李永江,陈连光,韦金平

(1.巢湖雅戈尔色纺科技有限公司,安徽 巢湖 238000;2.经纬智能纺织机械有限公司,山西 晋中 030601)

0 引言

棉纺环锭细纱机集体落纱系统的纱管输送机构目前有气缸凸盘式和钢带凸盘式2种,且以气缸凸盘式技术比较成熟,在长车领域多有应用;但其气缸活塞有空回程动作,使纱管间歇性传输;落纱过程中需要中间位管栓临时存放满纱管、动作过程繁琐,以至每次空、满纱管交换耗时太多。因为随着锭数增多,空、满纱管交换所需时间成比例增加,若纺纱时间小于空满纱管交换时间,则停机等待时间长,严重影响生产效率。而钢带凸盘式可以连续输送纱管,无须中间位管栓,落纱动作简单快速,特别是空、满纱管交换所需时间较少,这对超长细纱机尤为重要,只是所用钢带材料的特性与要求尚需研究。

1 钢带凸盘式纱管输送机构在棉纺环锭细纱机集体落纱系统中的工作原理

钢带在棉纺环锭细纱机上的工作原理,如图1所示。其中,长度l由细纱机车尾尺寸和锭数决定,宽度w由细纱机横截面相关结构决定,机器的头、尾端各有一对主动轮和从动轮,且至少有一端的轮座可以调节长度以撑紧钢带;钢带和传动轮间靠钢带撑紧后产生的摩擦力传动,管栓座以恰当的方式固定在钢带上一起运动,同时对钢带有一定的支撑作用。

图1 钢带凸盘式纱管输送机构原理

钢带与管栓的结构,如图2所示。螺钉将管栓托座固定在钢带上,使二者同时动作;钢带下部卡在导轨上,既可避免钢带受力扭转,导轨又承载了钢带的质量;而托座上部则带动满纱管栓、凸盘和空纱管栓在导轨的上表面滑行。因此,钢带需克服凸盘底面和导轨面间的摩擦力以及管栓托座和导轨间的摩擦力运动[1]。

图2 钢带与管栓

2 06Cr19Ni10钢带的应用

2.1 钢带凸盘式纱管输送机构受力分析

06Cr19Ni10(旧钢号为0Cr18Ni9)为奥氏体不锈钢,其力学性能优,在机械工业中应用量大、使用范围广;在半冷作硬化状态下,其抗拉强度Rm可达到1035 MPa,杨氏弹性模量为193 GPa,是棉纺环锭细纱机集体落纱系统用钢带优先考虑的材质[2]。

钢带运转首先要克服相关零件接触面间因重力作用产生的摩擦力,根据图2的安装结构,可粗略计算如下:设每锭对应的钢带、螺钉、管栓托座、满纱管座和凸盘的质量总和为m1,空纱管质量为m2,满纱管质量为m3,管栓托座和导轨间、凸盘底面和导轨上表面间的摩擦因数均为μ1,重力加速度为g,则单锭最大静摩擦力F1为:

JWF1568型超长棉纺环锭细纱机,以纺纯棉的卷装直径为39 mm、升降高度为180 mm的配置为例,则m1为152.1 g,m2为39.6 g,m3为120.0 g,μ1实测值为0.3,带入式(1)算出F1为0.916 398 N;细纱机单侧为912锭,对应的最大静摩擦力F2为835.8 N;传动轮撑紧钢带产生预紧力F3;当传动轮开始转动时,在预紧力F3的作用下,产生摩擦力F4带动钢带运动。因此,F3决定钢带与传动轮间是否打滑。理论分析,最大临界摩擦力F4不小于F2才可拉动钢带,由柔韧体摩擦的欧拉公式可推导出:

式(2)中:

e——自然对数的底;

μ2——传动轮与钢带间的最大静摩擦因数;

θ——钢带和传动轮间的包角/rad。

取F4＝F2,μ2＝0.8,θ＝0.25π(该值由设计结构决定),代入式(2)计算出钢带所需的预紧力F3为1 373.7 N;在拉动钢带的瞬间,钢带紧边承受的最大拉力(F5＝F2＋F3)为2 209.1 N,钢带最小受力面积为6.4 mm2,由此可计算出钢带最薄弱处的拉应力为345.17 MPa,远小于半冷作硬化状态的抗拉强度。因此,如果仅从抗拉强度方面进行考虑,06Cr19Ni10钢带的安全域度很大,在棉纺环锭细纱机集体落纱系统中应用是可行的[3-5]。

当最大拉力为F5时,根据该材料杨氏弹性模量求出一侧钢带的纵向弹性伸长量为13.4 mm。这是个不利因素,因为若钢带的长度发生弹性伸长并累积后,会使集落系统的纱管与纱管抓手错位;但该不利因素可以通过调节以弥补,将分段的钢带通过钢带接头联接在一起,根据棉纺环锭细纱机的锭数将钢带承受最大拉力所造成的弹性变形,考虑到钢带管栓托座孔间的公差及钢带接头上联接孔尺寸的公差中。

2.2 细纱车间温度对钢带长度的影响

热胀冷缩是物体的一种基本性质,而车间温度的变化对钢带运行状态的影响很大。06Cr19Ni10钢带的线性热膨胀系数为17.2×10-6/℃,设单侧钢带长度为65 665 mm,则车间温度每上升1℃,钢带自然伸长量为1.13 mm。

根据纱管、管栓的结构尺寸,以及现场经验可知,纱管抓手往管栓上插满管和从管栓上取空管时,当管栓中心与抓手中心距的偏差为6 mm时,将会导致钢带运行困难。由此可见,在此热膨胀系数下,车间温度的波动范围决定了钢带的可用长度,若车间温度波动大,不但会造成纱管抓手与管栓错位,而且会影响钢带的预紧力而造成打滑。一般棉纺环锭细纱机机身越长,钢带就越长,对车间的温度控制要求应越严格。

3 结语

06Cr19Ni10钢带凸盘式纱管输送机构输送纱管效率高,空、满管交换用时短,落纱动作步骤少,有利于超长型棉纺环锭细纱机上的纱管输送;但是,06Cr19Ni10材料自身弹性模量、热膨胀系数等,也给生产带来新的挑战。从计算结果看,生产中应尽可能减小钢带运行时受到的摩擦力,并减小细纱车间环境温度的波动,这是钢带正常运行的基本保证,也是对结构设计和棉纺环锭细纱机车间温度管理的新要求。