环锭细纱机的技术进步(上)

                                

        目前全世界约有1.7亿枚棉纺环锭细纱机，800万头转杯纺，其它新型纺纱如喷气纺、涡流纺等容量很少。但转杯纱产量占全部纱线市场的42%，环锭纱占56%，其它如喷气纺占2%。
环锭纺是传统纺纱方法，工艺技术十分成熟，是纺纱生产中占比例最大、又十分重要的纺纱方式。新型纺纱技术虽然生产效率高、工艺流程短，品种、纱支适应性好，但成纱结构及性能不如环锭纱，所以在相当长的时期内不可能完全取代环锭纱，因此，环锭纺仍然是现代纺纱生产中最主要的纺纱方式。
在20世纪后半期，环锭纺纱技术有很大进步，细纱机锭速达到25000转/分，一台细纱机锭数已发展到1400锭，牵伸倍数230倍左右，在牵伸形式、加压、锭子、钢领钢丝圈、吸棉、纱管、胶辊、胶圈、传动技术等方面都有了很大发展，在细纱与自动络纱联合技术上也有了新的突破，有不少机型都形成了细络联。代表国际先进水平的机型有瑞士立达公司、德国绪森公司、意大利马佐里公司及以德国青泽公司生产的各种新型环锭细纱机，在高速、高效、节能、机电一体化及自动控制自动化方面都已达到很高水平。
1999年巴黎展览会上，瑞士立达、德国绪森等公司展出了紧密纺环锭细纱机，这是环锭纺纱技术新的突破，紧密环锭纺纱技术是在细纱牵伸区以外，增加了凝聚细纱须条的机构，消除了加捻三角区，成纱质量更为优越：减少了细纱毛羽，提高细纱强力，改善了细纱条干，为下游工序提高织物质量，减少上浆负担、取消烧毛等创造了条件，与此同时，细纱制成率提高，飞花减少，对提高经济效益及改善生产环境都有明显作用。
我国FA500系列环锭细纱机，在贯彻重加压，强控制、大牵伸的工艺路线上，吸收了国外先进环锭细纱机的经验及特点，结合我国国情进行较大改进，结构比较合理，制造精度有所提高，设备运转可靠性、稳定性也有进一步提高，适纺性能强，纺纱质量进一步提高。目前我国也生产出超长型环锭细纱机，在高速度，大牵伸，自动化连续和智能化方向上有了一定发展，我生产的1008锭细纱机最高速度达到22000转/分，牵伸倍数50倍，也生产出了细络联合机，国内许多企业已十分重视紧密纺纱技术的发展，所有这些，都说明我国环锭细纱机也发展到一定的高水平阶段。
现对环锭纺纱技术的有关技术进步问题讨论如下：
1、牵伸加压机构的技术进步：
牵伸机构要能满足以下几项要求：
能够适应纺织纤维加工品种的需要（包括纯棉、涤、腈及混纺品种）；总牵伸倍数能达到60倍的高倍牵伸能力；成纱质量能满足下游工序的要求，细纱条干CV%值、粗节、细节、棉结及单强、单强不匀率CV%等各项指标均能达到2001年乌斯特公报的25%；要求制造水平高精度，包括罗拉、摇架、弹簧、上下肖等零部件精度高耐用；能实现大牵伸、重加压、强控制；前区工艺贯彻三小工艺要求，即小浮游区、小皮圈钳口距离、小罗拉中心距；后区能达到良好控制，产生稳定的磨擦力界，后区牵伸能力为前区牵伸提供的须条要有良好的条干均匀度、较好的结构均匀度、较大的紧密度及稳定的后钳口，防止握持不良造成纤维的滑移。
目前我国引进的牵伸加压机构有SKF、R2P、HP及INA-V等，在消化吸收国外技术的基础上，自行设计或仿造的牵伸加压形式有仿SKF-PK225的YJ2-142仿INA-V的QVX型和参考H2P及INA-V型的R2V型等，都各有特色及优点，现就有关问题讨论如下：
