【技术连载】《纺纱学》— 后加工-3

(三)卷绕密度

筒子的卷绕密度就是反映筒子上纱线卷绕的松紧程度，通常用筒子上单位绕纱体积的重量来表示，生产中一般用称重法计算卷绕密度。筒子的平均卷绕密度为：

筒子紧密度适当，可使后工序退绕轻快，在运输和储存中能保持原状，不致变形损坏。在保证后工序轻快退绕、尽量减少损伤纱线物理机械性能的条件下，可适当增加卷绕密度，以增加筒子容量。

影响筒子卷绕密度的主要因素有络筒张力、筒子卷绕方式、筒子受到的压力、纱线直径和线密度。不同纤维、不同线密度和不同用途的筒子纱有着不同的卷绕密度。整经用棉纱筒子的卷绕密度要求在0.38～0.45g/cm³，而染色筒子纱的卷绕密度一般为0.32～0.37g/cm³，以这样的卷绕密度制成的筒子结构松软，染料可以顺利浸透纱层，达到均匀的染色效果。

1.络纱张力与筒子卷绕密度的关系

络纱张力对筒子卷绕密度有着直接影响，张力越大， 筒子卷绕密度也越大，因此实际生产中通过调整络筒张力改变卷绕密度。络纱张力还对筒子内部卷绕密度的分布有极大影响，纱线绕上筒子后，纱线张力产生的压力压向内层，由于纱线具有一定的弹性使得纱层较软，各纱层所产生的压力会向里面纱层传递，最终使里层的纱圈产生变形，卷绕密度增加。但在靠近筒管处的纱层，由于筒管的支持仍保持原有的形状，密度也较大。而在靠近筒子表面的纱层所受压力较小，卷绕密度也较小，这种变化如图8-2-8所示，曲线I为张力的变化，曲线Ⅱ为卷绕密度的变化。

2.纱圈卷绕角与筒子卷绕密度的关系

先取纱线在交叉处的微元体积进行分析。如 图 8-2-9所示，设a、b、c分别为截取微元交叉纱段所占体积的长、宽、厚，l为所截纱段的长度。

图8-2-8 筒子内部纱线张力和密度的变化 图8-2-9 微元交叉纱段

该微元交叉纱段所占体积 V 为：

V=abc

式 中 ：a=lsina;

b=lcosa。

所以：

又因为该微元交叉纱段的重量为：

g=2×10-⁵×lTt 于是该微元交叉纱段的卷绕密度γ为：

分析上式得出：筒子卷绕密度与纱圈交叉角2α的正弦值成反比。当交叉角为90°(a=45°)时，卷绕密度最小；当交叉角接近零时，卷绕密度最大。所以，从卷绕结构来分析，平行卷绕的卷绕密度要大于交叉卷绕。交叉角(或卷绕角)大的卷绕结构，其卷绕密度要小于交叉角小的卷绕结构。

用上述分析和原理来观察锥形筒子的卷绕密度，可以看出：由于筒子大端的纱圈卷绕角小于小端，故筒子大端的卷绕密度要大于小端。由于筒子大端外层的卷绕角比大端里层的卷绕角略大，故大端外层的卷绕密度要略小于里层，即里紧外松。由于筒子小端的外层卷绕角比小端里层的卷绕角略小，故小端的外层卷绕密度要略大于里层。这种里松外紧的结构，在筒子加压配置不当时，是筒子小端易出现菊花芯的原因之一。棉纺织生产中所用的整经筒子的卷绕角为30°左右，而用于染色的松式筒子卷绕角为55°左右，故后者的卷绕密度较前者小。

3.筒子加压与筒子卷绕密度的关系

筒子加压力的大小与筒子的卷绕密度关系极大。加压力大，卷绕密度大，反之，则小。随着筒子卷绕直径不断增大，筒子的自重增加，筒子与槽筒之间的压力增大，从而造成筒子卷绕密度沿筒子的径向分布不匀。在现代新型自动落筒机上，均设有较完善的压力调节机构，且能吸收筒子高速回转产生的跳动，故筒子卷绕密度均匀，成形良好。图8-2-10为新型自动络筒机上装有的压力调节装置。随着筒子卷绕直径增大时，平衡气缸内的气压是恒定的，但气缸随筒子直径增大而上抬，其作用力的力臂增大，从而平衡筒子在络筒过程中逐渐增 大筒子重量，保持筒子作用在槽筒上的压力恒定，使卷绕密度内外一致。

