贾国欣，任家智，冯清国

(1.河南工程学院，河南郑州 450007;2.中原工学院，河南 郑州 450007)

精梳机的一个工作周期可分4个阶段，即锡林梳理阶段、分离前准备阶段、分离接合阶段及锡林梳理前的准备阶段［1］。当精梳机速度提高时，精梳机完成一个工作循环的时间缩短，使锡林梳理后钳板钳口中棉丛的抬头时间变短，易造成新、旧棉丛的搭接不良［2］。另一方面，当精梳产品的质量要求较高需采用110°锡林时，锡林末排针通过锡林与分离罗拉最紧隔距点时有可能将分离罗拉倒入机内的棉网抓走而形成精梳落棉［3－4］。解决上述问题的办法是采用锡林变速梳理，使锡林在梳理时速度加快，梳理过程提前结束，从而避免锡林末排针对分离罗拉运动的干扰，并使锡林梳理过的棉丛有充分的抬头时间［5－6］，但锡林变速装置采用何种方式以及锡林采用何种变速规律才能满足工艺要求，尚缺少系统的理论分析。

本文从精梳机的工作原理入手，采用椭圆齿轮锡林变速装置，研究锡林的角位移、角速度及角加速度规律;讨论采用锡林变速装置后精梳机一个工作周期4个工作阶段的时间变化及精梳机工艺性能的变化规律。

1 椭圆齿轮式锡林变速梳理机构原理

锡林变速梳理机构是在原锡林回转轴(轴心O1)上加装2对齿数相等的椭圆齿轮，如图1所示。齿轮1固装在车头143T齿轮轴上，恒速转动;齿轮2、3同轴传动，转速相同;通过齿轮4传向锡林。在回转过程中，由于两对啮合椭圆齿轮的传动半径不等，因此两齿轮的转速不同;但由于椭圆齿轮的齿数相同，故回转一周所需的时间相同。从而实现精梳机一转的过程中，锡林变速梳理。

图1 锡林变速机构运动模型Fig.1 Motion model of cylinder speed-change mechanism

2 锡林变速运动规律

如图1所示，锡林变速机构采用椭圆齿轮传动，O1、O2、O3、O4分别为椭圆齿轮 1、齿轮 2、齿轮 3 及齿轮 4 轴心，r1、r2、r3、r4分别为椭圆齿轮 1、齿轮 2、齿轮 3 及齿轮 4 瞬时啮合半径，θ1、θ2、θ3、θ4分别为椭圆齿轮1、齿轮2、齿轮3及齿轮4的转角，ω1、ω2、ω3、ω4分别为椭圆齿轮1、齿轮2、齿轮3及齿轮4的角速度;a为两椭圆齿轮的中心距，亦为O1、O2之间的距离;b为短半轴长度;c为长半轴长度;e为半焦距。

2.1 齿轮2的运动规律

在△O1AO2'中，根据余弦定理得

根据椭圆的性质［7］可知:r1+r2=a，a=2c;设椭圆率 λ =e/c，整理得下式［8］:

当齿轮1以 ω1转过 dθ1角度时，齿轮2以 ω2转角为dθ2;根据两齿轮转过的弧长相等，则有:

将式(3)代入式(4)，两端积分得

由式(3)得

将式(6)两边对时间求导得到

式中ε2为齿轮2运动的角加速度。

2.2 齿轮4的运动规律

由于齿轮3与齿轮2固装于同根轴，则两齿轮的运动规律相同，而依据上述分析方法，可导出齿轮4的角位移θ4、角速度ω4及角加速度ε4分别为:

2.3 锡林运动规律的计算与分析

在精梳机上，齿轮1与分度盘相接，并与分度盘同速、同向回转。假设按图1所示方法安装椭圆齿轮，此时所对应的分度盘刻度数为0，在椭圆齿轮椭圆率λ分别为0.1、0.2、0.3及精梳机车速为350钳次/min时，根据式(5)～(10)，通过MatLab软件编程，计算得到锡林的角位移曲线、角速度曲线及角加速度曲线，见图2～4。

图2 锡林角位移曲线图Fig.2 Angular displacement curves of cylinder

图3 锡林角速度曲线图Fig.3 Angular velocity curve of cylinder

图4 锡林角加速度曲线图Fig.4 Angular acceleration curve of cylinder

由图2可知:1)在0、20及40分度时锡林变速与锡林恒速时的角位移相等;在0到20分度区间内，锡林变速时每分度的锡林角位移大于锡林恒速时的角位移;随着分度数增加，锡林变速与锡林恒速时角位移的差值先增大后减小。2)在20到40分度区间内，锡林变速时每分度锡林角位移小于锡林恒速时的角位移;随着分度数增加，锡林变速与锡林恒速角位移的差值亦是先增大后减小。3)椭圆的椭圆率λ增大，锡林变速角位移与锡林恒速角位移的差值增大，而且椭圆率λ不同时最大差值的分度数也不同。

