【技术连载】《纺纱学》— 细纱-6

三、纱线张力与断头

在加捻卷绕过程中，纱线上的张力是因为纱线要拖动钢丝圈高速回转，必须克服钢丝圈与钢领之间的摩擦力、导纱钩和钢丝圈给予纱线的摩擦阻力及气圈段纱线回转的空气阻力和离心力等，纱线要承受较大的张力。在纺纱过程中，保持适当的张力，是保证正常加捻卷绕的必要条件，过大的张力不仅增加每锭功率消耗，而且会使断头增加。张力过小，会降低卷绕密度，影响细纱强力，也会因气圈膨大碰隔纱板，使细纱毛羽增多，光泽较差，还会造成钢丝圈运行不稳定而增加断头。所以张力大小应恰当，并与纱线的特数、强力相适应，达到既提高卷绕质量，又降低断头率。正常的张力大小及其变化不致直接引起断头，而当突变张力超过纱线强力时才是造成断头的根本原因。高速元件质量不良，钢丝圈圈形不当，楔住或飞脱，一落纱过程中张力波动过大等都是产生突变张力而造成断头的原因。

(一)纱线张力分析

在加捻卷绕过程中，纱线张力可分为三段，前罗拉至导纱钩之间纱线张力称为纺纱张力TS；导纱钩至钢丝圈之间纱线张力称为气圈张力(又分T。—导纱钩处气圈顶端张力，TR—钢丝圈处气圈底部张力)；钢丝圈到管纱之间纱线张力称为卷绕张力TW。了解纺纱张力TS的目的是为了掌握它与动态强力的比例，以及导纱钩的结构、安装位置对张力的影响。了解气圈张力T。、TR的目的，是为了掌握气圈形状与张力的关系，从而可以由直观的气圈形态来掌握张力的变化。了解卷绕张力T。的目的是为了掌握钢丝圈的重量变化、钢丝圈与钢领的摩擦力变化(包括钢丝圈的形状及速度)、钢领与筒管卷绕直径比对张力的影响。

TR、T。、TW、TS(见图7—5—2)之间的关系是密切的，变化规律是一致的，而且相互联系和影响。为了获得各张力的数值，TS一般采用动态应变仪进行测定，T。与TS间可用欧拉公式计算。

(二)纱线张力变化规律

在加捻卷绕过程中，各段张力的分布规律是TW最大，T。次之，TR再次之，纺纱张力TS最小。

1.影响张力的主要因素

(1)钢丝圈重量Gt：与纱线张力成正比(工艺上是以钢丝圈的号数来表示其重量)，这是由于钢丝圈的离心力Ct与钢丝圈重量Gt成正比。在日常生产中，可根据钢丝圈的重量来调节纱线张力。

(2)钢领与钢丝圈之间的摩擦系数f：钢领、钢丝圈之间的摩擦系数与纱线张力成正比。

(3)钢领半径R：钢领半径R与TR成正比，因此，增大卷装、加大钢领直径时会增加纱线张力。

2.一落纱中纱线张力的变化规律

当纺纱品种与线密度确定后，锭子速度、钢领半径、钢丝圈型号等随之确定。一落纱中的纱线张力将随着气圈高度和卷绕直径的变化而变化，其规律如图7—5—4所示。

(1)一落纱中，在小纱管底成形阶段，由于气圈长、离心力大、凸形大、空气阻力大，因此张力大。随着钢领板的上升，张力有减小的趋势；中纱阶段，气圈高度适中，凸形正常，张力小；而大纱时气圈短而平直，弹性调节作用差，造成张力增大。因此，卷绕直径的变化对张力的大小起主导作用。

