氨綸包芯紗生產裝置設計及傳動參數規劃

喬生紅，張 蔚

(常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213164)

彈力織物具有彈性好、無壓迫感且質地柔軟等特點，市場前景十分廣闊。彈性纖維種類很多，可分為聚氨酯纖維(如氨綸)、聚醚酯彈性纖維(如PET/PEO)、聚酯類彈性纖維、聚烯烴彈性纖維和硬彈性纖維等[1]。彈性纖維條干均勻、彈性好、強度高，但吸濕性差、手感硬、易起毛、產生靜電、易老化，因此較少單獨使用，常與其他纖維組合成包芯紗、包覆紗、變形紗等。另外彈力長絲價格要比一般纖維高出數倍，多種纖維組合應用，既可取長補短，又可節省成本[2]。

包芯紗是以彈力長絲為芯絲，外包無彈性的短纖維制得。氨綸包芯紗的紡紗工藝不同于普通紗，目前國內并無專門設備，主要依賴于在普通紡紗設備上進行結構改造。本文以細紗機改造實踐為基礎，探討了氨綸包芯紗生產裝置的標準化和系列化，可為氨綸包芯紗紡紗工藝提升提供借鑒。

1 生產裝置功能

1.1 細紗機的作用

細紗工序的主要任務是將輸入細紗機的粗紗進行牽伸、加捻和卷繞。細紗機紡紗流程：粗紗管→粗紗→導紗桿→喇叭口→牽伸裝置→前羅拉→導紗鉤→鋼絲圈→筒管，如圖1所示。

圖1 細紗機紡紗流程圖(改造前)

1.2 改造

氨綸包芯紗是在具彈性的氨綸芯絲外面包上一束短纖維，經過加捻卷繞后形成。成紗需具備一定的彈性，并確保芯絲無任何外露以免影響后期染色，成紗的重量偏差、條干均勻度、單紗斷裂強度均需符合標準要求，改造的總體思路如圖2所示。

圖2 改造總體思路

改造需要解決的問題：(1)外包短纖維：按照原細紗機的工藝流程，形成符合重量規格的短纖維束。(2)傳動機構：從細紗機的動力源，加裝傳動機構，將動力傳至氨綸絲筒。(3)芯絲送出裝置：將芯絲放置在托架上，以一定的方式送出。(4)芯絲預牽伸：為使成紗具有一定的彈性，對氨綸絲進行預牽伸。(5)芯絲導向和喂入：將芯絲準確導入至短纖維束的中心，并隨著短纖維的左右微量移動而移動。(6)加捻卷繞：將芯絲和外包纖維合并后進行加捻，使捻度符合要求，并卷繞在筒管上。

2 改造裝置

改造后裝置的紡紗路線如圖3中實線所示，在細紗機的上方加裝氨綸絲托架，氨綸絲從絲輥輸出后，經導絲輪、集合器，與經過牽伸裝置的短纖維束合并，進入前羅拉，從前羅拉輸出后經導紗鉤、鋼領鋼絲圈進行加捻成氨綸包芯紗。

圖3 紡紗路線示意圖(改造后)

2.1 送出裝置

送出裝置放置在粗紗架的上方，位于整個細紗機的最高處。送出裝置的作用一是作為托架用以放置氨綸絲筒，二是將氨綸絲以恒定速度均勻輸出。氨綸絲筒為圓柱型，中間為空心，每一根氨綸包芯紗對應一個氨綸絲筒，由于細紗機是兩面紡紗，每面需放置200多個氨綸絲筒。

結構方面，采用兩根平行的絲輥，絲輥軸線與細紗機主軸方向平行，氨綸絲筒按序放置在兩絲輥上。為增加摩擦力，絲輥表面需制作一定的花紋或外套橡膠輥。由于絲輥長度較長，每根絲輥由多節短輥連接而成。為保證旋轉過程的同心度，絲輥采用多支點支承方式，選用調心滾子軸承支承。為防止氨綸筒沿軸向游動，在絲輥上加裝隔絲片將每個氨綸筒隔開，隔絲片可采用厚1 mm左右的鋼片。

機構運動方面，采用積極方式送出氨綸絲，即通過一定的傳動方式，使兩絲輥作同向回轉，在兩絲輥的摩擦驅動下送出氨綸絲。

2.2 預牽伸裝置

預牽伸裝置的作用是使氨綸絲在與短纖維合并前，進行預牽伸，以確保成紗(氨綸包芯紗)有一定的彈性。根據紡織品的一般要求，預牽伸倍數通常在2.5～5，因此前羅拉和絲輥的表面線速度比值在2.5～5倍左右。采取的措施是在前羅拉的一端(靠近車頭的傳動端)，通過傳動機構，將運動傳至絲輥軸端，保證其表面線速度比值在規定的范圍內。

2.3 導向裝置

導向裝置的作用是確保每根氨綸絲對準包覆短纖維的中心，經過加捻后的成紗的芯絲不外露，以確保成紗的包覆效果。采取的措施是，在紡紗路線上位于前羅拉的上方安裝一個導絲輪，導絲輪安裝在一個可調節的托架上。導絲輪是確保所紡氨輪包芯紗包覆效果的關鍵性部件，其形狀為V形溝槽輪，導絲輪必須回轉靈活，與氨綸絲接觸部分表面光滑、不摩擦氨綸絲，導絲輪采用非金屬材料即可。

在細紗機的原有結構中，粗紗喂入前需先經過一個橫動裝置，此橫動裝置能夠帶動粗紗作緩慢的橫向往復運動，能經常改變喂入點的位置，使紗條通過牽伸膠輥表面時，紗條與膠輥間的摩擦不會集中在一點上，膠輥表面磨損均勻，防止膠輥表面起凹槽，以保持膠輥對須條的穩定握持，提高成紗條干均勻度。

