纺织技术 | 环锭细纱机纱条张力分析与控制（上）

众所周知，影响细纱断头的原因是多方面的，有原料、半制品质量、设备、工艺、运转操作、温湿度等，即细纱断头是纺纱生产中各因素的综合体现。但从高速生产中所表现出来的规律来看，细纱断头的实质主要是加捻卷绕过程中，纱线动态强力小于作用在该处的纱线动态张力产生断头。由于纱线张力和强力均存在波动。当张力波峰遇到并超过强力谷值时便发生细纱断头，因此，分析、研究加捻卷绕过程中纱条张力变化，对提高质量、降低断头有其重要意义。

1.纱条张力分析

在细纱机加捻卷绕过程中，可将纱条上各部位的张力分别称为纺纱张力TS、气圈顶端张力T0，气圈底端张力TR和卷绕张力TW。

1.1 纱条张力的基本规律

由纱条张力基础理论可知，在气圈底端张力TR与卷绕基本工艺参数的关系中，如果能控制一个参数变化，而其他基本工艺参数保持相对不变时，则气圈张力变化规律可归纳如下：

（1）气圈底端张力TR与锭子速度的平方成正比。

（2）气圈底端张力TR与钢丝圈重量成正比，所以生产上可以很方便地通过改变钢丝圈号数（重量）的方法来调节气圈张力及其形态。

（3）气圈底端张力TR与钢领半径R（或直径D）成正比，因此，缩小钢领直径会减小纱条张力。

由气圈基础理论可知，气圈顶端张力T0与气圈底端张力TR关系如下：

式中 R：钢领半径；

ωt：气圈回转角速度（一股可用锭子回转角速度近似表达）；

m：气圈纱条的线密度。

由式（1）（2）可知，气圈顶端纱条张力T0大于气圈底端纱条张力TR。

气圈顶端纱条张力T0克服导纱钩的摩檫阻力后向上传递至纺纱段形成纺纱张力TS。因为导纱钩一般为圆形截面，可以用欧拉公式近似表示TS与T0关系，即

式中 u0：纱条与导纱钩的摩檫系数；

θ0：纱条与导纱钩的包围角。

综合以上分析，卷绕过程中纱条张力分布的一般规律为：TW＞T0＞TR＞TS。图1是一落纱中管纱成形不同位置上纱条张力的分布示例。图中横坐标上奇数表示钢领板短动程的底部位置，偶数表示钢领板短动程顶部位置。

图1 一落纱中管纱成形不同位置上纱条张力的分布示例

1.2 纺纱张力变化曲线

纺纱张力峰值超过纺纱强力谷值是产生上部断头的根源。因此，为了降低上部断头，应该了解、控制纺纱张力的变化规律。

纺纱张力TS是由气圈顶端张力T0通过导纱钩向上传递产生的，因此纺纱张力TS随纱条对导纱钩包围角θ0和卷绕基本工艺参数而变。纺纱张力TS是钢丝圈离心力、钢领与钢丝圈的摩檫系数、纱条与钢丝圈的摩檫系数、纱条与导纱钩的摩檫系数、纱条线密度、管纱卷绕比、纱条与导纱钩的的包围角以及气圈底角的函数。所以，在特定工艺条件下，纺纱张力TS的变化主要是由卷绕半径、纱条与导纱钩的的包围角和钢领与钢丝圈的摩檫系数等三者的变动所形起的。

为了便于分析，在分析纺纱张力TS变化曲线时，把由于管纱卷绕直径随钢领板短动程升降所引起的周期性变化（在实际测定纺纱张力TS变化曲线时，也包括了钢领板短动程升降所引起的气圈高度变化）而产生的TS变化，称为纺纱张力的波动，用ΔTS表示；把由于纱条与导纱钩的包围角随钢丝圈高速回转所引起的周期性变化而产生的TS变化，称为纺纱张力的脉动，用δTS表示；把由于钢领与钢丝圈的摩擦系数值的突变等所引起的张力峰值称为突变张力，用TSP表示。图2是钢领板一次短动程升降过程中，未出现突变张力TSP时的纺纱张力TS变化曲线示例。

