（纺织工程专业论文）棉型集聚纺集聚机理研究.pdf

摘要 自集聚纺纱技术出现以来，因其能大幅度提高细纱质量而备受人们 关注。 本文从理论分析入手，通过棉型集聚纺集聚区须条运动受力情况 的分析，建立须条在集聚区内运动的受力模型，求解模型，对影响模型 结果( 附加捻度、须条张力) 的各因素进行理论分析和实验验证，选取 细纱3 9 r a m 毛羽、细纱的断裂强力、细纱的断裂伸长作为细纱的评价指 标，探讨集聚纱附加捻度与细纱质量间的关系。 在本试验研究条件下，理论分析和实验验证的结果表明： 1 集聚纱的成纱捻度由环锭纺钢丝圈所加捻度与集聚纱附加捻度两部 分组成。 2 集聚区运动的须条可以分为三部分，即：须条随吸风槽的倾角而产生 的扭转三角部分、须条截面有椭圆形截西变为圆形截面部分和须条截 面为圆形截面不变部分。对着三部分的分析，得到关于须条集聚附加 捻度的力学模n = 瓦1 t a n 。p 2 z z k i l 。 z z g i n f 二1 l r r r 塑 印al 墨：二! 垫= ! ) + 竺 r ( r r 1 2 r “三1 2 l r 2 q 一，) 2 形截面不变部分对于附加捻度的影响较大a 。其中须条截面为圆 3 对力学模型的分析可以看出，影响须条附加捻度的主要因素有须条 和网格套圈间的摩擦系数、负压大小p 、异形管的盐率半径p 和 槽的长度s 等。须条的附加捻度随着、p 、j 的增加而增加，随着肛 的增加而减少，其中、p 、s 的影响较为显著。 4 对须条在集聚区运动时的张力变化的理论分析表明；为保证须条往 集聚区内的正常运行，摩擦系数、负压大小p 、槽的长度3 必须保 证在一定的范围，不能太大。 本课题对负压大小、槽长两个因素对集聚区须条的附加捻凄的影响 进行了试验验证，从槽长、负压对附加捻度的影响的理论值和实验 值进行拟合来看，两者基本拟合。 6 通过对集聚纱的质量和须条在集聚区的附加捻度大小关系的初步探 讨，结果表明：集聚纱的附加捻度大约占传统坯锭纺的5 时，即a t 以大幅度减少3 9 m m 有害毛羽，而集聚纱的断裂强力和断裂伴长波 动性较大，但比传统环锭纺纱指标要好。 7 。对须条在集聚区内打滑情况进行的分析表明：摇架加压不应太大， 但必须保证牵伸前后区须条牵伸的顺利进行；网格套圈和网格套圈 加压皮辊间的摩擦系数应稍大，而网格套圈和异形管问的摩擦系数 要小。 关键词集聚纺纱力学模型须条张力附加捻度 a b s t r a c t a f t e ra p p e a r a n c eo f c o m p a c ts p i n n i n g ，m u c ha t t e n t i o nh a sb e e np a i dt o i tb e c a u s ei tc a ne n h a n c ey a r nq u a l i t yg r e a t l y i nt h i s p a p e r ，m o t i o n sa n d f o r c e so ff i b e rb a n di nc o m p a c tz o n eo f c o m p a c ts p i n n i n ga r ea n a l y z e d ，t h e n t h em e c h a n i c a lm o d e lo ff i b e rb a n di nc o m p a c tz o n ei sb u i l tb a s e do nt h e a n a l y s i s ，b yi n t e g r a lo ft h em e c h a n i c a lm o d e l ，t h ef a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e r e s u l to fm o d e l ( t h ea d d i t i o n a lt w i s t sa n dt h et e n s i o no ff i b e rb a n di n c o m p a c tz o n e ) a r ea n a l y z e db a s e do nt h e o r y a n de x p e r i e n c e n u m b e ro f h a i r i n e s si nt h er a n g eo f3 - 9 m m ，y a r ns t r e n g t ha n dy a r ne l o n g a t i o na r e s e l e c t e da st h ei n d e xp o i n t sf o r e v a l u a t i n gt h eq u a l i t yo fc o t t o nc o m p a c t y a r n ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea d d i t i o n a lt w i s t so f t h ef i b e rb a n di nt h e c o m p a c t z o