1.1  牵伸形式发展：
环锭细纱机牵伸形式共两类，一类是三罗拉双区直线牵伸，一类是三罗拉双区曲线牵伸，为了更好的控制纤维运动，在三罗拉双区牵伸中配有双皮圈结构，SKF、R2P、INA-V及国产YJ2、QVX、R2V都在前区配以上短下长的双皮圈，而QVX及R2V的前区牵伸又有许多改进，使前中罗拉中心距及浮游区相应减小，德国HP前区为双短皮圈式，配置新型金属下肖，浮游区长度最短。
1.1.1前区牵伸配置要三小，即前中罗拉中心距小，浮游区小及皮圈钳口隔距小。不论是双短皮圈还是长短皮圈及上、下、肖皮圈架的设计都力图达到三小要求，对SKF、R2P、INA-V及HP四种国外牵伸形式进行对比（见表1），以HP中心距最小，为14.4毫米。

1.1.2后区牵伸形式有两种，SKF、R2P及国产YJ2系列的后区牵伸属於三罗拉双区直线牵伸、所不同的是有的牵伸罗拉中心距较长，像R2P牵伸区后罗拉中心距长。而INA-V、QVX及R2V的牵伸属於三罗双区拉曲线牵伸，上后罗拉抬高12.5毫米，使后罗拉握持点前移，缩短中后罗拉中心距，从而制造出好的摩擦界，曲线牵伸是改善后区牵伸对纤维控制的技术措施。
1.1.3牵伸过程中工艺配置的目的是通过前区达到三小（小钳口中心距，小浮游区小皮圈钳口）要求来有效控制主牵伸区快速纤维的移动，改善条干、纱疵、粗细节、棉结，提高纺纱质量。后区要为前区主牵伸提供优良的须条结构，创造良好的牵伸条件。三罗拉双皮圈双区曲线牵伸的后区，摩擦力界比直线式好，使须条受到良好控制，适纺较高纱支。
1.1.4我国在SKF或YJ2-142弹簧摇架加压及R2P直线双区双皮圈牵伸机构中，后区实行二大二小针织纱工艺原则（即后区中心钳口距大，粗纱捻系数大后区牵伸小及粗纱小牵伸），以对前区主牵伸提供优质须条，随着市场对机织物外观要求日益提高。二大二小工艺不再是针织纱的专门工艺，已普通用於生产各类针织、机织纱。
1.2加压机构：
国内外短纤维环锭细纱机的牵伸加压机构有弹簧摇架加压和气动摇架加压两大类。弹簧摇架加压又分为SKF圈簧加压及HP板簧加压两种，因此短纤维环锭细纱机加压又可分为气动摇架加压、圈簧摇架加压及板簧摇架加压三种。对各式摇架加压，总的要求是通过加压技术的实施，实现对纤维运动重加压强控制，加压装置使各罗拉钳口的纤维有足够稳定的握持及牵伸能力，造成合理的摩擦力界，实现压力稳定，增加对纤维运动的控制。
现对我国采用的各类加压机构有关问题进行如下讨论：
1.2.1 SKF型圈簧式摇架加压是德国纺机公司20世纪50年代推出的加压形式，经过半个世纪不断的改进，使加压机构不断完善，是世界上应用面最广，应用时间最长的加压系统。圈簧加压元件（PK220系列），上肖为OH式已由铁板改为工程动片式上肖；下肖为T型阶梯肖，上下肖之间形成摆动钳口总牵伸20-60倍。
我国FA系列YJ2—142系列的摇架，基本上与SKF相同，加压重而稳，牵伸也达到20-60倍，前罗拉加压值为10、14、18dan/双锭可调节，中罗拉为10或14dan/双锭，后罗拉为14、18dan/双锭固定式。