图8-2-10 压力调节装置

(四)卷绕的重叠与防叠

1. 重叠的产生与危害

重叠的产生与危害，由滚筒传动筒子，当筒子的传动半径达到某一值时，筒子上下层纱圈连续叠绕起来，形成凸起的条状成带状，如图8-2-11所示，这种现象叫做重叠。当导纱器引导纱线做成一个或几个往复运动时，如果筒子回转整数转，则上下层纱在筒子两端的起绕点位置重合，产生连续或间隔重叠。它使筒子成形不良，退绕时造成大量断头与乱纱，其危害甚大。

若筒子转数不为整数，则小数部分造成筒子端面上纱圈的位移 L 及其对筒子轴心的夹角，如图8-2-12所示，这个夹角称为纱圈的位移角。

图8-2-11 筒子上的纱圈重叠 图8-2-12 纱圈位移角

位移角φ为：

φ=2π(n-n') 式中：n—— 导纱器一个往复筒子的回转数；

n'——n 的整数部分。

由于筒子的回转速度 n 是随传动半径的增加而减少的，当传动半径达到某一值，而 n 恰为整数时，则：

φ=0时，产生连续重叠，如图8-2-13所示。

图8-2-13 纱圈重叠情况

φ=2π/2时，则两个往复、五个往复重叠一次。

φ=2π/3时，则三个往复、五个往复重叠一次，这时重叠现象已不显著。

φ=2π/5时，则五个往复重叠一次，这时已看不出重叠现象。

φ=0时，形成导纱器每一往复的“连续重叠”，重叠现象比较严重。尤其是筒子的传动半径等于槽筒半径时更为严重，因为这时导纱器一次往复，筒子的转数等于槽筒的沟槽圈数，重叠的条带与沟槽啮合，重叠将继续发生，直到重叠条带粗大到沟槽不能容纳为止。

设槽筒上一个往复刻槽 m 圈 ，R为槽筒半径，Rx为筒子的传动半径，则上式表明筒子回转整数转时，n'与槽筒上刻槽圈数、槽筒半径、筒子传动半径间的关系。R、是随筒子卷绕时间而增加的，当R、达到某一数值时，n'为整数则产生重叠。重叠造成筒子严重疵点，因此必须采取防叠措施。

当φ=0时

2. 防叠措施

(1)间歇性地通断槽筒电动机

通过间歇性地通断槽筒电动机，可以使槽筒转速在一个周期内经历“等速→减速→加速→等速”的变化过程。在槽筒减速和加速时，筒子转速也呈现出“等速→减速→加速等速”的变化规律，但由于惯性的缘故，筒子的转速变化总滞后于槽筒的转速变化，只要槽筒回转的角加速度达到一定值后，筒子便会在槽筒上打滑，这种滑移改变了纱圈位移角，使得它不再规律性地缓缓变化，这样即使在等速阶段出现了重叠，它也不会持续下去，这就达到了防叠的目的。

在普通络筒机上，间歇性地通断槽筒电动机是通过无触点式间歇开关实现的，图8-2-14为 其原理框图。

图8-2-14 电子防叠原理图

循环定时器可以精确地产生低频矩形脉冲讯号，单位时间内产生的脉冲数对应于间歇性地通断槽筒电动机的次数，可调范围为20～40个/min。矩形脉冲讯号控制触发器的工作。矩形波的正脉冲使可控硅导通，这时触发变压器的次级输出电压，而矩形波的负脉冲不使可控硅导通，这时触发变压器的次级无电压输出。因触发变压器的次级控制着槽筒电动机三相中的两相上的双向可控硅，从而实现间歇通断电动机的功能。

变频调速电动机控制槽筒产生周期性差微转速变化：这种方法目前被奥托康纳338、络利安的新型自动络筒机上采用。络筒机单锭设一变频器和电动机，带动槽筒转动。络筒机的微机控制中心按预设变速频率经变频器控制电动机产生周期性差微转速变化，达到防止筒子重叠卷绕的目的。槽筒的变速频率可由键盘输入和调整，方便而可靠。