n ea n dt h eq u a l i t yo ft h ec o m p a c t y a r ni se x p l o r e d t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a ls t u d ys h o wt h a t t h eu l t i m a t et w i s t so fc o m p a c ty a r nc o n s i s to ft w i s t si n s e r t e db yr i n g t r a v e l e ra n da d d i t i o n a lt w i s t sc r e a t e di nc o m p a c tz o n e 2 t h ef i b e rb a n di n c o m p a c tz o n e c o n s i s to ft h e p a r t s ，i n c l u d i n g t h e t r i a n g l ep a r tc r e a t e df o rt h ef i b e rb a n d st o r s i o na l o n gt h es u c t i o ns l o t ， t h e p a r t w h i c ht h es e c t i o no ff i b e rb a n dc h a n g e sf r o m e l l i p s e t o r o t u n d i t ya n dt h ep a r tw h i c ht h es e c t i o n o ff i b e rb a n di s u n c h a n g i n g b ya n a l y s i s o ft h o s et h r e e p a r t s ，t h e m e c h a n i c a lm o d e l sa b ou t t h e a d d i t i o n a lt w i s t sa n dt h et e n s i o no ff i b e rb a n di nc o m p a c tf i e l da r eb u i i t ? b ：1 _ t a n 嚣。p 2 刀 。 z 而肛p 2 “k 1 l 1 r e g + 可r z - r ( r - r ) + 型2 ( r - r e ，a m o n gt h e s e t h r e e p a r t s ，t h ep a r tw h i c ht h es e c t i o no ff i b e rb a n di su n c h a n g i n gd o e sm o s t t ot h ea d d i t i o n a lt w i s t so ff i b e rb a n di nc o m p a c tz o i l e 3 b ya n a l y s i st h em e c h a n i c a lm o d e lo ff i b e rb a n di nc o m p a c tz o n e ，t h e f a c t o r sw h i c ha f f e c tt h ea d d i t i o n a l t w i s t so ff i b e rb a n di n c l u d e ：t h e p r e s s u r ei nt h ep r o f i l et u b ep ，t h ec o e f f i c i e n to ff r i c t i o nb e t w e e n t h ef i b e rb a n d a n dl a t t i c ea p r o n ，t h el e n g t ho ft h es u c t i o ns l o tsa n dt h ec u r v a t u r er a d i uso f p r o f i l et u b e 脚t h ea d d i t i o n a l t w i s t so ff i b e rb a n dr a i s e sw i t ht h e i n e r e a s eo f p ，pa n d 5e t c ，b u tr e d u c ew i t ht h ei n c r e a s eo f , o h a m o n g a l lt h ef a c t o r s ，w h a ta f f e c tt h ea d d i t i o n a lt w i s t so ff i b e rb a n dg r e a t l y a r e p ，a n d s ， 4 b ya n a l y s i s t h em e c h a n i c a lm o d e lo ft h et e n s i o no ff i b e rb a n d in c o m p a c tz o n e ，t h ep r e