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收藏棉纺牵伸的研究与探讨

陈玉峰

(河南省项城市纺织有限公司)

  关  键  词:牵伸;罗拉;胶辊;胶圈;上销;摩擦力界;控制力;牵伸倍数;牵伸分配;研究;探讨

0  引言


    随着纺纱技术及装备技术的不断进步,特别是清梳联、高效能精梳机、自调匀整并条机、D型牵伸粗纱机及采用关键牵伸元件的新型细纱机等方面的进步,使传统牵伸分配工艺及理论发生了变化,特别是梳理前后牵伸的功能发生了较为明显的变化,牵伸过程中的工艺也相应改变;因此,加强对牵伸工艺的研究,能够有效对牵伸过程进行控制,为提高纱条质量奠定基础。


1  牵伸的基本原理


1.1牵伸的定义


    在纺纱过程中,将须条抽长拉细的过程称为牵伸。须条的抽长拉细是须条中纤维沿长度方向作相对运动的结果,其目的是使须条达到规定的线密度。在牵伸过程中,纤维的相对运动使纤维得以平行、伸直,在一定条件下,也可以使纤维束分离为单纤维。牵伸的实质是通过输入和输出的运动过程,使纤维彼此间产生相对位移,使纤维连续地、均匀地在输出产品长度方向上重新分布。


1.2牵伸的功能


    通过牵伸使棉块的体积由大变小,从紧密到开松,从集束到分离,从束纤维到单纤维,从卷曲到伸直,逐步提高纤维的平行伸直度,改善须条中纤维的弯钩状态,为纺纱提供基本条件。牵伸不是简单的输送或抽长拉细过程,牵伸的同时促使纤维在不同的体积、不同的排列状态下发生相对运动。


1.3牵伸的基本条件


    必须对胶辊施加一定压力,使罗拉钳口对须条产生足够的握持力;输出罗拉的表面线速度要大于喂入罗拉的表面线速度;两个钳口间要有一定的距离使牵伸装置能够实现纤维的重新排列。随着设备性能的提升,牵伸的基本条件应包括:有对纤维的控制机构,有一定的线速比,有适合的隔距,同时装置能够对纤维的集合体及单纤维产生整理效果发生位移变化。


1.4牵伸的类型


简单罗拉牵伸:每对罗拉都能握持纤维,罗拉钳口几乎在一个平面上,罗拉可以有2~5对。控制辊牵伸:将简单罗拉牵伸中的中间上罗拉改为轻质辊,成为控制纤维运动的附加压力机件,在牵伸区中形成附加摩擦力场,改善牵伸效果。胶圈牵伸:是现代牵伸机构的主要型式之一,上胶圈作为牵伸力,下胶圈作为控制力实现摩擦力界纵横向的重新分布,控制须条使纤维不易提前变速;胶圈前端有胶圈销,使纤维接近前罗拉时才变速,只有下胶圈而上面有控制辊的称为单胶圈牵伸机构。针排牵伸:在两对罗拉间有许多针排,以接近于后罗拉的速度运动,用以输送并控制纤维,纤维被前罗拉钳口握持快速通过针排,受到梳理而伸直。曲线牵伸:各对罗拉的钳口不在一个平面上,牵伸时须条成曲线状态,须条受到牵伸力作用压紧在罗拉上而产生附加摩擦力场,曲线牵伸有三上四下、五上三下等型式。


1.5牵伸的组合与分配


   每一牵伸机构常由1~3个牵伸区组成,牵伸区承担的部分牵伸根据喂入纱条情况、牵伸型式、机械条件而定。把各种型式的牵伸区合理地组合起来,形成机构简单、效果良好的牵伸机构,并合理地分配各牵伸区的部分牵伸,能增加总的牵伸量而使产品质量提高。纱条经过牵伸后纤维间联系减弱,在下一个牵伸区承受牵伸的能力相应减弱,过多的牵伸区不一定能使总牵伸增加很多,但能够起到预牵伸整理效果。


