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第七章 牵伸与并合

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发表于 2012-10-25 17:00:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
第七章 牵伸与并合
牵伸主要发生在并条(针梳)、粗纱、细纱等工序上,其中,并条和针梳的主要目的和任务就是牵伸和并合。
并条和针梳的工艺简图如下所示:
第一节牵伸的基本原理
一、概述
(一)牵伸的定义和目的
1.定义:将须条抽长拉细的过程。
2.实质:纤维在纱条轴向产生相对位移,从而使纤维分配在更长的长度上。
3.结果:纱条长度↑,截面↓,支数↑,号数↓,纤维伸直平行度↑。
4.目的: (1)抽长拉细纱条(提高支数,减少定量),
(2)提高纤维平行伸直度。
(二)牵伸程度的表示方式
1.牵伸值:
D=L2/L1(若无滑溜时,相当于罗拉的速比,即理论值)。
式中:L2-输出纱条长度,L1-喂入纱条长度。
2.拉细值:(实际牵伸)
E=H1(喂入纱条号数)/H2(输出纱条号数)=W1(喂入定量)/W2(输出定量)=N2(输出支数)/N1(喂入支数)。
理想状态下,如:无纤维散失时,则D=E,
有纤维散失时,E=D/(1-q),q--纤维损失率,故有E>D。
3.实际牵伸与机械牵伸:
计算牵伸=D
机械牵伸E1=V2(输出速度)/V1(喂入速度)=D,
实际牵伸E2,考虑纤维损失、滑溜及捻缩等因素。
E2=H1(喂入号数)/H2(输出号数)=N2(输出支数)/N1(输入支数)=上式中的E。
4.牵伸效率η:
η<1,η=E2/E1×100%。
在工艺上为了补偿牵伸效率的存在,生产上用一个经验数据牵伸配合率——1/η。
1/η的大小取决于滑溜、加捻、纤维损失等。
E1=(1/η)×E2,E1>E2,机械牵伸>实际牵伸。
可根据E1的大小选择牵伸牙,即机械牵伸应大些,以使实际牵伸保证工艺上的设计要求。
(三)实现罗拉牵伸的基本条件
1.须条上必须有积极握持的两点,
2.两点间有一定距离(隔距)。
最简单的牵伸区是两对罗拉组成,罗拉上分别加上一定压力(自重、弹簧、摇架、磁性、气动、杠杆重锤、液压)。
3.握持点必须有相对运动。
(四)牵伸类型:
1.张力牵伸:(第一类牵伸)
ΔV↓↓,加压↓↓,伸直、弹性伸长。
当两握持点的相对速度很小,或施加的外力不足以克服纤维间的摩擦力和抱合力,则须条中纤维之间未发生轴向的相对位移,须条伸长仅是须条中的伸直或弹性伸长。一旦外力消除,这种伸长又恢复原状。这种牵伸未引起纤维间的位移--张力牵伸。
张力牵伸不能将须条抽长拉细,但能使须条张紧防止运动中松坠,牵伸后须条中未发生相对位移---称张力牵伸。
2.位移牵伸:(第二类牵伸)
ΔV↑↑,加压↑↑,纤维间发生位移。
当两握持点间存在较大的相对速度,且外力足以克服纤维间的摩擦力和抱合力,使纤维间产生相对运动,须条被抽长拉细,当外力消除后将保持被牵伸的状态---位移牵伸(罗拉、走锭、气流)。
3.总牵伸和部分牵伸。
4.双区牵伸与渐增牵伸。
(五)牵伸区内纤维分类
1.控制纤维---受前罗拉或后罗拉握持的纤维。
2.浮游纤维---未被前罗拉或后罗拉握持的纤维。
3.前纤维---被前罗拉握持的纤维。
4.后纤维---被后罗拉握持的纤维。
5.快速纤维---以前罗拉速度运动的纤维。
6.慢速纤维---以后罗拉速度运动的纤维。
掌握欠伸的基本概念
二.摩擦力界
(一)概述
简单的牵伸区是由二对罗拉组成的。下面为钢质,上面是皮辊(胶辊),皮辊上加压形成积极的钳口。其间纤维受到垂直的压力,且有相对运动的趋势。便在纤维与机件,纤维与纤维间产生了摩擦力。实际的牵伸装置便是以这摩擦力来控制纤维运动的。设计一个优良的牵伸装置,使牵伸区内的摩擦力分布要符合一定要求,才能使纤维运动有规律,从而使纱条均匀。
纤维间摩擦力T= T1+T0
式中T1—μp,μ纤维间摩擦系数。
T0—纤维间的抱合力,与纤维的伸直度、表面性质等有关。
(二)摩擦力界的概念
1.定义:牵伸过程中纤维与纤维之间、纤维与牵伸装置机件之间的摩擦力存在的空间称为摩擦力界。
纤维间摩擦力所产生的摩擦力界称内摩擦力界。纤维与机件间摩擦力所产生的摩擦力界称外摩擦力界。摩擦力界是一个空间力场,可以用F=Q(X,Y,Z)表示。
2.摩擦力界的强度:在摩擦力界中作用在某点纤维单位长度上的平均摩擦力叫做摩擦力界的强度。
某点纤维单位长度上的平均摩擦力F=P(x)μ+T0
式中P(x)—作用在某点纤维单位长度上的平均垂直压力。
μ—摩擦系数。
3.摩擦力界的分布:
由于各点强度不同,形成一个分布称为摩擦力界的强度分布,简称摩擦力界的分布。
从上式中可看出P(x)的分布为平均正压力的分布,一定程度上可近似代表摩擦力界的分布。代表纤维在牵伸过程受到的摩擦力的大小,但不代表其方向。方向决定于相对运动的方向(相反)。
(三)罗拉钳口的摩擦力界
1.纱条纵向摩擦力界的分布:
(1)上皮辊对纱条加压P1,使上、下罗拉钳口处纱条被压缩。
在罗拉中心线(KL)处纤维的密集度最大,所以作用在纤维单位长度上平均正压力最大,[P(x)]最大。
(2)纤维是半弹性半塑性,产生力的传递P(x),面扩展到a、b,a、b以外不受罗拉加压的控制,但由于纤维间有抱合力存在,故还有摩擦力界存在。(f、e、g)其值很小。
曲线下面的面积即为纵向受到的压力摩擦力界有一定长度(e、g)有一定峰值。
2.影响纱条纵向摩擦力界分布的因素:
(1)压力P的影响
P↑,强度峰值↑,摩擦力界向外扩展(e',f',g')
纤维间更紧密,P(x)大,峰值高,扩展空间更大,(上、下罗拉接触边缘外移)。
(2)皮辊直径增大,P不变
皮辊与纤维接触的边缘外移,P压分布在更大范围内。
故峰值下降,长度扩展。(e",f",g"),
由于压力不变:a<a",
∴P'(x)<P(x)。
(3)纱条的厚度和宽度的影响
宽度一般不变,厚度增加则摩擦力界加长,峰值下降(与上面相同)
小结:不同条件下摩擦力界变化的影响
分布长度 强度峰值
上皮辊加压P增大 增长增大
上、下罗拉直径增大 增长 减少
喂入纱条支数降低 增长 减少
(宽度不变,厚度增加)
∴前后罗拉钳口间的控制机构应使纱条中的纤维相互紧密,产生足够的摩擦力。在针梳机上用针排产生的摩擦力可成中间摩擦力界,来控制浮游纤维的运动。纤维离后罗拉后,以针排速度运动(接近后罗拉)到前钳口处才变速,这样变速点分布较集中。
3.罗拉钳口下纱条横向摩擦力界
主要决定于(1)纱条截面形状,(2)罗拉表面性质
(1)金属上罗拉表面不变形,摩擦力界强度衰减快;
(2)皮辊在上但硬度较大,有变形,对所有纤维有较好的控制;
(3)皮辊硬度小,变形大,对纤维控制好;
生产中并条皮辊较硬,上罗拉靠摩擦传动,须条易分层,故须条厚度有一定限制。
理想摩擦力界的分布要求
理论要求的摩擦力界的分布如下图所示:
摩擦力界的分布应使其既能满足作用于个别纤维上力的要求,同时又能满足于整个牵伸须条上力的要求。
在靠近前钳口附近,由于出现了大量的变速纤维,此处摩擦力界应有适当的强度,并且必须在整个须条断面分布均匀,须条在这里应保持适当密度,使浮游纤维周围接触的纤维数保持稳定,从而使引导力和控制力稳定。
4.对摩擦力界布置的要求
在纱条横向上分布要尽量均匀,在纱条纵向则要求一定的分布形态。(以上是一对罗拉情况)。
(1)整个牵伸装置纵向摩擦力界
先介绍二对罗拉组成的牵伸装置
①后罗拉处
a.后罗拉(自重加压)压力P小,故P(x)较小