s s u r e i nt h ep r o f i l et u b ep ，t h ec o e f f i c i e n to ff r i c t i o n b e t w e e nt h ef i b e rb a n da n dl a t t i c ea p r o n ，t h el e n g t ho ft h es u c t i o n s l o ts s h o u l db ek e p ti ns o m er a n g ef o rt h en o r m a lm o v e m e n to ft h e f i b e r b a n di nt h ec o m p a c tz o n e 5 t h ef a c t o r s ，t h ep r e s s u r ei nt h ep r o f i l et u b ep a n dt h el e n g t ho ft h es u c t i o n s l o ts ，w h i c ha f f e c tt h ea d d i t i o n a lt w i s t so ff i b e rb a n di nc o m p a c tz o n e a r ee x p e r i m e n t e d b yc o m p a r e ，t h et w or e s u l t so fe x p e r i m e n ta n dt h e t h e o r ya r ec l o s et oe a c ho t h e r 6 b ye x p l o r i n g o ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e a d d i t i o n a lt w i s to ft h 。 f i b e rb a n di nt h ec o m p a c tz o n ea n dt h eq u a l i t yo f t h ec o m p a c ty a r n ，t h e 峙哥 l l u t n b ero fh a i r i n e s si nt h er a n g eo f3 - 9 m mw i l lb er e d u c c dg r e a t l y w h e nt h ea d d i t i o n a lt w i s ti sa b o u t5 o ft h et w i s t si fr i n gs p i n n i n gy a r n y a r ns t r e n g t ha n dy a r ne l o n g a t i o nf l u c t u a t eg r e a t l y ，b u tt h em i n i m u mi s b i g g e rt h a nt h a to fr i n gs p i n n i n gy a r n 。 7 b ya n a l y s i so ft h e s k i do ft h ef i b e rb a n di nt h e c o m p a c tz o n e ，t h e p r e s s u r ec r e a t e db yf r a m es h o u l dn o t b et o og r e a t ，b u tm a k et h ed r a f t i n g o ff i b e rb a n dw e l l ，a tt h es a m et i m e ，t h ef r i c t i o ns h o u l db i g g e r ，b u tt h e f r i c t i o nb e t w e e np r o f i l et u b eb a n da n dl a t t i c ea p r o ns h o u l db el i t t l e r k e yw o r d s ：c o m p a c ts p i n n i n g m e c h a n i c a lm o d e l t e n s i o no ff i b e rb a n d a d d i t i o n a lt w i s t s 东华大学顽士论文 第一常 第一章绪论 1 1 集聚纺出现的背景 长期以来，传统的环锭纺纱技术有明显的缺点。其中之一就是须条 在前牵伸罗拉钳口时形成加捻三角区“，使纤维受力不匀，少数纤维 没能得到有效控制而形成毛羽。 在过去的几十年里，所有出现的新型纺纱方法都是围绕着提高机器 的单产为中心而开发研制的。这特点在转杯纺纱及喷气纺纱中体现的 最为明显。而这两种纺纱方法又是到目前为止取得了最大成功的两种新 型纺纱方法。但就成纱质量而言，环锭纺纱方法仍具有无可置疑的领先 地位。环锭纺有较长的发展历程，适纺纤维种类多，适纺纱线支数范围 广，成纱捻度均匀，强力高，在今后个时期内仍然占优势地位”3 。无 数的产品仍然必须用环锭纺纱工艺所纺制的高质量的纱来进行生产加 工，特别是高支纱更是如此”1 。 