FA415型粗纱机的设计

FA415型粗纱机的设计

袁景山
(无锡纺织机械厂)文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

【提要】本文对AF415型粗纱机的选型、设计,结合样机进行的改进作了较全面的说明,并介绍了生产情况和产品质量。
现代棉纺粗纱机发展的主要技术特征为:
提高牵伸系统的工作质量和可靠性以提高粗纱质量,这种系统多采用四罗拉或三罗拉双皮圈牵伸,配以高质量的弹簧摇架或气动摇架加压,具有可靠的上下罗拉清洁系统。其次是增大卷装容量、高速、高效以提高粗纱机产量及减少粗、细纱工序用工数。新型粗纱机都采用悬式锭翼,承载锭翼的上龙筋固定不动,将前罗拉输出的粗纱与锭翼、筒管隔开,一旦粗纱断头纤维不会飘逸而产生纱疵。悬式锭翼适应粗纱机高速和大卷装的要求,并为粗纱机自动落纱和粗细纱联创造了条件,青泽660型粗纱机最高机械转速可达1800r/min,我国引进该机的纺织厂其运转速度已达1200r/min,其卷装容积分别为A464型粗纱机的2倍和1.85倍。再次是机电一体化程度高:新型粗纱机普遍采用了慢速启动、红外光电自停、落纱三定、锥轮三自动等并实现了简易式半自动落纱,多数新型粗纱机具有纺纱工艺参数自动显示或监测功能。技术更先进的粗纱机则取消了锥轮、成形换向机构、变速箱等,以微机程序控制实现全机运行、牵伸、卷绕及升降运动,采用全机变速和全自动落纱。我国制造和大面积使用的棉纺粗纱机与国外新型粗纱机相比较,在纺纱质量、产量、卷装及自动化程度等方面均存在着较大差距,成为我国棉环锭纺纱工程中最薄弱的环节之一。为使棉纺粗纱机及早步入国际先进行列,达到提高成纱质量和劳动生产率的目的,纺织工业部将开发新型粗纱机列为“七五”期间国家重点科技攻关项目之一,并进行招标预选,无锡纺织机械厂为预选中标单位之一,承担了设计和制造新型悬锭粗纱机的任务。经过三年多努力,FA415型粗纱机已经诞生并经过近一年半生产试运转,通过了部级投产鉴定及招标验收取得了预期的效果。文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

一、FA4巧型粗纱机选型分析

新型粗纱机的开发是在消化、吸收、移植国外先进技术的基础上进行的,我们认为消化移植国外先进技术,要考虑技术先进性,但更重要的是要适合国情,适合国情主要考虑以下三点:一是制造技术与装备要与新机的先进性相适应,二是制造成本要与用户的经济承受能力相适应,三是操作、维修及配套件要与国内具体情况相应。80年代以来,我国纺织厂引进的新型粗纱机机型较多,其中德国青泽660型粗纱机技术先进、制造精湛具有世界先进水平,日本丰田FL16型及丰和RMK一Ⅱ型粗纱机为中档技术水平,但前者进口价格为后者的一倍左右,
其零部件制造精度、防止油污染技术、电气配套件等为我国多数机械厂难以经济地达到,强行攻关,势必旷日持久,制造成本昂贵而难于为用户接受。而丰田F1L6型及丰和RMK一Ⅱ型虽属中档技术水平,但其制造度、配套件国产化难度较与国情相符合,随之而发生的制造成本亦较能为国内纺织用户所接受,并能在国际市场上具有较强的价格竞争能力。因此,纺织部新型粗纱机招标预选合同书上建议以F1L6型及RMK一Ⅱ型作为设计研制新型粗纱机的主要参考样机,是技术先进与国情相结合的正确决策,按此建议我们制定了FA415型粗纱机的设计任务书,其主要技术特征与工艺参数与A454型粗纱机比较列于表1。文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