图7—5—4 固定导纱钩时一落纱过程中张力TS的变化

aa—钢领板在升降动程中的底部位置

bb—钢领板在升降动程中的顶部位置

(2)在钢领板一次升降中，钢领板在底部时，卷绕直径大，卷绕角大，张力小；钢领板在顶部时，卷绕直径小，卷绕角小，张力大。

(三)稳定张力与减少断头

细纱生产中，稳定细纱张力，降低细纱断头的主要措施有：

1.钢领和钢丝圈的选配

锭速的提高，新品种的开发，需要研究钢领和钢丝圈的配合，设计新型钢丝圈。但对工厂来说，主要是根据所用钢领型号选配钢丝圈型号。用PG2钢领纺32tex以上细纱，可选配G、GO型钢丝圈；用PG1／2钢领纺19tex以下的细纱，可选配CO、OSS型钢丝圈；用PGl钢领纺21～29tex细纱，可选配6802、6903、FO型钢丝圈；用PG1/2钢领纺3tex以下细纱，可选配OSS、WSS型钢丝圈。在选配钢丝圈型号时，可先在少量锭子上试纺，然后逐步扩锭，有时要经多次反复实践方能确定。

2.钢丝圈重量(号数)的选择

在生产中通常选用合适的钢丝圈号数来控制纺纱张力，在各种条件下(如在最大、最小气圈高度和最大气圈直径不超过隔纱板间距条件下)，能维持一个正常气圈形态和较低的断头率。不同线密度细纱常用的钢丝圈号数见表7—5—1。

表7—5—1钢丝圈号数的选择

由于锭速高低、钢领新旧、卷装尺寸等纺纱条件的不同，纺相同线密度的细纱，所用钢丝圈号数也不尽相同。在新钢领上机时，钢领与钢丝圈间摩擦系数较大，钢丝圈要偏轻选用，而随着钢领使用时间延长，生产中会出现气圈膨大、纱发毛，断头增加，此时应加重钢丝圈重量。

除损坏换圈外，一般钢丝圈都要定期整批换圈，常选择在中纱时换圈。因新钢丝圈上车有一段走熟期，走熟期内，钢丝圈运行不稳定，容易引起断头，中纱换圈，待纺至大纱或下一落纱的小纱时，断头会大大减少。纺线密度小的细纱时，因锭速低等原因，钢丝圈使用期长，不必定期换圈，而是飞掉一只换一只。

3.钢丝圈抗楔性能

钢丝圈在运行过程中呈倾斜状态，容易引起钢丝圈在钢领上被楔住而使小纱张力产生突变，导致小纱断头。提高钢丝圈抗楔性能的措施主要有：

(1)降低钢丝圈的重心，可减小钢丝圈H与D的比值(见图7—5—5、图7—5—6)，以减小钢丝圈的外倾角ÐA，这时钢领与钢丝圈的接触点上移，外脚不碰钢领颈壁，散热好，但纱线通道较窄。重心过低的钢丝圈在前倾后常使纱线通道不畅而楔住断头。

(2)提高钢领与钢丝圈的接触位置，以稳定钢丝圈的运动状态。

(3)加深钢领内跑道，在不影响刚度与强度的条件下，尽量减薄颈壁厚度，防止钢丝圈内脚碰钢领颈壁。

(4)新上车的钢丝圈与钢领接触面积小，运行不稳定，接触压强大，磨损快，易楔住或烧毁引起飞圈。通常抗楔性能好的钢丝圈走熟期短。钢领表面采用水磨、喷砂、喷珠处理，有利于缩短走熟期。钢丝圈表面用镍或高镍合金镀层，可使纱线通道的阻力减小，钢丝圈散热和耐热性能提高，虽然走熟期略有延长，但走熟期内烧毁飞圈少，钢丝圈的寿命也较长。

4.改善钢丝圈的散热性能

随着钢丝圈速度的提高，磨损加剧，飞圈断头增加。因高速运行中的钢丝圈离心力很大，与钢领接触面积又小，使接触压强很大，在高速滑动摩擦中产生大量的热量。该热量一部分传向钢领，另一部分沿钢丝圈分别向上传向外脚和向下传向内脚。钢领上的摩擦触点时刻在变，热容量大、散热快；而钢丝圈的摩擦接触点变化很小，截面积小，尤其是内脚，更因其短小而使散热不易，使接触点处的温度显著上升(一般可达300℃左右)，从而易使钢丝圈产生局部退火、软化，迅速磨灭、飞圈而产生断头。

四、提高纺纱段强力与降低断头

在实际生产中，大部分细纱断头发生在前罗拉钳口至导纱钩间的纺纱段上，其原因是过大的突变张力以及罗拉输出的纱条中存在强力弱环。因此，要减少纺纱段纱条的断头，必须提高纺纱段纱条的动态强力，减少强力弱环。