b.后罗拉处纱条较粗(宽度不变,厚度增加),则罗拉摩擦力界分布长度长,峰值低。
②前罗拉处
a.前罗拉(加压大)处P大,∴P(x)大
b.前罗拉处须条细,宽度不变,厚度变薄,则摩擦力界分布长度短,峰值高。
③中间靠纤维抱合力形成摩擦力界。
掌握摩擦力界的定义、影响因素、理想的摩擦力界曲线
三.变细曲线:
在牵伸过程中,由后罗拉钳口到前罗拉钳口方向,须条截面中的纤维根数逐渐减少,这种减少规律可用曲线描述--即称变细曲线。
变细曲线反映了:(1)牵伸区中快速、慢速纤维的分布,
(2)牵伸区中纤维运动情况,
(3)牵伸区中纤维的变速点分布情况。
变细曲线的求得:(1)可用实验法--实际变细曲线:
把正常运转的机器停下,取下牵伸装置的每个上罗拉,标记出相当于两钳口轴线上的位置,并小心地把须条拿到方格坐标纸上,把牵伸区中须条的长度切成等长的若干纤维段(一般用3~5mm)称重,并以后罗拉握持点处重量为100%将称得的重量依次折合成百分率,以牵伸区前后罗拉的隔距为横坐标,以其重量百分率为纵坐标,画出一曲线,即为实际上的变细曲线。
(2)可用计算法--理论变细曲线
(一)变细曲线的计算
η--纤维长度
s--最短纤维长度
w--最长纤维长度
f(η)称为某一试样纤维长度数量分布曲线
1.纤维长度数量分布曲线
某一长度出现的根数--频数f(η),某长度的频数占试样总频数的百分率--频率,则f(η)dη表示纤维长度在η--η+dη范围内所出现的根数的频率为: ∫wsdfdfηηηη)()(
∫wsdfηη)(
式中 --总频数(总根数)。
如果令总频数 =100% ∫fη(
wsd
频数f(η)dη用百分率表示和频率相一致,此时其含意为根数占总根数的百分率。
2.拜氏纤维排列图
右图即将拜氏纤维长度分布图横过来
分析如下:
q(η1)表示纤维长度在η1以上的纤维累计根数,即:
q(η1)= ,∵当令q(0)= 时, ∫f)(ηη0
则q(η)表示某长度以上纤维根数占总根数的比值(频率)。
在q(η)曲线上任取一d[q(η)],设此束纤维的长度为l1,将其在任意点握持,其左端伸出长度不小于η1的机率为(l1-η1)/ l1,这就是相当于d[q(η)]这一小束纤维在η1以右的面积与d[q(η)]的面积之比。
由此推得,在全部试样中任意取样,将其在任意一点夹住而其左端的伸出长度不小于η1的概率,即为图中q(η)曲线下阴影的右面积与整个面积之比,即:
3.照影机曲线(须头曲线)
数学推导仅是了解
(二)纤维数量分布
1.E=1时
变细曲线是一水平线,设r(x)表示在X-X处后罗拉握持纤维根数相对于喂入须条中纤维根数的百分率。
(1)则X-X处后罗拉握持的纤维量=T×r(x)
(2)前罗拉纤维量=T×r(R-x)
(3)浮游纤维量=T-T×r(x)-T×r〔(R-x)〕=T〔1-r(x)-r(R-x)〕
2.E>1
(1)X-X处后罗拉握持的纤维量=T×r(x)
(2)前罗拉握持纤维量=T/E×r(R-x)
(3)浮游纤维量=T-T×r(x)-T×r(R-x),恒定不变。
总的纤维量(X-X)处
T(x)=T×r(x)+T/E×r(R-x)+T-T×r(x)-T×r(R-x)=T[1+1/E×r(Rwd ∫wdf∫∫wwdqdq0)()(ηηηηη
-x)-r(R-x)〕=T[1-r(R-x)(-1/E+1)
当知道纤维长度频率分布函数后,r(x)即可求得,从而可得变细曲线。(毛纺有类似的r(x)照影机曲线即须头曲线)。
影响变细曲线形态的因素很多,如喂入须条的均匀度、纤维长度整齐度、纤维伸直度、牵伸倍数、纤维运动的规律性、罗拉隔距和牵伸装置的完善程度等。
(1)罗拉隔距:当喂入须条的纤维数量T和牵伸倍数E不变,而增加罗拉隔距R时,则前、后纤维的数量分布均不变,只是牵伸区中须条各截面纤维数量分布扩展,故浮游纤维的数量也相应增加;当T和R不变,而增加E时,则前罗拉钳口握持的纤维数量减少,对变细曲线的形态有一定影响:当R不变,T和E按相同比例增加时,则前罗拉纤维数量不变,而后罗拉纤维的数量增加,因而浮游纤维有所增加。
(2)牵伸装置:除牵伸倍数和罗拉隔距外,牵伸机构控制纤维运动的完善程度对变细曲线的影响亦是很大的。如图所示,前、后罗拉握持的纤维数量分布曲线的交点为M点,该点是前、后罗拉握持纤维数量相等的一点,当牵伸倍数增加时,则M点向前钳口靠近,该点位置对浮游纤维运动有一定的影响。
(三).实际变细曲线
1.当纤维都是前端到达前罗拉钳口时才变速的。则变细曲线上凸,如图甲。这是由于牵伸区中慢速纤维数量相对复杂些。故变细曲线要饱满一些。
2.当纤维后端离开后钳口即以前罗拉速度运动,则有浮游纤维(或说成后纤维以前罗拉速度运动)故变细曲线下凹。
3.实际牵伸过程中,在后钳口的附近,慢速纤维多些,故曲线饱满些,向上凸,在前钳口附近快速纤维要多些故曲线向上凹,如图丙。所以正常的实际变细曲线是由向上凸和向上凹两部分曲线组成。
4.若实测变细曲线形状与正常相去甚远,则应找原因(1)实验误差大,(2)牵伸机构等有问题。
掌握理论上变细曲线得做法,指出各类纤维得分布
四.纤维受力和运动
在牵伸区中某根纤维运动的情况主要决定于纤维受力,每一根纤维都处于其它纤维的包围之中,以及牵伸装置的控制中,因此纤维运动将取决于纤维数量分布和牵伸装置部件的控制。
(一) 纤维受力
1.引导力FA
以前罗拉速度运动的快速纤维作用于浮游纤维上的力--引导力。
设P(x)为截面X-X处的压应力,则有:
N(x)=A(x)+B(x)-----此X-X截面处总纤维数,
A(x)----与某根纤维接触的快速纤维量,
B(x)----与某根纤维接触的慢速纤维量,
其中,快速纤维与该纤维的接触几率为:A(x)/N(x),
慢速纤维与该纤维的接触几率为:B(x)/N(x),
则FA(x)=[μP(x)/ N(x)]*A(x)*Δx
μv----动摩擦系数,l----纤维长度, μ0----静摩擦系数。
则:作用在整根纤维上的引导力FA= dxxPxNxAvlaμ)()()(∫+
a----纤维后端离罗拉钳口的距离。
2.控制力FB
以后罗拉速度运动的慢速纤维对浮游纤维的作用力(保持慢速):
则整根纤维上的控制力为:FB= dxxPxNxAvlaaμ)()()(∫+
当控制力>引导力 FB>FA 时浮游纤维仍然保持慢速
当引导力>控制力 FA>FB 时浮游纤维将变速。
掌握控制力引导力,二者与纤维变速的关系
(二)纤维运动与纱条不匀
1.理想情况下纱条不匀
(1)假设条件:
①纤维都是平行伸直的;
②都是等长的;
③每根纤维都是头端到达前钳口才变速,从V后→V前,且经牵伸----二根纤维头端移距α1=αE。
(2)结论:①经理想牵伸后,须条中纤维之间的头端移距增大到原来的E倍,纱条截面内的纤维根数减少E倍;
②纱条经过牵伸后,仍然能够保持牵伸前所具有的结构。(纱条中的每一根纤维与其后的纤维的相对位置顺序没有发生变化);
③纱条的不匀率没有因牵伸而增加而是不匀率的波长增大了E倍。推广:若纤维同在牵伸区中的某一位置(不一定在钳口)变速不产生新的不匀。
2.变速点分布与纱条不匀
牵伸区中纤维由慢速改变为快速时头端位置。
如果纤维在不同点变速,使产生移距偏差。
(1)若A纤维变速点在X1-X1处,B纤维变速点在X2-X2处。
在A变速后,B仍以V2前进到X2-X2其所需的时间:t=(α+x)/V2。
t时间内A前进的距离S,S=α1+x=V1t=V1*(α+x)/V2=E(α+x)
经牵伸后,A、B两纤维头端移距为α1=S-x。
∴α1=αE+x(E-1)=E(α+x)-x=Eα+x(E-1)。
(2)如A在X2-X2处,B在X1-X1处变速,则:α1=αE-x(E-1)。