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二、FA415型粗纱机的设计

我们确定新型粗纱机设计的指导思想为:消化、移植、提高。
(一)消化移植重点
消化移植就是对引进技术的合理、先进部分加以消化吃透,移植到新型粗纱机上,主要参考样机为日本丰和RMK一Ⅱ型粗纱机:
1.四罗拉双短皮圈牵仲装置
这种牵伸装置具有三个牵伸区,即后牵伸、主牵伸和整理牵伸,后牵伸为主牵伸提供最佳牵伸条件的须条结构和合理纤维量,而整理牵伸区的设置主要具有以下作用。其一,纤维在主牵伸区受较大牵伸力作用,纤维的伸直作用好,但纤维离开主牵伸区前钳口后,会产生急剧回弹,扰乱须条中纤维平行排列的结构,经过1.05倍整理牵伸后,则仍能使纤维保持离开前钳口时的状态,有利于加捻均匀,条干均匀度改善,对纺化纤而言,此作用更显必要。其二,四罗拉双短皮圈牵伸将集棉器放置在整理牵伸区内,实行牵伸不集束、集束不牵伸原则,纤维扩散少,可采用开口较小的集棉器,使集棉作用充分发挥而不破坏纤维的运动,因而粗纱条干均匀度得以改善。此外,由于采用开口较小的集棉器,粗纱须条在前罗拉输出时无捻区得以缩小,有利于防止意外伸长发生。在四罗拉双短皮圈牵伸装置中,二罗拉由前罗拉传动,取去第二罗拉,则成三罗拉双短皮圈牵伸装置,隔距可以放大,配以适当的上下销,即可纺制中长纤维。
2.粗纱张力微调装置
由于高速大卷装会使粗纱张力和伸长率差异增加,现代粗纱机除在工艺增加粗纱捻系数外,还普遍采用高效假捻器及张力微调补偿装置以尽可能减少粗纱张力的变化以减小伸长率差异。参考样机采用差动靠模板式张力微调补偿装置,应用“附加移距法”使锥轮皮带在正常移距之外,再由靠模板通过差动机构增加一个正或负的附加移距,从而改变卷绕速度达到使粗纱张力变化尽可能减小之目的。该装置结构如图1所示,控制锥轮皮带位置的皮带叉固定在横齿杆上,当筒管卷绕一层粗纱后,成形棘轮转过半齿带动横齿杆使锥轮皮带发生一定值正常移距x,此时固定在横齿杆上的靠模板使立齿杆发生一垂直移距△h,立齿杆带动23齿齿轮经横轴使差动机构获得变速输入,并最终使横齿杆产生一附加移距△x,两者关系为:
△x=51X2.5πXnc。=0.598△h文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

