氣圈不至于過直，以滿足大紗階段必要的氣圈高度；小紗時，希望導紗鉤不運動，壓縮小紗階段的氣圈高度，使氣圈不至于過大，減小紗條張力及其變化，從而減少紗線斷頭。氣圈高度、導紗鉤升降對氣圈控制影響見表1：

由上表可知，為最大程度減少紗線斷頭，導紗鉤的升降軌跡應該為：小紗時導紗鉤不運動或做微小運動，中紗時小動程運動，大紗時中動程運動。

3.細紗機傳統鋼領板和導紗鉤升降傳動方式和關系

傳統的環錠細紗機設計有位叉機構，較好的解決了小紗時導紗板微動要求。其結構如圖1所示，該結構導紗鉤升降配有位叉機構。主傳動鏈條（1）牽動主鏈滑輪（2）轉動，帶動一分配軸（3）做往復運動時（同時級升），固定在一分配軸（3）的鋼領板升降鏈滑輪（4）轉動，帶動鋼領板升降鏈條（5）運動，從而完成鋼領板的升降；同時固定在一分配軸（3）上的導紗鉤鏈滑輪（6）帶動二分配軸牽動鏈條（7）、鏈滑輪（8）一起轉動，引起固定在二分配軸(9)上的鏈滑輪(10)旋轉，從而引起導紗鉤牽動鏈條(11)、導紗鉤鏈滑輪(12)與導紗鉤升降鏈條(13)的運動，最終完成導紗鉤的升降過程。其中，導紗鉤牽動鏈條(11)被位叉(14)、位叉軸承座(15)等構成的位叉機構所控制（如圖2所示），二分配軸（9）在0～20.68°轉動時，導紗板牽動鏈條（11）上的位叉銷軸（12）處于位叉（14）的凹槽中，位叉起到支撐作用，二分配軸（9）做往復運動時導紗鉤是做微小運動；當轉動角度大于20.68°后，導紗鉤牽動鏈條上的位叉銷軸（16）脫離位叉的凹槽，位叉失去作用。二分配軸（9）做往復運動時，導紗鉤升降鏈條（7）帶動導紗鉤正常勻速運動。

表1

表2

圖2

根據圖1所示

一分配軸轉動角度θ1：

鋼領板高度H:

式中：

d1—導紗鉤鏈滑輪（6）分度圓直徑；

d2—鏈滑輪(10) 分度圓直徑；

D1—鏈滑輪（8）分度圓直徑；

D2—鋼領板升降鏈滑輪（4）、導紗鉤鏈滑輪(12) 分度圓直徑；

θ1—一分配軸轉角；

θ2—二分配軸轉角；

d1=φ88.6；D1=φ120；D2=φ130；d2=φ61.6

由公式得：

當 θ2=20.68°時 ：θ1=28°；H=31.8

由圖3可知，鋼領板起始位置距龍筋是59，鋼領板起紗位置距龍筋是80，那么當鋼領板上升31.8時，管紗紡了的高度31.8-（80-59）=10.8，為小紗階段。

當鋼領板繼續上升即θ1＞28°，θ2＞20.68°，位叉失去作用，此時根據圖1的傳動結構，導紗鉤與鋼領板升降高度比為：

細紗機按常規的210紗管，180升降計算，鋼領板上升到最高位180位置時，導紗鉤上升h=（180-10.8）×0.35=59

逐段分析計算導紗板運動動程，導紗鉤與鋼領板升降高度的數據表見表2，，可以直觀的表述兩者之間的位置關系。

該傳統的升降機構，導紗鉤升降軌跡為小紗時導紗鉤做微小運動，中大紗勻速運動，保證了氣圈高度，滿足紗線張力要求。但存在的弊端是，位叉機構復雜，零件種類多，成本高且安裝調整困難；且在運行過程中，位叉銷在與位叉座接觸或脫開的瞬間，對位叉有沖擊力作用，使得位叉易發生斷裂，影響整機的穩定性和可靠性。

