翁 明

（河南二紡機股份有限公司，河南 信陽 464000）

0 引言

纖維加捻成紗的方法源于紗錠的發(fā)明，紗錠的應用至少要追溯到五六千年以前的新石器時代。那時，我們祖先發(fā)明的一種紡紗工具稱為“紡縛”。紡縛由陶片或石片制作的縛盤及縛桿組成，用手轉動縛盤時，縛盤自身的重力使蓬亂的纖維得到牽伸，同時又使拉細的纖維叢被加捻成麻花狀紗條，再卷繞在縛桿上。西漢時期，冶鐵技術得到較大的發(fā)展，出現了用鐵桿制作的紡縛，陶制的縛盤厚度和形狀從古到今基本沒有什么變化，我們祖先的聰明智慧令人贊嘆！經過后人不斷的試驗和改進，原來的手搖式單錠紡車改造成腳踏式三錠紡車。手工紡車所用的錠子就成為現代錠子的雛形。到18世紀，工業(yè)革命大大促進了紡織技術的發(fā)展，古老的手工紡紗逐漸被機器紡紗所取代：1765年，英國工人詹姆斯·哈里斯發(fā)明了珍妮紡紗機，該紡紗機有16個～18個錠子，是紡紗技術上的一大進步。1769年鐘表匠阿爾克萊斯制成了水力轉動的紡紗機，從此，機器傳動代替了人力傳動，這種紡紗機牽伸由三對羅拉完成，加捻用的是翼錠，翼錠的缺點是高速時錠臂在離心力的作用下發(fā)生很大的變形而影響轉動，同時因空氣阻力大導致機器的功率消耗過大［1］。1779年克隆普頓改進了珍妮紡紗機和水力紡紗機，設計了走錠紡紗機；理查德·羅伯特又將它改造成自動走錠紡紗機，這種紡紗方法紡出的紗線細而柔軟，比環(huán)錠紡豐滿、手感柔軟，整齊度、均勻性好，走錠的加捻和卷繞過程是先后分別完成的。因此，機器生產率和勞動生產率都較低。19世紀中葉，美國發(fā)明家費爾斯和詹克斯設計了一種上、下滑動軸承、不封閉的環(huán)錠紡紗機錠子，其錠速約為6kr／min。由于是不封閉的錠子結構，不能儲油防塵，需經常加油，且易油污紗線及機器。美國的拉貝思對錠子作了革命性改進，他把錠子的上、下軸承封閉在一個殼體內，現代意義上的細紗錠子才開始出現，又經過不斷改進和發(fā)展，錠子基本定型，成為由桿盤、下支承兩大主要部件和一些具有輔助功能的部件如剎錠器組成的綜合體。

1 錠子在紡紗工程中的地位

錠子是細紗機的主要加捻卷繞部件之一，是紡紗工業(yè)的象征，業(yè)內習慣上以擁有的細紗錠子的數量來衡量紡紗企業(yè)的設備規(guī)模和生產能力。細紗錠子外觀通常是一根帶有錠盤的細長軸，由裝配在錠腳內的上軸承及錠底（下軸承）支撐，由傳動帶拖動作高速回轉。細紗工序是成紗的最后一道工序，它是將粗紗或條子通過牽伸、加捻紡成一定號數且符合國家質量要求的細紗，供捻線、機織或針織使用。隨著紡織技術的發(fā)展，各種新型紡紗方法不斷出現，但傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗方法在紡織生產中仍然占有很重要的地位，這是因為在現存的各種紡紗技術中，傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗能提供最高的原料利用率、最大的適紡范圍以及不可比擬的紡紗質量。在近年來的國內國際紡織機械展覽會上，世界各國著名的紡織機械設計及制造公司都展出了各自的環(huán)錠紡紗設備，充分表明環(huán)錠紡紗仍然且將繼續(xù)占主導地位，自20世紀50～60年代起，盡管受到各種新型紡紗技術的挑戰(zhàn)，環(huán)錠紡仍然在多種紡紗技術中保持著絕對的領先地位。當今世界的紗錠保有量約為3億錠，僅中國就約占1.3億錠，環(huán)錠紗占世界紡紗總量的80%以上［2］。

