賈國(guó)欣，任家智，馮清國(guó)

(1.河南工程學(xué)院，河南鄭州 450007;2.中原工學(xué)院，河南 鄭州 450007)

精梳機(jī)的一個(gè)工作周期可分4個(gè)階段，即錫林梳理階段、分離前準(zhǔn)備階段、分離接合階段及錫林梳理前的準(zhǔn)備階段［1］。當(dāng)精梳機(jī)速度提高時(shí)，精梳機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間縮短，使錫林梳理后鉗板鉗口中棉叢的抬頭時(shí)間變短，易造成新、舊棉叢的搭接不良［2］。另一方面，當(dāng)精梳產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高需采用110°錫林時(shí)，錫林末排針通過錫林與分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)有可能將分離羅拉倒入機(jī)內(nèi)的棉網(wǎng)抓走而形成精梳落棉［3－4］。解決上述問題的辦法是采用錫林變速梳理，使錫林在梳理時(shí)速度加快，梳理過程提前結(jié)束，從而避免錫林末排針對(duì)分離羅拉運(yùn)動(dòng)的干擾，并使錫林梳理過的棉叢有充分的抬頭時(shí)間［5－6］，但錫林變速裝置采用何種方式以及錫林采用何種變速規(guī)律才能滿足工藝要求，尚缺少系統(tǒng)的理論分析。

本文從精梳機(jī)的工作原理入手，采用橢圓齒輪錫林變速裝置，研究錫林的角位移、角速度及角加速度規(guī)律;討論采用錫林變速裝置后精梳機(jī)一個(gè)工作周期4個(gè)工作階段的時(shí)間變化及精梳機(jī)工藝性能的變化規(guī)律。

1 橢圓齒輪式錫林變速梳理機(jī)構(gòu)原理

錫林變速梳理機(jī)構(gòu)是在原錫林回轉(zhuǎn)軸(軸心O1)上加裝2對(duì)齒數(shù)相等的橢圓齒輪，如圖1所示。齒輪1固裝在車頭143T齒輪軸上，恒速轉(zhuǎn)動(dòng);齒輪2、3同軸傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速相同;通過齒輪4傳向錫林。在回轉(zhuǎn)過程中，由于兩對(duì)嚙合橢圓齒輪的傳動(dòng)半徑不等，因此兩齒輪的轉(zhuǎn)速不同;但由于橢圓齒輪的齒數(shù)相同，故回轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間相同。從而實(shí)現(xiàn)精梳機(jī)一轉(zhuǎn)的過程中，錫林變速梳理。

圖1 錫林變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型Fig.1 Motion model of cylinder speed-change mechanism

2 錫林變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

如圖1所示，錫林變速機(jī)構(gòu)采用橢圓齒輪傳動(dòng)，O1、O2、O3、O4分別為橢圓齒輪 1、齒輪 2、齒輪 3 及齒輪 4 軸心，r1、r2、r3、r4分別為橢圓齒輪 1、齒輪 2、齒輪 3 及齒輪 4 瞬時(shí)嚙合半徑，θ1、θ2、θ3、θ4分別為橢圓齒輪1、齒輪2、齒輪3及齒輪4的轉(zhuǎn)角，ω1、ω2、ω3、ω4分別為橢圓齒輪1、齒輪2、齒輪3及齒輪4的角速度;a為兩橢圓齒輪的中心距，亦為O1、O2之間的距離;b為短半軸長(zhǎng)度;c為長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度;e為半焦距。

2.1 齒輪2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

在△O1AO2'中，根據(jù)余弦定理得

根據(jù)橢圓的性質(zhì)［7］可知:r1+r2=a，a=2c;設(shè)橢圓率 λ =e/c，整理得下式［8］:

當(dāng)齒輪1以 ω1轉(zhuǎn)過 dθ1角度時(shí)，齒輪2以 ω2轉(zhuǎn)角為dθ2;根據(jù)兩齒輪轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)相等，則有:

將式(3)代入式(4)，兩端積分得

由式(3)得

將式(6)兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得到

式中ε2為齒輪2運(yùn)動(dòng)的角加速度。

2.2 齒輪4的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

由于齒輪3與齒輪2固裝于同根軸，則兩齒輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，而依據(jù)上述分析方法，可導(dǎo)出齒輪4的角位移θ4、角速度ω4及角加速度ε4分別為:

2.3 錫林運(yùn)動(dòng)規(guī)律的計(jì)算與分析

在精梳機(jī)上，齒輪1與分度盤相接，并與分度盤同速、同向回轉(zhuǎn)。假設(shè)按圖1所示方法安裝橢圓齒輪，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的分度盤刻度數(shù)為0，在橢圓齒輪橢圓率λ分別為0.1、0.2、0.3及精梳機(jī)車速為350鉗次/min時(shí)，根據(jù)式(5)～(10)，通過MatLab軟件編程，計(jì)算得到錫林的角位移曲線、角速度曲線及角加速度曲線，見圖2～4。