1.6  牵伸区及牵伸区内纤维运动


1. 6.1牵伸区的分类和特征


    牵伸区一般分为:单区牵伸、双区牵伸和多区牵伸。单区牵伸一般为两对简单罗拉牵伸,牵伸倍数较小;双区牵伸有4对简单罗拉牵伸,可以有3个牵伸区,分配特征为前后逐步增加,称为连续牵伸或渐增牵伸;多区牵伸的特征是在两个牵伸区中间增加了集合区,使经过后区牵伸的须条紧密起来,牵伸倍数等于或接近于1,实际上仅使用两个牵伸区。牵伸按其功能可以划分为:集中牵伸、部分牵伸和整理牵伸。


1. 6.2牵伸区纤维运动对附加不匀的影响


    牵伸不匀是牵伸过程的必然。从运动学观点看来,不匀产生的主要原因有:①纤维几何排列或配置不匀;②由纤维在牵伸后产生的位移偏差引起;③由纤维在牵伸区中变速位置的分布造成。在动力学的研究方面,牵伸区中纤维须间相互压力影响纤维的运动,纤维所受摩擦力并受摩擦力场的控制。在牵伸区中有两对力:机械运动的牵伸力和握持力,纤维间运动的引导力和控制力。握持力大于牵伸力才能实现正常牵伸,引导力大于控制力纤维才能产生变速,但均不宜过大。


1.6.3牵伸区内的纤维运动特征


    牵伸区的运动可以简称为快慢纤维的运动之比。变速的根本原因是慢速纤维减少,快速纤维增加。纱条喂人时,后罗拉钳口处纤维根数较多,当纤维向前移动靠近前罗拉或进入前钳口时,即随前罗拉速度而输出。牵伸区中纤维运动的基本形式,是从后罗拉的慢速运动变为前罗拉的快速运动。规律是:后罗拉钳口中的纤维都是慢速纤维,而在前钳口中都是快速纤维,自后向前慢速纤维数量逐渐减少,而快速纤维数量逐渐增多,快速纤维永远少于慢速纤维。


    牵伸区中的任一根纤维周围,既有慢速纤维也有快速纤维。与快速纤维接触产生快速运动的力叫引导力,与慢速纤维接触阻止快速运动的力叫控制力。受纤维伸直、均匀与受力的状况影响,浮游纤维不受前后控制,随机运动不易控制。


    快速纤维从慢速纤维中抽出和变速的牵伸力,其大小由罗拉钳口决定。慢速纤维变速时的稳定有序,是纱条均匀的保证。因此,可在牵伸区中慢速纤维较多的区域增加对须条的控制压力。牵伸区中单根纤维不规则时,纤维成束移动或须条牵伸而分裂,也会造成不匀。纤维束集体变速是由于纱条内部纤维分布不匀,紧密程度差异大,成束纤维间摩擦力较大而与其他纤维间的摩擦力较小。牵伸区中纤维运动的良好条件是,对纤维而言,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;对于整个须条而言,牵伸力应具有适当数值,并与握持力保持稳定。


1.6.4摩擦力界的分布及其影响


    牵伸区内须条摩擦力界是牵伸区内须条中纤维彼此间联系作用的空间。摩擦力界分布是一个三维空间,一般将其分解为两个平面分布,把沿须条方向的分布称为纵向摩擦力界分布,把罗拉钳口下垂直于须条方向的平面分布称为横向摩擦力界分布。


    牵伸区内合理须条摩擦力界设置方法:改变简单罗拉牵伸中各罗拉和胶辊的几何配置关系;在牵伸区增设如压力棒等柔性控制元件,从而产生附加摩擦力界;改变工艺参数,如改变粗纱捻系数等;摩擦力界的拓展可以提高对纤维的控制能力,提高牵伸倍数,是梳理前牵伸和梳理后牵伸的主要区别。


    摩擦力界与牵伸元件之间的关系:胶辊压力增加,钳口内的纤维丛被压得更紧,摩擦力界长度扩展,且摩擦力界强度分布的峰值也增大;罗拉直径增大时,摩擦力界纵向长度扩展,但摩擦力界峰值减小,因为同样的压力分配在较大的面积上;棉条定量增加,而其他条件不变,则加压后须条的宽度与厚度均有所增加,加大了与胶辊和罗拉的接触面积,摩擦力界分布曲线的峰值降低,长度扩展;附加牵伸元件使须条的运动长度空间拓展,慢速纤维受力增加,浮游纤维受到控制,变速运动集中。