尽管环锭纺纱质量相对与其他新型纺纱质量来说要好，但它也并不 是完美的，显微镜下观察，可以看到许多纤维还是处于不受控状态，没 有被包入纱线，这些未被包覆的纤维对纱线的整体强度来说没有贡献， 而是伸出纱线表面形成毛羽。换句话说，如果所有的纤维都能够被等 同地融合到纱的主体中去的话，那么纱的强力和纱的伸长均会增加。此 外，由于纱表面上的这些杂纤维还会给后道工序加工带来诸多不便，如 纤维强力利用系数低，影响成纱强力；整经、浆纱分绞不清，织造引纬 阻力大，织机开口不清；影响织物表面光洁度和清晰度，手感不滑爽， 布面耐磨性差，易起毛起球；导致染色不匀；对高档面料，纱线需烧毛 处理，增加损耗率“等等。 集聚纺纱的出现提供了一种解决纱线毛羽问题的新方法。早在9 0 年 代初，德国斯图加特纺织研究所就提出采用集聚纺技术，以有效缩小纱线 成形区的纤维须条有效宽度，使纤维须条在加捻前由扁平状变为圆柱状， 消除加捻三角区，进一步改善环锭纺纱的工艺性能。一些国外设备制造 商提供了多种用于集聚这些纤维的专利，如苏逊( s u e s s e n ) 、立达( r i e t e r ) 、 青泽( z i n s e r ) 、罗托克拉夫( r o t o r c a r a f t ) 等公司已经提供了采用不同纤 东华大学硕士论文 第章 维凝聚方式的集聚纺纱机。这些集聚方法大大降低了牵伸须条的宽度弓 纱线直径之比，这一作用实际上是通过消除纺纱三角区来实现的”。第 台工业化生产机台是在1 9 9 5 年建成。i t a m 9 9 多家公司同时展出了 集聚纺细纱机。到2 0 0 0 年，在全球，装有立达( r i e t e r ) 集聚纺装置的细 纱机的机台有2 0 0 ，0 0 0 锭；带有苏逊( s u e s s e n ) 集聚纺装置的细纱机的 机台有15 0 ，0 0 0 锭”3 。 1 2 集聚纺的原理及优点 1 ，2 。1 传统环锭纺的缺点 在环锭纺中，纱线的质量主要取决于牵伸和加捻两个系统，须条经 过主牵伸区后，因牵伸作用，须条中内部联系力大为降低。到达罗拉钳 口时成为自由状态。这些纤维离开钳口后，即加捻成纱，纱线形成的区 域称为加捻三角区。= b b ，由于 0 ( 如图1 1 、1 2 ) ”，加捻三角区 不可能聚拢所有喂给纤维哺3 。许多边缘纤维或者丢失，或者以某种方式 附着在纱线上不完全受到控制。加捻三角区边缘纤维在加捻之前，会脱体 主体形成飞花：或者捻合到纱线中，另一端形成毛羽。因此，加捻三角 区对纱线表面毛弱的形成和飞花的产生有重要的影口岛，据测约有8 5 的 飞花是加捻三角区产生的，纱线上的毛羽也主要是因为加捻三角区的存 在而产生的。 1 2 2 集聚纺的原理 针对传统环锭纺纱的缺陷，集聚纺通过气流的作用，须条在通过主 牵伸区受凝聚，再通过罗拉钳口被牵伸”“”。实际上，这种改革也反 映了目前牵伸装置的变化趋势一牵伸和集合的分离，即牵伸区中无集 台作用，集合区中无牵伸作用，从而避免了牵伸区中由于集合作用的存 在雨影响了摩擦力界的分布，丽牵伸后的须条再经集合后，减少了须条 宽度，增加了紧密度，有利于改善质量”。如图1 1 ，卜2 所示 东华大学硕+ 论文第一章 图l - 1传统环锭纺加捻三角区 ( 苏逊) 集聚后加捻三角区消失 图1 2 传统环锭纺加捻三角区示意图 集聚后加捻三角区( 立达) 1 2 3 集聚纺纱优点 a ) 在捻度相同的前提下，成纱强力及断裂伸长增加15 “；纱的弹 性大幅度改善。在不需要纱具有很大弹性的场合，可以降低捻度来提高 产量，捻度可以按照最低成纱强力的要求来选择。在降低捻度2 0 2 5 以内的情况下，其强力和伸长率仍高于传统的环锭纱，且手感柔软”“。 b ) 集聚纱的结构明显优于传统环锭纺”2 ”。如图l 一3 ”3 ，集聚纱毛 羽少_ ”。“1 ，纤维明显平行、伸直排列，加螺旋形轻捻使其截面呈圆形。 良好的纤维集聚和均匀的纤维排列使纤维得到充分利用”“1 。 c 1 在织机上，为提高纱线的光洁度和径向耐磨能力以及减少粉尘释 放等，约1 4 的经纱需上浆。相比传统环锭纺纱，使用集聚纺纱可以完 全或部分省去上浆和烧毛工序，而能保证引纬时较少的经纱断头1 。 东华大学颀士论文 第一鸯 ( 棉) ( 苏逊)毛( 苏逊) 图1 _ 3 传统环锭纺纱与集聚纺纱 d ) 纺纱生产中捻度的降低不仅直接导致了产量的提高，成纱性质也 发生了根本地变化；手感明显地更加柔软、细腻，丝绸感更强，穿着的 舒适经大幅度提高了；在成品方面，织物的耐蘑性“”和回弹性也大幅度 地改善了，服装的耐久性也得到了提高( 运常织物经免烫处理后强力下降 约2 5 ”) 。这一点对于免烫织物来讲特别重要。 e ) 由于纱的低毛羽和高的纤维平行伸直度，不但使织物的光泽大幅 度地提高了，经印花加工或提花织物的图案也变得更加清晰。在生产高 档产品的场合，织物的这些特点更是高品质的象征“。 f ) 粗纺集聚纱可以代替传统精梳纺纱，以节约原料和降低成本：可 使用价格较低的原料n 6 ”2 。此外，在同样的条件下，集聚纱可获得较 高的售价。 