（机械制造及其自动化专业论文）自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 删f f i i f f f f f f f f f f 删 y 1 7 4 0 2 6 ”“2 ” 自动络筒机空气捻接器的理论研究及仿真分析 摘要 空气捻接器是自动络筒机的核心部件，设计工作性能优良的空气捻接器一直 是纺织技术发展过程中所研究的主要问题之一。本文首先对空气捻接器的产生、 发展过程进行了回顾，明确了目前的发展现状及发展趋势，对于空气捻接器捻接 的工作原理及相关机构进行了归纳总结，对各种等空气捻接器的产品进行了综合 分析。对空气捻接器的捻接机理进行探讨，在运动学的基础上对捻接器的结构进 行计算与推导，选取其中的典型机构机型具体的运动学分析，得出其角度、位移、 速度等运动参数之间的函数关系，为进一步的改进空气捻接器寻求理论支持，并 在原有机构的基础上对空气捻接器的结构进行简化设计。 其次，利用虚拟样机软件在a d a m s 中对改进后的空气捻接器的剪刀机构进 行仿真分析，通过仿真结果的分析，验证空气捻接器剪刀机构运动的合理性及动 力理论分析的正确性。并为研究空气捻接器的研究提供一种理论基础和方法，在 以后的研究中同样可以使用该方法来进行机构的改进和设计，为进一步的空气捻 接器的研究开发打下了基础。 同时以空气捻接器剪刀机构为例，在p r o e 中建立模型，并利用有限元分析 软件a n s y s 对其进行结构强度计算，主要对凸轮、活动剪刀片、杆o b 三个剪 刀机构中的关键部分进行了有限元分析，验证了其结构的可靠性并提出了改进的 方法，为空气捻接器结构的优化设计提供了实践指导意义。 在分析空气捻接器流场数学模型的基础上，利用f l u e n t 软件分析空气捻接 器中空气流场的变化，就捻接腔各参数变化对空气流场变化的影响进行逐步分 析，并针对其中的槽体形状参数及喷气口相对角度参数进行具体研究，对影响空 气捻接器捻接的纱线质量的各参数分组进行仿真分析及验证。在未来的空气捻接 器的设计中，可以考虑更多地使用分析所得的最优捻接腔参数。 通过上述分析，在系统综合理论的基础上寻找最佳设计方案的新的理论方 法，为空气捻接器的研究提供了理论和实践指导意义，这种方法能被应用在更多 真分析 发打下了基础。 强度分析；流场分析 青岛科技大学研究生学位论文 t h e o r e t 【( 1 气lr e s e 根c ha n ds i m u i i a t i o n a n a iy s i s0 ft 髓舢rs p l i c e ro n a u t o m 已缸i cw i n d e r a so n eo ft h ek e yp a r t so fa u t o m a t i c 丽n d e r d e s i g n i n gt h ea i rs p l i c e rw i t hg o o d p e r f o r m a n c ei so n eo fm a i ni m p o r t a n tm a t t e r si nt h ep r o c e s s e so ft e x t i l et e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t i nt h i sp a p e r , i no r d e rt oc l e a rt h ep r e s e n td e v e l o p m e n ts i t u a t i o na n dt h e d e v e l o p m e n tt r e n d ，ar e v i e wo nt h ep r o d u c t i o na n dd e v e l o p i n go fa i rs p l i c e ra tf i r s t t h e n , t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dr e l e v a n ti n s t i t u t i o n so fa i rs p l i c e rw e r es u m m a r i z e d ， a n dv a r i o u sp r o d u c t sw e r ec o m p r e h e n s i v ea n a l y z e d t h ea i rs p l i c e rm e c h a n i s mw a s c a l c u l a t e da n dd e d u c t e db a s e do nk i n e m a t i c ，a n dt h et y p i c a lo r g a n