综合:α1=αE±x(E-1)。
X-开始变速的位置偏差,
Δα= x(E-1) ---移距偏差。
(3)结论:
①二根纤维在牵伸时,在不同位置变速则二根纤维间的移距产生偏差,Δα= x(E-1),导致纱条不匀。
②X↑,则Δα↑,纱条不匀↑。
③E↑,则Δα↑,纱条不匀↑。
E↑↑(大牵伸)时应很好地控制纤维运动,使任何的变速点集中尤为重要。
④变速点分布
实测表明:任意两根纤维的头端移距,通过牵伸后α’>αE或α’<αE,很少α’=αE。
说明了纤维的变速并不在同一位置上,变速点分布在一定范围内----变速点分布。
变速点分布↑,变速位置离散性↑,→纱条不匀。
(三)牵伸受力对纱条运动的影响
FA、FB的大小取决于A(x)、B(x)、P(x)、μ、l,当FA>FB时,浮游纤维加速,FB>FA时,浮游纤维保持慢速运动
1.纤维数量分布
A(x)---与X处纤维接触的快速纤维数,B(x)---与X处纤维接触的慢速纤维数,N(x)=A(x)+B(x),总的纤维数
(1)在靠近前钳口附近,A(x)>B(x)
(2)在靠近后钳口附近,B(x)>A(x)
2.摩擦力界强度分布[P(x)]:
3.纤维的性能(摩擦性能μ,长度l)
讨论:(1)在后罗拉附近B(x)>A(x),再加P(x),∴FB>FA,纤维受到控制
在前罗拉附近A(x)>B(x),∴FA>FB,纤维变速。
(2)在M点,A(x)=B(x),不考虑中间摩擦力界对纤维运动的影响,则FA=FB。当纤维中点通过M点时,即FA>FB,纤维开始变速。
(3)纤维长度l≥25mm(棉纺)时,一般这种纤维头端要到达前罗拉钳口时才变速。长纤维头端靠近前钳口时才变速。
(4)短纤维变速比长纤维早(短纤维变速点离前钳口较远)。
(5)隔距↑,纤维浮游距离↑,变速点分布对时间的不稳定性就越差↑,离散性↑。
(6)隔距R相同,E↑,变速点前移(M点前移)集中。
掌握移距偏差公式的推导,移距偏差与纱条不匀的关系,影响纤维变速点分布的因素
(四)牵伸力与握持力
1.牵伸力的概念
在牵伸过程中以前罗拉受到运动的快速纤维从以后罗拉速度运动的慢速纤维中抽出时,克服所受到的摩擦力的总和所用的功。
牵伸力fd=μP(x)A(x)Δx[B(x)/N(x)]。
Fd= ∫wdxxAxNxBxP0)()()()(μ
w---最长纤维长度,
μP(x)---纤维在X处单位长度上所受到的摩擦阻力,
N(x)=A(x)+B(x),
可见:(1)Fd与A(x)、B(x)、N(x)有关(数量);
(2)Fd与μ、l有关(纤维性能);
(3)Fd与P(x)有关(摩擦力界)。∫wdxxAxNxBxP0)()()()(μ
2.影响牵伸力的因素
(1)牵伸倍数:
ⅰ E=1时,Fd=0
ⅱ E<1.2区域内,E↑,Fd↑,线性须条仅产生弹性伸长或纤维伸直所致。
ⅲ E=1.2~1.8(临界牵伸)---位移牵伸和张力牵伸的转变过程。(棉:1.2左右)。
Fd--E基本上呈抛物线。在这个范围内,须条中纤维处于滑动与不滑动的不规则运动的转变过程中,快慢速纤维数量不稳定,因此Fd波动大。∴实际配置牵伸中应尽量避免这一区域。
ⅳ E>1.8---位移牵伸。
Fd--E符合幂函数关系,纤维之间快慢速纤维间产生相对位移。
E↑,则Fd↓。
(2)摩擦力界
ⅰ隔距R:R↑,则Fd↓。∵后纤维的前分布数量少。
R↓,长纤受前后的控制Fd↑,牵不开出硬头。
ⅱ 附加摩擦力界:附加摩擦力界作用↓,则Fd↓.
ⅲ 喂入须条的宽度(不变)、厚度(喂入量):其中厚度↑,影响摩擦力界长度扩展↑,Fd↑.
∵A(x)↑、B(x)↑,∴Fd↑。
(3)纤维的性质:
如果纤维l↑、μ↑,→Fd。
掌握牵伸力的概念,影响牵伸力的因素
3.握持力的基本概念:
在罗拉牵伸中,为了使牵伸顺利,罗拉控制条子,要有足够握持力。如果握持力过小,纱条就不能正确地按罗拉表面速度运动,在钳口下打滑造成牵伸的效率降低,牵不开,出硬头。
4.影响握持力大小的因素:
(1)罗拉加压大小:加压↑,则握持力↑
(2)皮辊硬度(软好)
(3)罗拉表面形态(沟槽数、槽数)
(4)其它:罗拉、皮辊磨损,皮辊芯子缺油等,一般掌握握持力比最大牵伸力大即可。
其他因素的影响:
5.罗拉钳口下的受力分析
下图为牵伸装置中须条受力情况
(1)皮辊由于须条带动,它对须条的摩擦阻力为f1、f2方向与须条运动方向相反。
(2)F1、F2分别为前后罗拉对须条的作用力。须条是在F1的作用下,向前运动,故F1的方向是向前的。须条在后钳口处,由于有Fd力的存在,使纤维有向前滑动的趋势,故F2是向后的。
(3)Fd为牵伸力,Ta、Tb为纱条张力。在正常牵伸时,罗拉钳口,握持须条的条件是:
前钳口:F1+Ta≥Fd +f1,或F1-f1≥Fd-Ta
后钳口:F2+Tb+f2>Fd,或F2+f2≥Fd-Tb
一般Ta、Tb较小,前后罗拉的实际握持力(F1-f1)和(F2+f2)都应同牵伸力Fd相适应。前皮辊加压P1应大于后皮辊加压P2,这是因为前罗拉速度高,易打滑,跳动。
6.对牵伸力和握持力的要求
(1)牵伸力Fd反映了快慢速纤维间的联系
Fd应有一定大小,以使慢速纤维伸直,在稳定中变速。
(2)Fd过大,慢速纤维易提前变速,变速点分散,条子品质恶化。若前握持力小于牵
伸力,且纤维强力足够大,须条打滑,牵不开,出硬头。
(3)Fd过小,不利于慢速纤维的稳定而连续变速,对牵伸不利。
∴研究牵伸力,就是要对不同号数和不同结构的须条配置适当的摩擦力界以获得最正常的牵伸力,从而提高输出须条的条干均匀度。
掌握牵伸力与握持力的关系
五.纤维运动的控制
在牵伸过程中,控制纤维的运动是提高须条均匀度的关键。要使纤维在牵伸过程中运动有规律就必须合理布置摩擦力界。
(一)理想摩擦力界的要求(纵向)
由于纤维运动决定纱条不匀,要求变速点分布集中,离散性小,稳定性好,故纤维尽可能在前钳口处变速,所以应尽量推迟变速时间。而纤维的运动情况取决于纤维受力情况,要求达到此目的即:(1)对个别纤维而言,应适当加强控制力,并减少引导力。可以使纤维变速点向前钳口靠近并有利于变速点的相对稳定。(2)对整个纱条而言,牵伸力应有适当的数值,且要稳定。
根据上述要求,在牵伸区纵向应该:1.后钳口的摩擦力界向前扩展,并使其向前逐渐减弱,这样可以加强慢速纤维对浮游纤维的控制,同时又能让比例逐渐增加的快速纤维从须条中顺利滑出,而不影响其它纤维的运动。2.前钳口摩擦力界在纵向应高而狭,以便稳定地发挥对浮游纤维的引导作用,且向前钳口靠拢集中和稳定。
(二)附加摩擦力界的应用---中间控制机构
1.简单罗拉牵伸不能符合理论要求
因牵伸必须有两个握持点,前后理论的隔距一般不小于最长纤维(必须大于大部分纤维的长度),而后罗拉的摩擦力界扩展范围很小,一些纤维在牵伸区等区域完全不受中间机构的控制,纤维的引导状态决定于周围的纤维运动状态,此时引导力和控制力的波动必然很大,浮游纤维的运动也将十分不规则。如果纤维长度较长(要求R大),整齐度又差时,上述情况尤其严重,所以附加摩擦力界不可缺少。
2.中间机构的作用与形式
(1)作用
ⅰ 产生附加摩擦力界使整个摩擦力界接近理论要求,
ⅱ握(托)持而稳定地向前输送须条进入前钳口,
ⅲ保持纱条一定强力(张力),使整个须条在伸直状态下进入前钳口,并使须条保持适当密度,防止纤维扩散。
(2).要求:
ⅰ 所产生的附加摩擦力界要形成“弹性”控制,即能高度控制浮游纤维,又不阻碍快速纤维的运动。如果是建立附加钳口,则应允许快速纤维从这种钳口中顺利地滑出。
ⅱ 使纤维变速点尽量靠近前钳口,运动速度应接近后罗拉表面速度,因而中间机构起着后罗拉摩擦力界向前扩展的作用。在许多场合中间机构略快于后罗拉,以使须条具有一定张力,保持伸直状态。