1 3 集聚纺纱机的种类 在1 9 9 9 年的i t m a 上，展出了4 种不同类型的气流式集聚纺纱设备， 相应的公司分别是：r i e l e r 公司( f e h r e r 原理) ；z i n s e r 公司( d e n k e n d o r f 原理) ：m a l 公司( d e n k e n d o r f 原理) ：s u e s s e n 公司( a r t z t p 原理) ； 东华大学硕士论文第一章 图卜d 、卜5 、卜6 表示4 种类气流式集聚纺纱纤维束的集聚示意图。其 后出现磁力式集聚棉纺设备，r o t o r c r a f t 生产的r o c o s 在2 0 0 4 年第九 届北京纺机展中展出。图17 表示其集聚纺纱纤维束的集聚示意图。 固定圆筒上 吸风槽开口 粗纱往复动程 带孔l 鼬q 钢 剐凌筒罗拉 蒗倚罗拉 中心线 纱线夹特点 图1 4r i e t e r 集聚纺纱纤维束的集聚 图卜5z i n s e r 和m a l 集聚纺纱纤维柬的集聚 p_l 东华大学硕士论文 第一章 图l 一6s u e s s e n 集聚纺纱纤维柬的集聚 图卜7r o t o r c r a f r t 集聚纺升雏果日9 集聚 1 3 1 气流式集聚纺纱 1 3 1 1a 型气流式集聚纺纱 纺纱过程如图1 8 所示”1 1 ”1 ”。2 “，纤维的集聚在三罗拉长短皮圈牵 俾系统的前面。牵伸系统中的前罗拉被一个带孔的钢制滚筒罗拉( 其表 面约有8 0 孔c m2 ) 所代替。滚筒罗拉绕一固定圆筒回转，固定圆筒相应 于集聚区处开有斜槽，圆筒里面装有一个能产生空气负压的抽气系统， 气流从外面被吸入。从牵伸系统握持线出来的纤维被稳稳地吸附、集聚 在滚筒罗拉的表面并以滚筒罗拉圆周速度运动。第二个加压皮辊也压在 滚筒罗拉上，其锚口握持并输出被集聚的须条到纺纱段，加捻三角区消 失。集聚过程如图卜4 所示。 东华大学硕士论文第一章 a 型集聚纺纱具有下列特点( 如图1 8 所示) ”。”3 ： ( 1 ) 3 - 3 1 至3 3 2 区域内滚筒罗拉借助空气负压对纤维进行集聚； ( 2 ) 可纺纤维的最短长度( 即皮圈控制钳口线r 到前罗拉钳口线 3 3 1 之间的距离) 受到滚筒罗拉直径的限制； ( 3 ) 单纤维必须有一定的刚度以防止过多的纤维在集聚过程中被 吸风吸走； ( 4 ) 由于加压皮辊3 1 和3 2 同时由滚筒罗拉驱动，在3 3 l 和3 3 2 之间的须条没有张力牵伸； ( 5 ) 由于吸风槽和须条运动方向成一倾斜角度，所以被集聚的须 条可以绕其自身轴线转动，从而利于纤维头端更好地卷入须条； ( 6 ) 集聚作用直抵输出罗拉钳口线，加捻三角区可减至最小。 粗纱艰入方向 l 一后罗拉：1 1 后罗拉加压皮辊；2 一中f 罗拉；2 1 一中上罗拉：3 一固定屡筒及其 外带孔跟韵钢制灌筒罗拉；3 t - - 第一如压虚辊：3 2 第二加压皮辊；r 皮圈铂口线 图1 - 8a 型集聚纺纱原理示意图 1 3 1 ，2s 型气流式集聚纺纱 集聚区由一对输出罗拉、带有孔眼的皮圈、皮圈架及一对前罗拉所 组成。皮圈围绕输出上罗拉及皮圈架( b e l tc a g e ) 回转。皮圈架向下 的一面开有直槽，皮圈架内装有吸气管，产生空气负压( 真空度为 2 0 0 一2 2 0 m m 水柱高，即1 9 6 0 , - , 2 l5 6 帕) 。对应皮圈架直槽的皮圈在向下 的一面托持着须条，外面的空气穿过纤维须丛及皮圈的孔眼被吸入吸气 群霸搿i 哆遥 东华大学硕士论文 第一帝 管内，从而使纤维紧紧地贴附在皮圈上被集聚起来。集聚过程如图1 5 所示”“。“。当集聚的须条被加捻成纱线时，加捻三角区消失。 b 型集聚纺纱具有下列特点( 如图1 9 所示) ： ( 1 ) 在h 1 一h 2 之间，具有孔眼的皮圈借助气流的负压对须条进行集 聚： ( 2 ) 集聚纺纱装置对可加工的纤维没有任何限制； ( 3 ) 加捻三角区没有减小到最理想的程度，因为在h 2 与4 - 4 1 钳1 ：3 线之间的区域，已集聚的须条又重新失去了束缚，从而失去一部分先前 已集聚的效果，纤维越短，不理想的加捻三角区就越严重； ( 4 ) 吸风槽不与须条前进的方向成一倾斜角度，集聚时须条不能绕 其自身轴线回转，纤维头端不能更好地卷入须条，从而影响成纱的毛羽； ( 5 ) 在钳1 ：3 线3 - 3 1 与4 4 l 之间，可对须条施以张力牵伸。 租纱嘬 入方向 l 一后罗拉1 l 一后罗拉加压皮辊，2 一中f 罗拉：2 1 - - 中上罗拉i3 一前罗拉3 1 一前罗 拉加压皮辊：4 一输出罗拉4 1 - - 输出罗拉加压皮辊h 1 、h 2 一皮圈架直槽的两个端点 图1 9b 型集聚纺纱原理示意图 1 3 1 3c 型气流式集聚纺纱 如图卜1 0 所示，原有环锭纺纱机牵伸装置的尺寸和工艺部件保持 不变，在前罗拉前方增加了一套集聚纺纱装置n 。”_ 2 “”l 。集聚纺纱装置由 异形截面吸管、网格套圈( 其上的孔眼数为3 0 0 0 目c m 2 ) ”1 和输出加 压皮辊组成。对应每个纺纱位的吸管上部开一斜槽，斜槽长度与须条和 网格套圈的接触长度相对应。网格套圈套在吸管外面，受输出加压皮辊 3 东华大学硕士论文第一章 的摩擦传动。