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2棉纺工程牵伸工艺的研究


2.1  棉纺工程牵伸的特征及变化


棉纺工艺流程中的牵伸贯穿于整个流程中,从开清棉?→梳棉?→并条?→粗纱?→细纱;其中精梳工艺流程中有:预并?→条并卷联合机?→精梳机等,牵伸的功能不断发生变化,在运动的过程中,牵伸的型式,牵伸的装置,牵伸的程度,牵伸的体积不断发生变化,其中的变化体现出牵伸的不同规律。具体变化见表1~表6。


 
 
    通过对表1~表6分析可知,牵伸的基本规律是:牵伸的体积随流程的延续越来越小;牵伸的程度越来越剧烈;牵伸的控制纤维网柔和纤维强烈;牵伸的型式梳理前牵伸简单,梳理后复杂;牵伸的分配剧烈,牵伸比柔和,牵伸明显;牵伸加压随纤维的排列状态变化而变化;牵伸附加不匀随牵伸的剧烈程度而增大,其改善同摩擦力界呈正相关。

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2.2棉纺工艺流程牵伸的基本规律


2.2.1  牵伸体积变化的基本规律


    棉纺工程从棉块到棉束,体积变得越来越小。通过牵伸后的半制品从卷到条,从粗到细,体积一直在减少。牵伸体积变化的基本规律:随着流程的延续,棉柬体积越来越小,牵伸的宽度越来越小。


2.2.2牵伸程度变化的基本规律


    牵伸的变化规律分为梳理前牵伸和梳理后牵伸。梳理前的牵伸功能主要是运用两对或两对以上罗拉进行牵伸;梳理后的牵伸功能除牵长变细外,还包括使纤维伸直并消除卷曲和弯钩。梳理前的牵伸重点在卷绕区,梳理后的牵伸重点在纤维运动区。从开清棉开始,体积越粗大牵伸越柔和,随着工艺流程的延续牵伸程度越来越剧烈。开清棉和梳棉梳理前的牵伸较为柔和,到并条、精梳、粗纱稍微强烈,到细纱牵伸加剧。在系统流程中,逐步剧烈地牵伸为成纱做准备。其主要规律是:牵伸的剧烈程度随流程的延续而加剧,并且是越来越强烈。主要原因是牵伸阻力不断增加,过大的牵伸必须与牵伸对象配合,梳理后牵伸倍数越大,牵伸运动越强烈。


2.2.3  牵伸握持距变化的规律


    握持是牵伸功能实现的基础,有握持才有牵伸,牵伸的握持距随握持体积的变化而变化。棉纺工程中握持控制的对象是棉条和棉网。条卷到并条、精梳握持的对象是网;梳棉、粗纱、细纱工序握持的对象是条。纤维网的纤维运动数量多,较为柔和,功能主要是伸直平行;条子内的纤维运动是位移运动,较为强烈,功能主要是抽长拉细。纤维网的握持距一般为线握持,握持较为柔和。条子的握持为点握持,变速运动强烈。握持距的变化规律为:对网的控制需要控制纵向和横向的不匀;对条的控制相对较为强烈,对网的控制较为柔和;对网的握持距一般较大,对条的握持距一般较小,罗拉和胶辊直径的变小隔距逐渐变大。


2.2.4牵伸型式的变化规律


    棉纺工程中牵伸型式从简单到复杂,且越来越复杂。牵伸的功能主要有:抽长和整理,二者相互补充,整理为抽长做准备。牵伸的类型随纤维的体积和状态变化而变化。纤维未经梳理的牵伸较为简单,开清棉、梳棉的牵伸结构多为简单罗拉牵伸。梳理后的牵伸,纤维在抽长拉细的过程中产生位移运动,附加不匀越来越大,必须克服这些不足才能取得成纱的高质量。由此牵伸的功能相对复杂。随着牵伸区中的纤维数量越来越少,其规律:牵伸的型式随纤维数量的减少,结构逐步复杂,梳理前不需要附加摩擦力界,梳理后的附加摩擦力界需逐步拓展才能实现牵伸倍数。梳理后牵伸附加不匀的变化见表7。


