謝春萍，高衛(wèi)東，劉新金，蘇旭中，朱預(yù)坤

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

緊密紡又稱集聚紡，是在環(huán)錠紡紗的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型紡紗技術(shù)［1］。其主要特點(diǎn)是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽引裝置前增加1個(gè)纖維凝聚區(qū)以改善成紗質(zhì)量［2－4］。關(guān)于緊密紡的研究已取得了一些成果［5－8］，目前國(guó)際上主要有瑞士立達(dá)(Rieter)、德國(guó)緒森(Sussen)、日本豐田(Toyota)、德國(guó)青澤(Zinser)和瑞士卡洛斯(Roscraft)公司的5種不同結(jié)構(gòu)的緊密紡紗系統(tǒng)，其集聚原理基本相同，但在集聚方式上有所不同，前4個(gè)為負(fù)壓氣流集聚，最后1 個(gè)為機(jī)械式集聚［9－10］。Sussen 和 Toyota公司的緊密紡裝置集聚區(qū)完全曝露，能耗和物耗較高;而Rieter公司的 COM4緊密紡紗系統(tǒng)盡可能實(shí)現(xiàn)了負(fù)壓的完全利用，因此能耗較低，但需要整機(jī)引進(jìn)，價(jià)格昂貴［11］;日本 Toyota公司和德國(guó) Zinser公司的也需要整機(jī)引進(jìn)，價(jià)格較為昂貴;德國(guó)Sussen公司的三羅拉網(wǎng)格圈式緊密紡系統(tǒng)雖然改造成本低，但運(yùn)行和維護(hù)成本較高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)眼及圓孔易堵塞，需經(jīng)常清潔維護(hù)或更換［12］。

針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有緊密紡系統(tǒng)改造成本較高、能耗高的現(xiàn)象，本文介紹一種新型窄槽式負(fù)壓空心羅拉緊密紡系統(tǒng)——全聚紡。該系統(tǒng)采用一種大直徑窄槽式負(fù)壓空心羅拉，配合相應(yīng)專件以及吸風(fēng)系統(tǒng)及其配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，全面提高吸風(fēng)系統(tǒng)集聚負(fù)壓利用效率，可安裝在國(guó)產(chǎn)機(jī)架上，便于老機(jī)改造，在實(shí)現(xiàn)負(fù)壓氣流完全集聚效果的前提下，降低系統(tǒng)能耗以及改造過(guò)程中機(jī)物料消耗，從而降低改造成本，提高成紗質(zhì)量。

1 全聚紡機(jī)構(gòu)裝置簡(jiǎn)介

全聚紡裝置是以傳統(tǒng)的環(huán)錠紡三羅拉長(zhǎng)、短膠圈牽伸裝置為基礎(chǔ)，保留中羅拉，上、下膠圈和后牽伸區(qū)機(jī)構(gòu)，將前羅拉替換成直徑為50 mm且表面開(kāi)有條形窄槽的空心羅拉。機(jī)構(gòu)裝置示意圖如圖1所示。

圖1 全聚紡裝置示意圖Fig.1 Structure of comp lete condensing spinning system

窄槽式負(fù)壓空心羅拉結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。在空心羅拉2的表面，由最前方的輸出阻捻皮輥6和原來(lái)的前皮輥5所控制的圓弧區(qū)域構(gòu)成集聚區(qū)。在羅拉內(nèi)部裝有位置固定的吸風(fēng)組件3，吸風(fēng)組件通過(guò)風(fēng)道1與細(xì)紗機(jī)上的中央吸風(fēng)系統(tǒng)相連。風(fēng)機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下，集聚區(qū)周邊的氣流產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，在氣流導(dǎo)向裝置的引導(dǎo)下，氣流穿過(guò)溝槽，通過(guò)吸風(fēng)插件被吸入中央吸風(fēng)系統(tǒng)，在此過(guò)程中，集聚區(qū)須條中的纖維在氣流的作用下，自上而下，由邊緣到中心向須條內(nèi)部集聚，縮小須條的寬度使須條保持緊密順直，須條在羅拉表面向前輸送的過(guò)程中，其前進(jìn)速度與羅拉速度保持一致，這樣可減少須條的意外牽伸，盡量滿足“集聚不牽伸”的原則，從而改善成紗結(jié)構(gòu)，提高成紗質(zhì)量。

圖2 窄槽式負(fù)壓空心羅拉結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Hollow roller with strip groove structure

2 全聚紡集聚區(qū)流場(chǎng)模擬

利用AutoCAD繪圖軟件完成全聚紡集聚區(qū)三維物理模型的建立，如圖3所示。其中物理模型的尺寸以及相互位置嚴(yán)格參照實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，條形通槽寬度為0.8 mm，吸風(fēng)槽寬為3 mm，且緊貼于集聚羅拉內(nèi)表面。在此基礎(chǔ)上，利用Fluent模擬軟件給出全聚紡系統(tǒng)集聚區(qū)流場(chǎng)分布。數(shù)值模擬中沒(méi)有考慮須條的影響，同時(shí)也沒(méi)有考慮各個(gè)部件自轉(zhuǎn)所造成的近壁面氣流層的存在。模擬時(shí)，設(shè)須條的集聚方向?yàn)閄軸，須條前進(jìn)方向?yàn)閅軸，須條厚度方向?yàn)閆軸。為便于比較分析，給出網(wǎng)眼羅拉型緊密紡系統(tǒng)集聚區(qū)流場(chǎng)分布。

