从电锭细纱机的锭子传动方式看其纺纱优越性
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从电锭细纱机的锭子传动方式看其纺纱优越性

时间:2018-07-18
  从19世纪环锭细纱机问世以来,由于其锭速高、成纱光洁、强力好、适纺原料和支数范围广,成为棉纺生产流程中应用最广的一种主机设备。环锭细纱机锭子部分传动是由一根主轴通过装在主轴上的滚盘或滚筒传动锭带,每根锭带传动4个锭子,靠张力装置保持适当的张力,防止打滑造成锭子转速的变化;也有采用紧贴于锭子锭盘上的龙带传动。锭子高速回转,钢领板做上下短动程升降和级升升降运动,通过张紧纱条致使钢丝圈高速回转,完成纺纱过程中的加捻、卷绕和成形等功能。从而将细纱按一定规律卷绕在筒管上成为管纱。但无论是龙带传动,还是滚盘锭带传动都属于机械传动中的带传动。
 
从电锭细纱机的锭子传动方式看其纺纱优越性

  带传动与单锭电机传动的区别

 
  带传动是机械传动中最为常用的一种传动方式,具有很多的优点。如:适用于中心距较大的;传动带具有良好的弹性,能缓冲吸振,传动较平稳,噪声小;过载时传动带在带轮上打滑,可以防止其他器件损坏;结构简单,制造和维护方便,成本低等。细纱机发展性的运用了这些特性,用一个大滚盘及锭带带动4个锭子,既解决了大比例(传动比10以上)传动,又解决了带轮张紧问题。更为巧妙的是它是用一根主轴、多个滚盘解决了锭子的成群传动。
 
  而带传动并非完美无缺,其有根本性的缺点,如:传动的外廓尺寸较大;由于需要张紧,使轴上受力较大;无论用什么材料传动,运动中必然有弹性滑动,不能精确地保持主动轴和从动轴的转速比关系;传动带的寿命短;长期工作传动效率会降低等。正因为这些缺点,导致锭子传动不稳定,造成细纱捻度不匀和锭差大,进一步捻度不匀也会直接对纱线强力和强力不匀产生影响。
 

  2.1 细纱机锭带传动锭子对成纱的影响

 
  (1) 由于带传动的固有特性,其传动带的滑溜不可避免,滑溜系数至少在0.01~0.02。锭带传动锭子同属带传动一类同样造成滑溜,因此锭速有1%~2%的差异,如纺纱速度为16000r/min时,锭速差异为160~320r/min,而且这种差异不稳定,从而造成捻度差异,影响成纱质量不稳定。
 
  (2) 虽然细纱机每4锭均装有张力盘可调,但锭带长期运行后本身伸长的不一致性使锭带滑溜不一致,造成锭子速度差异。
 
  (3) 由于制造原因,各锭盘、滚盘直径不一致,造成速比差异,使锭速不一致,同样造成捻度差异和成纱不匀。
 
  (4) 锭带长短不一致。过长,则张力小、速度低,产生松纱、烂纱、弱捻纱;过短,张力大、速度高,俗称“死锭带”,产生紧捻纱。
 
  (5) 锭带表面有油污或粘附飞花产生滑溜,造成速度变异。
 
  (6) 锭带接头太长、太硬、不平行等造成锭速周期性的变异。
 
  (7) 锭带位置不正摩擦锭盘上下边、锭带碰滚盘侧边等不正常现象造成锭速变异。
 
  以上是机械带传动细纱锭子不可避免的缺点,虽然现在也有些解决方案,比如提高制造精度使锭盘与锭子的变速比尽量一致;改善锭带材料,用延伸率较低、滑溜系数更小的材料;采用勤清洁、勤检修等人工方式解决,但依然摆脱不了存在速差的问题。
 

  2.2 单锭单电机传动电锭细纱机的特点

 
  用单独电机传动锭子的细纱机在国际上曾出现过,国内也有一些研发。由于受技术条件所限,该种技术未能得到推广应用,但其传动的稳定性、一致性优势明显。
 
  (1) 细纱机的单锭单电机传动方式,使细纱机的速度更高,它可以在整落纱过程采用20000r/min的速度或更高速度纺纱,提高了生产效率。
 
  (2) 单锭、单驱动及现场总线控制的方式,使主轴、滚盘、张力盘、锭带等机械传动机构完全取消,完全脱离了机械带传动的范畴,因此完全不存在带传动的滑溜而造成的一系列问题。
 
  (3) 采用专用的直流无刷电机单锭单驱动,具有响应快、起动转矩大,具备了从启动至额定转速可控的额定转矩的性能,其驱动器体积较小,控制器芯片中植入控制电机所必需的功能。
 
  (4) 所采用的专用直流无刷电机实质也是同步电机的一种,即电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度、转子极数影响,如下式:
 
  一旦转子极数固定,只要改变定子旋转磁场的频率即可以改变转子的转速。直流无刷电机是将同步电机加上电子式控制器,控制定子旋转磁场的频率,并将电机转子的转速反馈至控制器反复校正,从而使电机只要在额定负载范围内,即便有负载变化,仍可以控制电机转子保证转速不受影响,然后这种专用电机的转子带动锭子高速运转,转速也不受影响。根据目前的技术基础直流无刷电机的转速精度控制在3‰之内并非难事,因此电锭传动细纱机的传动稳定性要远高于锭带传动细纱机。
 

  2.3 电锭与锭带传动锭子速度变异对比测试

 
  因小纱和大纱的负载不同,锭带传动和电锭传动受力有所不同,因此分两种情况:小纱2000m测试,大纱50001TI状态测试。
 
  注:该组数据为精确起见,不用设备控制器读回的数据(由于设备控制器既要控制细纱机本身的运行,又要读运转数据可能会漏读或采集速度不够造成误差),而是采用不参与设备控制的第三方专用测试传感器和软件测试。
 
