钢带应用于细纱机集体落纱系统可行性分析
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钢带应用于细纱机集体落纱系统可行性分析

时间:2018-07-28
  环锭细纱机集体落纱系统的纱管输送方式,目前有“气缸凸盘式”和“钢带凸盘式”两大主流。相对而言,气缸凸盘式技术比较成熟稳定,长车领域多有应用,但不足之处也显而易见,气缸活塞有空回程动作,使纱管间歇性传输;落纱过程中需要中间位管栓临时存放满纱管,动作过程繁琐,这些因素都使空满纱管交换一次耗费很多的时间;钢带式输送,可以做到纱管输送连续,也不需要中间位管栓,落纱动作简单利落,重要的是,空满纱管交换需要的时间较少,这对超长细纱机尤为实用,毕竟随着锭数增加,所需的时间是成比例增加的,纺纱时间小于空满纱管交换时间,停机等待非常影响生产效率。但是钢带材料的物理性质究竟如何,倘需仔细研究。
 

  1 钢带应用于细纱机集体落纱系统的具体形式

 

钢带结构示意图
图1 钢带结构示意图
 
1-从动轮;2-主动轮;3 钢带
 
  图1是钢带在细纱机上的工作原理示意图,长向尺寸L由车尾尺寸和锭数决定,宽向尺寸W由细纱机横断面相关结构决定;各有一对主动轮和从动轮分布在机器的头端和尾端,至少有一端轮座可以在长向尺寸上调节以撑紧钢带;钢带和传动轮之间靠钢带撑紧后产生的摩擦力带动,管栓座以恰当的方式固定在钢带上,随钢带一起运动,同时也对钢带有一定的支撑作用。


钢带与管栓结构图
图2 钢带与管栓结构图
 
1-导轨;2-凸盘;3-满纱管栓;4-空纱管栓;5-管栓托座;6-钢带;7-螺钉
 
  图2是钢带与管栓的结构图,螺钉把管栓托座固定在钢带上一起运动,下部卡在导轨上,以免钢带受力扭转,同时也承担着钢带的重量;托座上部带动满纱管栓、凸盘和空纱管栓在导轨的上表面滑行。钢带要克服凸盘底面和导轨面之间的摩擦力以及管栓托座和导轨之间的摩擦运动。
 

  2  06Cr19Ni10材质钢带的应用情况

 

  2.1 钢带受力状况

 
  06Cr19Ni10(旧牌号0Cr18Ni9)奥氏体型不锈钢,因其优越的物理性能,在机械工业中应用量最大、使用范围最广泛。在半冷作硬化状态下,抗拉强度Rm可以达到1035MPa,杨氏弹性模量193GPa,是集体落纱系统中钢带优先考虑的材质。
 
  上文已提到,钢带要运转,首先需克服相关零件接触面之间因重力作用产生的摩擦力,根据图2的安装结构,可以粗略计算如下:设每锭对应的钢带、螺钉、管栓托座、满纱管座和凸盘的质量总和为m1,空纱管质量为m2,满纱管质量为m3,管栓托座和导轨之间、凸盘底面和导轨上表面之间的摩擦系数均为μ1,重力加速度为g,则单锭最大静摩擦力为:
 
  F1=μ1(m1+m2+m3)g   式1
 
  以JWF1568超长型细纱机的配置为例,m1=152.1g,m2=39.6g,m3=120g,(以纯棉39mm卷装直径、180mm升降计), μ1=0.3(实测值),可以计算得:F1=0.916398N,912锭(细纱机单侧锭数)对应的最大静摩擦力F2=835.8N,
 
  传动轮撑紧钢带,产生预紧力F3,当传动轮开始转动时,在预紧力F3作用下,产生摩擦力F4带动钢带运动,F3的大小决定了钢带和传动轮之间是否打滑。理论上,最大临界摩擦力F4不小于F2才可以拉动钢带,由柔韧体摩擦的欧拉公式可以推导出:
 
  F4=2F3(e?(θμ2)-1)/( e?(θμ2)+1)  式2
 
  其中,上式中,e为自然对数的底,μ2为传动轮与钢带之间的最大静摩擦系数,θ为钢带和传动轮之间的包角(弧度)。取F4=F2,μ2=0.8(橡胶与钢之间的最大静摩擦系数 ),θ=0.25π(设计结构决定),代入式2,可计算钢带需要的预紧力F3=1373.7N,在拉动钢带的一瞬间,钢带紧边承受的最大拉力F5=F2+F3=2209.1N,
 
  钢带最小受力面处面积6.4mm?2,由此可计算出最薄弱处的拉应力为345.17MPa,远低于半冷作硬化状态的抗拉强度Rm,仅从抗拉强度方面考虑,安全域度很大,是可行的。
 
  在最大拉力达到F5时,由该材料的杨氏弹性模量值,可以求出一侧钢带的纵向弹性伸长量为13.4mm,这是一个不利的因素,钢带的长度发生弹性伸长,在长向上累积,将会使集落系统的纱管与纱管抓手之间错位。不过这个因素可以调节,因为钢带是分段的,通过钢带接头联接在一起。可以根据细纱机的锭数,把钢带承受的最大拉力造成的弹性变形,考虑到钢带上的管栓托座孔距之间的公差以及钢带接头上联接孔尺寸公差中去。
 

  2.2 细纱车间温度对钢带的影响

 
  热胀冷缩是物体的自然现象,车间温度的变化,对钢带运行状态非常重要。06Cr19Ni10钢带的线性热胀系数为17.2×10?-6/℃,设单侧钢带长度为65665mm,可以算出,车间温度每上升1℃,钢带自然伸长量为1.13mm。
 
  根据纱管、管栓的结构尺寸,以及现场实验的经验得知,纱管抓手往管栓上插满管和从管栓上取空管时,当管栓中心和抓手中心距离偏差到6mm时,将会发生困难。从此可见,在此热胀系数下,车间温度的波动范围,实际上决定了钢带的可用长度。如果车间温度波动大,不但会造成纱管抓手和管栓错位,也会影响钢带的预紧力,造成打滑。细纱机越长,钢带就越长,对车间的温度控制就越严格。
 

  3 总结

 
  “钢带凸盘式”结构,输送纱管效率高、空满管交换用时短、落纱动作步骤少,超长型细纱机纱管输送很有利。但是,基于材料自身的一些特性,如弹性模量、热胀系数等,也会带来新的挑战,可谓利弊相生。从计算结果看,尽可能减小钢带运行时受到的摩擦力,并减小工作环境的温度波动,是钢带正常运行的基本保证,也是对结构设计和细纱机车间温度管理的新要求。
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