圖3 全聚紡集聚區(qū)三維物理模型Fig.3 Three-dimensional physicalmodel on condensing zone of complete condensing spinning with guiding device

Z軸截面速度流線圖如圖4所示。由圖可知，2種結(jié)構(gòu)的集聚區(qū)流場(chǎng)規(guī)律類似，氣流均是從須條前進(jìn)方向的兩側(cè)以傾斜角度進(jìn)風(fēng)且關(guān)于吸風(fēng)斜槽的中心線對(duì)稱，同時(shí)氣流在該集聚區(qū)截面方向的覆蓋范圍相差不大，但是采用條形通槽空心羅拉的全聚紡系統(tǒng)速度流線更為密集，即氣流在該截面的集聚方向及前進(jìn)方向的流速較網(wǎng)眼羅拉的大，因此須條能受到更大的集聚作用力。

圖4 Z軸向截面速度流線圖Fig.4 Stream line diagram of flow velocity in Z-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

Y軸向截面速度流線圖如圖5所示。由圖可知，網(wǎng)眼集聚羅拉外表面的氣流基本上平行于須條集聚方向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)吸風(fēng)槽口位置時(shí)，再以一定的傾斜角度流入網(wǎng)眼內(nèi);而條形通槽集聚羅拉表面氣流基本上以一定的傾斜角度進(jìn)入通槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了懷抱式進(jìn)風(fēng)，有利于提高集聚效果。同時(shí)，條形通槽外表面的氣流流速略高于網(wǎng)眼，這是因?yàn)闂l形通槽的負(fù)壓入口較網(wǎng)眼大，氣流不會(huì)被網(wǎng)眼之間的間隙所阻隔。

3 紡紗實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

紡紗實(shí)驗(yàn)是在A公司的全聚紡與緒森原裝網(wǎng)格圈緊密紡細(xì)紗機(jī)、B公司的全聚紡與四羅拉網(wǎng)格圈緊密紡細(xì)紗機(jī)、C公司的全聚紡與三羅拉、四羅拉網(wǎng)格圈緊密紡細(xì)紗機(jī)上分別進(jìn)行，分別紡制精梳純棉紗 JC 11.7 tex、JC 7.4 tex 和 JC 11.7 tex。

圖5 Y軸截面速度流線圖Fig.5 Stream line diagram of flow velocity in Y-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

3.2 測(cè)試方法與儀器

對(duì)紗線的品質(zhì)主要是從紗線的毛羽、強(qiáng)力、條干3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定的，分別測(cè)試紗線的3～9 mm毛羽數(shù)、斷裂強(qiáng)力和條干CV值等指標(biāo)。具體測(cè)試儀器如下:毛羽測(cè)試儀器，陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司YG172A型紗線毛羽測(cè)試儀;強(qiáng)力測(cè)試儀器，陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司YG063全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀;條干測(cè)試儀器，陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司YG135G型條干均勻度測(cè)試分析儀。測(cè)試環(huán)境:溫度為(21±2)℃，相對(duì)濕度為(65±3)%。測(cè)試結(jié)果如表1～3所示。

表1 A公司(JC 11.7 tex)Tab.1 A com pany(JC 11.7 tex)

3.3 紗線性能測(cè)試結(jié)果與分析

從以上對(duì)比測(cè)試結(jié)果可以看出，全聚紡與網(wǎng)格圈式緊密紡相比，其條干水平有所改善，細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)也都有所減少，3 mm有害毛羽降低效果基本相同，強(qiáng)力略有下降，即其成紗綜合質(zhì)量比網(wǎng)格圈式緊密紡相對(duì)較好。這是由于全聚紡系統(tǒng)采用了大直徑窄槽式負(fù)壓空心羅拉，并配合相應(yīng)專件以及吸風(fēng)系統(tǒng)及其配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得集聚區(qū)長(zhǎng)度增加為30 mm，非控制區(qū)理論上減少到0 mm，實(shí)現(xiàn)了真正意義的“全程集聚”，對(duì)紗線的集聚效果更好?？招牧_拉的直徑為50 mm，通過(guò)設(shè)計(jì)將車面傾角調(diào)整為30°，同時(shí)設(shè)計(jì)新的下皮圈銷，使大羅拉直徑時(shí)的前區(qū)浮游區(qū)長(zhǎng)度可在11.79～14 mm間調(diào)節(jié)，對(duì)紗線條干的控制更加穩(wěn)定，全面提高成紗綜合質(zhì)量。從運(yùn)行情況看，全聚紡系統(tǒng)在紡紗過(guò)程中不易產(chǎn)生因空氣飛花造成的吸孔堵塞現(xiàn)象，無(wú)需定時(shí)清潔或更換網(wǎng)格圈，改造成本投入后，幾乎沒(méi)有易損件的消耗，運(yùn)轉(zhuǎn)成本低于網(wǎng)格圈型緊密紡。