i z a t i o nm o d e lw a s s e l e c t e df o ras p e c i f i ck i n e m a t i c sa n a l y s i s ，t h e nt h ef u n c t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e n v a r i o u sp a r a m e t e r ss u c ha sd i s p l a c e m e n t ，v e l o c i t ya n da n g l e t h i sw o r kc a l lo f f e rt h e t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rd e s i g n i n ga 1 1a i rs p l i c e r b a s e do nt h eu s i n go fv i r t u a l p r o t o t y p es o f t w a r ea d a m s ，t h ek i n e m a t i c s s i m u l a t i o no ft h ea i rs p l i c e rs h e a r i n gm e c h a n i s mw a sp e r f o r m e d t h er a t i o n a l i t yo ft h e m e c h a n i s mm o t i o na n dt h ea n a l y s i so f k i n e t i ct h e o r yw e r ev e r i f i e dt h r o u g ht h e a n a l y s i so fs i m u l i n kr e s u l t t h i sw o r kc a no f f e rt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n da m e t h o df o rd e s i g n i n ga na i rs p l i c e r , a n di ta l s oc a nb eu s e dt od e s i g na n di m p r o v et h e a i rs p l i c e r m e a n w h i l e ，t h es t r u c t u r a ls t r e n g t hc a l c u l a t i o no ns c i s s o r sm e c h a n i s mo fa i r s p l i c i n gw a sc a r r i e do u tb yu s i n gt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r ea n s y sa f t e r 1 1 i 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 _ 一一一 b u i l d i n gm o d e lb yp r o e ，t h e n t h es t r u c t u r er e l i a b i l i t y w a sv e r i f i e d 觚dt h e i m p r o v e m e n tm e t h o d sw a so b t a i n e d i tp r o v i d e s ap r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rs t m c m r e o p t i m i z a t i o nd e s i g no fa i rs p l i c i n g t h ec h a n g eo fa i rf l o wf i e l dc o n t a c tw i t ht h es p l i c i n gc a v i t yp a r a m e t e 飓o nt h e b a u s i s0 ft h em a t h e m a t i c a lm o d eo ft h ea i rs p l i c e rw a sa n a l y z e db yu s i n gf l u e n t a q u e d 吣b o d i e sw i t hv a r i o u ss h a p e sa n dt h ed i f f e r e n tr e l a t i v ea n g t eb 咖e e n 肿a l r 瑚e t