金属材料受力后会变形，有弹性变形，缓弹性变形及永久性变形（塑性变形）三类。圈簧式加压的弹性变形持久性有多久而不会产生塑性变形或缓弹性变形是SKF加压摇架性能的关键。据国外报导：圈簧式摇架连续使用四年后，细纱条干CV%值上升1%粗细节纱疵增加20%，说明圈簧摇架加压力的持久稳定性还存在一定问题，圈簧弹性变形随时间增加而产生衰退，形成缓弹性变形或永久性变形。
SKF圈簧摇架加压机构存在的另一个问题在国内反映较为普遍，主要是三个罗拉加压钳口的平行度不能很好保证，由于采用自调平行的原理，前后上皮辊及上皮圈不稳定，以摇架支撑点发生前后摆动，使一组摇架上相邻两个加压在前中后三个钳口线不能始终保持平行，因此造成三个罗拉的钳口隔距大小发生变化使牵伸工艺不能真正到位，使纺纱质量达不到应有的水平，这种现象不仅在细纱，而且在粗纱、并条工序的加压摇架也存在，SKF摇架的自调平行作用在实践中并不理想并来一些负作用，这是它的重要缺陷。
1.2.2 HP板簧摇架加压：
HP板簧加压摇架是德国绪森公司20世纪80年代推出的新型加压摇架，在三罗拉双短皮圈双区牵伸中，双短皮圈可使钳口充分前移，缩短了浮游区距离，是所有牵伸加压系统中浮游区距离最小的一种，绪森HP-A-320型板簧摇架加压机构的制造精度比SKF改进了许多，坚实的板簧为加压无件，横截面大坚固耐用，据测在达到同样压力条件下，板簧的弹性变形仅是圈簧弹性变形的8.7%左右。
HP-A-320板簧摇架，分别对前、中、后罗拉施以三个板簧加压，用明螺栓固定在摇架槽内，可在加压状态下调整上罗拉中心距，简便准确，板簧与皮辊握持爪匝的顶面固定联接在定位匝上，装有上胶辊定位弹簧，三者联为一体，握持爪中心线与上罗拉中心线相吻合平行。在握持爪定位后再进行研磨加工，精度高，保证在加压状态下稳定可靠。皮辊加工精度高，保证在加压状态下稳定可靠，皮辊芯子与摇架握持爪匝的宽度比SKF宽3毫米，上皮辊与下罗拉平行度以加工精度来保证，因此HP三个钳口线握持平行度是几种摇架压中最好的。
国内一些棉纺企业应用HP的体会是HP纺纱质量好，机构简便，易於管理维护、加压精确。目前国内一些新型粗纱机上已开始使用HP摇架。综上所述，HP板簧加压摇架具有很好的发展潜力。HP前中后罗拉加压为16/12dan/双锭，二档选用，后区为14 dan/双锭。
1.2.3 气动加压
国内外在20世纪80年代后期已在短纤维环锭纺纱机上推广应用气动加压摇架。气动加压摇架性能优於弹簧摇架，主要表现在：压力稳定，基本上无锭差；压力不因时间延长而波动和衰退；具有重加压强控制的优点，加压力大小可在机器运转中整机无级调压，操作简便；细纱机仃车时可做到半释压或全释压，半释压状态下不影响纤维须条的分布状态，因此开车时不会产生细节及断头；有的气动加压系统还配有欠压和过压自动控制系统；气动加压摇架能较好的保证胶辊与罗拉这间及三个握持线的平行；易於清洁及维护，适应机器高速运行。
1.2.4  INA-V型牵伸加压机构是德国制造，属三罗拉长短皮圈双区牵伸，后区为曲线牵伸，气动加压的压力可微调。后罗拉加压18公斤，基本上与前罗拉相同，用重加压达到稳定的钳口加强控制，防止纱条在后钳口滑移影响成纱不匀。INA-V型牵伸，因曲线包围弧产生附加摩擦力界对后区纤维的积极控制，可提高细纱牵伸倍数30-50%以上，产品质量好。
1.2.5 R2P摇架压值为18×14×18dan/双锭无级调压，压力大而稳定，无压力衰退锭差小，设有单独气源控制箱，并与电源开关相联，集体加压卸压操作方便，有过压、欠压保护仃车可全释压半释压使须条无滑移、开车断头少，也不会产生纱疵。