前罗拉加压皮辊和输出加压皮辊都带有小齿圈，通过过桥 齿轮连接，组合在一起成为套件。前罗拉加压皮辊通过过桥齿轮传动输 出加压皮辊，输出加压皮辊依靠摩擦传动网格套圈。输出加压皮辊与网 格套圈之间的摩擦系数比网格套圈与异形吸管之间的摩擦系数商约10 倍以上，以保证所有网格套圈以同样的速度运行。异形吸管表面具有光 滑且极耐磨的涂层。异形吸管内部处于负压状态。当须条离开前罗拉钳 口时，受空气负压作用被吸附在相应于斜槽部位的网格套圈上并向前移 动至输出加压皮辊钳口线。斜稽区域内的纤维在负压作用下集聚在一 起。输出皮辊直径比前罗拉加压皮辊直径稍大一些，目的是在集聚过程 中同时产生纵向的张力，将弯曲的纤维拉直以保证须条最佳的集聚效 果。斜槽与须条前进的方向有一定的倾斜角度，须条移动时受到吸风的 横向力而绕其自身轴线回转从而使纤维头端更好地卷入须条主体、尾端 紧贴于纱条上。集聚过程如图1 6 所示”5 “”3 。 对于不同原料和不同粗细的纱线可用不同斜槽长度和倾斜角度的 吸管( 通常配有6 个不同倾角的吸管) ”3 13 “，以达到最佳的运行条件。 网格套圈采用极为耐磨的材料制成，其微孔有不同的规格，适用粗细不 同的纱支。 c 型集聚纺纱具有下列特点( 如图卜1 0 所示) ： ( 1 ) 在异形吸管的s 卜s 4 区域，网格套圈g 借助空气负压对须条进 行集聚； ( 2 ) 牵伸、集聚装置对可加工的纤维没有任何限制： ( 3 ) 由于集聚作用直达输出加压皮辊钳口线s 4 ，加捻三角区可减至 最小： ( 4 ) 在钳口线3 3 l 和s 4 之问的集聚区内，张力牵伸使纤维获得适当 的伸直与平行取向，利于加捻三角区的消除； ( 5 ) 异形吸管上的斜槽能够保证集聚区内的须条绕其自身轴线回转 利于纤维头端更好地卷入须条。 享华大学硕士论文 第一蕈 l 一后罗拉一后罗拉加压皮辊2 中下罗拉2 1 一中上罗拉3 一前罗拉3 1 一前罗 拉加雎皮辊：4 一输出加压皮辊s 异形吸管，s l 、s 4 一异形吸管斜槽的两个端点：g 一网格套 圈 图1 1 0c 型集聚纺纱原理示意图 i 3 2 磁力式集聚纺纱 如图卜1 1 所示，原有环锭纺纱机牵伸装置的尺寸和工艺部件保持 不变，在前罗拉前方增加了一套集聚纺纱装置，r o c o $ 装置由下罗拉、 前皮棍、引纱皮棍和磁性凝棉器组成。凝棉器被永久磁铁压在下罗拉上， 和f 罗拉之间没有空隙，并且与下罗拉一起组成一个完全封闭的负压 室，其底部外型与下罗拉的表面完全一致。与纤维束同步移动，通过凝 棉器安全输送，凝聚区从握持线3 - 3 1 延伸至握持线4 3 。 磁力式集聚纺纱的特点“ 1 )纤维离开钳口之后仍停留在下罗拉3 上，之后磁铁紧密器将纤维 不受干扰地直接送到引纱钳口。 2 ) 3 ) 纱的集聚程度由紧密器的出口的尺寸韵大小来决定。由于能选择 开口合适的紧密器，因此能保证得到理想的高、中、低支纱集聚 纺纱。 由于纱的集聚的程度随着纤维通过紧密器而逐渐增加，并且只有 在紧密器出口出才达到最大，因此短毛去除较少。 4 )紧密器有自我清洁功能：适合传统环锭纺上改造。 东华大学硕士论文第一童 粗纱输 方 向 1 后罗拉；2 中罗拉：3 一前罗拉；4 一引纱皮棍：5 一紧密的底部和装有s i j p r a 磁铁的陶 瓷紧密器：1 l - 后罗拉加压皮棍；2 1 中上罗拉；3 i 一第一加地皮棍； 图1 1 1r o c o s 型磁力式集聚装置 1 3 3 其他形式的集聚纺纱 集聚纺纱的集聚方式除了可以气流力、磁场力外，还可以是机械力、 静电力，由于棉型纤维刚度小，较柔软，机械力的作用难以很好的控制 纤维，且容易损伤纤维。而使用静电力时，则可能须对纤维进行处理， 将导致加工成本的增加。因而还未能形成产业化。 1 4 集聚纺的发展前景 加入w t o 对我国纺织工业来说既是挑战又是机遇，占我国贸易出 口总额2 5 的纺织工业面临着用高新技术改造传统行业，研制与开发具 有高科技含量、高附加值的纺织产品的迫切需求。相对传统环锭纺纱， 由于集聚纺纱具有有效减少纱线毛羽、进一步改善纱线结构、大幅度提 高纱线品质的特点，许多纺织机械厂和高校研究机构对集聚纺具有很大 的兴趣，但均处于探索阶段，远没有达到产业化应用水平。从长远来看， 集聚纺纱的研究和开发具有良好的市场前景，被称为“2 l 世纪纺纱新技 术”。 为适应市场对集聚纺技术的要求，一些国外纺机公司竟相开发出集 聚纺原理的细纱机，瑞士的r i e t e r 公司将集聚纺技术与公司生产出的最 新式g 3 3 型环锭纺机相结合，生产出k 4 4 型具有集聚纺功能的环锭纺细 东华大学硕士论文 第一章 纱机。德国s u e s s e n 一方亟将e l i t e 集聚纺技术和f i o m a x l 0 0 型环锭纺 细纱杌相结合形成f i o m a x l 0 0e 1 型短纤维集聚纺环锭纺细纱机，和 f i o m a x 2 0 0 0 型长纤维环锭纺细纱机形成f i o m a x 2 0 0 0e 1 型长纤维集聚纺 环锭纺细纱机；另方面，为配合传统环锭纺细纱机的改造，专门设计 出可将各种环锭纺细纱机改装成集聚环锭纺纱机的零件，只要对传统环 锭纺细纱机稍加改造，就可获得具有集聚功能的环锭纺细纱机，节省购 置整台祝器的费用。 