杨 林，边文广

（1.国家电投集团科学技术研究院，北京 100029；2.经纬智能纺织机械有限公司，山西 晋中 030601）

0 引言

环锭纺细纱机是纺纱工程中的重点设备，因此，一个纺纱企业生产规模的大小是以细纱锭子的总数量来衡量的，并以每千锭小时产出细纱重量来衡量细纱机的生产能力，足见细纱机对纺纱企业的重要性。工程塑料（POM）具有良好的介电特性，且具有质量轻、耐磨、耐热、耐侵蚀等物理、化学特性，有别于金属材料，因而广泛应用于各领域。随着工程塑料原料种类的增多、产量的提高和注塑制成品生产工艺水平的提升，以塑代钢的思想深入到了现代工业产品及日常用品等领域，同样对纺织机械设计及制造产生较大影响，通过设计合理的工程塑料零部件，可以达到优化零部件的功能特性、提高生产效率和降低生产成本等目的，因此注塑零部件在环锭纺细纱机中的占比逐渐提高。

细纱机的粗纱喂入装置由吊锭、导纱杆、横动导纱喇叭等构成，每只导纱喇叭与锭子一一对应，除导纱杆的高低位置必须按工艺设置之外，导纱喇叭横动喂入点要准确对正罗拉齿部中心。材质为POM 或增强尼龙的导纱喇叭经注塑成型，目前导纱喇叭有单口、双口等多种不同的形式以满足纺纱工艺的需要，采用封闭环状的喇叭结构设计上基本相同，用六角头螺钉将导纱喇叭的连接板固定在导纱扁铁上，通过蜗轮副及偏心装置实现大周期上的小周期横动作用[1]。

由于导纱喇叭在细纱机中的配用数量非常之大，每当更换粗纱、工艺变动等情况发生时，就需要通过导纱喇叭重新穿引粗纱，穿引粗纱的操作需要完成捏、搓、穿、拽等动作，消耗的人力劳动强度大，消耗时间的总量长，但由于不会像细纱接头次数频繁，而往往被人们忽略。

1 导纱喇叭的应用概述

环锭纺细纱机的工作过程大致为：从置于吊锭上的粗纱筒管退绕出的粗纱，经导纱杆（棒）、导纱喇叭进入牵伸机构，由罗拉间线速度的差异将粗纱逐渐抽长拉细，使粗纱须条得到充分牵伸、并达到细纱工艺要求，再经过导纱钩、气圈环、钢丝圈，在高速转动的锭子带动下，最终卷绕于细纱筒管上。导纱钩、气圈环、钢丝圈是具有开口的开放式结构的环状零件，仅需要简单的挂、绕动作即可将纱线须条穿入环内，一气呵成达到约束须条的目的，可见非封闭的开放式结构对于挂接纱线非常方便。

相对于过纱零件导纱钩、气圈环、钢丝圈的开放式结构，常用的导纱喇叭则是封闭型的通道结构，作业时，必须从入口端穿入，从出口端引出，由于粗纱须条直径较大，不便于顺利通过喇叭通道，作业人员需要将粗纱须条用手指搓捻成较尖而细的形状，再行穿入通道后放开手指移至出口端，第二次捏住露出尖细的须条头部，将须条牵拽到皮圈表面，完成粗纱须条挂接过程。由于需要经过搓捻、移行、捏紧、穿引、拖拽等动作，其工作效率相比于挂、绕动作的既简单又顺畅的操作效率要低得多。

2 革新导纱喇叭口的思考

在环锭纺细纱机中，过纱零部件导纱喇叭、钢丝圈、气圈环、导纱钩均为环形结构，但除导纱喇叭呈封闭环之外，其余3 种均有开口便于挂纱操作，为此值得研究导纱喇叭是否可以改变封闭环的现状。

导纱喇叭在细纱机中的作用是集束须条，在横动机构的作用下随导纱扁铁做往复运动，以便使须条减少对皮辊、皮圈的集中磨损，延长皮辊、皮圈的使用周期。导纱喇叭口的结构一般为单通道型，如图1，从导纱杆上垂吊而下的粗纱须条沿入口端的上部曲面进入通道，从出口端的下边沿部分被牵拉而出，通道内的须条呈倾斜的直线状态，通道的左右两边起到约束阻挡作用，使须条随往复机构做横向移动。虽然双通道或多通道导纱喇叭占有一定的份额，但总体而言单通道型导纱喇叭占比非常大。