  可以看出:在2000m小纱状态,锭带传动的锭子绝对速度差异值在144~209r/min之间,即0.7%~1.1%的锭子速度差;电锭传动的锭子速度绝对差异值在20--40r/min之间,即0.1%~0.2%的锭子速度差。在5000ITI大纱状态,锭带传动的锭子绝对速度差异值在 163~178.7r/min之间,即0.88%~0.97%的锭子速度差。电锭传动的锭子速度差异值在14.2~23.2r/min之间,即 0.07%~0.12%的锭子速度差。
 
  以上测试数据表明电锭的转速稳定性明显高于带传动锭子,而且几乎不受负载大小的影响。测试数据也基本印证了理论分析,即带传动的滑溜导致的速差在1%左右的规律(未考虑长期运转后锭带伸长等因素);而电锭由于其自身的同步性质,其锭速始终保持在自身的控制精度范围内,这也是电锭的特性。锭带传动的速度绝对差值远大于电锭,电锭传动无论在小纱或大纱不同负载情况下精度均小于2‰,在一般同步电机的控制范围之内。由此可以看出电锭传动细纱机由于转速稳定而具有锭差小的优越性。
 

  电锭纺纱的稳定性

 
  因为电锭是单锭单传动,取消了长轴、滚盘。而传统细纱机无论是长车还是短车,其主轴在细纱机中下部高速回转,其滚盘的线速度达1000m/min以上,众多锭带同样以1000m/min线速度运行,自然在细纱机中形成气流负压。
 
  细纱机滚盘及锭带等的高速回转形成滚盘的回转风向,锭带横向串梭运动,也形成横向来回气流,这种高速流动的气体附近产生低压,从而产生吸附作用(文丘里效应)。细纱机中腹部滚盘的运转速度较高且众多(一台1008锭的细纱机具有252个滚盘),通过主轴回转,带动同样多的锭带横向运动,产生气流,导致空气的流动,使细纱机中腹部产生一定的负压,从而产生吸附作用。这种气流在其他方向对细纱机并不造成影响(对细纱车间造成风向暂时不考虑)。
 
  然而在锭子纺纱处靠近机架内侧造成同样的一个向内气流,此处正是纺纱气圈高速回转之处,对纺纱气圈有吸附力。经研究此处有旋转风、横向风,风向变换复杂导致负压不稳定,因此吸附力不稳定,造成气圈回转不稳定。这是用滚盘传动细纱机锭子导致纺纱气圈不稳定的重要因素,也是滚盘传动细纱机不可避免的问题。测试也证实了此现象。
 
  单锭单电机细纱机取消了滚盘、锭带、张力盘等所有在细纱机腹部中间的锭子传动件,因此细纱机中下部的负压场不复存在,消除了纺纱气圈的不稳定因素,提高了成纱毛羽的稳定性。
 

  电锭细纱机与传统细纱机成纱质量对比

 
  电锭细纱机、传统细纱机的各种纺纱支数、纤维品种、各种速度的纺纱质量测试对比如下:
 
  试验条件:为了使采样数据可靠,测试强调了同一性。在整个纺纱通道上采用相同的纺纱器材(同一个器材),采取同摇架、同罗拉、同皮辊、同钢领、同粗纱、同工艺配置,同样的温湿度条件等,对电锭细纱机、主轴带传动细纱机做对比纺纱试验。
 

  4.1 在相同纺纱速度下对比测试

 
  从以上实际测试数据可以看出:在保持纱线条干均匀度基本一致的情况下,电锭细纱机的加捻效率高于带传动细纱机;捻度均匀度好,纱线的捻度质量的离散性小;单纱的最低强力高于带传动细纱机;质量一致性更好。
 
  从测试数据中还可以看出,在保持纱线条干均匀度基本一致的情况下,其毛羽指标也好于带传动细纱机。以上数据是在同样的牵伸器件情况下测试,可见其气流及气圈平稳性起到了积极的因素。
 

  4.2 在不同纺纱速度下对比测试

 
  电锭细纱机纺同样品种高速化时,质量指标优于带传动细纱机。另外,由于电锭细纱机的高速性能好,锭速差异小,锭子高速回转平稳,气流平稳,纺纱张力稳定性明显好于带传动细纱机,在20000r/min纺纱时的张力比带传动细纱机在18500r/min时的纺纱张力还小,尤其在升降速过程中,由于没有了细纱机腹部的负压吸引,电锭细纱机速度变化对纺纱气圈的影响较小。带传动细纱机在速度变化时特别是速度快速变化时,纺纱气圈会出现明显的抖动。不良负压的危害性更甚于锭子本身的转速差异,严重时甚至造成细纱断头。
 
  另外,即便是电锭细纱机的纺纱速度高达20000r/min时其千锭时断头根数也低于带传动细纱机在18500r/rain时纺纱时的状况,体现了电锭细纱机高速化纺纱的实用价值。
 
  在测试过程中还发现同样在细纱断头时,带传动细纱机在18500r/min中大纱挡车工接头成功率已不高;而电锭细纱机由于电锭本身稳定的优势、纺纱张力的稳定,即使是在20000r/min纺纱状态时接头成功率仍保持在95%以上。
 
  结束语
 
  单锭单电机传动电锭细纱机其运转稳定性是显而易见的,它将高速纺纱提高到了更高的水平。之所以能高速纺纱取决于先进的控制技术和其本身的传动原理,电锭细纱机将随现代纺织时代的需要逐步体现其价值。
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