圖2 錫林角位移曲線圖Fig.2 Angular displacement curves of cylinder

圖3 錫林角速度曲線圖Fig.3 Angular velocity curve of cylinder

圖4 錫林角加速度曲線圖Fig.4 Angular acceleration curve of cylinder

由圖2可知:1)在0、20及40分度時(shí)錫林變速與錫林恒速時(shí)的角位移相等;在0到20分度區(qū)間內(nèi)，錫林變速時(shí)每分度的錫林角位移大于錫林恒速時(shí)的角位移;隨著分度數(shù)增加，錫林變速與錫林恒速時(shí)角位移的差值先增大后減小。2)在20到40分度區(qū)間內(nèi)，錫林變速時(shí)每分度錫林角位移小于錫林恒速時(shí)的角位移;隨著分度數(shù)增加，錫林變速與錫林恒速角位移的差值亦是先增大后減小。3)橢圓的橢圓率λ增大，錫林變速角位移與錫林恒速角位移的差值增大，而且橢圓率λ不同時(shí)最大差值的分度數(shù)也不同。

由圖3、4可知:1)當(dāng)橢圓率λ增大時(shí)，錫林角速度曲線的峰值越高、谷值越低;橢圓率λ不同時(shí)錫林角速度的峰值與谷值與錫林恒速度時(shí)的角速度之比見表1。2)隨著橢圓率λ的增大，角速度曲線的峰值部分越陡峭，而曲線的低谷部分越平坦，錫林的角加速度的峰值與谷值急劇增大。橢圓率λ不同時(shí)的最大角加速度值見表2。

表1 錫林變速時(shí)最大及最小速比Tab.1 Speed ratio of largest and least with cylinder speed change

表2 不同橢圓率λ時(shí)的最大角加速度值Tab.2 Largest value of angular acceleration under different eccentricity λ

3 錫林變速對(duì)工藝性能的影響

3.1 錫林梳理定時(shí)

圖5為精梳機(jī)錫林梳理階段開始定時(shí)與結(jié)束定時(shí)示意圖?？芍诰釞C(jī)工作過程中，當(dāng)錫林的第1排針A與鉗板鉗口P相遇時(shí)梳理開始，此時(shí)分度盤指針指示的分度數(shù)即為開始梳理定時(shí);同理，當(dāng)錫林末排針C與鉗板鉗口P相遇時(shí)梳理結(jié)束，此時(shí)分度盤指針指示的分度數(shù)即為結(jié)束梳理定時(shí)。根據(jù)E62型精梳機(jī)的鉗板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝尺寸［9－10］，在落棉刻度為10、錫林定位為38分度時(shí)，利用MatLab編程算得錫林恒速及錫林變速的梳理定時(shí)見表3。

圖5 錫林梳理開始與梳理結(jié)束定時(shí)Fig.5 Timing of begin and finish cylinder combing

表3 梳理定時(shí)Tab.3 Combing timing

由表可知，增大橢圓率λ，梳理開始定時(shí)推遲，梳理結(jié)速定時(shí)提早，梳理時(shí)間減小，梳理速度增大;當(dāng)橢圓率λ等于0.2時(shí)，梳理時(shí)間僅為4.5分度，不足錫林恒速時(shí)的二分之一。

3.2 精梳機(jī)的工作階段

在E62型精梳機(jī)上，由于鉗板最前位置定時(shí)為24分度，開始分離定時(shí)約為18分度，根據(jù)表3中橢圓率λ不同時(shí)的梳理開始及結(jié)束定時(shí)，得到精梳機(jī)各個(gè)工作階段的開始及結(jié)束時(shí)間，如表4所示。

表4 工作階段的開始及結(jié)束時(shí)間Tab.4 Time of begin and finish per work stage

由表4可知:增大橢圓率λ，可使錫林梳理階段用時(shí)減少，使分離前準(zhǔn)備階段和梳理前準(zhǔn)備階段用時(shí)增加。當(dāng)橢圓率λ等于0.2時(shí)，分離前的準(zhǔn)備階段提前了4.5分度，從而使錫林梳理后的棉叢有足夠的時(shí)間抬頭，有利新舊棉叢的搭接。

3.3 錫林末排針通過分離羅拉隔距點(diǎn)定時(shí)

在錫林梳理階段的后段，分離羅拉倒轉(zhuǎn)，將上一鉗次輸出的棉網(wǎng)倒入機(jī)內(nèi)，準(zhǔn)備與錫林剛梳理過的棉叢接合，如圖6所示。如果錫林末排針通過分離羅拉的時(shí)間較晚，有可能末排針將分離羅拉倒入機(jī)內(nèi)的棉網(wǎng)抓走，使新、舊棉叢的接合工作無法進(jìn)行，也會(huì)使精梳落棉中的可紡纖維數(shù)量急劇增加。采用錫林變速梳理后，由于梳理的時(shí)間減短，梳理過程提前結(jié)束，即錫林末排針通過錫林與分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)間提前，避免了對(duì)分離羅拉倒入機(jī)內(nèi)棉網(wǎng)的干擾。根據(jù)精梳機(jī)分離羅拉與錫林的相對(duì)位置及錫林變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律式(5)及(8)，利用MatLab編程計(jì)算得到不同橢圓率λ時(shí)錫林末排針通過分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)的分度數(shù)T見表5。