ⅲ 中间机构的位置及其产生摩擦力界强度应是可调节的,而且要求调节方便,机构简单,运转平稳(适应不同产品的要求)。
(3)中间机构的形式
细纱:轻质辊、皮圈、针辊
粗纱:空气(充气)罗拉、轻质辊、针板、针辊
前纺、并条:针板、针辊、锯齿罗拉、压力棒、曲线牵伸。
各种(附加)中间机构的形式如下:见图
六.纤维的伸直
在并条(针梳)机上纤维的伸直作用主要是通过纤维的弯钩部分和主体纤维产生相对运动时,依靠相互间的摩擦作用得以实行。
纤维完全伸直必须具体的条件:即速度差、延续时间及作用力。
主体与弯钩间产生速差(相对运动),根本原因是作用在主体和弯钩的作用力具有速度差,必须具有一定的延续时间,能使纤维完全伸直。
1.纤维伸直的力学条件
设:ΣFA为作用在弯钩部分的引导力前弯钩
ΣFR为作用在弯钩部分的控制力后弯钩
ΣFA‘为作用在主体部分的引导力
ΣFR’为作用在主体部分的控制力
B为弯钩弯曲处的抗阻力
(1)前弯钩纤维发生伸直作用的条件为:要求弯钩变(快)速,主体慢速。
ΣFA-ΣFR>B、ΣFR'>ΣFA'
ΣFA>ΣFR、ΣFR'>ΣFA'
一般B很小,可忽略,则ΣFA>ΣFR,弯钩变速,主体慢速。
(2)后弯钩纤维发生伸直作用的条件为
要求:主体变速,弯钩慢速。
ΣFA'-ΣFR'>B、ΣFR>ΣFA
ΣFA'>ΣFR'、ΣFR>ΣFA
从上述可以看到增加ΣFA'和ΣFR有利于后弯钩纤维发生伸直作用,增加ΣFA和Σ
FR'有利于前弯钩纤维伸直作用。因此加强牵伸区中后部摩擦力界措施不仅有利于扩展纤维的运动,而且有利于伸直作用。
2.伸直过程的延续时间
伸直过程的延续时间长短,决定了纤维能否伸直以及伸直效果的好坏。因弯钩纤维除作上述的随机运动外,还有强制运动,即受到罗拉钳口握持的干扰作用。
例如,对于后弯钩纤维,开始伸直的位置是主体部分的中点越过了快、慢速纤维数相等的R’点,当主体的长度较长,它的中点还未到达R’点时,其头端已经进入前钳口线FF’,如图中(甲)所示,虽然尚未满足上述的一般后弯钩伸直的力学条件的要求,但由于前钳口的握持力使主体部分提前变速,延长了延续时间,提高了伸直效果。相反,对于前弯钩纤维,开始伸直的位置是弯钩的中点越过了R’点,而纤维弯曲点的位置还未到达前钳口,主体部分的中点尚未到达R’点,如图中(乙)所示,当前弯钩纤维伸直发生后,由于弯曲点很快进入前钳口,整根纤维都以快速运动,使伸直过程中断,也就是说缩短了延续时间。可见,由于前钳口的强制握持作用,使后弯钩纤维的伸直效果提高,而使前弯钩纤维的伸直效果降低。
牵伸倍数的大小时弯钩纤维的伸直效果有直接的关系,因为牵伸倍数影响前钳口对弯钩纤维伸直的干扰作用,即影响伸直的延续时间。牵伸倍数愈大,对后弯钩纤维的伸直效果愈好,这是由于牵伸倍数愈大,R’点的位置离前钳口愈近,上述前钳口的强制作用愈显著,从而延长了伸直过程的延续时间;牵伸倍数愈大,对前弯钩纤维的伸直效果反而愈差,因为R’点离前钳口愈近,前钳口的强制作用缩短了伸直过程的延续时间,所以前弯钩纤维只有在小牵伸时才有较充分的伸直作用。
3.伸直过程的移距变化
设纤维的原长为L(伸直长度),纤维在纱条中所占的实际长度为L1,
η=L1/L----伸直系数
则弯钩部分长度为l=(1-η)L,所以牵伸前的前端与尾端之间的相距为(2η-1)L,以消除后弯钩为例。
如果在牵伸倍数为E时,在某一瞬时,在力学条件下,前端开始变速,即以前罗拉速度V2向前运动,由于纤维弯钩部分受到控制,仍以原来的后罗拉受到V1向前运动。这一过程一直延续至弯钩部分也以前罗拉受到运动为止。在此过程中所用的时间为t,则弯钩部分向前移动距离为S1=V1t,主体部分前端向前移动距离为S2=V2t,S2=S1*V2/V1=S1*E。因此,因纤维两端速度差异所增加的头端移距为S2-S1,
S2-S1=S1*E-S1=(E-1)*S1
因此,因纤维两端速度差异所增加的头端移距为S2-S1,
S2-S1=S1*E-S1=(E-1)*S1
因而,此时纤维前后两端的实际距离,已增大到(S2-S1)+(2η-1)*L=(E-1)S1+(2η-1)*L
如令η’为经E倍牵伸后纤维的伸直系数,则经E倍牵伸后,纤维两端的距离为(2η'-1)*L
∴(E-1)*S1+(2η-1)*L=(2η'-1)*L
η'=η+(E-1)*S1/2L,增加Δη=η'-η=(E-1)S1/2L
讨论
(1)E↑,则η‘↑,纤维伸直度↑。
(2)增加S,即延迟弯钩部分变速的时间,也就是加强对纤维的控制作用,有利于消除弯钩。
前弯钩的伸直过程及伸直效果函数图分别如下:
后弯钩的伸直过程及伸直效果函数图分别如下:
(3)在牵伸过程中对前、后弯钩的消除能力是不同的,后弯钩的消除是依靠慢速纤维的摩擦作用来消除的。因变速的快速纤维少而慢速纤维多,因此当快速纤维从慢速纤维中抽引出来时,所受到的摩擦阻力大,因而有利于对后弯钩的消除。对前弯钩的消除是依靠快速纤维的摩擦作用来消除的。因快速纤维数量少,这种拖带、引导作用能力较低且有很大的随机性(有些前弯钩纤维的弯钩部分有可能根本就没有受到快速纤维的拖带、引导)因此在牵伸过程中前弯钩不易被消除。
通过上述分析说明:针梳机主要是对后弯钩有较强的伸直作用,而对前弯钩的伸直能力较低。
(4)必须采用二道以上(并条)针梳工序,才能有效地伸直纤维。
七.针板的梳理作用和纤维的断裂
纤维弯钩的伸直是依靠纤维间相互摩擦作用来实现,另一是依靠针板的梳理来去除弯钩而伸直的。
设(1)前后罗拉的线速度分别为V2和V1,针板的速度为V’。
(2)后罗拉-针板间的距离(后区无控制距离)为a。
前罗拉-针板间的距离(前区无控制距离)为b。
(3)纤维的长度为L,伸直度(伸直系数)为η。
(4)针板间距为L’。
(一)后罗拉-针板间的梳理作用
伸直度为η的纤维其前端受后罗拉和针板同时作用的时间为T1,则:T1=(ηL-a)/V1
在T1时间内针板前进的距离为:T1V'=(ηL-a)/V1*V'=E1(ηL-a) , 式中E1=V'/V1 。
通过T1时间纤维的尾端刚好要离开后钳口。若纤维前端被伸直,前端到达A‘点,因而纤维头端的移动为AA’=L-a(如果纤维伸直作用后,伸直度为η‘,η’>η,则AA‘=η’*(L-a),由于V‘>V,针板与纤维产生的相对运动,其长度应为[T1V’-(L-a)],所以能够作用于纤维前端的针板最大块数n1为:
n1=[T1V'-(L-a)]/t=[(ηL-a)V'/V1-(L-a)]/t=[E1(ηL-a)-(L-a)]/t =[(ηE1-1)L-(E1-1)a]/t。
E1↑,则n1↑,t↓,则n↑,a↓,则n1↑。
(2)前罗拉-针板对纤维梳理作用分析
当纤维运动至C'时,假如纤维被全部伸直,则该根纤维受到针板和前罗拉共同作用的时间应为:T2=(L-b)/V2
在T2时间内针板运动距离为T2V'=(L-b)V'/V2=(L-b)/E2
则作用于纤维尾端的针板最大数为n2为:
n2=纤维尾端移距-针板移距
=[(η’L-b)-(L-b)/E2]/t=(η’L-b)/t-(L-b)/tE2
η‘---经后区梳理后的纤维伸直度。
显然作用于纤维的针板数增加,针板对纤维的梳理程度也加强,所以n2可作为表示针板对纤维梳理程度的指标。
如果令η=η'=1,,则n1、n2分别为:
n1=(E1-1)(L-a)/t ----作用纤维前端的针板数。
n2=(1-1/E2)(L-b)/t ----作用纤维尾端的针板数。
结论:
(1)纤维长度L愈长,无控制区长度(a,b)愈小,则针板对纤维的伸直作用愈好。
(2)针板间距愈小,梳理作用愈强。
(3)E↑(E1↑,E2↑),则n1↑,n2↑
ⅰ n1↑,成线性关系(随E1)