在奥托康纳338自动络筒机上，采用变频调速的方法，使络筒过程中电源频率波动，从而使电动机速度产生所需的波动，以达到防叠效果。

(2)筒子托架做周期性的摆动

摆动式筒子托架的防叠原理是：通过周期性地微量摆动筒锭握臂，使受槽筒摩擦传动的筒子传动半径作微小波动，使一个导纱往复中筒子转过的转数发生间歇性变化，进而改变了纱圈位移角。

图8-2-15 摆动握臂式防叠机构

实现筒子托架做周期性摆动的装置如图8-2-15所示，偏心轮1以22次/min的转速转动，经转子2、连杆3和轴4,使叉子5左右摆动，再经横杆6和拔叉7使筒锭握臂轴8往复摆动。当筒子小端向下摆动时，筒子的传动半径减小，筒子转速增加，当筒子小端向上摆动时，筒子的传动半径增大，筒子转速降低。偏心轮转一转，筒子转速作微量变化，这种变化改变了纱圈位移角，达到了防叠的目的。

(3)采用防叠槽筒

①设置虚纹及断纹。在槽筒表面，自槽筒中央引导纱线向两端的沟槽称为离槽，自槽筒两端引导纱线返回中央的沟槽称为回槽。若将回槽取消，纱线凭借自身张力的作用，无需导纱仍能滑回到中央位置，这种无回槽的槽筒称为虚纹槽筒，如图8-2-16所示。若回槽上缺掉某些区段(一般缺在与离槽相交处)，这种回槽不完整的槽筒称为断纹槽筒。槽筒上设置了虚纹与断纹，当出现显著重叠时即会引起传动半径变化，从而引起筒子转速改变，结果纱圈位移角变化，使重叠不致持续很久，可避免啮合重叠。

②沟槽边缘左右扭曲，宽狭变化。即沟槽边缘离沟槽中心线忽近忽远，这样的设置能将已达到一定宽度的重叠条纹推出槽外，使重叠条纹与槽筒表面接触，筒子的转速立即得到改变，从而破坏了产生重叠的条件。

图8-2-16 虚纹槽筒 图8-2-17 直角槽筒的布局

③在适当部位采用直角槽筒。采用直角槽筒能够增强槽筒的“抗啮合”和“抗无效络纱”作用。为使槽筒防叠效能更为良好，直角槽的径向槽缘应在槽筒上做合理的布局，图8-2-17所示为槽筒同一母线上直角槽 ABC 和 A'B'C′，直角槽的径向槽缘在轴向做相反的布局，无论筒子沿轴向向哪一个方向游动，筒子上的轻微重叠条带总有一点被搁置在沟槽之外，这样就起到“抗啮合”和“抗无效络纱”的作用。

(4)采用防叠精密卷绕

精密卷绕从卷绕纱管的裸管直径到满管时，每层的卷绕圈数保持恒定。在精密卷绕成形过程中，每一圈的斜率和节距保持恒定，交叉角则逐渐减小。为了保持每层的卷绕圈数相同，绕线长度应一层接一层地减小。精密卷绕装置上纱线的返回不是位于前一动程返回点的前面，就是位于前一动程返回点的后面，在返回点处有一个整数值的位移，从而完全消除了重叠的形成。

在国外第三代自动络纱机上为实现精密卷绕在防叠方面做了重要改进。由于奥托康纳338自动络纱机是变频调速电机分别直接传动每个槽筒的，因此奥托康纳338上的 propack 可随时监测与计算槽筒与筒子之间速比并进行调节，可跳过产生重叠卷绕的速比临界值，使筒子纱卷绕始终保持正确的交叉卷绕状，以达到防止筒子上所绕纱圈重叠的目的。propack 的工作原理如图8-2-18所示。

图 8-2-18 propack 工作原理示意图

(5)采用步进精密卷绕技术

采用这种技术卷绕纱时，每完成一步又回复到前一步的卷绕角，步间对应点为相同的卷绕角，为了防止重叠，步中为精密卷绕方式，卷绕角在2°±1°内递减。

编辑：纺织大学堂

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