1一横齿杆;2一靠模板;3一立齿杆;4一变换齿轮;5一成形棘轮;6一立轴;7一上锥轮；8—下锥轮。
靠模板由五块带刻度的钢板联成,调整时靠模板向上倾斜△x为负值,粗纱张力增加,靠模板向下倾斜△x为正值,粗纱张力减小,实践证明,差动靠模板式张力微调补偿装置直感性强,易于掌握,行之有效。
3.传动路线设计合理
粗纱机在停车时,若前罗拉输出速度为零时,筒管卷绕速度仍不为零,则粗纱就会产生弱捻区关车细节,一般在卷绕速度的传动路线中设置防细节装置,调整到关车时前罗拉速度与卷绕速度同步为零,可达防细节之目的。但防细节装置增加了传动机构的复杂性,调整不当时效果很差。RMK一Ⅱ型粗纱机不使用防细节装置,从合理设计传动路线着眼使关车时前罗拉与卷绕速度同步为零,这样既简化了传动机构,又避免了防细节装置调整不当而产生的弊病,在实践中,经多次测试无关车细节发生,在新机设计中保留了参考样机的传动路线。
4.自动化机构功能较齐全可靠
参考样机具有电抗式慢速启动、落纱三定(定长、定向和定位)、锥轮三自动、粗纱防脱肩、粗纱棉条断头红外光电自停等功能,这些功能在实践中证明是必不可少的,并为简易式半自动落纱及提高劳动生产率、降低劳动强度创造了有利条件,因此在新机设计中这些功能全部予以保留并进一步加以改进提高。
5.积极式回转绒带清洁装置
粗纱纱疵直接影响细纱品质与断头率,参考样机采用双短皮圈牵伸,上下罗拉均可采用积极式回转绒带,下清洁绒带花由风口吸到集棉箱内,这种清洁装置能有效地预防牵伸部位纱疵的发生,FA415型粗纱机设计中仍采用积极式回转绒带清洁装置,但对其不足之处则加以改进提高。
(二)改进提高重点
参考样机系80年代初引进的设备,只具有国际70年代末技术水平,在长期生产实践中亦暴露了一些不足之处,因此,必须要有所改进和提高。
1.标准化
FA415型粗纱机除原材料、标准件、配套件贯彻有关国家标准和专业标准外,在技术软件方面贯彻了国家六项基础标准和纺织部专业标准,在纺织机械专件方面则坚决贯彻纺织部装备司专业标准,可为用户配件的供应提供方便。如罗拉、罗拉轴承、上罗拉轴承等。
粗纱机为维持正常卷绕,前罗拉输出纱条的速度必须始终略小于筒管的卷绕速度,两者的差异必须近似恒值。参考样机前罗拉直径为φ28.5mm,而我国FJ/JQ47一84《棉纺粗纱机牵伸罗拉》标准为印28mm,采用该标准必然会影响锥轮曲线,图2系新型粗纱机卷绕传动示意图,通过计算分析,得到该机的锥轮曲线方程:文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