图1 导纱喇叭及牵伸系统

现阶段导纱喇叭的结构，无论是单通道还是多通道，均为封闭式的过纱零件，在对粗纱进行操作时均需要搓捻、移行、捏紧、拖拽等动作而穿引通道，对应于每锭一个喇叭使用量来说，从降低劳动复杂性、操作方便快捷和提高工作效率的角度来看，设想要改进封闭结构的导纱喇叭为侧边开放式结构，有必要进行探究和实践。

3 曲线、曲面在细纱机中的应用情况

从零部件的分析和设计方面来说，结构设计中广泛使用了直线、圆弧所形成的平直面和圆弧面，这是由直线、圆弧有着分析计算便捷的特点决定的，而曲线、曲面则由于计算的复杂性使用得相对较少，特别是在计算机广泛使用之前更是如此，实践中凸轮、齿轮等类零部件才应用了曲线、曲面的理论分析与成果。

一台环锭纺细纱机通常由千余种不同结构的零（部）件构成，除了少量的齿轮齿廓、丝杆、成形凸轮之外，含有非平直面、非圆弧面构成的较复杂曲面结构的零件近乎没有。纵观细纱机零件表面构成情况，形似喇叭而得名的导纱喇叭可以说独树一帜，具有相对独立的较复杂的曲面形式，由粗纱入口的圆形，逐渐过渡到长圆形较小截面的出口，通道内部要求光滑平顺，因其并非影响纺纱质量的关键零件，很少被人们关注。

依托于现有注塑工艺、模具制作的生产条件，重点在于如何构建侧边开放式导纱喇叭曲面通道的设计思路与方法。

4 注塑件侧边开放式导纱喇叭的设计

该设计首先是要对注塑件导纱喇叭的功能特点进行充分了解，之后还要考虑工程塑料材料特性，是否适合其工作环境，是否可采用工程塑料及相关工艺手段进行设计优化，再进一步考虑采用注塑工艺来进行生产加工。然而无论如何，零部件的优化基础不仅需要严谨构思，更需要也必须设计出完善的模型，才能达成预期目标。

注塑件的材料为聚甲醛树脂POM（俗称赛钢），经常用于齿轮、轴承、仪表骨架等产品，是一种具有高硬度、高刚性、高耐磨性的材料，另外其摩擦系数小并有良好的自润滑特点，即使在纺纱车间高温、潮湿环境中，由其制成的注塑件不易吸湿，尺寸稳定性好，也一样能够正常使用。利用POM 材质的低摩擦、自润滑、耐磨损、尺寸稳定、比刚度高等特性，将其作为过纱的导纱喇叭用材非常合适。

喇叭状的导纱喇叭模型设计，采用三维设计能更加直观、全面地反映设计意图，细化的参数优于二维工程图的表达，同时三维模型有利于后续的注塑模具设计和模具表面型腔尺寸检测。因此要求三维设计软件能用其各功能模块最方便地来实现曲线、曲面造型目的。第二个要求是方便设计对象仔细分解成各个图元，并逐一构建这些图元，达到三维设计软件的要求条件。另外在设计过程中，需要假设与试算，不断分解、细化和抽象综合图元所需的合理参数值，并反复循环。

就本导纱喇叭来说，采用CREO 软件的边界混合功能，在一个或两个方向上由曲线图元（控制曲线）定义曲面的边界，构建从圆形截面的粗纱入口端过渡（收缩）到近似圆形的中部、再逐渐变化到长椭圆形截面的出口端，形成光滑的内表面粗纱通道，达到边界明确、曲率连续的空间曲面[2]，之后再用CREO 软件的加厚功能形成实体模型。

在构建导纱喇叭的曲面之前，需要判断构成各条控制曲线连续性的合理程度，连续性高的曲线能更精确、更完整地定义光滑曲面形状，构建高质量曲面。否则曲面片之间就会产生棱边、折皱、尖峰、破洞等不光滑的情况，并会进一步影响实体模型的光滑程度。因此各条控制曲线的设计或分解成为重要环节。如图2 是免穿引侧边开口式导纱喇叭第一、二方向控制曲线分布情况。