為配合外包短纖維的左右緩慢往復移動，氨綸絲在喂入前羅拉前也需作橫向移動，因此，只需將導絲輪的托架連接到細紗機原有的橫動裝置上即可。在開機紡紗前，對導絲輪要逐只校正，保證氨綸絲在包覆纖維的中心。

2.4 喂入裝置

喂入裝置的作用是將短纖維與氨綸絲進行合并后喂入前羅拉。主要采用的器材是集合器，由于氨綸絲及牽伸后的纖維同時經過集合器，故其對包覆質量影響也較大，只需在紡普通紗的集棉器基礎上，在其開口的中間，設計一條梯形槽，使芯絲進入集棉器后能導向定位于外包纖維束的中間，以保證前羅拉吐出的氨綸絲軸向為外包纖維加捻三角區的角頂處，有利于包覆均勻。

2.5 加捻裝置

在細紗機上紡制氨綸包芯紗無需專門的加捻機構，只要調整其中的鋼領和鋼絲圈的參數即可。在紡普通紗的基礎上，鋼領仍保留同特數棉紗的鋼領。對于鋼絲圈，如其選配不當，便會在紗條表面產生毛羽。試制中發現，其重量比同特棉紗重兩檔左右，周期縮短三分之一，對改善毛羽效果、減少斷頭率效果顯著。若過分增加重量，將會增大紡紗張力，反而會使斷頭增加。

3 傳動方案確定

傳動機構位于前羅拉與氨綸絲輥之間，主要作用為：(1)實現前羅拉與氨綸絲輥之間的運動和動力傳遞；(2)傳動比(或牽伸倍數)符合紡紗要求；(3)保證牽伸倍數可調。

傳動方案如圖4所示，動力來源于細紗機的前羅拉，為減速傳動。傳動機構的形式可采用齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動。考慮到傳輸的距離較遠，目前采用的是套筒滾子鏈傳動。因單級鏈傳動的傳動比范圍為2～4，根據前羅拉與絲輥之間的牽伸倍數為2.5～5，故采用Z1/Z2、Z3/Z4兩級傳動。其中，Z2、Z3安裝在中間過渡軸上。此外，Z5/Z6是為了保證一對絲輥的同向、等速回轉，取Z5=Z6。

為保證氨綸包芯紗的牽伸倍數在一定范圍內可調，需要設置變換輪，從而能根據紗線的規格調整傳動鏈輪(或齒輪)的齒數，其調節范圍應能滿足紡制各種規格紗條的工藝要求，并要符合重量偏差、牽伸倍數的規定。牽伸變換輪可以安排在傳動系統中的適當位置，可采用變換其中一個或者同時變換兩個鏈輪，必要時還可再變換其他一級的鏈輪，以求得更大的變換范圍。圖4中輪ZA、ZB為主變換輪，必要時可變換ZC。

圖4 傳動方案圖

4 傳動參數規劃

根據傳動方案，需確定各鏈輪的齒數及牽伸變換輪ZA、ZB、ZC的變換只數。已知前羅拉直徑d1=25 mm，前羅拉中羅拉最小隔距為19 mm，取絲輥直徑d2=35 mm，氨綸絲預牽伸倍數E=2.5～5倍。

4.1 主動鏈輪齒數Z1

Z1安裝于前羅拉一端，綜合考慮前羅拉直徑以及前羅拉和中羅拉之間的隔距，故鏈輪1的齒頂圓直徑Da≤63 mm，考慮到鏈輪1不得與中羅拉相干涉，需留有2～3 mm的間隙，因此，Da≤60 mm，依據經驗選鏈號為08A，查得鏈條節距p=12.7 mm，根據鏈輪齒頂圓計算公式

Da=p[0.54+cot(180°/Z1)]≤60

式1

經計算得Z1≤13.38，由于鏈條的鏈節數通常是偶數，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，常取鏈輪齒數為奇數，并盡可能與鏈節數互質，因此取Z1=13[3]。

4.2 牽伸倍數

以E表示牽伸倍數，本傳動機構E=2.5～5，牽伸倍數的數列E1、E2、E3……Ej，Ej+1……En各檔之間應按等比數列遞增，共有n檔，檔數越多，牽伸變換差異率越小。

根據圖4的傳動關系可得牽伸倍數E的計算公式為

式2

式中：d前=d1=25mm，d絲=d2=35mm，Z1=13，Emin=2.5，EmaX=5代入，則

式3

4.3 變換輪設計

以ZA、ZB為主變換輪，為獲得更大的變換范圍，適當時還可以變換ZC，ZC設為四檔，即ZC=15、16、17、18。以E、ZC的最大、最小值，求ZA和ZB的最大、小值。

表1 牽伸倍數(部分)

將ZC=16、17、18代入計算，能實現的牽伸倍數范圍為2.063～6.157，共能實現約180檔，其調節范圍能滿足紡制各種規格紗條的工藝要求，可實現的變換檔數多，牽伸變換差異率低。

5 結語

通過對FA506細紗機的改造，試制生產了三種規格氨綸包芯紗，成紗指標均符合質量要求，改造成本較低，在傳動機構中增設變換輪擴大了牽伸倍數的范圍和檔數，適用于不同型號的細紗機，利于生產裝置標準化和系列化。

改造中的不足之處是傳動系統中的鏈傳動速度不均勻，瞬時傳動比不恒定，紡制紗的支數不能太高，限制了產品檔次的提升，后期可考慮用同步齒形帶傳動或者伺服電機來替代。