ⅱ n2↑,不随E2成线性增加,当E2↑,梳理作用增强而效果愈来愈小。(例如:E2=4,比E2=2时,作用程度增加25%,而E2=8比E2=4的作用程度仅增加12.5%)
(4)伸直率η愈大,n也愈大,梳理程度就大,即针梳机对纤维的伸直作用是累进的,纤维愈直,作用程度就愈大。
(三)弯钩的消除与断裂的条件
1.前弯钩的消除(后区)
(1)消去的必要条件
本段主要讨论前弯钩通过针排的梳理作用来消除。
设纤维的原长为L,钩长比为J,而消去前弯钩则必须JL>a ----必要条件。
若弯钩部分(1-J)L>a,则纤维的两端均被后罗拉握持而可能产生断裂。
由此可得前弯钩消除而不断裂的必要条件是:JL>a>(1-J)L 或 a/J<L<a/(1-J)。
从以上分析可以看到,能被消除前弯钩的纤维长度是有一定范围的,纤维太短,弯钩不能得到伸直,纤维太长则可能被拉断。
(2)消除弯钩的充分条件
设T1为钩长比为J的纤维其前端受后罗拉与针板同时作用的时间。显然,伸直消去前弯钩的充分条件是:T1V‘≥JL-a (T1v’+a≥L), 即: T1=(JL-a)/V1。
而使纤维完全伸直,在针板和后罗拉共同作用的时间内:针板的位移>纤维完全伸直所需的位移。
T1V'≥L-a
(JL-a)V'/V1≥L-a
E1(JL-a)≥L-a
E1≥(L-a)/(JL-a)=1/[(L-a-(l-JL)/(L-a))=L/[1-(1-J)/(1-a/L)]
或L(E1J-1)≥(E1-1)a
L≥(E1-1)a/(E1J-1)=a(E1-1)/[J(E1-1/J)]≥a/J
(E1-1)/(E1-1/J)≥1。
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所以,前弯钩既不被拉断,又可得到充分伸直的条件为:
a/(1-J)>L>a(E1-1)/(E1J-1)>a/J。
从上式中可以看出,可以伸直前弯钩的纤维长度要求较高。
例如:E1=2:J=0.7时,L≥2.5a
J=0.6时,L≥5a
E1=8:J=0.7时,L≥1.5a
J=0.6时,L≥1.8a
E1愈大,伸直前弯钩的长度范围也愈大。在实际生产中E1很小,E=1-1.5范围内。E1=1.5,J=0.7时,l=1.0a。
结论:因此在后区前弯钩消除的可能性较小。
另外还可以得到:a/(1-J)>a(E1-1)/(E1J-1),即E1>J/(2J-1)。
J=0.6时,E1>3;J=0.7时,E1>1.75;
J=0.8时,E1>1.33。
说明J愈小(弯钩愈大)所需的牵伸倍数也愈大。
2.后弯钩的消除(前区)
(1)后弯钩消除的必要条件:
后弯钩消除的必要条件为:J’L>b
纤维不断裂的必要条件为:(1-J')L<b,因此后弯钩消除而不断裂的必要条件为:J’L>b>(1-J')L,或,b/(1-J')>L>b/J'
(2)后弯钩消去的充分条件:
经过后区梳理的纤维受到前罗拉与针板共同作用的时间为T2:T2=(J’L-b)/V'
在T2时间内纤维头端前进的距离为T2V2=(J’L-b) * V2/V’ =E2(J’L-b)
消去后弯钩的条件是:T2V2>L-b。
纤维头端移距≥伸直纤维所必须的移距。
E2(J’L-b)≥L-b
LE2J'-L≥E2b-b
L≥(E2-1)b/(E2J'-1) 或 E2≥(L-b)/(J’L-b)
L≥(E2-1)b/(E2J'-1)≥b/J'
消去后弯钩的充分必要条件是:
b/(1-J')>L>(E2-1)b/(J'E2-1)
结论:①l↓,后弯钩不易被去除(所需的最小牵伸倍数低)
②E↑,后弯钩容易消除(所需的纤维长度可较短)
③b↓,后弯钩易消除(所需L、E较小)
由于须条中纤维弯钩的长度不是很大,针板针密不易很密(相对纤维),针刺入弯钩环内的机会也不是很大的,弯钩纤维断裂的可能性不是很大,弯钩的伸直主要不是靠针运动而是主要靠纤维间的相对运动和摩擦作用得以实现的。
掌握纤维弯钩消除应满足的条件,在牵伸区中消除前弯钩、后弯钩的效果,牵伸倍数的影响效果
第二节 牵伸装置作用分析
一、棉并条的牵伸形式(短纤维纺并条机)
(一)简单罗拉牵伸(直线牵伸)----连续牵伸和双区牵伸
1.四罗拉连续牵伸及双区牵伸装置
2.四上四下的简单罗拉连续牵伸
特点:(1)机构简单
(2)牵伸分配是逐渐增大的,E1>E2>E3
缺点:第二、第三皮辊的滑溜率大。原因:第二和第三皮辊的位置既是后区的引导皮辊又是前区的握持皮辊,降低了牵伸效率,破坏了产品的均匀度。
2.双区牵伸
特点:中区牵伸E2=1,牵伸主要由第一和第三牵伸区承担E1>E3,第二、第三罗拉分担了上述第二罗拉的作用,故滑溜率减小。
(二)曲线牵伸
曲线牵伸是简单罗拉牵伸的变形。它是一对罗拉钳口布置的形式和位置的改变,使须条在牵伸区中的通道成为曲线----曲线牵伸。
1.牵伸罗拉钳口的基本形式
(1)简单钳口:一根罗拉上面一根皮辊
(2)双钳口:ⅰ倒品字钳口形式:一根罗拉上面二根皮辊。
ⅱ品字形钳口:二根罗拉上面一根皮辊。
五上三下曲线牵伸
五上三下曲线牵伸
五上四下曲线牵伸
三上四下曲线牵伸形式:将四上四下形式的第二、第三皮辊改成一个大皮辊,骑跨在第二、第三罗拉中间。
(2)五上三下型:多皮辊型曲线牵伸
(3)压力棒曲线牵伸.三上三下(或四上四下)压力棒型
A272E型
3.各种曲线牵伸的特点:
(甲)三上四下式;
(乙)前钳口为二上一下,牵伸形式四上四下;
(丙)前钳口为一上二下,牵伸形式三上五下;
(丁)前钳口为二上一下,附加导向皮辊→五上四下。
(图中阴影为品字形一上二下罗拉皮辊形式)。
(1)三上四下(二十年代国内广泛应用)
①采用双区牵伸工艺
大皮辊运转平稳,第二、三钳口打滑率小。
②主牵伸握持距较大,故Ⅱ、Ⅲ二只罗拉采用小直径(可减少握持距)。
R前=⌒AB+⌒BC,R后=⌒DE+⌒EF
第二罗拉提高有利于加强后部摩擦力界(纤维和罗拉的接触弧增加)稍可弥补握持距大的不足,故在中速下,前罗拉直径不大时,当能适合于较短纤维(25mm左右)(主牵伸大弥补的是使前钳口向后移即在前图中的乙、丙两种形式)。
③不适合高速(握持距大,须条不易做到沿前钳口切向进入前钳口----存在包围弧罗拉握持距对纤维长度适应性差。
④小罗拉易绕棉。
⑤不适合轻定量,因曲线牵伸处需要较大的牵伸力。牵伸力过小,包围弧上摩擦力界小。
⑥后区包围弧虽不利于纤维变速点的集中向前,但有利于前弯钩的伸直。前置式(主牵伸区在前),牵伸能力大,后区使纤维伸直平行,因而牵伸可大,适合于各道并条。
后移式(主牵伸区在后),主牵伸纤维量大,摩擦力界扩展,有利于加工较短纤维且牵伸力大,有利于伸直后弯钩,故适合于第二道并条(梳棉机生条以后弯钩居多)。
(2)五上三下(七十年代国外的形式)
如:西德Zinser青泽720/2型,其特点是:
①结构简单
罗拉成为三根,简化传动,调节方便,短纤维长度的少量变化,可不动罗拉而移皮辊解决(皮辊位置改变后,罗拉钳口的握持距也随之变化)。
②适合高速
罗拉直径大,反包围弧小或没有,前皮辊起导面作用,使须条倾斜向下进入喇叭口而不是水平折转90°,不易堵塞喇叭口和棉网破裂。
③皮辊上的包围弧有利于加强摩擦力界,产品较为均匀。
④对纤维长度的适应性较强,因为罗拉少故长纤维拉得开,且由于采用多皮辊,中间几个皮辊的直径较小,故罗拉握持距易缩小,适合于短纤维。
对不同长度纤维可用不同直径的皮辊,以改变其包围弧长度。
(3)压力棒牵伸(当前国外高速并条机广为采用)
如:国产A272E、国外Platt740等,其特点是:在三上三下或四上四下的牵伸装置的前牵伸区内加装一根弧形铝棒。
①用回转半圆形压力棒,产生附加摩擦力界,有利于控制纤维及伸直纤维。