4.設計新的升降機構實現鋼領板和導紗鉤升降關系

位叉機構設計于短車，擴展用于長車，在長車使用中暴露出些問題，假如再把它直接應用于超長車，問題會很突出。從紡紗紗線張力要求及傳統的升降機構中鋼領板和導紗板之間的升降動程關系中，我們清楚的看到：導紗鉤升降軌跡為小紗時導紗鉤做微小運動，中大紗勻速運動。鑒于位叉升降機構的弊端，我們需要研發一種新的機構滿足導紗板運動要求。采用什么樣的新結構，來實現這樣的運動關系呢？凸輪機構和偏心輪機構都可以實現變速運動，但凸輪的曲線加工難度大，成本高，所以我們嘗試設計偏心輪機構代替傳統的位叉機構。設計一偏心輪代替二分配軸上的鏈滑輪（8），其外圓直徑不變，穿二分配軸的軸心偏置，以此實現導紗鉤升降軌跡為小紗時導紗鉤做微小運動，中大紗勻速或加速運動。

5.新型鋼領板和導紗鉤升降傳動機構

參照傳統的環錠細紗機升降機構，在鋼領板升降機構不變的情況下，主要對導紗鉤升降機構做了改進，設計新型導紗鉤升降傳動裝置，如圖4所示主要是通過優化設計一個偏心鏈滑輪（16），替代鏈滑輪（8），同時將復雜的位叉控制機構取消：達到當管紗在小紗階段時，二分配軸牽動鏈條（7）靠近偏心鏈滑輪（16）遠端位置處，當一分配軸（3）做往復運動時（同時級升），二分配軸牽動鏈條（7）帶動偏心鏈滑輪（16）做微小運動，使得導紗鉤升降鏈條（13）帶動導紗鉤發生非常小的位移；當管紗在中紗及以后階段時，二分配軸牽動鏈條（7）逐漸靠近偏心鏈滑輪（16）近端位置處，二分配軸牽動鏈條（7）帶動偏心鏈滑輪做正常運動，使得導紗板升降鏈條帶動導紗板可正常運動。

方案確定后，擬合運動軌跡是核心，雖然機構簡單，但理論計算比較復雜，通過系列的計算和計算機模擬運動，找到較為理想的偏心距和初始角度，新型升降機構鋼領板和導紗鉤升降高度的實測和計算數據值見表3。

對比表1和表2數據，偏心輪代替位叉機構導紗鉤升降高度僅有微小變化，可忽略不計，動程對比見圖5。改進后新型導紗鉤升降機構，導紗鉤升降軌跡為：小紗時導紗鉤升降做微小運動，中紗慢速運動，大紗中速運動。滿足了從小紗到大紗的氣圈高度，和紗線張力要求。偏心輪升降機構，結構簡單、安裝方便，降低成本，且在運行過程中，傳動鏈條始終受拉力作用，偏心輪平滑過渡，不存在沖擊因素，導紗鉤運動上下換向時，換向平滑，也不出現沖擊現象。

圖3

圖4

表3

圖5

6.新型升降結構應用效果

新型升降傳動機構，使用優化設計的偏心鏈滑輪，替代復雜的位叉控制機構，在功能相同的前提下，減少了零件種類，方便安裝，降低了整機的成本，并且從根本上解決位叉斷裂的問題，該機構滿足長車和超長車使用要求，大大提升了整機的穩定性和可靠性。該結構已成功推廣，應用到商品中，生產中紗線斷頭率、成紗質量和筒紗成型各方面均有大的改善提高，受到廣大客戶的一致認可。

7.結語

本文通過對環錠細紗機傳統升降機構和新型升降機構的分析、計算、對比，研發的新型升降機構對于整機的設計更為合理、穩定。通過對兩種升降機構結構的分析，傳動的介紹，及鋼領板和導紗鉤升降位置關系的確定，為細紗機的開發提供了好的理論根據，給細紗機設計人員提供了良好的幫助，同時在用戶使用過程中，設備穩定性、可靠性及成紗質量得到穩定提升，設備工作效率提高，機器維修保全費用降低，得到用戶的極大肯定。