sw e r es p c c i f i cs t u d i e d s i m u l a t i o na n a l y s i sa n dv e r i f i c a t i o no fe v e r yg r o u p p a r a m e t e r w h i c hi n n u e n c c st h ey a r nq u a l i t yb ya i rs p l i c i n g w e r ec a r r i e do u t t h eo p t i m a l p a r 锄e t e r sw l l i c ha n a l y z e di nt h i sp a p e r c a nb eu s e dm o r ei nt h ef u t u r ed e s i g n t h r o u 曲a l la n a l y s i sa b o v e ，an e wt h e o r ym e t h o d o fn e ws c h e m e sc a nb es e a r c h e d b a s e do nt h es y s t e mi n t e g r a t i o nt h e o r y i tp r o v i d e st h e o r ya n da p p l i c a t i o ng u i d ef o r 恤 r e s e a r e l lf i e l do fa i rs p l i c e r , a n di t c a nb eu s e di nm o r ea n dm o r ea n a l y s e sa n d d e s i g n i n gw o r k s k e yw o r d s ：a i rs p l i c e r ；k i n e m a t i c sa n a l y s i s ；d y n a m i c sa n a l y s i s ；s t r u c t u r e s t r e n g t ha n a l y s i s ；a i rf l o w f i e l da n a l y s i s i v 青岛科技大学研究生学位论文 摘要 目录 符号说明 1 绪论 i i 1 1 弓l 言1 1 2 空气捻接器概述”4 1 3 空气捻接器的工作原理6 1 3 1 空气捻接器的捻接过程6 1 3 2 纱线捻接的成结质量要求9 1 4 空气捻接器的发展和现状1 0 1 4 1 国内外发展状况1 0 1 4 2 空气捻接器研究现状1 1 1 4 2 1 空气捻接器的种类1 1 1 4 2 2 影响纱线捻接的因素1 2 1 4 2 3 纱线捻接中的常见问题1 3 1 5 课题的来源及意义”1 4 1 6 研究设计方案1 5 2 空气捻接器机构分析及a d a m s 在机构分析中的应用 1 7 2 1 引言1 7 2 2 空气捻接器的机构分析一1 7 2 2 1 导纱钩机构分析1 9 2 2 2 剪刀机构分析2 0 2 2 3 剪刀机构运动分析2 0 2 3 空气捻接器机构设计2 4 2 4 a d a m s 概述2 5 v 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 2 4 1 虚拟样机技术与a d a m s 软件2 5 2 4 2a d a m s 的分析和计算方法2 5 2 4 2 1 广义坐标的选择”2 6 2 4 2 2 动力学方程的建立与求解”2 6 2 5 空气捻接器剪刀机构的设计及建模“2 7 2 5 1 剪刀机构的运动规律分析2 7 2 5 2 剪刀机构虚拟模型的建立”2 8 2 5 2 1 除凸轮外各部件模型的建立2 8 2 5 2 2 凸轮的建立3 0 2 6 空气捻接器剪刀机构的计算求解3 4 2 6 1 验证模型3 4 2 6 2 剪刀机构的动力学仿真一3 5 2 7 剪刀机构的仿真结果分析3 7 2 8 本章小结4 2 3 基于a n s y s 的空气捻接器机构的有限元分析” 3 1 引言4 3 3 2 有限元法的基础4 3 3 3 静力分析步骤4 4 3 4 a n a s y s 对剪刀机构的分析过程”4 5 3 4 1 凸轮模型的分析4 6 3 4 2 剪刀片模型的分析5 1 3 4 3 杆o b 模型的分析5 4 3 5 本章小结“5 7 4 空气捻接器流场研究及f l u e n t 在流场分析中的应用 5 9 4 1 引言5 9 4 2f l u e n t 概述5 9 4 2 1f l u e n t 软件介绍5 9 4 2 2f i ，i 】三n t 的计算步骤”6 0 青岛科技大学研究生学位论文 4 3 空气捻接器流场数值模拟6 