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图2
dF一前罗拉直径;
ne一差动装置输出齿轮转速;
dx一粗纱纱管直径;
y一x处上锥轮工作半径;
no—主轴转速;
c—上下锥轮工作半径之和;
nl一差动装置主轴转速;
iB一差动装置传动比;
nc一差动装置常速齿轮转速;
i1~i6一传动比。
显然上式表明锥轮曲线与前罗拉直径dF有关,但由于粗纱卷绕时每层纱的厚度与许多因素有关,锥轮曲线须按粗纱实际伸长率的测量结果进行反复细致的修正。我们将罗拉直径标准化后,如果去修正锥轮曲线,势必增加攻关的难度与时间,因此在设计中不改变锥轮曲线而采取前罗拉直径标准化后改变传动比的方法使曲线方程右半部与原罗拉直径计算结果相同。经较长时间生产实践证明,粗纱在一落纱过程中伸长率均在规定范围之内,上述设计取得较好效果。
2.国产化
消化移植引进的先进技术,在满足产品使用性能的条件下,零、部件制造及配套件供应应立足国内,以降低设备制造成本和使用成本。目前,80年代初引进的纺机设备的纺纱质量不同程度地呈下降趋势,配套件供应依赖进口的被动局面屡有发生,因此设计新机必须将国产化列为一项主要目标。目前FA415型粗纱机的锭翼、摇架、电机、轴承等主要专件及通用件均由国内配套,对一时难以攻关解决的关键件,则采用进口件以保证纺织厂正常运转的可靠性。如锥轮皮带,国内虽已有生产,但一是基体刚性差,运转后发热变软,影响锥轮三自动功能;二是寿命较短,因此一方面组织制带厂继续攻关,另一方面又进口部分锥轮皮带以增加设备运转可靠性。目前FA415型粗纱机零部件国产化率按零件品种计已超过99.9%,按价值比亦超过99.5%,为降低制造成本和使用成本取得了较好效果。
3.系列化和通用化
FA415型粗纱机为适应不同用户的需要,进行了系列设计。粗纱机锭距、锭数涉及占地面积、前后道工序配套,对老厂改造更是必须考虑的重点:50年代前后的老型粗纱机锭数一般为132一144锭,卷装较小但锭速也可达800r/min左右,老厂改造更新粗纱机必须考虑整机产量应较老机有所提高,采取φ52x400mm卷装的粗纱机锭数将比老机锭数减小10~15%,故锭速必须较老机提高30一40％。这样若工艺水平相同,则新机较老机产量尚有提高,加上全程改造,采用弹簧摇架加强控制纤维能力,提高粗纱质量,则细纱牵伸能力得以提高,粗纱配台数尚能适当减少。因此FA415型粗纱机对新厂建设和老厂改造都有较好的适应性。
4.机电一体化
机电一体化是现代纺织机械的重要特征,参考样机机电一体化程度较低,FA415型粗纱机采用了YH701型微机工艺参数监测和定长控制装置,能完成信号收集、数据处理、键盘输入、面板显示等操作。该仪表除作定长设定和控制之外,尚能显示锭速、前罗拉转速、牵伸倍数、捻度,粗纱定量、单锭时产量、一落纱中纺纱累计长度、甲乙丙丁单班生产累计等数据,机电一体化程度基本达80年代中期水平。微机显示与控制按钮都集中在车头面板上,外观整齐,操作与管理均较方便。
5.锭翼
锭翼是粗纱机的关键部件。参考样机使用开口型上锭杆悬式锭翼,最高机械转速为1200r/min,与新型粗纱机招标要求相同。
目前,世界各主要纺机厂商提供的悬锭粗纱机,大都采用封闭型锭翼,以镶嵌在锭翼臂中的不锈钢管作为粗纱通道,封闭型锭翼与开口型锭翼比较,具有高速适应性强、抗纱疵能力强、空气动力特性好、制造方便、成本低等优点,其最高机械转速均在1400r/min以上,封闭型锭翼有生头较麻烦的缺点,但一般悬锭粗纱机断头率明显低于老机,揩车周期亦较长,故由于生头操作影响的停台时间增加不多,操作习惯适应后此缺点并不突出。因此我们把锭翼攻关重点放在封闭型锭翼上,期望在研制具有90年代世界水平的新型粗纱机方面领先一步。FA415型粗纱机鉴定样机上使用的锭翼锭杆与空心臂之间有一段粗纱外露,增加了挂花和纤维散失的可能,现已研制出无粗纱外露的全封闭型上锭杆悬式锭翼,其高速运转性能达到国外同类型锭翼的水平,锭1400r/min 时单臂扩张量小于8mm。
FA415型粗纱机锭翼使用带导纱钩的钢质压掌,在粗纱定量与卷装尺寸相同,粗纱伸长率符合要求的条件下,单锭粗纱净重较参考样机增加17％,我们认为大卷装包含增大卷装尺寸与卷绕密度两个因素,容纱量增大才是大卷装的最终含义。FA415型粗纱机使用的封闭型上锭杆悬式锭翼、除具有高速性能好,不易产生纱疵、功耗省、价格低等优点外,配合使用高效假捻器,则还具有增大容纱量的特点。它是锭速1400r/min以上上锭杆悬式锭翼的必然型式。
6.清洁装置
生产高品质粗纱必须有可靠的清洁系统作保证,参考样机清洁系统由上罗拉积极式回转绒带、下罗拉积极式回转绒带、下清洁吸风管道及集棉箱、车面线吹式清洁装置组成。FA415型粗纱机设计时对参考样机清洁系统的构成作了取舍并加以改进提高,其一是取消了线吹式清洁装置,这是一套由锭翼传动轴带动位于上龙筋罩壳正前方的小风翼轮而形成向机后吸风口吹风的车面气流清洁装置,现场所见其风力很小无清洁作用,因此新设计中予以取消,约可降低成本1000元左右。其二是把清洁传动齿轮偏心放大2mm,增大了回转绒带每次运动动程及清洁往复动程,提高了清洁效果,其三是增加了上清洁操作拉杆(专利号:90212009·3),FA415型粗纱机由于卷装高度增加及采用上锭杆悬式锭翼致使车面高度较A454型粗纱机提高315mm,上清洁盖板打开后,一般身材的操作女工站在踏板上手尚够不到清洁盖板,往往拉绒带使盖板复位,久而久之上清洁四根绒带就长短不一,造成绒带回转失灵而严重影响清洁效果,产生大量纱疵,此外上清洁盖板落下时与罗拉座发生猛烈撞击,参考样机的清洁盖板支承已多数变形损坏,并曾数次发生砸伤操作工手指的工伤事故,为了改善上清洁器的操作性能,避免回转绒带失灵及安全操作,我们设计了一套结构简单的操作拉杆,在实践中达到预期效果,受到操作工的欢迎。
7.外形设计
纺织机械的外形虽然受内部结构的限制,但仍必须结合时代特征而加以精心设计。参考样机外形杂乱、罩壳重叠累赘,其轮廓圆角紊乱不一,FA415型粗纱机则在满足罩壳安全、密封的条件下,采用整体性强、线条简洁明快的外形设计,具有鲜明的时代气息,给人以制造精确、设备可靠的感觉。由于外形轮廓均采取直角小圆弧设计,罩壳都可在三点折弯机上运用现成的标准模具加工,节省了工艺准备时间和工装费用。
微机工艺参数显示与控制按钮全部集中在车头正前方的控制板上,给操作与管理均带来方便,在外观上亦显得和谐统一。文章源自两天的博客-https://2days.org/3312.html