图2 纺纱张力TS变化曲线示例

图2中各符号代表意义如下：

TS1：在钢领板短动程顶端（卷绕小直径d0）、气圈处于机台的正前时纺纱张力的峰值；

TS2：在钢领板短动程顶端（卷绕小直径d0）、气圈处于机台的正后时纺纱张力的谷值；

Tst：在钢领板短动程顶端（卷绕小直径d0）纺纱张力的平均值，Tst = (TS1- TS2)/2；

δTSt：在钢领板短动程顶端（卷绕小直径d0）纺纱张力的脉动值，δTSt=TS1- TS2；

TS1＇：在钢领板短动程底端（卷绕大直径dm）、气圈处于机台的正前时纺纱张力的峰值；

TS2＇：在钢领板短动程底端（卷绕大直径dm）、气圈处于机台的正后时纺纱张力的谷值；

Tsb：在钢领板短动程底端（卷绕小直径dm）纺纱张力的平均值，Tsb = (TS1＇- TS2＇)/2；

δTSb：在钢领板短动程底端（卷绕小直径dm）纺纱张力的脉动值，δTSb= TS1＇- TS2＇；

s：钢领板一次短动程中纺纱张力的平均值，一般用短动程顶端（卷绕小直径d0）处纺纱张力平均值和短动程底端（卷绕大直径dm）处纺纱张力平均值的平均近似表示如下：s=(TSt- TSb)/2

钢领板一次短动程升降过程中纺纱张力的波动，一般用短动程顶端（卷绕小直径d0）处纺纱张力平均值和短动程底端（卷绕大直径dm）处纺纱张力平均值之差表示：ΔTS= TSt- TSb。

在钢领板短动程顶端位置纺纱张力的脉动，一般用在钢领板短动程顶端气圈处于机台的正前时纺纱张力的峰值和气圈处于机台的正后时纺纱张力的谷值之差表示：δTS=TS1- TS2。

在钢领板短动程底端位置纺纱张力的脉动，一般用在钢领板短动程底端气圈处于机台的正前时纺纱张力的峰值和气圈处于机台的正后时纺纱张力的谷值之差表示：δTSb= TS1＇- TS2＇。

由以上分析可知，纺纱张力有随钢领板短动程升降所引起“中”周期性变化的张力波动，有随钢丝圈高速回转所引起的“短”周期性变化的张力脉动和由钢领与钢丝圈的摩擦系数f值的突变所引起的“瞬时”突变张力（张力峰值），还有在整落纱过程中随气圈高度与气圈形态变化所引起的“长”阶段中的变化，因此纺纱张力不是一个恒值，而是一个不断波动的变量，恒张力纺纱提法不科学，张力波动和张力脉动是管纱卷装型式客观存在。

一般来讲，TS1≈Tst，TS2≈TSb，可得纺纱张力脉动值表达式：

δ=

由上式可知，纺纱张力脉动值δTS取决于气圈顶端张力T0、导纱角β0、气圈顶角α0和纱条与导纱钩的摩檫系数μ0。在特定条件下，μ0变化不大，所以纺纱张力脉动值δTS取决于气圈顶端张力T0、导纱角β0、气圈顶角α0。一落纱全过程中纺纱张力峰值示例如图3所示的光滑曲线。

图3 一落纱全过程中纺纱张力峰值变化曲线测定示例

由图3可知：

（1）在一落纱全过程中，钢领板短动程顶端（卷绕小直径d0）位置时纺纱张力的峰值TS1，从始纺起随着管纱成形的增大而逐渐减小，这是由于在相同的管纱卷绕小直径下，气圈高度逐渐缩短的缘故。但在大纱阶段，纺纱张力的峰值TS1＇随着气圈高度逐渐缩短反而上升，这是由于大纱阶段管纱卷绕小直径时，气圈高度缩短至气圈形态过于平直、缺乏弹性调节能力的缘故。

（2）在一落纱全过程中，钢领板短动程底端位置时纺纱张力的峰值TS1＇，从空管始纺到管纱纺满为止，始终是下降的。小纱期TS1＇下降快，随着管纱成形的增大，下降速率逐渐减慢。在管底成形过程中，TS1＇下降速率快的原因是气圈高度缩短和卷绕直径增大双重因素的影响，管底成形完成后，只有气圈高度缩短使纺纱张力降低。

（3）一落纱中纺纱张力的最大值一般发生在空管始纺、钢领板处于短动程底端位置时刻，因为这个位置气圈高度最长、管纱卷绕直径又小。为了减小空管始纺时的张力，常将空管底部直径放大，以增大卷绕角，减小卷绕张力。在高速生产中，为防止小纱断头，必须配置小纱变速装置。

（4）一落纱中纺纱张力的最小值一般发生在满纱卷绕大直径位置，因为气圈高度短和卷绕直径大双重因素。气圈形态正常、弹性调节能力强。

总的情况是小纱期气圈长、凸形大，张力大；中纱期气圈长度适中、气圈凸形正常，张力平稳而偏小；大纱期气圈偏短、气圈凸形小或无凸形而平直，张力又趋向增大。这种张力变化规律，结合一落纱全过程中捻回传递效率，决定了小纱期断头多；中纱断头少；大纱断头又增多的一般规律，大纱断头主要发生在管纱卷绕小直径处。

（未完待续）

作者：唐文辉

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