1 4 3 1 数学模型的建立6 1 4 3 2 边界条件的建立6 2 4 3 3 网格划分和处理6 2 4 4 空气捻接器的建模及网格划分一”6 3 4 4 1 空气捻接器的模型建立6 3 4 4 2 空气捻接器模型的网格划分6 3 4 5f l u e n t 仿真分析计算6 5 4 5 1 捻接腔槽体形状仿真分析”6 6 4 5 2 喷气口角度仿真分析7 4 4 6 捻接腔参数对于纱线捻接质量的影响分析8 4 4 6 1 捻接腔槽体形状对于捻接质量的影响8 4 4 6 2 喷气口相对角度对于捻接质量的影响”8 5 4 7 本章小结8 7 5 结论 5 1 本文总结一8 8 5 2 进一步工作展望9 0 参考文献 致谢 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 v 9 6 - 9 7 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 符号说明 【g 】系统广义坐标列阵 【t 】系统动能 【q 】广义力列阵 【p 】对应于完整约束的拉氏乘子列阵 阻】对应于非完整约束的拉氏乘子列阵 浮力湍流运动能 ”通用平均速度湍流运动能 流场压缩气体的波动膨胀度 ”经验常数，c 1 。一1 4 4 经验常数，c 2 。一1 9 2 ”经验常数，g 。= 0 0 9 经验常数，- 1 3 经验常数，吼一1 0 v 青岛科技人学研究生学位论文 1 1 引言 1 绪论 在人类的发展史上，纺纱几乎是与农业同时开始的。纺纱的出现充分表明了 人类进入了文明社会，是人类文明的标志之一。纺织设备随着各时代先进科学技 术的发展而发生了日新月异的变化。纺纱过程就是指把大量紊乱的、含有各种杂 质但是具有纺纱价值的纤维经过一系列的加工纺织成具有一定性能的连续纱线。 由于各种纤维的性质，成纱要求也各不相同，因此纺织的具体加工系统、工艺及 设备各不相吲。 棉纺是棉纤维及其他棉型长度纤维纺纱工程的统称。在各类纺纱系统中，棉 纺设备的技术水平相对最高，其发展也是最快的。棉纺所纺织的纱线线密度较低， 条干及外观要求较高，一般的棉纺系统主要工艺流程如下： 轧棉一开清棉一梳棉( 或清梳联) 一头道并条一末道并条一粗纱一细纱 在自动络筒机中，需要进行络筒这一工序，络筒工序是棉纺后加工和棉织前 准备的一道重要工序。通过络筒工序，一方面可以制成使后道工序连续顺利进行 所需的大卷装筒子；另一方面，在络筒过程中清除纱线上的粗节，细节等纱疵和 杂质【2 】1 3 1 。络筒后，纱线质量有明显改善。这既提高了后道工序的生产效率，又 改善了最终产品的质量。因此，管纱无论作为售纱或进入织厂自用，一般都要经 过络筒工序。随着科学技术的发展，自动络筒机的速度、质量、效率、节能和智 能化等方面都得到了不断的提高与发展。 自动络筒机具有自动接头、自动喂纱、自动落筒等自动化机构，高度体现了 机电一体化程度，并在很大程度上降低了车间工人的劳动强度，同时提高了生产 效率。自动络筒机利用自动检测切除掉纱疵，并采用空气捻接器捻接接头，免除 了普通络筒机筒子纱上打结接头，并且提高了接头质量，从而提高了筒纱质量。 图卜1 中为德国赐来福型自动络筒机，可以看出每个自动络筒机由很多个单锭构 成，每个单锭都可进行络简这道工序。自动络筒机的主要组成部分由机架，车头 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 控制箱，络纱锭及其包含的捻接器和电子清纱器，气流循环系统，电脑系统等构 成，如图1 2 示，纱线自管纱上退绕下来，经过气圈控制器1 稳定管纱退绕张力， 再通过前清纱器2 检查纱疵，并刮去纱线上的粗大杂质，进入纱线张力装置3 对 纱线张力进行精确的调整，在捻接器4 中利用压缩空气进行纱线的退捻和捻接、 并通过电子清纱器5 检测纱线捻接质量，再经过切断夹持器6 、上蜡装置7 、捕 纱器8 和导纱槽筒9 后卷绕在筒子上。纱线经过自动络筒机加工后，去除了粗节、 细节等纱疵和杂质，其内在品质能保持原纱的质量，获得良好成型，并且形成了 卷绕密度均匀的筒纱【4 1 1 5 1 1 6 1 。 图1 1 德国赐来福型自动络筒机 f i g 1 1a u t o m a t i cw i n d e ro fs c h l a f h o r s t 在络筒过程中，需要清除纱线上的粗节，细节等纱疵和杂质，因此对于去除 杂质后的断头纱线需要进行接头这一步骤。而随着纺织技术的迅猛发展，对于纱 线成结要求有了大大的提高，传统的纱线结头已经无法满足需求，在许多情形下， 不良的纱线结头会产生不同的纱疵，比如说结头尾端的过长或者过短，都会使织 物表面形成缺陷，达不到高质量织物所规定的标准1 7 1 1 s 1 1 9 1 。并且结头的好坏也会经 常影响到纺织过程中的效率。