图2 第一、二方向控制曲线的分布

主视图、俯视图分别如图3～4。在主视图中A～F各截面分别是粗纱出口、过渡面1、过渡面2、粗纱入口、水平基面（距基点P00 的高度为S12+S13/2）、侧边开口基面（S17）。如图3 顶部曲线由直线S06、半径S05大圆弧及另一小圆弧构成；底部曲线由一段直线、一段圆弧构成，两者相切于点P006，过P006 连接顶部曲线上的点P007，且延长线通过S05 大圆弧的圆心。

图3 导纱喇叭主视图

图4 的俯视图中，点P004 为水平基面E 与直径S01 圆入口曲线的相交点，侧边曲线由直线和圆弧构成，半径S32 的圆弧过点P004 相切直线S31 于点P002。S31 直线的长度小于S06，通过参数值的调整使侧边与顶部收缩时避免出现折回。

图4 导纱喇叭俯视图

第一方向控制曲线由截面A、B、C、D 上的4 条曲线组成。控制曲线I 和控制曲线II，如图5 左上角，其形状相同，由短轴半径S11 椭圆、半径S14 上下圆弧、半径S16 侧开口圆弧构成，各段连接且相切；控制曲线III，如图5 左下角，由椭圆与侧开口半径S22 圆弧构成，椭圆长轴为点P006 到点P007 间的距离，椭圆过侧边曲线与截面C 的交点P003，并决定椭圆短轴半径；控制曲线IV，如图5 右侧，直径S01 圆与侧开口半径S42 圆弧构成，为达到挂、绕纱方便的目的，其起始点P011′、末端点P111′的位置依据侧边开口基面F 适当调整。

图5 第一方向控制曲线

第二方向控制曲线共5 条：由第一方向各控制曲线的起始点构成的曲线、主视图顶部曲线、俯视图侧边曲线、主视图底部曲线、第一方向各控制曲线末端点构成的曲线。

5 免穿引侧边开放式导纱喇叭的优势

首先是对环锭纺细纱机零部件的功能设计思路的一种创新尝试，将导纱喇叭、导纱钩、气圈环、钢丝圈统一为适当开口环形的过纱零件，并完善了曲面的控制曲线，明确了控制曲线的设计要点；其次是在于开口基面处于水平面，便于注塑时的脱模处理；最后是便于更换粗纱，用挂、绕的方法代替穿引的方法，达到动作要素简化、操作快速高效的目的，从而提高工作效率并降低劳动强度。

从吊锭上的粗纱管退绕出的粗纱须条需要导入导纱喇叭时，操作人员用手指轻捏须条自由端头，稍向导纱喇叭入口端斜下方摆动，同时挂入侧边开口上边缘处，挂牢之后顺势向出口端拉拽，此时须条自然会贴合到入口端的曲面部分，不间断地沿侧边开口上边缘及缝隙轻拉拽至出口端，由宽于上边缘的下边缘圆弧面承接须条的下垂，并方便地导入到通道内部，滑落于通道的底部，沿出口端下边缘引出，达到简单而顺畅操作的目的。由于开口基面靠近出口端的上边，须条落入通道内后，通道的左右两边仍有一定的高度，能够起到约束阻挡作用，可使须条随往复机构做横向移动。一个连贯的牵拉动作使从上垂吊下来的须条，贴合在入口端曲面上部，从出口端底边引出，通道内呈倾斜状态，完成粗纱的集束导引作业。

6 结语

构成环锭纺细纱机的零件数量很多，功能各有不同，其中一部分在纺纱过程中与纱线须条直接相联系，会影响成纱质量指标，同时对作业人员的操作有一定的影响，不断优化、简化某一个动作要素，看似微不足道，但是面对数以万亿锭计的国内生产规模，就不能说是一件小事。作为工程技术人员和管理人员既要深入钻研注塑领域的专业技术，结合注塑材料特性、工艺方法，通过分析和研究不同领域的应用，用注塑手段使零部件的功能得到优化，推进产品走向高端化，也要深入实践脚踏实地发现和解决“小问题”，才能全面优化社会资源，提高生产水平。