 
2.2.5牵伸分配的规律


    牵伸分配是牵伸系统工程的重要组成部分,随着牵伸的剧烈程度而发生变化。较柔和的牵伸的主要功能为整理,牵伸分配不明显,而剧烈的牵伸必须进行合理的分配,才能够保证成纱质量。具体为:清棉、条卷、梳棉牵伸较为柔和,基本上是张力牵伸,保证纤维间的相互联系;并条、粗纱和细纱、精梳纤维运动强烈,必须进行合理的牵伸分配,才能保证牵伸效果。牵伸的分配主要有集中牵伸区和整理区,即前区和后区。前区承担主要牵伸,后区承担整理功能。牵伸分配的规律:柔和牵伸分配不明显;主区牵伸较为剧烈但必须有后区整理作准备,从而保证牵伸效果。


2.2.6牵伸加压装置的变化规律


    牵伸加压随着半制品的体积变化而变化。加压装置随罗拉直径的变化而变化。纤维卷网形态时,控制较为柔和,罗拉直径大;棉条控制时罗拉直径逐步变小,加压为适应其规律而定。控制纤维网时,加压较小,控制条加压增加。


    牵伸胶辊是主要的牵伸器材之一,其主要运用在条卷、精梳、并条、粗纱,细纱。各工序胶辊的要求有共性和个性,共性是:优异的回弹性、均匀的硬度性能使精磨后更紧密,抗静电性能,同时低硬度、高回弹性能配合重加压,能够加强对纤维的控制,降低条干不匀;个性:棉纺工程的牵伸加压和控制宽度随控制纤维的数量不同,发生不同的变化,加压与控制纤维的能力成正比,各工序的速度不同,控制纤维数量也不同。压力和弹性并非越大越好,而是最佳压力值和胶辊硬度的配合。由于精梳、并条、条卷工序,胶辊控制的纤维数量多,牵伸力增大,过低硬度胶辊则会出现牵伸不开的现象,因此,胶辊在棉纺工程中要求低硬度,但不求最低而求最佳,根据控制纤维的数量进行选用。其规律是:胶辊硬度随牵伸区纤维运动的剧烈程度变化而变化,运动剧烈而胶辊硬度低则便于对纤维的控制,运动柔和而胶辊硬度高则便于适应牵伸力。


2.2.7牵伸附加不匀纤维运动的基本规律


    牵伸不匀是牵伸过程中的必然结果,只能降低不可能消除。有牵伸必然存在附加不匀,牵伸道数越多则附加不匀越大,牵伸越剧烈则牵伸不匀越大。其规律是:牵伸附加不匀同牵伸道数成正比。牵伸附加不匀同牵伸区内的纤维根数成反比,纤维根数越小则附加不匀越大。牵伸附加不匀同纤维离散度成正比,离散度越大则附加不匀越大。纤维离散度对成纱质量的影响见表8。


 
    牵伸区中纤维运动主要体现在纤维变速及变速后的排列,牵伸区中的纤维运动同摩擦力界的控制程度呈正相关:有附加摩擦力界则纤维运动控制相对较好,可以适度提高牵伸倍数。牵伸区内的纵向摩擦力界延伸,牵伸力增大;牵伸区中横向摩擦力界拓展则牵伸力减弱。

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3  牵伸的应用和发展


3.1开清棉牵伸


    成卷机的牵伸主要功能是整理。通过牵伸使棉层纵向和横向保持均匀的分布状态,便于喂入梳棉的棉网均匀。牵伸运动的力使棉卷保持适度的张力,不产生褶皱。随着清梳联技术的发展,成卷机构开松紧压的结构将被淘汰,牵伸被气流输送代替。


3.2梳棉及清梳联牵伸


    梳棉牵伸的主要功能是保证成条后对棉条的输送效果,从输入到输出有一定长度及横向的变化。棉条经梳理后需要牵伸的保护,其牵伸发展趋势由消极的摩擦传动发展为积极的导条传动,减少意外牵伸,同时在梳理后有牵伸倍数增大的趋势。清梳联的牵伸以保护纤维的集合状态为主。