(一)上部断头的原因

实际观察可知，纺纱段纱线的断头大都发生在加捻三角区，此处为纱条强力的“弱环”。根据加捻三角区中纤维承受张力的情况可以认为，在被罗拉钳口握持的纱条中，有小部分纤维头端在加捻三角区内，它们不承受纱线的张力；大部分纤维头端伸入已被加捻的纱线内，承受了纱线上的张力。纱线断裂时，部分纤维或是罗拉握持力不足从罗拉钳口中滑出；或是纺纱段捻度太小从已加捻的纱线中滑出；或是纤维的断裂。根据对该处纱条断裂时的强力计算，每根纤维只受到1cN左右的力，故纤维断裂的可能性很小，主要是因纤维滑移所致。因此，不仅要保证前罗拉对须条有足够的握持力，还要提高加捻三角区纱条的强力。

(二)减小无捻纱段的长度

从前罗拉钳口输出的纱条在前罗拉上存在一包围角g(见图7—5—7)，其与导纱角b、罗拉座倾角a之间的关系为：g=b-a (7—9)

g的大小影响加捻三角区的无捻纱段的长度，即影响罗拉钳口握持的须条中伸入已加捻纱线中的纤维数量和长度，是对纺纱段动态强力颇有影响的一项参数。要减小g，可减小导纱角b或增大罗拉座倾角a，而a在细纱机设计时已确定，FA506细纱机为45°，而导纱角b的减小受到纱条在导纱钩上包围弧增大和由此而引起的捻陷增大的限制；若b增大，捻陷虽小，但在导纱钩与前罗拉水平距离不变时，纺纱段长度较长，也使纺纱段捻度减少。在a和b已定的情况下，通常采用皮辊前冲来减小包围弧长度，即从ad¢，减小为ab。但皮辊前冲会增大浮游区长度，所以前冲量一般为2~3mm。

图7—5—7 须条的包围弧

(三)增加纺纱段纱条的动态捻度

纱线上的捻度分布由钢丝圈到前罗拉钳口是逐渐减小的，如图7—5—8所示。因为钢丝圈回转产生的捻回先传向气圈，然后通过导纱钩传向前罗拉钳口。在捻回传递过程中，由于捻回传递的滞后现象及导纱钩的捻陷作用，使纺纱段捻度tS逐渐减小。特别是在靠近前罗拉钳口附近捻度最小，通常被称为弱捻区。

图7—5—8 加捻纱条上捻度分布

对一落纱的tS进行测定，其结果如图7—5—9所示。从图可见：

(1)空管始纺时捻度较少，满纱时捻度较多，中纱阶段捻度居中。

(2)在钢领板短动程升降中，卷绕小直径时捻度多，大直径时捻度少。因此在小纱管底成形完成卷绕大直径时，捻度是一落纱中的最小值，此时纱线强力明显降低，这也是此处断头较多的原因之一。

影响纺纱段动态捻度的主要因素有：

(1)捻度传递的长度和纺纱段长度：小纱时，钢领板、导纱板位置较低，气圈段纱条长，捻度传递到纺纱段距离较长；此时纺纱段纱条也长，因此使纺纱段动态捻度减少。随着钢领板和导纱板的级升，气圈段与纺纱段纱条逐渐缩短，因此纺纱段动态捻度在中纱较多，大纱更多。

图7—5—9 动态捻度分布

(2)导纱角b：b较大，导纱钩的捻陷小，有利于捻回的传递。但随着b增大，纱线在导纱钩上的包角q相应减小，增加了纺纱段的张力波动。FA506型细纱机导纱角在58°~63°范围内。

(3)气圈顶角a。：当气圈凸形大时，a较大，导纱钩捻陷作用较大。在管底成形完成卷绕大直径时，气圈凸形最大，a为一落纱中的最大值，对捻回传递不利，此时纺纱段动态捻度最少；而大纱时气圈收紧，a。最小，对捻回传递有利，使动态捻度达到一落纱的最大值。

(4)纺纱张力Ts：随着张力增加，导纱钩对纱条的正压力增大，从而使捻陷增大。

编辑：纺织大学堂

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