因此在科学技术的发展过程中，诞生了很多不同的 结头技术，比如说用黏合剂粘合纱头，用外包装技术在纱线外层将接头包裹，利 用静电接头，机械捻接，压缩空气捻接等等。 2 青岛科技人学研究生学位论文 在结头接合技术逐步发展中，捻接技术逐渐替代了其他的结头方式，成为了 主流的结头方式，因为传统的打结方法是手工打结或者使用打结器，但是由此产 生的结头直径是原有纱线的2 4 倍，结头的纱尾亦无法去除，捻接技术使得捻接 结头不管是外形还是在性能上都有了长足的提高，捻接的结头小并且强度大，并 且具有灵活、易操作、可靠性高以及保养维护的成本相对低廉等特性，下游工序 的效率和织物的质量都得到了很好的改善，优越性十分显著。而在捻接技术中， 使用压缩空气捻接又是更好的一种选择，空气捻接的捻接机构相对简单，并且成 结状况和编织织物的质量也更好。因此空气捻接已经成为主流的捻接方式并广泛 运用于纺织行业中，成为一种必不可少的结头方式。 1 气圈控制器二前清纱器3 纱线张力装置4 - 自动捻接器 5 电子清纱器6 切断夹持器7 上蜡装置& 捕纱器9 槽筒和筒子架 1 - b a l l o o nc o n t r o l l e r2 一f r o n ty a r nc l e a n e r3 - y a r nt e n s i o nd e v i c e4 - a i r s p l i c e r 5 - e l e c t r o n i cy a mc l e a r e r 6 - c u t t i n ga n dh o l d i n gd e v i c e7 - w a x i n ga t t a c h m e n t 8 d e v i c eo fc a t c h i n gy a m9 - g r o o v e dd r u ma n dw a r p i n gc r e e l 图1 - 2 自动络筒机工艺简图阴 f i g 1 - 2p r o c e s sf l o wo fa u t o m a t i cw i n d e r 3 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 1 2 空气捻接器概述 在络筒这道工序中，需要制成使后道工序连续进行的大筒子，同时需要对纱 线上存在的一些疵点进行清除。不管是将管纱卷制成大筒子还是去除疵点，都需 要将两段纱线断头进行打结，因此每个筒子中都有相当数量的结头，它在整个工 序中占有很大比重，其的质量好坏对于后续工序的影响极大。由接头引起的停机 损耗是昂贵的，粗略估算一根单纱在络纱以及其他后续工序中的断头所能造成的 经济损失，得出整经的断头损失大约是络纱的7 0 0 倍，而浆纱的大约是络纱的2 1 0 0 倍，织造的则大约是络纱的4 9 0 倍，因此，生产高质量的卷装筒子，从而提高络 纱后各工序的效率，从而达到减少由纱线断头造成的经济损失，已经成为必然之 选。 3 5 1 - 自紧结2 - 平结3 - 织布结4 - 筒子结5 - 空气捻接式 1 - a u t o f r e e t t i a g ek n o t 2 - r e e fk n o t3 - l o c kb o l tk n o t -4-bobbink n o t5 - a i rs p n e i n gk n o t 图1 - 3 纱线接头外形 f i g 1 - 3j 0 ms h a p eo fy a r n 传统的打结方法是手工打结或者使用打结器，但是由此产生的结头直径是原 有纱线的2 4 倍，结头的纱尾亦无法去除，如图1 3 所示，传统的结头如自紧结、 平结、织布结、筒子结等产生的结头直径是原有纱线的若干倍，而且结头的纱尾 很难去除，但是空气捻接器的结头与传统的几种结头方式形成鲜明对比，其结头 平滑而且无纱头出现，直径只比原纱线直径略粗，从外观上来看，必然是优于传 4 青岛科技大学研究生学位论文 统结头。因为在织造中，粗大的结头可能引起阻塞和断头，过长的纱尾容易与相 邻纱线缠绕从而导致飞梭或跳花等织疵，过短的纱尾则易松开从而产生脱结。在 后续其他工序中，纱尾以及粗大的结头都可能导致织物形成疵点或者产生破洞， 乃至造成停车。因此结头的质量优劣不仅会影响织物的外观形状，同时也会影响 后续工序的生产效率，好的结头是高质量织物诞生的前提条件【9 】。 捻接技术恰能满足对纱线接头高质量的要求，捻接器的出现对于纺织技术的 发展具有极大的意义。由于对无结纱的需求不断增加，空气捻接器成为近代纺织 工业中发展最为迅速的设备之一。在2 0 世纪6 0 年代时，化纤生产工序中结头的 存在是一个生产的不利因素，因此诞生了对于捻接器的初始需求。2 0 世纪7 0 年 代，地毯纱以及粗支毛纱中成功应用了短纤纱线的捻接【1 0 l 。