②对纤维长度的适应性好,压力棒可调,随中上罗拉移动,短纤维时向前,长纤维
时向后,以调节附加摩擦力界的大小和强弱。压力棒加压方式:固定式、摇动式(摇臂加压的摇架上,加有弹簧片)。
压力棒两端用一个半安架套在中皮辊的轴承套,使压力棒和中皮辊成为一个整体,可随中皮辊的中心摆动。
压力棒牵伸装置的结构如下:
某压力棒牵伸式并条机的牵伸机构示意图
③压力棒对纱条的法向压力有自调作用。
T2---牵伸力、T1---纱条张力、μ---摩擦系数、N---压力棒对须条的法向压力、θ---须条在压力棒表面的包围角。
粗片段通过时牵伸力大,易把浮游纤维带走,提早变速。压力棒上抬,法向压力增
大,后部摩擦力界强度增加。为了防止牵伸力过大,而牵不开。有弹簧片使压力棒上抬,缓和牵伸力的变化,粗段通过。
④握持距较大,但附加摩擦力界弥补了其不足。压力棒的前后位置高低位置是可调的。
⑤反包围弧很小或没有。
缺点:后区第三罗拉上的反包围弧扩大了前钳口附加的摩擦力界,不利于变速点向前集中,变速点离前钳口较远,但有利于前弯钩的伸直。第二罗拉适当抬高,有利于加强前区包围弧,且有利于减小后区反包围弧。
第二罗拉采用小直径,可缩小前区罗拉握持距,以适合纺更短的原棉,三上四下也可把主牵伸区放在后区,后罗拉为双钳口(称为后移式,而第一种为前置式),其优点是后区喂入纤维量大,故牵伸力大摩擦力界有利于纤维的伸直和减小张力,但失去双区牵伸的特点。
其衍生机构为三上五下式,多皮辊曲线牵伸,五上三下,五上四下,优点是任何位置比较合理,减少或避免反包围弧,结构简单(罗拉少),对纤维长度的适应性更大,对纤维控制更好。
压力棒式曲线牵伸:压力棒不回转(也有转的)与中皮辊连接为一体,并一起可绕中下罗拉转动,以调节握持距。压力棒有固定式和可摆动式。
优点:不必调节罗拉隔距,牵伸区摩擦力界进一步改进,对纤维控制好,握持距可比三上四下大些,故对纤维长度的适应性更好。
(4)双皮圈牵伸
皮圈牵伸可分单皮圈牵伸与双皮圈牵伸两种,现在以采用双皮圈牵伸为多,一般细纱机采用双皮圈、摆动弹簧销、摇架加压的大牵伸装置,如右上图所示。
双皮圈牵伸装置是用双皮圈来控制浮游纤维运动的。上、下皮圈的工作面对须条直接接触,产生一定的摩擦力界,且可大大加强牵伸区中部摩擦力界,同时其控制面大,摩擦力界较为均匀,如右下图所示:这种摩擦力界分布能阻止纤维提早变速,
使纤维变速点分布向前钳口集中,从而可以提高产品质量。
皮圈摩擦力界布置的关键:
(1))浮游区长度
(2))皮圈钳口
(3))中部压力的大小及稳定
ⅰ 销子形式(销子的外形影响皮圈对纤维的控制和运动)
ⅱ皮圈销开口
开口的大小:①上下销的握持力
②影响了中部皮圈对纤维的控制
③也影响了牵伸力的大小和纤维运动。
ⅲ浮游区长度
浮游区长度下降,纤维变速点集中,未被控制的纤维数少,纤维控制得到加强,纱不匀降低。如浮游区↓↓,则牵伸力↑↑,易牵不开。
掌握短纤纺牵伸机构的形式,重点掌握压力棒及双皮圈牵伸机构的特点。摩擦力界分布
二、长纤维的牵伸形式
1、并条(针梳)机的牵伸形式
长纤维并条机就是用于纺毛、麻绢及毛型化纤的针梳机。因纤维长度较长(L≥60-70mm,Lmax>200mm)。故前后罗拉间的隔距较大,R>200mm,但也存在一些较短纤维。如果在前后罗拉间不设置任何机构,则这些短的纤维在牵伸区经过的浮游时间较长,不受任何机构控制,纤维的运动将是很不稳定的,也不可能向前钳口靠
拢和集中,因此必须设置装置来控制纤维的运动。在长纤维加工中,该装置一般是针板(或称针排)。
(一)针板牵伸机构
1.针板牵伸的特点
①控制区长度长,摩擦力界形态较好。
②控制机构的运动方向与纤维运动方向一致。针板的速度一般略大于后罗拉转速,后钳口的摩擦力界能够逐渐向前扩展且均匀。
③针面间有较大的容纤量,适于加工定量大的。
④横向摩擦力界也较均匀,防止纤维扩散。
⑤对纤维还有一定的梳理作用,有利于纤维的伸直。
2.缺点:
①针板运动在出控制区时上下运动,周期性变化影响不匀。
②机构复杂。
③针板下降时的相对停顿妨碍纤维的正常运动。
④速度受限于针板,机件易损害。
⑤如果是单针式的易产生超针现象。
3.影响摩擦力界的因素
①梳针号数(直径d),
②梳针密度(根据产品改变),
以上两者影响纤维在针间所受的压力。
③针板间距(决定纵向针密),
④喂入纤维量,
⑤纤维的性质(L、μ)。
(二)双皮圈(板)牵伸机构:
双皮圈(板)牵伸机构装置在毛、麻纺上有应用,如下图即为 BR221型并条机的牵伸机构。
特点:(1)采用曲线牵伸,中部摩擦力界是连续的。
(2)牵伸区域较大(比针梳机的针区长度大),摩擦力界强度较强。
(3)车速较高,Vmax=250米/分。(对纤维损伤小)。
(三)其它牵伸装置
1.锯齿罗拉式牵伸装置---毛纺上用
特点:(1)锯齿在整个宽度上按上下、左右互相插上,按螺旋交替排列,故摩擦力界和对纤维的控制较为稳定,
(2)适合高速(无针板),
(3)具有针板和针筒,牵伸装置的作用,但对纤维没有平托作用,
(4)无控制区还较大,梳理作用不如针板。
(四)双皮圈欠伸机构(细纱机、粗纱机)
形式和特点基本上和短纤维,但大多采用滑溜牵伸,即上皮辊开一凹槽,使纤维不受到中罗拉钳口握持,而只受到皮圈的握持,故纤维从中可以顺利地抽引出来。
特点:(1)变速点分布向前集中,且较稳定,故牵伸倍数较大(15-30倍),因销子可接近前钳口,且皮圈的摩擦力界是连续的。
(2)皮圈钳口握持力的大小可调节其开口大小,且皮圈钳口对纤维的握持力有一定自调作用。弹簧摆动上销、弧形曲面下销
(3)后区纤维的运动控制可适当利用粗纱的捻度。
(4)不适于加工很粗的产品(因有分层现象,故不能用于并条)。
皮圈摩擦力界:
双皮圈摩擦力界布置的关键在于:
(1)浮游区长度
(2)皮圈钳口
(3)中部压力的大小及稳定
ⅰ 销子形式(销子的外形影响皮圈对纤维的控制和运动)
ⅱ皮圈销开口
开口的大小:①上下销的握持力
②影响了中部皮圈对纤维的控制
③也影响了牵伸力的大小和纤维运动。
皮圈开口的大小主要取决于所纺纱支的高低
ⅲ浮游区长度
浮游区长度下降,纤维变速点集中,未被控制的纤维数少,纤维控制得到加强,纱不匀降低。如浮游区↓↓,则牵伸力↑↑,易牵不开,出硬头。
INA -V型牵伸
此牵伸形式80年代中前期开始应用,主要在细纱牵伸中,因其后区罗拉的特别布置,使其后区的牵伸倍数可以提高,从而提高整个细纱的牵伸能力,适纺高支纱。
(五)轻质辊+捻度
①充分利用捻度控制纤维运动
②减少捻回重分布。
(六)针圈式欠伸机构
针辊的作用:(1)起到摩擦力界作用,控制纤维,
(2)梳理、伸直纤维。
掌握长纤纺牵伸机构形式,重点针梳机,双皮圈(细纱)牵伸机构特点
第三节纱条不匀率
一、纱条不匀
指纱条性质指标沿长度方向的变异。
长度方向:直径、重量、支数、强力、捻度、混合比、纤维分布(长、短、粗、细)、纤维形态(伸直、平行)
例:粗细不匀
结构不匀
混合不匀
强力不匀
捻度不匀
不匀率指两个方面:
(1)纱条各片段长度的重量不等所造成的不匀---重量不匀(重量偏差)或支数不匀
(2)纱条各截面的粗细等所造成的不匀---条干不匀
不匀的构成:随机不匀、附加不匀(牵伸波、机械波)
一、随机不匀
某一纤维在纱条中某一截面上出现完全是随机的,它不可能人为地加以控制。
下面讨论随机不匀的不匀率大小。
若纤维根数N根,纺成S长的纱,纱截面中平均纤维根数为n,平均长度为l。
则某纤维出现在某截面的概率为P=n/N=l/S。
因纤维总数N总是很大很大的,而n是几十根或上百根。(根据纤维支数和所纺支数而定)。
因此它符合波松分布,于是纱截面中出现x根纤维的概率为:P(x)=e-n*nx/x!