表2 B公司(JC 7.4 tex)Tab.2 B com pany(JC 7.4 tex)

表3 C公司(JC 11.7 tex)Tab.3 C com pany(JC 11.7 tex)

4 全聚紡系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1)成紗綜合質(zhì)量大幅提高。與普通環(huán)錠紡裝置相比:在減少3 mm以上有害毛羽的同時(shí)保留了豐富的 1、2 mm短毛羽，3 mm以上有害毛羽減少70% ～90%，而1、2 mm短毛羽的保留量接近于環(huán)錠紗，改善了成紗條干均勻度，耐磨性增加20% ～50%，同時(shí)，條干錠差CVb較其他形式緊密紡更小。

2)改造和維護(hù)設(shè)備的成本低。采用直徑為50 mm的窄槽式負(fù)壓空心羅拉以提高吸風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓集聚效果與利用效率，同時(shí)使其轉(zhuǎn)速減半，有效延長(zhǎng)軸承和齒輪壽命、減少機(jī)械故障，大幅減少改造中的機(jī)物料消耗和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本，使企業(yè)細(xì)紗機(jī)全聚紡改造成本大幅降低。

3)系統(tǒng)運(yùn)行中的能源消耗低。通過(guò)對(duì)集聚區(qū)流場(chǎng)分布的理論分析以及吸風(fēng)系統(tǒng)配套組件的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高吸風(fēng)系統(tǒng)集聚負(fù)壓利用效率，通過(guò)對(duì)風(fēng)道的配套設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)吸風(fēng)系統(tǒng)正壓熱尾風(fēng)的有效再利用，大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行中的能源消耗。

4)適應(yīng)性強(qiáng)。通過(guò)牽伸傳動(dòng)裝置在國(guó)產(chǎn)細(xì)紗機(jī)上的可移植安裝設(shè)計(jì)，可適應(yīng)主流環(huán)錠細(xì)紗機(jī)改造，特別是長(zhǎng)車帶自落型式。同時(shí)品種適應(yīng)性更強(qiáng)，采用窄槽式結(jié)構(gòu)空心羅拉取代網(wǎng)眼空心羅拉，對(duì)車間環(huán)境適應(yīng)性更好，對(duì)原棉的適應(yīng)性更好，不易堵塞集聚羅拉與吸風(fēng)組件。

采用直徑為50 mm的前羅拉，將車面傾角調(diào)整為30°，配合前區(qū)摩擦力界的優(yōu)化設(shè)計(jì)(包括重新設(shè)計(jì)下銷和羅拉高低、進(jìn)出調(diào)節(jié)、皮圈鉗口的開(kāi)口配合)實(shí)現(xiàn)大羅拉直徑時(shí)的前區(qū)浮游區(qū)長(zhǎng)度可在11.79～14 mm之間調(diào)節(jié)，提高原料的適應(yīng)性。

5 結(jié)語(yǔ)

研制了一種新型窄槽式負(fù)壓空心羅拉緊密紡系統(tǒng)——全聚紡。通過(guò)在3家不同紡紗企業(yè)進(jìn)行紡紗實(shí)驗(yàn)與網(wǎng)格圈型緊密紡成紗質(zhì)量進(jìn)行全面對(duì)比指出:與網(wǎng)格圈式緊密紡相比，全聚紡成紗條干稍好，毛羽減少效果基本相同，強(qiáng)力稍有降低，即成紗綜合質(zhì)量相對(duì)略好。從運(yùn)行情況看，由于全聚紡采用大直徑窄槽式負(fù)壓空心羅拉，并配合相應(yīng)專件以及吸風(fēng)系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)在紡紗過(guò)程中不易產(chǎn)生吸孔堵塞現(xiàn)象，無(wú)需定時(shí)清潔或更換網(wǎng)格圈，簡(jiǎn)化了管理工作。盡管其改造工作較網(wǎng)格圈式復(fù)雜，一次性改造費(fèi)用較高，但全聚紡取消了網(wǎng)格圈、小齒輪、皮輥盒、引導(dǎo)膠輥及軸承等易損件，可以節(jié)省人工、節(jié)約配件成本，有效降低系統(tǒng)整體運(yùn)行維護(hù)成本，在運(yùn)行過(guò)程中幾乎沒(méi)有易損件的消耗，運(yùn)行維護(hù)成本低于正常的網(wǎng)格圈式緊密紡。因此，全聚紡系統(tǒng)具有一定的使用優(yōu)勢(shì)和推廣價(jià)值，能夠?yàn)榫o密紡技術(shù)在我國(guó)的大面積推廣起到促進(jìn)作用。

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