而1 9 7 3 年英国的 p e n t w y n 公司研制出了简单实用的空气捻接器，使用空气捻接的结头小并且强度 大，并且具有灵活、易操作、可靠性高以及保养维护的成本相对低廉等特性，优 越性十分显著，因此迅速地占领了市场，成为国内外使用最普遍的纱线捻接技术。 4 3 2 l 1 进气管2 气缸传动部件3 夹持剪纱部件4 - 捻4 t 部件 1 - a i ri n l e tp i p e 2 - c y l i n d e rm o v e m e n t3 - s p l i c i n gp a r t 图1 4 空气捻接器结构简图 ， f i g 1 - 4s t r u c t u r ed i a g r a mo f a i rs p l i c e r 空气捻接器是自动络筒机的一个关键部分，它利用高速的压缩空气气流产生 空气动力，并与机械部件联动，将两段纱线捻接成无结纱头。捻接也是综合现代 科学技术的结果，可以捻接出理想外观的结头，捻接强力也接近于原纱的平均值， 空气捻接器主要由压缩空气进气管，气缸传动部件，夹持剪纱部件以及捻接部件 5 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 构成。高速的压缩空气气流的喷射与截止，是由络纱锭控制计算机驱动和释放电 磁铁来供给的。 使用空气捻接器捻接所带来的后续工序的品质和生产率的显著改进已经获 得纺织行业的广泛认同和赞许，例如布片质量的提升，机器效率的增加，废料的 减少等。随着纺织技术的高速发展，国际市场上对于纱线质量普遍提出了无结无 疵的要求，因此空气捻接器的使用十分关键，已经成为优质织物质量的保障。 1 3 空气捻接器的工作原理 1 3 1 空气捻接器的捻接过程 空气捻接器应用了空气动力学的原理，使用压缩空气和机械组件的联合运 转，将叠合在一起的两个纱尾进行捻接，形成一个无结纱头。使用捻接技术形成 的纱头具有理想的外观，捻接强力也接近于原纱的平均强力。 2 1 大吸嘴2 - 小吸嘴3 导纱钩4 _ 埝接腔5 纱夹6 纱夹 1 - l a r g es u c t i o nn o z z l e 2 - s m a l ls u c t i o nn o z z l e 3 - g u i d i n gw i r e 4 - s o i c m gc a v i t y 5 - y a mc l i p6 一y a mc l i p 7 剪刀8 剪刀9 管纱1 m 筒子1 1 d t 纱管1 2 握纱管 7 - s c i s s o r s 8 - s c i s s o r s9 - t u b ey a m 1 0 - b o b b i n s1 1 一c , r i p m gy a mb o b b i n1 2 - g r i p i n gy a r nb o b b i n 图1 - 5 捻接过程示意图m f i g 1 - 5s # c i n gp r o c e s s s c h e m a t i cd i a g r a m 6 青岛科技大学研究生学位论文 自动捻接过程就是当纱线发生断头时，由机器自动完成断纱的接头工作。首 先要利用络纱锭控制计算机驱动和释放电磁铁，来控制高速的压缩空气气流的喷 射与截止，以此供给的高速气流产生的旋转气流使两段断头纱线先退捻成松散的 笔端状纤维，然后在捻接腔内对其进行加捻，使合并在一起的纱头纤维缠绕在一 起，完成捻接。得到的纱头由捻接技术形成，具有理想的外观，捻接强力也接近 于原纱的平均强力。 如图1 5 所示，当纱线发生断头时，图中大、小吸嘴可以转过一定角度，分 别吸住筒子与管纱上的纱头，使导纱钩3 可以钩住大吸嘴吸住的纱线，并将其拉 入捻接腔槽体，在此同时，小吸嘴转入最高位置的过程中，把管纱的纱头也拉入 捻接腔槽体。两个纱夹分别夹住上、下两个纱头，并由上、下剪刀分别剪断捻接 槽至大、小吸嘴的纱线，由握纱管吸住捻接腔内的两根纱的端头，随后利用压缩 空气进行退捻，并进行捻接。 如图1 - 6 所示，空气捻接器捻接的基本工艺过程如下： 图1 - 6 a 步骤一 r i g 1 - 6 as t e p l 7 图1 6 b 步骤二 f i g 1 6 bs t e p 2 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 图1 - 6 c 步骤三 f i g 1 - 6 cs t e p 3 图1 - 6 e 步骤五 f i g 1 6 es t e p 5 图1 6 d 步骤四 r i g 1 - 6 ds t e p 4 图1 - 6 f 步骤六 f i g 1 - 6 fs t e p 6 1 大吸嘴2 小吸嘴3 导纱钩4 _ 捻接槽5 纱夹每纱夹 7 剪刀8 剪刀9 