其平均数为x=n。均方差
不匀率CV=
CV=
Ca---纱条中纤维的粗细不匀离散系数。
CV是纱条固有的,它决定于纤维支数、所纺支数。而与其它因素无关,纤维支数高,所纺支数一定时,则纤维根数多,CV%下降。所以,随机不匀是纱条不匀的下限。细纱支数高,根据不匀(下限)大,粗纱支数低,极限不匀率低,所以常用一指标---不匀率指数K来衡量纱条的不匀率。
K=实际不匀率/极限不匀率(随机不匀率)
(实际不匀---随机不匀)才是设降低不匀率的目标。
例如:从不匀率绝对值看,半制品到成纱不匀率是上升的,但K则是下降的,这说明并合的效率。细纱截面中纤维根数,毛40根,棉40根,丝30-40根,应40根左右。这个数值不仅是由于受纤维抱合的制约,而且与随机不匀有关。所以要纺高重量的纱,应选用支数较高的纤维。
例如纺高支棉纱需用海岛棉,细绒棉,高支毛纱用细羊毛,高支苎麻用1800支以上的苎麻纤维。
随机不匀与之相对应的有一个理论波长可以根据(1)纤维长度分布;(2)纤维细度;(3)纱条细度,利用概率论中平稳随机过程的理论推导出来。
S(lg λ)=
式中:
λ---各波动成分的波长,λ=πDE,波长谱图的横坐标为lg λ。
L---纤维长度。
Kλ= ,为一常数(n为须条内纤维的平均根数)
波长谱图为一光滑曲线,曲线的峰值一般出现在纤维长度的2.7-3倍处。
二、工艺因素不良形成的附加不匀
(一)牵伸波
在机械状态正常的情况下,须条经过罗拉牵伸后,由于浮游纤维运动的随机性,而造成的一种不匀---牵伸波。牵伸波是罗拉牵伸固有的,它与机械状态无关。牵伸波是一种非周期性不匀。在波长谱的相应波长范围出现一凸出的连续谱。
1.产生的原因
是由于作用于浮游纤维的引导力和控制力波动而引起的。
2.特征
(1)λm0=(2.5-3)L, λm0=KL,细纱K=2.5-3,粗纱K=3.5,并条K=4。
牵伸波是非周期性的,平均波长=(2.5-3)倍的纤维长度。
(2)由发生至自行逐渐衰减而消失,又不断发生(它不一定在须条整个宽度上)产生过程。举例:粗节→变速纤维数量↑→引导力↑→使后续的变速纤维数量↑→变速提前(后移)→后续的快速纤维相对较少→引导力↓→变速点前移粗细节交替出现。
3.影响因素
(1)纤维性质差异和混和不匀
纤维性质、长度、细度、摩擦性能。
混和不匀,须条结构不匀(长短纤维分布不均匀,各成分纤维分布不均匀)→牵伸力、引导力和控制力不稳→浮游纤维的运动不规则→纱条不均匀。
(2)喂入须条粗细不匀
重量不匀的纱条→使内摩擦力界分布发生波动→浮游纤维多运动不规则→纱条不均匀。
(3)摩擦力界缺陷
ⅰ例如:针板牵伸机构和其它机构存在较大的无控制区(影响纤维运动)
ⅱ针板要周期性的上升、下降(相对停顿,使无控制区周期性的变化)。
牵伸波的概念,其波长分布
(二)机械波
由于机械状态的不良造成的不匀---机械波。
机械波产生的原因:
1.罗拉钳口移动,
(1)罗拉或皮辊偏心和弯曲,
(2)皮辊包覆物不均匀(宽度和厚度),
(3)皮辊支持不良,皮辊来回摆动。
弹性差钳口后移:当钳口后移时,
α1=(V2+V1)α/(V1+V)<Eα,小于理想条件下的头端移距。
弹性好钳口前移:当钳口前移时,
α1=(V2-V1)α/(V1-V)>Eα,大于理想条件下的头端移距。
式中V---平均速度(钳口运动)。
2.下罗拉表面速度不均匀,
下罗拉表面速度不均匀说明在牵伸过程中牵伸倍数随时在变化,因此纱条产生不匀。
原因有:(1)下罗拉偏心和弯曲;
(2)下罗拉传动齿轮有偏心;
(3)罗拉(扭转)振动;
(4)传动下罗拉齿轮的轴与轴承间磨损过多而摆动等。
如果是后罗拉偏心,则:
下罗拉偏心和弯曲:钳口移动----造成不匀、速度波动----造成不匀
上皮辊偏心和弯曲:钳口移动----造成不匀。
钳口移动和速度波动造成的二种不匀是叠加的(即相位相同)。
3.其它因素
如(1)皮辊加压不足
(2)皮辊芯不直
(3)两只皮辊直径不一等,造成对纤维控制的不稳定,都会造成不匀。
(4)皮圈张力不一致
(5)针板缺针、损坏等也会造成不匀。
机械波也有明显的周期性,如前罗拉造成的就等于其周长,后罗拉周长的就等于其周长×E,传动齿轮造成的就等于该齿轮与后罗拉的传动比乘后罗拉周长再乘E(即j×c×E)。
前上、下罗拉造成的不匀λ=周长=πd2
后上、下罗拉造成的不匀λ=周长×E=πd1×E
针板造成的λ=t×E,传动齿轮造成的λ=i×C后×E
i---齿轮-后罗拉的传动比
C后---后罗拉周长,E---牵伸倍数。
纱条不匀波实例:(在A272C并条机上纺制21s普梳纱的并条工艺),如上图所示。
设纤维重量加权平均长度l=22.32mm(精梳纱时l=25.4mm),K=4(细纱K=2.5-3,粗纱K=3.5)
试分析并条频谱图中牵伸波和机械波的成因。
解:1.牵伸波:λm=46cm,λm0=K*l=4*22.23=88.9mm。
E=λm/λm0=460/88.9=5.17倍,
压辊---第Ⅱ罗拉间的牵伸倍数=1.013*1.014*5.02=5.156。
说明牵伸波发生在前罗拉和第Ⅲ罗拉间牵伸区中。
2.机械波: 估算法:∵λm=9cm=90mm。
若为集束罗拉则:λm'=π*40*1.013=127mm。
若为前罗拉,则:λm'=π*28*1.013*1.014=90.4mm。
若为Ⅱ罗拉,λm'=π*19*1.013*1.014*5.02=307.6mm。
若为Ⅲ罗拉,λm'=π*35*1.013*1.014*5.02=566.6mm。
若为Ⅳ罗拉,λm'=π*35*1.013*1.014*5.02*1.617=916.2mm。
掌握纱条不匀的组成,会看波谱图,并会计算不匀产生的位置
第四节 并合和匀整
并合和匀整的目的是:提高纱条的均匀度
提高纱条均匀度的方式:
(1)选择合适的牵伸装置(E大,CV%降低)
(2)并合和轻重搭配(配条、配重)
(3)自调匀整
有关并合和自调匀整就是本节要讲述的内容
一、并合的均匀、混和作用
(一)并合作用(目的)
1.使纱条的若干种成分均匀混和(同种和异种纤维)(能够成条的都采用条混,特点是定量准确混纺比易控制)
2.使纱条结构更加均匀(如可消除精梳后的周期不匀,长短纤维的成分不匀)
3.使纱条粗细均匀
(二)纱条并合前后重量不匀率的关系
现以两根号数相同的纱条并合为例。
设(0,(1---纱条并合前,后重量均方差.