R2P牵伸工艺采用针织二大二小工艺是基于重架压强控制条件下进行的。目前所谓针织纱式艺已在机织纱上应用，R2P已不限於针织纱纺纱。
1.2.6  瑞士新型高速细纱机上采用P3-1气动加压臂及新型皮圈架都是最新技术，可对各加压点实施精确的压力分布，保证罗拉对纤维更好地控制握持，保证加压稳定性，P3-1加压装置由于采用了不对称上下肖，还缩短了浮游区，减少了主牵伸区无控制区的距离，如前所述P3-1加压臂及皮圈架的改进，即使提高了纺纱牵伸倍数达到60倍以上，纺纱质量仍保持最佳值。
1.2.7  R2V牵伸加压机构是我国在消化吸收R2P及INA-V型牵伸伸加压技术基础上研制开发的中国式三罗拉双区曲线牵伸气动加压形式，将前中罗拉中心距由43毫米改为41.5毫米，后区采用V型曲线牵伸。R2V主要特点是前区前中罗拉之间的浮游区缩小到12.6毫米，比R2P还小2.5毫米。采用后区曲线牵伸，对喂入纱条控制好。气动加压压力稳定锭差小，压力无衰退。适纺中、细支纱，牵伸效果好、纺纱质量好。
1.2.8  气动加压是比较理想的加压方式，最大特点是压力持久不变，不会衰退，目前国内外都有应用，尤其瑞士产各类环锭细纱机大都应用气动加压。如瑞士新生产的K44型紧密纺环锭细纱机都是用气动加压式。
1.2.9气动加压唯一不足是要在环锭细纱机上一增加许多气动加压附属机构，如气源、贮气配气箱、气路等。另外，一台细纱机总气量及气压的设计是恒定的，不因个别锭子停纺而改变气量及气压，因此，如果发生一对摇架或多对摇架仃纺就会引起气压气量的重新分配或多或少引起每对锭子摇架的气压量及压力的波动。
1.3罗拉
罗拉是细纱机的重要牵伸元件，随着纺纱速度的不断提高，牵伸系统加压力的增加以及市场对对纺纱质量需求日益提高，对牵伸罗拉提出了新的要求，尤其前罗拉的质量好坏，直接影响到成纱条干等纺纱质量。
1.3.1 20世纪后半期，国外许多先进的公司对牵伸罗拉做了罗拉径向跳动要特别小的规定，并要求一对罗拉镶接后的同心度要很精密，使细纱牵伸前罗拉基本上消除波，对罗拉表面硬度、加工光洁度及抗弯强度等项指标也提出了更为严格的标准，罗拉表面由平形沟槽改为斜形或箭形沟槽，沟槽断面齿形向园弧形发展，中罗拉为菱形网状齿形，以增加对纤维在牵伸过程中的握持力及对皮圈传动的精确性，像瑞士立达，德国绪森等公司生产的环锭细纱机采用的牵伸罗拉都是高精度的。生产的细纱基本上没有波。
国外对高精度牵伸罗拉的技术要求，大致有：（参考数）
表面硬度：Hra     80度（国内标准为78度）
罗拉表面处理：热处理后镀铬，无毛刺，光滑不挂花。
径向跳动：      0.03毫米以内
罗拉同心度：    0.05毫米以内（两根罗拉锒接后的同心度）。
1.3.2国内许多生产牵伸的企业，由于材质的选择及加工工艺等方面与国外有一定的差距，使罗拉质量一直徘徊不前，不仅径向跳动大（超过0.05毫米），面且硬度，耐磨差，尤其两节罗拉锒接后，跳动超过0.05毫米，罗拉杆与罗母配合精度差，同心度低。低质量的罗拉会产生明显的波，严重制约了纺纱质量进一步提高，国产罗拉抗弯度低，在日常搬运、安装及生产运转中罗拉会弯曲，也会恶化纺纱质量。