喂纱臂1 0 - 4 念4 t 盖板 1 1 握纱管1 2 握纱管 1 - l a r g es u c t i o nn o z z l e2 - s m a us u c t i o nn o z z l e3 - g u i d i n gw i r e * s p l i c i n gc a v i t y 5 - y a mc l i p6 y a mc l i p7 - s c i s s o r s 8 - s c i s s o r s 9 y a mf e e d i n g 狮1 0 - c o v e ro f s p l i c i n gc a v i t y 1 1 - c , d p i n gy a mb o b b i nx 2 - c , r i p i n gy a mb o b b i n 图1 - 6 纱线捻接详细过程 f i g 1 6s p l i c i n gp r o c e s so fy a m 8 青岛科技人学研究生学位论文 ( 1 ) 如图1 6 a 。当纱线发生断头时或者需要换管时，由大吸嘴和小吸嘴分别 依靠空气吸力吸住筒子和管纱的纱头，并用捕纱钩钩住上方筒子的纱头。 ( 2 ) 如图1 6 b 。将筒子纱头由大吸嘴吸住，并被捕纱钩拉入捻接槽，与此同 时，小吸嘴转到最高位置，把管纱的纱头拉入捻接槽。 ( 3 ) 如图1 - 6 c 。两个纱夹分别央紧并固定上、下方的纱头，并使用上、下剪 刀把纱头分别剪断。 ( 4 ) 如图1 6 d 。大小吸嘴把剪下的纱头吸走，两个握持管会分别吸住捻接槽 外部的上、下两根纱的端头，此时，退捻电磁阀释放一股压缩空气使纱头退捻， 被退捻的纱线，其纤维问的饱和度会降低，此时在高压气流的带动下，部分纤维 被带走，于是使纱线端头形成毛笔笔端状。 ( 5 ) 如图1 - 6 e 。上、下喂纱臂和捻接盖板分别转到最里端位置，喂纱臂将退 捻后的纱头分别拉出握持管。 ( 6 ) 如图1 - 6 f 。此时两个纱头相互平行地排列在捻接槽的底部，退绕电磁阀 会切断对两个握持管的供气，接着捻接电磁阀射出一股压缩空气并进入捻接槽， 经过短暂中断后，会再射出一股压缩空气，并在捻接腔内形成高速旋转气流。此 时，在气流的带动下，两段纱线会按反方向高速回转，把两个纱头相互捻合在一 起，完成捻接。随后所有元件回到最初位置1 1 1 】。【1 7 1 。 1 3 2 纱线捻接的成结质量要求 纱线捻接成型之后，没有传统的打结器打结所形成的粗大结头，但仍存在一 个捻接区域。捻接区域的粗度、长度等都是空气捻接的纱线质量性能指标，如果 达不到标准要求，会在布面上形成竹节状纱疵，或者在针织的过程中堵塞针头， 影响织物的质量等。纱线强力同样也是成结质量要求的重要指标，要接近原纱强 力，并且强力不匀率要尽量降低，否则在后续工序中容易产生断头，严重影响生 产效率。因此在捻接过程中要对影响纱线成结质量的主要工艺参数进行择优选 取，对不同的纱线种类选用不同的工艺参数，进行合理取值，以指导生产【1 8 1 2 2 1 。 纱线捻接的成结质量主要性能指标如表1 - 1 ： 9 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 袁1 - 1 空气捻接器捻接性能工艺标准 t a b l e1 - 1p r o p e r t i e sa n dt e c h n o l o g ys t a n d a r d so fa i rs p l i c e r 捻接性能指标企业工艺标准 捻接区粗度( 倍)原纱直径的1 1 1 3 捻接区长度( m i n ) 2 0 2 8 捻接区纱线强力 大于原纱的8 5 捻接区强力c v 1 8 捻接速度0 3 1 秒次( 根据纱线不同调节) 捻接空气压力( m p a ) 0 5 4 加6 8 【2 3 1 1 4 空气捻接器的发展和现状 1 4 1 国内外发展状况 早在2 0 世纪6 0 年代，国外已经开始研究空气捻接技术，最具代表性的为意 大利m e s d a n ( 密斯顿) 公司，除了生产自动络筒机用的机动空气捻接器外， 该公司又推出了手动空气捻接器，开创了空气捻接器在一般络筒机上的应用。 目前国内所使用的空气捻接器大部分依赖于国外进口，引进的空气捻接器主 要来自于意大利密斯顿公司、日本村田公司以及德国s c h l a f h o r s t ( 赐来福) 公司， 因此急切需要生产出具有自主知识产权的自动络筒机，为打造纺织强国做出贡 献。国内而我国空气捻接技术的开发研制始于2 0 世纪8 0 年代初，比国外起步晚接 近2 0 年，1 9 8 4 年江苏南通纺织研究所研制出了第1 只n q n 1 型空气捻接器试制样 机，为我国空气捻接器的国产化迈出可喜的第一步。