则:
C0,C1---纱条并合前,后重量离散系数(不匀率).
X0,X1---纱条并合前,后重量平均数(设X1=2X0)。
若n根相同号数纱条并合,则有:
r---相关系数(-1≤r≤1)
(1)r=1表示纱条粗段和粗段相重合,细段和细段相重合
C1=C0,即并合后纱条的不匀率没有改善;
(2)r=0表示纱条粗段和细段重合
C1=0,纱条得到完全的均匀.
但实际生产中不同能两根纱条粗段和细段重合(因每根纱条的粗细变化也不一致)但若两根纱条的并合是负相关对改善纱条的不匀有益的。根据这一原理,在生产中可以采用“配条配重”(轻重搭配使用即轻+标准+重)人为地使并合处于负相关状态。
(3)r=0---随机并合
即纱条各片段重量变化为独立随机变量,并合时纱条粗段和细段并合的概论为随机,
这种情况较为接近实际:
若是n根纱条的并合,同理可得:
从并合的角度看,并合根数愈多对改善不匀是有利的。当:头道---末道并条根数均为8,共4道工序时,则总并合数: N=8*8*8*8=4096根.
(三)并合均匀作用的局限性
1.并合使半制品变粗,故通常伴随E的增加,而E的增加使纱条不匀增加,降低并合的均匀效果。
2.并合均匀作用靠粗细片段的随机相遇,故效果有限,仅与有关。
当n=1时, C=C0; n=2时, C=0.707C0; n=3时, C=0.577C0; n=4时, C=0.5C0; ------- n=8时, C=0.354C0.
3.单根并合根数,受机器牵伸能力和机后条桶位置的限制。并合道数受场地、设备成本的限制。
(四)牵伸和并合的关系
1.并合与牵伸的配合
(1)先并合后牵伸
设: C0为牵伸前纱条不匀率。CB为因牵伸而产生的附加不匀率。
(2)先牵伸后并合
如果以上二种情况,CB都相同,则C1>C2。说明采用先牵伸后并合对改善纱条不匀率有利,但要增加相幅,增加定量。
2.牵伸与并合的关系
在并条工序中,并合和牵伸总是同时进行的,并合可以降低不匀,但却是增加纱条的定量,增加了本工序和后工序的牵伸负担。牵伸可使纱条便细,但又会引起纱条的附加不匀,附加不匀随E的增加而增加,因此只有当并合的均匀作用占主导地位时,并合才是有益的。
先并后牵:
若上一工序纱条的不匀率为C0,以不匀率为C0的纱条n根并合喂入,下一道工序通过牵伸产生CB的附加不匀,则:
要使C<C0 ,应:
先牵后并:
则牵伸后纱条的重量不匀率为:
若喂入到下一工序时,以n根并合喂入,
则其不匀率为:
若要使牵伸并合的纱条重量不匀率较前有所改善则应C1<C0。(下一工序喂入纱条的不匀率应比上一工序喂入不匀率小)即:
从上式可知:
(1)n&reg;-E &reg;- CB-,所以并合未必有利。
(2)当C0较大时公式才能满足,即喂入条子不匀率较大,则并合作用才是有利的。
(3)当CB较小时,公式才能满足。当牵伸的附加不匀较小时,并合作用才较有利。一般每台机器都有一定适应的牵伸范围,在这范围内E增大, CB的增加不大,在这种情况下应充分利用牵伸机构的牵伸能力,使得较大,而达到最佳的均匀效果。
(4)并合作用是逐道降低的。原因是每道工序的C0都是逐渐减小的。头道工序C0最大,
并合效果最好。
(5)采用过多的并条工序对改善纱条的均匀度是不行的。当并合达到一定道数,没有明显效果时,就没有必要继续进行采用更多的并合道数。
并合能够降低各种片段(长、短)片段不匀,牵伸的附加不匀往往是短片段的,所以并合牵伸后,纱条的长片段上一段比加工前均匀,但短片段不一定。
问题是粗梳棉纺上,生条的短片段均匀度原是较好的,长片段较差,但并合牵伸后,长片段不匀明显降低,而短片段没有得到改善。
在精梳工艺中,因精梳后的纱条,长、短片段的不匀率较高,故经牵伸后,长、短片段均匀度都得到一定改善。
掌握条子并合改善粗细均匀度的原理
二、自调匀整
作用:(1)降低出条的重量不匀率(特别是长片段)
(2)有利于缩短工艺流程
并合作用虽然能够提高纱条的均匀度,但又要加重条子的定量,增加牵伸负担。因牵伸又要产生新的不匀,因此用并合的方法来提高纱条的均匀度有其局限性。
自调匀整装置是根据条子的厚度变化,自动地调整牵伸倍数,从而使输出纱条得到均匀。因此,自调匀整装置是采用了积极的方法来调整纱条的不匀。
(一)匀整原理
自调匀整原理示意图
1.匀整方程
单位时间喂入重量=单位时间输出重量
V1G1=V2G2
V1---喂入基准速度(后罗拉速度)
V2---输出基准速度(前罗拉速度)
G1---喂入基准定量(克/米)
G2---输出基准定量(克/米)
E=V2/V1=G1/G2
如果喂入发生偏差,其定量变为:G‘=G1(1+δ)
δ---偏差率
则牵伸值应变为E’=G1'/G2=G1(1+δ)/G2=E(1+δ)
当牵伸倍数为E’时,才能维持原基准(标准)输出重量G2。
E‘随δ的变化而变化。
2.牵伸的调节方式
牵伸倍数现可以调节喂入速度,也可调节输出速度。
(1)若改变喂入速度
E’=V2/V1'=V2(1+δ)/V1=E(1+δ)
V1'=V1/(1+δ)
(2)若改变输出速度
E1‘=V2’/V1=E(1+δ)=V2(1+δ)/V1
V2‘=V2(1+δ)
V1‘-V2成线性关系----直线型铁炮。
(二)自调匀整器形式和组成
1.开环式:
特点(1)先检测后调节,调节针对性强
(2)对波长>30mm的不匀匀整较有效。
如:测长一匀整750mm,总钢辊数54根,工作钢辊20根,750/25=30mm
(3)对本机牵伸机构产生的不匀不能匀整。
(4)需要延迟机构
2.闭环式:
特点(1)检测点在牵伸机构前方,反馈调节,无针对性。
(2)对长片段不匀有匀整效果
(3)对本机产生的不匀也能匀整
(4)依靠反馈调节,所以不需要延迟机构。
3.混合环式
混合环式兼有开环和闭环的特性,实际上是由两者共同组成,因而兼有两者的优点,但机构复杂,维修保养成本高。
4.各部分机构组成
(1)检测机构
(2)转换放大机构(电器式的,将机械量转换为电量)
(3)记忆延迟机构(闭环式无需此机构)
(4)传导机构
(5)变速机构
(四)自调匀整的作用和局限性
1.作用:
(1)降低出条的重量不匀率,有助于缩短工艺流程
(2)使出条保持设计定量,有利于简化工艺管理和操作(可以替代配条、配重)
(3)提高单机运转率(喂入条断头1-2根不需停车,仍能匀整±20%。
2.局限性
自调匀整只能匀整条子粗细不匀,对条子的结构不匀无法匀整。
采用自调匀整后的效果
掌握自调匀整的机理,组成、特点
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发表于 2012-10-25 18:04:23 | 显示全部楼层
呵呵 哪天得看看 `~~~~  
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朕要休息了..............  
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初来乍到,请多多关照。。。  
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昨晚多几分钟的准备,今天少几小时的麻烦。  
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