由图3、4可知:1)当椭圆率λ增大时，锡林角速度曲线的峰值越高、谷值越低;椭圆率λ不同时锡林角速度的峰值与谷值与锡林恒速度时的角速度之比见表1。2)随着椭圆率λ的增大，角速度曲线的峰值部分越陡峭，而曲线的低谷部分越平坦，锡林的角加速度的峰值与谷值急剧增大。椭圆率λ不同时的最大角加速度值见表2。

表1 锡林变速时最大及最小速比Tab.1 Speed ratio of largest and least with cylinder speed change

表2 不同椭圆率λ时的最大角加速度值Tab.2 Largest value of angular acceleration under different eccentricity λ

3 锡林变速对工艺性能的影响

3.1 锡林梳理定时

图5为精梳机锡林梳理阶段开始定时与结束定时示意图。可知，在精梳机工作过程中，当锡林的第1排针A与钳板钳口P相遇时梳理开始，此时分度盘指针指示的分度数即为开始梳理定时;同理，当锡林末排针C与钳板钳口P相遇时梳理结束，此时分度盘指针指示的分度数即为结束梳理定时。根据E62型精梳机的钳板传动机构的安装尺寸［9－10］，在落棉刻度为10、锡林定位为38分度时，利用MatLab编程算得锡林恒速及锡林变速的梳理定时见表3。

图5 锡林梳理开始与梳理结束定时Fig.5 Timing of begin and finish cylinder combing

表3 梳理定时Tab.3 Combing timing

由表可知，增大椭圆率λ，梳理开始定时推迟，梳理结速定时提早，梳理时间减小，梳理速度增大;当椭圆率λ等于0.2时，梳理时间仅为4.5分度，不足锡林恒速时的二分之一。

3.2 精梳机的工作阶段

在E62型精梳机上，由于钳板最前位置定时为24分度，开始分离定时约为18分度，根据表3中椭圆率λ不同时的梳理开始及结束定时，得到精梳机各个工作阶段的开始及结束时间，如表4所示。

表4 工作阶段的开始及结束时间Tab.4 Time of begin and finish per work stage

由表4可知:增大椭圆率λ，可使锡林梳理阶段用时减少，使分离前准备阶段和梳理前准备阶段用时增加。当椭圆率λ等于0.2时，分离前的准备阶段提前了4.5分度，从而使锡林梳理后的棉丛有足够的时间抬头，有利新旧棉丛的搭接。

3.3 锡林末排针通过分离罗拉隔距点定时

在锡林梳理阶段的后段，分离罗拉倒转，将上一钳次输出的棉网倒入机内，准备与锡林刚梳理过的棉丛接合，如图6所示。如果锡林末排针通过分离罗拉的时间较晚，有可能末排针将分离罗拉倒入机内的棉网抓走，使新、旧棉丛的接合工作无法进行，也会使精梳落棉中的可纺纤维数量急剧增加。采用锡林变速梳理后，由于梳理的时间减短，梳理过程提前结束，即锡林末排针通过锡林与分离罗拉最紧隔距点时间提前，避免了对分离罗拉倒入机内棉网的干扰。根据精梳机分离罗拉与锡林的相对位置及锡林变速运动规律式(5)及(8)，利用MatLab编程计算得到不同椭圆率λ时锡林末排针通过分离罗拉最紧隔距点时的分度数T见表5。

图6 锡林与分离罗拉的运动配合Fig.6 Movement coordinate of cylinder and detaching roller

表5 锡林末排针通过分离罗拉最紧隔距点时的分度数Tab.5 Index of last row of needle though least gauge point of detaching roller

由表5可知，锡林末排针通过分离罗拉最紧隔距点时的分度数随着椭圆率λ的增大而减小;当椭圆率λ为0.2时，锡林末排针通过与分离罗拉最紧隔距点时的分度数为6.5，较锡林恒速提早5分度，从而避免了锡林末排针对分离罗拉倒入机内棉网的干扰。

4 结论

采用椭圆齿轮传动式锡林变速机构，能够实现锡林梳理时快速，梳理结束后慢速，从而增加了精梳机分离接合准备阶段的时间，有利于锡林梳理过的棉丛抬头，并使锡林末排针通过与分离罗拉最紧隔距点时间提早，可避免锡林梳针将分离罗拉倒入机内的棉网抓走。

椭圆齿轮的椭圆率越大，精梳机锡林梳理阶段的时间越短，分离接合准备阶段的时间越长，锡林末排针通过分离罗拉的时间也越早;但会使精梳机锡林运动的角加速度值急剧增大，因此椭圆齿轮的椭圆率选择应在满足精梳机工艺要求的条件下较小为好。

本文从理论上系统、严谨地分析了锡林变速装置及工艺，为解决当前精梳机速度提高后出现的一系列问题提供了依据，对于工厂的老机改造及新机设计具有一定的指导意义。

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