圖6 錫林與分離羅拉的運(yùn)動(dòng)配合Fig.6 Movement coordinate of cylinder and detaching roller

表5 錫林末排針通過分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)的分度數(shù)Tab.5 Index of last row of needle though least gauge point of detaching roller

由表5可知，錫林末排針通過分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)的分度數(shù)隨著橢圓率λ的增大而減小;當(dāng)橢圓率λ為0.2時(shí)，錫林末排針通過與分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)的分度數(shù)為6.5，較錫林恒速提早5分度，從而避免了錫林末排針對(duì)分離羅拉倒入機(jī)內(nèi)棉網(wǎng)的干擾。

4 結(jié)論

采用橢圓齒輪傳動(dòng)式錫林變速機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)錫林梳理時(shí)快速，梳理結(jié)束后慢速，從而增加了精梳機(jī)分離接合準(zhǔn)備階段的時(shí)間，有利于錫林梳理過的棉叢抬頭，并使錫林末排針通過與分離羅拉最緊隔距點(diǎn)時(shí)間提早，可避免錫林梳針將分離羅拉倒入機(jī)內(nèi)的棉網(wǎng)抓走。

橢圓齒輪的橢圓率越大，精梳機(jī)錫林梳理階段的時(shí)間越短，分離接合準(zhǔn)備階段的時(shí)間越長(zhǎng)，錫林末排針通過分離羅拉的時(shí)間也越早;但會(huì)使精梳機(jī)錫林運(yùn)動(dòng)的角加速度值急劇增大，因此橢圓齒輪的橢圓率選擇應(yīng)在滿足精梳機(jī)工藝要求的條件下較小為好。

本文從理論上系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤治隽隋a林變速裝置及工藝，為解決當(dāng)前精梳機(jī)速度提高后出現(xiàn)的一系列問題提供了依據(jù)，對(duì)于工廠的老機(jī)改造及新機(jī)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］ 任家智.紡織工藝與設(shè)備［M］.北京:中國(guó)紡織出版社，2004:110－111.REN Jiazhi.Textile Process and Mechanism［M］.Beijing:China Textile＆ Apparel Press，2004:110－111.

［2］ 任家智.E7/6型精梳機(jī)錫林梳理面對(duì)精梳工藝的影響［J］.棉紡織技術(shù)，2004，32(8):20 －23.REN Jiazhi.Influence on combing process of E7/6 comber cylinder surface［J］.Cotton Textile Technology，2004，32(8):20 －23.

［3］ 任家智.精梳機(jī)對(duì)纖維長(zhǎng)度的適紡性研究［J］.棉紡織技術(shù)，2004，32(1):13 －17.REN Jiazhi.Research on property ofsuitable for spinning of fiber length in comber［J］.Cotton Textile Technology，2004，32(1):13 －17.

［4］ 任家智，郁崇文.E62型精梳機(jī)分離羅拉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能研究［J］.紡織學(xué)報(bào)，2004，25(6):32－35.REN Jiazhi， YU Chongwen. Researchonprocess performance of driving mechanism of detaching roller on E62 comber［J］.Journal of Textile Research，2004，25(6):32－35.

［5］ 任家智，楊玉廣.精梳系統(tǒng)技術(shù)的新進(jìn)展［J］.棉紡織技術(shù)，2007，35(10):25 －28.REN Jiazhi， YANG Yuguang. New development of combing system technology［J］. Cotton Textile Technology，2007，35(10):25 －28.

［6］ 劉允光.淺析 E65型精梳機(jī)［J］.棉紡織技術(shù)，2006，34(12):32－34.LIU Yunguang.Trial analyses of E65 comber［J］.Cotton Textile Technology，2006，34(12):32 －34.

［7］ 中國(guó)礦業(yè)學(xué)院數(shù)學(xué)教研室.數(shù)學(xué)手冊(cè)［M］.北京:科學(xué)出版社，1981:49.China Mining Institute Mathematics Department.Mathematics Manual［M］.Beijing:Science Press，1981:49.

［8］ 符煒.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)［M］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出社，2001:81－82.FU Wei.Mechanism Design Study［M］.Changsha:Hunan University Press，2001:81 －82.

［9］ 賈國(guó)欣，任家智.E62型精梳機(jī)偏心軸參數(shù)對(duì)工藝性能的影響［J］.紡織學(xué)報(bào)，2008，29(12):83－86.JIA Guoxin， REN Jiazhi. The influence of nipper machine parameters in E62 comber on nipper holding process performance［J］.Journal of Textile Research，2008，29(12):83 －86.

［10］ 任家智.E62型精梳機(jī)工藝特性分析［J］.棉紡織技術(shù)，2005，33(8):15 －19.REN Jiazhi.Analysis on technology property of E62 combing machine［J］. Cotton Textile Technology，2005，33(8):15 －19.