1.3.3 进入21世纪以来我国罗拉的制造有了新的突破，罗拉质量达到甚至超过国际先进水平，以常州同和纺织制造公司为例，他们经过刻苦开发和研制并引进一批电子计算机数控加工中心，在较短时间内成功推出“超级高精度无波罗拉”，经过许多企业的试用及检测，各项技术指标，均达到国际名牌罗拉水平，罗拉无波率达到98%以上，波波幅最大不超过5毫米，使纺纱水平达到乌斯特2001公报5%的水平，抗弯强度也比国产普通罗拉提高9.1%。为进一步提高我国环锭细纱机的纺纱质量作出了贡献。
同和纺机厂生产的罗拉不仅已大量供应国内，而且还在接受国外知名纺织公司的订货，产品走向世界市场。
1.4 胶辊胶圈的问题
1.4.1 在环锭细纱机牵伸系统中前后罗拉上皮辊作用很大，尤其前罗拉上皮辊与下罗拉对纤维的牵伸控制及握持很重要，目前普遍认为美国皮辊ME666性能好利于纺纱。
美国及瑞士的胶辊质量好，配方中采用特别填料及化学配料，使皮辊具有高弹、低硬度和内含电荷释放的成份，纺纱适应性好，抗静电性能强。如美国阿姆斯壮J—463及MB—670、ME666及瑞士贝克MA66T胶辊都是性能优良的，都能与下罗拉形成很好的握持，它们具有以下特点：
①耐磨，使用寿命长；②韧性好，抗损坏性能好；③膨胀变形很小；④不需要另外表面处理；⑤抗静电性能好，适应性很高；⑥胶辊光滑圆整，无搭接接头。
高质量的罗拉皮辊是生产优质纱的关键，皮辊使用寿命长，损坏少，纺纱断头少、绕花衣现象少等都是纺织工程希望的。
1.4.2 多数上皮辊是用合成橡胶制成，合成橡胶是一种复杂的材料，影响材料性质的因素很多，如材料的质量，配料计量精确度。各种原料在合成橡胶中的分布均匀状况，加工生产工艺及贮存条件，温湿度等，许多国外皮辊的合成橡胶，在不断发展改进，使皮辊质量大大提高，经久耐用，在使用过程中按一定范围进行反复研磨与维护，大大延长了使用寿命。
国外设定邵氏72°以下低硬度胶辊即软胶辊，使用软胶辊可使浮游区缩短1.5—2mm，握持力比硬胶辊大，握持不匀率可改善。我国规定皮辊硬度在邵氏65度左右为软胶辊。
目前除美国阿姆斯壮公司外，瑞士贝克公司生产的皮辊性能也很先进，都属于不处理软弹皮辊范畴，如瑞士贝克HA65T及HA66T都很好。
 1.4.3近20年来皮辊的制作有了很大的发展，有电动、液压、气动及人工操作的精密套压机等方法，制作质量很高，国外应用电动液压方法较多，制作精度很高。
正确选择皮辊套差及精细的加工制作是皮辊使用寿命长，运转状态及成纱质量好的重要因素。
近年来磨胶辊机已发展成全自动磨砺系统，包括磨砺、测量、分拣和表面处理等多功能设备，如Bevkolized磨皮辊机，此外还有轻便式检验仪，检查皮辊表面磨后的粗细度（RA值），理想的表面加工，要达到如下设定的RA值：特细表面加工RA=0.4~0.6，中等表面加工RA=0.7~1.0，粗糙表面加工RA为1.0以上。皮辊表面粗糙度会影响皮辊绕花衣，特细表面加工的皮辊很少绕花衣。
1.4.4 皮辊的表面处理，皮辊表面处理受气候，纤维材料，纱线支数，条件及其它因素的影响，现在国内外大都推广应用紫外线照射技术，其它表面处理技术如涂层处理技术因影响环境已不使用。照射时间与皮辊使用现场条件，胶辊材料质量和硬度，成纱质量要求和气候条件（车间温湿度）处理皮辊的数量，皮辊材质、质量及处理后的皮辊硬度等有关，新式Berkolized皮辊处理机最佳照射时间可参考如下数值：