随后，国内多家科研机构， 设计生产企业相继研制出了多种型号的空气捻接器【2 4 1 。青岛宏大纺机机械责任有 限公司作为生产自动络筒机的龙头企业，曾于1 9 8 1 年8 月被纺织部机械局认为“青 岛纺机厂在g a 0 0 1 型自动络筒机研制工作中取得了很大成绩，作为自动络筒机首 次通过鉴定，为纺织机械填补了空白” 2 - q 。目前宏大纺机的空气捻接器的生产水 平也处于国内领先地位，产品质量已达到国外同类产品生产水平，替代了进口， 1 0 青岛科技人学研究生学位论文 获得了广大用户的欢迎。随着纺织行业科学技术的提高，为提高纺织品的质量与 档次，对纱线接头要求愈来愈高，而空气捻接器正能满足对纱线接头的这一要求。 所以对空气捻接器进行研究并通过改进设备来提高纱线的捻接质量满足了目前 市场的迫切需求。 1 4 2 空气捻接器研究现状 1 4 2 1 空气捻接器的种类 表1 - 2 空气捻接器种类及特点 t a b l e l 2c h a r a c t e r i s t i ca n dk i n d so fa i rs p l i c e r 空气捻接器种类特点 喷湿捻接器采用雾化喷水装置，可以使 捻接时压缩空气中形成大量的水雾，从 喷湿捻接器 而增加接头处的纤维抱和力和转动惯 量。 弹力捻接器主要适用于弹力包芯纱的捻 接，它的特点是采用空气捻接的方式使 弹力捻接器 弹力包芯纱能和普通纱一样稳定地保持 纤维之间的抱合。 热捻接器主要适用于动物蛋白纤维类的 纱线捻接，比如绢、羊毛及其混纺纱线。 热捻接器它的特点是通过调节捻接空气温度到适 应于捻接纱线来打到使空气捻接过程优 化的目的f 2 6 1 。 随着新型纺织技术及工艺的发展，种类繁多的纱线需要各种不同的捻接装置 来满足其不同的捻接要求。比如亚麻纱、弹力丝包芯纱、紧密纺纱线，动物蛋白 纤维纱线等。目前纱线接头方式主要有机械打结、机械搓捻及空气捻接。机械打 结主要用于长丝类纱线。机械搓捻能产生外观十分好的接头，但结头稳定性及其 在下道工序中的耐交变应力性并不十分理想，并且由于设备成本及运行成本高， 其应用受到一定的限制。因此现主流的捻接方式为空气捻接。 1 l 自动络筒机空气捻接器的理论研究与仿真分析 当前空气捻接器已派生出的种类很多，主要的空气捻接器可分为三类，如表 格卜2 所示。 1 4 2 2 影响纱线捻接的因素 空气捻接器的外部形状大同小异，但是内部结构，形状尺寸的，相对位置的 不同，使各种空气捻接器的性能差异较大。影响空气捻接器捻接纱线的主要因素 包括：捻接时间，捻接腔，压缩空气。 ( 1 ) 捻接时问 捻接时间的长短会影响到纱线的捻接。如果纱线捻接时间过短，可能导致纱 线捻接强力过低，外观质量差，纱线接头质量达不到工艺标准要求，比如纱线接 头截面超过原有纱线截面的1 3 倍，形成粗节等，或纱线接头强力达不到原纱线接 头的8 5 以上。捻接时间过长，则纱线接头截面可能会低于原有纱线截面面积， 被捻成细结，对后道棉纺工作产生不良影响，同时会使整机工艺时间增长，工作 效率降低，从而导致生产效益下滑。 ( 2 ) 捻接腔 捻接腔是影响纱线捻接的重要因素。包括捻接腔的形状、捻接腔的大小、长 度、与捻接腔相连的喷气口的数量、形状、大小、排列等，都是影响纱线捻接的 重要因素，是需要重点研究的内容。可根据需要制作不同种类捻接腔，组装在空 气捻接器上进行纱线断头捻接，改变其捻接腔参数从而研究该参数对于纱线捻接 质量的影响，比如纤维的排列、纱线的捻度等。 ( 3 ) 压缩空气 空气捻接器是依靠压缩空气产生空气动力来进行捻接，因此退捻和加捻时候 的喷气量的大小、喷气时间的长短等，都会影响到纱线的捻接质量。并且压缩空 气的压力不能过大过小，一定要保持稳定【2 7 】【2 8 1 。在压力值较低的时候，压缩空气 压力的增加，可以帮助捻接重叠部分的纤维可以更好的缠绕在一起；但是到了临 界压力之后，压力值的增加将不仅是促进纤维更好的抱合捻接，也会给捻接带来 不好的影响，因为过高的压缩空气压力会使空气形成紊乱涡流，并将不良影响带 给纤维捻接，从而导致捻接强力值的下降。 在现实生产中，影响纱线捻接的因素很多，除了以上各种条件的变化能对捻 接质量造成影响之外，外界空气的湿度、车问的温度、对机器的维护及操作情况 青岛科技人学研究生学位论文 以及原料的质量好坏等，都会对纱线的捻接过程造成一定的影响，因此我们要从 这些主要因素入手，把握纱线捻接的关键部分，从而在捻接过程中抓住重点，生 产出更高质量的纱线【2 9 h 3 6 1 。 1 4 2 3 纱线捻接中的常见问题 经过对多个纺织厂的跟踪调研显示，纱线捻接过程中经常会出现问题，在此 主要例举出以下几种常见问题： ( 1 ) 捻接强力较低，稳定性不强 原纺织工业部规定：空气捻接器的捻接强力应当不低于原纱强力的8 0 ，1 9 9 4 年的无锡会议要求不低于原纱强力的8