3.3精梳准备及精梳牵伸


    精梳准备工艺包括:条卷机,预并机,条并卷联合机等,其牵伸的功能主要是抽长拉细,同时提高纤维的分离度、平行度和伸直度。为了减少牵伸附加不匀应用了附加摩擦力界,提高了牵伸能力,保证了牵伸效果。牵伸同并合在精梳准备工艺中相结合,并合数越大,混合越均匀,但是存在混合与牵伸倍数增大的矛盾。其发展趋势是:工艺上并合数不求最大化,而求最佳化。牵伸型式在控制能力提高的基础上适度提高牵伸倍数,同时在条卷,并卷的牵伸中有布置摩擦力界,提高牵伸能力的趋势。


    精梳机随着钳次的增加,速度的增加而使不匀增大,在梳理输出的牵伸区内布置了压力棒,拓展了摩擦力界,保证了高速后附加不匀的降低。发展趋势:提高梳理后的牵伸倍数和牵伸能力,合理分配流程中的牵伸能力。


3.4并条牵伸


    并条的主要功能是混合。并条后纤维从网到条不匀程度增加,为了降低不匀,使用多种牵伸型式来改善附加不匀。牵伸区工艺配置有两条工艺路线:先整理后牵伸再整理,先牵伸后整理再牵伸。通过整理和牵伸的配合,降低了牵伸的附加不匀。其发展趋势:有效整理后可以适度提高牵伸能力,适应重定量的需要。并合根数弱化,混合最大化,强化伸直平行的效果。精梳后采用自调匀整实行单并,降低附加不匀。


3.5粗纱牵伸


    粗纱牵伸目前主要有三罗拉和四罗拉两种牵伸型式。粗纱是协调细纱工序解决细纱牵伸能力不足而设置的。其牵伸工艺需要合理地分配,解决因须条内纤维数量减少、附加不匀增大且不易控制的矛盾。发展趋势:一是提高加压稳定性能,增强握持力,加强整理后的效果,使用低硬度胶辊加强对纤维的强控制,保证牵伸后附加不匀的降低;二是采用重定量提高粗纱的产量,实现粗纱的高速高产和优质;三是以集中牵伸为主,合理牵伸分配;四是合理布置摩擦力界,提高牵伸能力。


3.6细纱牵伸


    细纱牵伸区内纤维运动最为剧烈,附加不匀最大,是牵伸控制的重点。细纱牵伸区中的工艺设计,既要集中牵伸和整理牵伸效果兼顾,也要减小浮游区,同时合理布置摩擦力界,提高牵伸能力。发展趋势:一是利用前后区新型压力棒、新型下销和上销,减小浮游区,改善牵伸附加不匀;二是采用流体加压和恒定加压装置,使用高弹性低硬度零套差胶辊,加强控制力;三是改进工艺同时提高牵伸力与握持力,而非提高握持力后,弱化控制力;四是采用V型牵伸,加大罗拉直径提高牵伸能力。


3.7棉纺工程胶辊


    精梳、并条、粗纱、细纱的牵伸装置、生产工艺、技术要求不同,牵伸部件的运动型式也不同,对胶辊、胶圈要求亦不同,在配置时首先要处理好胶辊、胶圈选型与生产工序需要的关系,同时在选用上,要正确认识胶辊、胶圈与常发性纱疵、偶发性纱疵之间的关系。常发性纱疵反映使用原料的优劣、工艺参数是否合理、器材使用是否得当等;偶发性纱疵则映机械状态是否正常,管理水平是否到位等。就常发性纱疵与偶发性纱疵而言,在一定条件下,在胶辊、胶圈的选用上会出现相反的结果,即使用硬度低、弹性好的胶辊、胶圈,常发性纱疵较低,但偶发性  纱疵可能会较高;使用硬度高、弹性差的胶辊、胶圈,常发性纱疵会较高,但偶发性纱疵可能相对较低,比较稳定。同时胶辊与胶圈的选用上应区别对待:胶辊对纱品质的降低作用大于胶圈;但若不注重配套,胶圈对纱品质的恶化程度大于胶辊。因此必须对精梳、并条、粗纱、细纱各道工序胶辊、胶圈的应用进行系统性研究,使单道工序的胶辊应用技术同系统胶辊的运用相结合,达到兼顾互补的目的。根据实践和试验表明,对精梳、并条、粗纱、细纱等工序进行胶辊低硬度、重加压的原则,结合局部优选缓和整体,系统优化服务流程的择优配置,并且实施系统性的应用技术优化,可较大提高并稳定成纱质量。其发展趋势:精梳、并条、条卷胶辊的硬度必须适应新型高速、高产、高性能的需要,要求低硬度、高耐磨、抗静电、耐高温、长寿命。细纱、粗纱适应高速、高产、高性能,重定量是牵伸工艺的必然趋势,随着加压能力的增强,控制能力逐步增强,因此,胶辊、胶圈必须向适应高速度、重加压、高耐磨、高回弹、强控制、导电性能高的方向发展。