1 。5 本课题研究的内容及方法 在集聚纺纱技术出现以后，因其能大幅度提高细纱质量而备受人们 关注。对于集聚纺的机理、集聚纺的不同的集聚方式、集聚纺纱的优点、 集聚纺纱对后道工序的积极影响等，在国内外的纺织杂志上有大量的文 章论述，但缺乏从理论上分析须条在集聚区内运动、受力的讨论，因而未 能很好地说明异形管的设计、吸风稽的设计、须条与网格闻的摩擦系数、 负压的大小等因素究竟会对须条的集聚效果产生怎样的影响。本文针对 c 型气流集聚纺纱形式，从理论分析的角度出发，分析须条在集聚区集 聚的机理。通过建立须条在集聚区内的受力模型求鼹得出影响须条的 附加捻度的各因素。 须条在集聚区，一方面稳定向前运动，同时由于气流的作用，还绕 其自身轴线滚动，在此过程中，须条的截面由扁平的椭圆型变为圆形， 同时还获得一定的附加捻度( 在实验室纺纱试验发现，用集聚装置纺制 集聚纱其捻度比同锭上纺制的普通环锭纺纱要大，这个捻度差我们称为 附加捻度) 。为分 厅缓条的运动情况，有必要建立集聚区须条运动的动力 学模型，分析可能对须条的集聚效果产生影响的因素。因此，本课题研 究的内容是建立集聚区内须条运动的动力学模型，并求解该动力学模型， 经实验验证，寻找对须条集聚效果产生重要影响的各纺纱工艺参数。 1 6 本课题研究的意义及本课题研究预期目标 1 6 1 本课题研究的意义 理论意义：目前关于集聚纺技术的研究文献主要是实验方面的，相关 东华大学硕士论文第一章 理论研究在国内外还未见报道。通过建立集聚区内须条的动力学模型， 并求解建立集聚区内须条的动力学模型，探讨压力范围，摩擦系数范围， 分析负压，网格材料的摩擦系数、异形管的设计、开槽长度等因素对集 聚效果影响的规律。 实际意义：指导集聚纺纱元件的设计和纺纱工艺的优化，其理论成果 可用于集聚纺纱技术在国产环锭纺细纱机的改造和国产棉型新型集聚纺 纱机的开发。 1 6 ，2 本课题研究预期目标 建立集聚区内须条的动力学模型；通过求解，分析模型中诸如压力、 摩擦系数等因素对集聚效果的理论上的影响i 并通过实验得以验证。 东堆大学硕士论文 第：，幸 第二章集聚区须条的力学模型的建立 在集聚纺中，相对于其他集聚形式，气流式集聚纺囡气流力对纤维作 用较柔和、产业化程度良好而更引起国内许多的高校和科研机构的兴趣。 但相关文章大都是论述气流式集聚的纺纱原理、集聚纱的优点以及对后道 工序的有利影响，而涉及到气流式集聚的集聚区须条的理论分析，在国内 外刊物上还未见相关报道，尚未能对须条集聚的原因作出理论的分析。 本论文针对c 型集聚纺的形式，研究其集聚机理。 2 1 须条在集聚区的运动 须条从集聚区出来时受到网格套圈加压皮辊和装在异形管上的嘲格 套圈的夹持，其运动是由前罗拉依靠摩擦传动到前罗拉加压皮辊，前加压 皮辊通过过桥牙传动到网格加压皮辊，最后网格加压皮辊再次通过摩擦传 动到网格套圈”“。 过桥齿轮 f 亨) 须条喂八方向 一眯_ 卜一 。 j s 4s i3 - 3 1r2 2 l卜 上塞蓁封 l 一后罗拉；l l 一后罗拉加压皮辊；2 一中f 罗拉；2 1 一中上罗越；3 一前罗拉i3 l 一前罗拉加压 皮辊：4 一列格套圈如压皮辊：s 异形吸管；s 1 、s 4 一异形吸管上狭挡的两个端点； g 一网铸套圈 图2 一ic 型集聚纺工艺流程示意图 对于集聚区须条的运动，根据实验观察及拍摄的照片，把须条分为三部 分：第一。部分是离开前罗拉以后，因吸风槽相对于前罗拉吐出须条所在直 线有个小的夹角须条部分；第二部分是在摩擦力的作用下从扁平的椭圆 表华大学硕士论文霆二章 状截面变为圆形截面的这部分须条：第三部分是须条从椭圆形截面变为圆 形截面部分，在因负压而产生的摩擦力作用下继续绕其轴向回转直到前握 持点的部分。下面将分别就这三部分进行分析。 钳口 图2 - 2 数码相机拍摄须条运动图片 图2 - 3须条在集聚区运动的示意图 又，须条的第一部分相对其他两部分长度较小，纤维相对于须条的轴 ，1 1 , 有个转角，但其纤维转移较为复杂暂不作讨论，可使用试验观察得到 的数据来讨论。 2 2 集聚区变截面须条的受力模型 由须条的在集聚区的运动分析可以知道，在集聚区运动的须条扶形态 上可分为三部分( 如图2 3 ) ，现对在集聚区运动的须条变截面部分( 第二部 分，图2 - 3 ) 放大的示意图中的须条任取一段进行c c e e 7 受力分析 东华大学硕士论文 第二帝 图2 4变截面颁条受力示意图 2 2 1 模型的假设条件及所用参数说明 集聚区内因有负压而产生流场，为计算方便用单位面积上的均匀压力 表示负压的作用；网格对须条的支持力也为单位面积上的均匀法向力；须 条的重力，须条因曲线运动而产生的向心力因相对较小不考虑；须条从前 罗拉出来时，纤维均为伸直平行排列：整个须条视作为弹性体；图2 - 4 中 须条从州到b b ，须条是从扁平的椭圆状截面变为圆形截面，这部分须条 长度l 因较短，为计算方便，须条所在面可假设为平面。 q q 。为须条与网格的接触直线： 为原前罗拉的夹持钳口线： 须条的中心轴线为z 轴； 椭圆的短轴方向为y 轴； 椭圆的长轴方向为z 轴； 0 为坐标轴原点； 工 d z 为o d 间长度 为圈2 中须条从a a 到b b 中任取的一段须条 为须条与网格间摩擦系数； 东华大学硕士论文 第二章 g 口。 