粗纱皮辊：4—8分钟；并条皮辊：5—10分钟；精梳皮辊  5—10分钟；环锭细纱皮辊：3—5分钟。
Berkolized照射处理机，处理皮辊表面很细致，应用扫描式电子显微镜检测选出优质皮辊。不会出现质量低劣或较差研磨加工的产品。
新型皮辊处理机减少了老式磨皮辊机启动时发生的问题。这种新技术加工的皮辊，绕花衣现象显著减少，对纤维的握持力增强，无滑移现象，新型皮辊处理机比普通处理（磨砺处理）细纱接头时间减少许多，普通磨皮辊机加工的皮辊在1008锭细纱机上头三个小时断头数普通皮辊为68根，而新型皮辊处理机处理的皮辊仅为12根，基本无绕花现象发生。
根据胶辊的磨损及成纱质量情况在规定周期内进行回磨，磨后再次进行照射处理，按直径和回磨次数分类使用，同档皮辊严格控制直径差异，要保持良好的同心度。国外还配备专用油脂枪对胶辊轴承进行润滑，油枪可任意调节加油量，并保持牵伸部位清洁。
目前美国阿姆斯壮、瑞士HA65、HA66皮辊在一定支数范围内都做到只磨砺不处理，因此，对皮辊磨砺加工要求很高。
此外，不论哪种牵伸形式都已应用了软弹皮辊，因此，软弹皮辊的质量特别是耐磨度、硬度、弹性等都十分重要，是牵伸机构的主要部件，尤应注意开发、应用与提高。
1.4.5 我国国产胶辊，产品质量及纺纱适应性，纺纱质量都可与美国阿姆斯壮及瑞士贝克胶辊接近，但进口胶辊使用寿命长，同样细支棉纱，国外皮辊三年时间仅回磨一次，而国内至少一年回磨一次。
国产不处理胶辊可以代替进口，最新国产胶辊某些性能已超过进口胶辊，纺纱质量基本相同，国外胶辊使用寿命比国产胶辊长2—3年，但价格比国产胶辊贵3倍左右。
1.4.6 皮圈：国内外对胶圈的质量要求很高，因为它是细纱机上重要的牵伸元件，皮圈加工工艺性能及质量好坏对纺纱质量十分密切。为了加强对主牵伸区快速纤维的控制，在中前罗拉之间配备良好的皮圈控制系统，目前应用的有双短皮圈及长短皮圈式，在长短皮圈系统中，下皮圈配有张力装置，因此，下长皮圈运动比较准确。在双短皮圈中对下短皮圈的制造及下肖等尺寸精度要求较高，要具备更适当的硬度及弹性。国内外皮圈内层有花纹式，即做到与中罗拉传动准确，摩擦系数高，又要做到与前下肖配合精确、滑动好。为了使皮圈对下肖的滑动更加灵活，下肖已改为四氟乙烯涂层。在牵伸形式中SKF、R2P、INA-V型都是采用长短皮圈式，HP是双短皮圈式。立达公司生产的P3-1气动加压、是三罗拉双区长短皮圈形式，上下皮圈配置为非对称式，进一步缩小了浮游区距加强了对纤维的控制。
皮圈内径、长度、厚度、尺寸准确，厚薄均匀。皮圈内径应当下圈略紧，上圈略松。由于下圈是主动件，要求尤其要严格，下圈的张力要适当、对双短皮圈的下圈尺寸要求十分严格，为使下皮圈线速能始终与金属罗拉保持一致。必须有适当的内外表面摩擦系数。
    此外要求皮圈伸长率要低，而且伸长要均匀。皮圈材质要有抗静电、耐油，耐污染、耐臭氧性能等。
1.4.7 我国目前也生产出各式内花纹皮圈，有WRA—H268，MD—60，使用效果与美国阿姆斯壮的皮圈相接近。主要差距是使用寿命还比国外的先进皮圈短。
细纱的牵伸机构是细纱机的心脏，因此对牵伸罗拉、上皮辊、皮圈，摇架加压形式以及上、下肖等专件要继续努力提高性能，尤其在材质及加工工艺维护保养上下功夫，以提高纺纱质量，减少纱疵，改善纺纱均匀度。