3.8棉纺工程牵伸器材专件


    现代牵伸技术的发展,对纤维合理控制是永恒的方向。现代细纱大牵伸的使用,是牵伸理论中的纤维运动规律以牵伸装置的型式,并配以优质的器材专件、合理的牵伸传动和最佳牵伸工艺的综合应用。并条、精梳条压力棒的使用拓展了摩擦力界的空间,增强了牵伸能力,粗纱、细纱牵伸区新型牵伸器材的出现逐步增强了对纤维的控制能力;隔距块,新型下销,板簧摇架,气体加压的控制,高精度罗拉的使用,为高速低振动牵伸的顺利进行提供了必备的条件和基础。由于牵伸传导的延续性和附加不匀的局限性,牵伸专件器材发展的趋势是:精梳、并条专件器材提高牵伸能力,增大控制能力,适应重定量的需要;细纱、粗纱专件器材适应重定量、大牵伸、紧控制与合理控制相结合,拓展摩擦力界,缩小浮游区的需要。

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4  结语


4.1棉纺工程通过牵伸使棉束的体积从大变小,从紧密到开松,从集束到分离,从束纤维到单纤维,从卷曲到伸直变化,提高纤维的平行伸直度,改善须条中纤维的弯钩状态,使纤维连续、均匀地在输出产品长度方向上重新分布。


4.2棉纺流程牵伸的基本规律:牵伸体积随纺纱流程的延续越来越细长;牵伸程度越来越剧烈;牵伸控制纤维网从柔和到强烈;牵伸型式梳理前牵伸简单梳理后复杂;牵伸分配剧烈、牵伸较柔和,牵伸明显;牵伸加压随纤维的排列状态变化而变化;牵伸附加不匀随牵伸的剧烈程度而增大,其改善同摩擦力界呈正相关。


4.3  棉纺工程牵伸的发展趋势:随着清梳联技术的发展,成卷机构开松紧压的结构将被淘汰,牵伸被气流输送所代替;梳棉牵伸由消极的摩擦传动发展为积极的导条传动,改善以前存在的意外牵伸;精梳准备工艺上并合不求最大化,而求最佳化;精梳机随着钳次的增加,提高梳理后牵伸能力,合理分配流程中的牵伸能力;并条有效整理后可以适度提高牵伸能力,精梳后采用自调匀整实行单并,降低附加不匀;粗纱提高加压稳定性能增强牵伸力,加强整理后的效果,使用低硬度胶辊加强对纤维的强控制,保证牵伸后附加不匀的降低;细纱集中牵伸和整理牵伸效果兼顾,同时合理布置摩擦力界,减小浮游区,降低附加不匀;胶辊低硬度、重加压的原则,结合局部优选缓和整体,系统优化服务流程的择优配置;牵伸专件器材提高牵伸能力,增大控制能力,适应重定量的需要;紧控制与合理控制相结合,拓展摩擦力界,缩小浮游区。


4.4  随着棉纺工程牵伸工艺技术的进步,纺纱各工序的牵伸功能随之发生了一定的变化,牵伸能力得到了不同程度的提高,附加摩擦力界的拓展空间进一步增大,附加不匀得到了有效控制,质量水平得到了一定提高。随着牵伸工艺及牵伸装置的进一步发展,牵伸能力必然会逐步增强,产品质量也将会进一步提升。
 

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