为椭圆长轴o c 长度； 为椭圆短轴o p 长度； 为任取椭圆的长轴长度； 为任取椭圆的短轴长度； 为须条变为圆形截面时的半径d p 长度； 为须条从扁平的椭圆形截面变为圆形截面时p p 的长度： 为须条d x 受到的支持力； 为须条如受到的因负压而产生的压力，d p = 2 a k ，d x ； 为负压产生的单位面积上的压力大小； 为须条出受到的摩擦力； 为须条中纤维与z 轴间的夹角( 也时摩擦力与x 轴问的夹角) ，即捻 角； 为须条的刚度模量； 为须条从前罗拉钳口线w w7 转移到c c 线时须条中纤维与x 轴间的 夹角； 为须条的密度； 2 2 2 模型的建立及求解 如图2 4 ，由几何关系可知： r 上一( r 一，k 三 ( 2 1 ) 6 ：堕延尘( 2 - 2 ) 三 一 由z 轴方向力学平衡方程可得 d n = d p = 2 kj a d x d f = 西n = 2 p a k l d x d m = d f x b s i n + 妒) ( 2 - 3 ) os i n + 卵) zs i n f l i d m = 2 f l a b k ls i nf l d x 在x 轴上任取d x 长的一段；由弹性力学知识可知。”3 ，长轴长度为a ，短 r 口6 ，工妒熊盯声 东华大学硕士论文 第二章 轴为长度为b 的椭圆形截面的拄状体在扭矩为m 作用下的单位长度扭角为 移：始掣( 如图) 棚3 b g 图2 - 5 弹性体受扭转图 当护、p 较小时，设口所对应的弧长为m ，则有m = b ，0 将椭圆柱体轴面展开，在a o p p 中，川“1 - s i n f l 此时，9 = 娑 n d 伴) 一篇 。， 掣= 警 南+ 搿卜 积分得到解析孵式( 2 5 ) ： l n ( s 邶) = 警 掣( 时r - r ) r 阻 l + r 时l ( r - _ 型捌+ 丝铲卜 当石= o 对，= 。得 吲晒n 肿一警一捌+ 祥 当x = 时 东华大学硕士论文第二章 h 坷s i 啪n f l ，= 等幽+ 错+ 饼 当声、p o 均较小时，式( 2 6 ) 简化为 t a n 口= t a n p oe 令，：兰掣 加 2 u k i 上 面 + 钳+ 期 则t a n p = t a n p op 7 根据相关公式“” t ：= 1 0 0 t a r i f f 石2 r r = l o o 瓦t a n f 3 0 , 一e r 式中 丁须条捻度( 捻1 0 c r n ) r须条半径( r a m ) 化为标准单位 n 。：t a l l f l o e 7 7 2 7 0 式中 兀。须条捻度( 捻m ) r须条半径( m ) f 2 6 1 ( 2 7 ) 1；lr，j 2 ，一r 甲4 0 簿 甲3 8 斧百万一 摩攘系数 图3 - 3 摩擦系数与附加捻度间的关系 图3 3 表明了须条和网格套圈之闯的摩擦系数与附加捻度间的关系，摩 擦系数从o 3 5 到0 ，4 5 时，须条在前罗拉输出处附加捻度从3 2 捻m 增加到 4 7 1 捻，m ，相当正常绍纱捻度8 2 6 捻m 的3 9 - 5 7 。 多 东华大学硕士论文 第三章 3 2 2 负压大小对凡的影响 当其他因素都确定时，槽长s 为1 8 m m ：为0 4 ；p 。为3 0 r a m 。式( 3 - 2 ) 化为： a ：91 0 4 一4 5 7 7 1 0 3 k j + 0 5 7 3 k 2 k 2 ：p 。g 。d = p 98 0 6 1 1 0 = 5 9 7 8 1 0 3 p ( n i m ) t w ：9 1 0 4 e 4 8 9 x i 0 - 3 p 设负压的变化范围从2 0 0 t u r n 水柱到3 8 0 m m 水柱，t w 的变化范围如下图 ) 1 7 l 捻 丫 图3 - 4 负压高低与附加捻度问关系 图3 - 4 表明了负压高低与附加捻度间的关系，负压从2 0 0 r n m 水柱增到 3 8 0 r a m 水柱时，须条在前罗拉输出处附加捻度从2 4 8 捻m 增加到5 7 5 捻 ，l n ，相对正常细纱捻度的3 - 7 。 3 2 3 , o n 大小对n 的影响 当其他因素都确定时，j 为18 t u r n ；为0 4 ；负压大小为3 0 0 r a m 水柱。式 o 恒成立 ( 3 - 4 ) 口“j 铆 式( 3 - 4 ) 表明r 是关于摩擦系数的单调递增函数，即随着摩擦系数的埔 0 _ l 东华大学硕士论文第三章 加，须条的张力也会增大。 同时又有t s 即 r ：丁。兰+ 量：廓f 。詈z s r j s 纠l 堕t o + k 坐2 p n s ， 式( 3 - 5 ) 表明为保证须条正常的运行，摩擦系数t 又必须小于一个定值。 3 3 2 因负压而产生的单位长度上的压力k 2 对张力的影响 当槽长、异形管曲率半径、摩擦系数等因素都确定时，我们可讨论单因 子因负压而产生的单位长度上的压力足2 对张力的影晌a 象娟夤# ，卜 s ， 式( 3 6