三、FA415型粗纱机生产运转情况

FA415型粗纱机1988年11月起在无锡一棉纺三车间纳入正常运转试验,锭速为940r/min,12月起将锭速增为1000r/min,积累试验数据,经近一年试生产运转,于1990年5月经专家考核后作投产鉴定,9月由纺织部组织专家进行招标验收并获终选中标。无锡一棉在该机的《试生产运转报告》中述“该机各项指标与进口设备相仿,经逐锭测试在断头正常的条件下纳入正常生产,成纱无突发性纱疵发生,保全保养维修工及值车工反映良好”。纺织部专家组的《考核报告》中提到“FA415型粗纱机的工艺锭速达1000r/min,卷φ152x406mm,已生产5个月,生产正常,机台外形美观,操作方便,投产以来未发生电气设备的失灵和不正常的机械故障,采用断纱、断条红外光自停、张力微调、落纱三自动、配有下吸风的积极回转式上下清洁装置以及定长、车速、产量等数据显示器,体现了机电一体化”。存在的问题是机台振动较大,粗纱成形虽已达参考样机水平,但尚须继续改进。
FA415型粗纱机纺纱质量以纺织部考核组现场复测数据分别列于表2一4。
品种:13tex涤/棉原棉平均等级1.66级,平均长度30.48mm,涤纶1.65dtex(1.5D),长度38mm。
牵伸倍数:8·38
粗纱定量:4.98g/10m
锭速:1001r/min
表2

注:两种机型各取30只试样

结语

一种新型棉纺设备从诞生到成熟应用于纺织厂、需要产品设计、制造、安装、维修保养、操作等多方面密切配合与共同努力,认为样机一经鉴定产品开发就大功告成的想法是错误的,虽然现代科技发展水平高,工业基础配套能力强会使产品开发的时间缩短,但纺织品质量要求提高和日新月异的品种发展,以及对设备综合技术经济性能的提高,又要求制造厂必须对纺织机械作不断的改进与提高,我们深知FA415型粗纱机尚待在生产实践中进一步完善、改进和提高,并将认真总结,虚心学习,为向纺织工业提供更新更好的装备而努力。

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