環(huán)錠紡紗技術在應對各種新型紡紗技術挑戰(zhàn)的過程中，其本身也取得了長足發(fā)展。集聚紡紗技術、復合紡紗技術拓寬了環(huán)錠紡紗技術的應用領域，帶自動落紗的細紗長車技術和細絡聯技術大大減少了細紗用工。錠子是環(huán)錠細紗機的關鍵部件，加捻卷繞機構的核心部件，其性能良好與否直接影響細紗機產量、紗線質量、企業(yè)的勞動力消耗、環(huán)境噪聲和勞動生產率；所以，環(huán)錠紡紗技術的不斷發(fā)展也促進了紡紗錠子的不斷改進與發(fā)展［3］。

2 錠子家族的多樣性

隨著錠速提高和卷裝容量的擴大，錠子結構也在不斷改進。20世紀初期，德國開始制造滾柱軸承錠子，即上軸承采用滾柱軸承承受徑向負荷，下軸承稱為錠底以承托錠子的質量，兩者剛性連接，稱剛性錠子，錠速為8kr／min～12kr／min。到了20世紀50年代又發(fā)展了錠底為彈性支承的錠子，稱彈性錠子。以后，錠子的改進側重在研究錠子的支承結構以提高錠速，到70年代棉紡錠速已達到18kr／min以上；但高速后產生的噪聲、功率消耗增加和機件加劇磨損等問題遂成了研究的重要課題。由于紡紗原料品種的多樣性，再加上工藝的發(fā)展，錠子的型式日益增多，如：紡制粘膠長絲時采用的電動錠子，棉紡、毛紡或化纖長絲捻線機采用的倍捻錠子，花色捻線機上采用的空心錠子等。

3 棉紡錠子的發(fā)展方向及形式

棉紡錠子的發(fā)展方向與形式是統(tǒng)一的，其發(fā)展方向決定或選擇了發(fā)展形式，而其發(fā)展形式是為了適應或滿足發(fā)展方向。

3.1 發(fā)展方向

錠子家族中產量最大、品種最多的是棉紡細紗錠子，其發(fā)展方向大致概括為：高速、節(jié)能和自動化。

3.1.1 高速

高產是提高企業(yè)經濟效益最基本的措施，環(huán)錠細紗機高產最基本的措施是高速化。錠子是環(huán)錠細紗機的關鍵部件，是加捻卷繞機構中的核心部件，要實現細紗機的高速化生產，首先要實現錠子高速化，錠子高速化必須走在細紗機高速化的前列，而且兩者之間要拉開相當的距離。這是因為細紗機主軸上的滾盤通過錠帶和錠子錠盤組成一傳動系統(tǒng)，當細紗機主軸帶動滾盤旋轉時，滾盤就通過套在錠盤上的錠帶把動力傳遞給桿盤而帶動桿盤高速回轉，桿盤又帶動套在其上的紗管轉動以完成對紗線的加捻及卷繞。錠子的轉速越高，紡紗效率就越高，如：錠子轉速為16kr／min時，需6h落紗一次；當錠速提高到20kr／min時，只需4.5h就需落紗一次；所以，錠子從誕生之日起就一路朝著高速化的方向發(fā)展。錠子轉速從過去的6kr／min～8kr／min發(fā)展到現在的16kr／min～25kr／min，甚至30kr／min～35kr／min。今天的錠子研發(fā)人員仍然在追求更高的錠子轉速，以求更高的紡紗效率，保持環(huán)錠紡紗在各種紡紗形式中的統(tǒng)治地位。

3.1.2 節(jié)能

隨著國家節(jié)能減排大政方針的提出，更是出于自身企業(yè)利益的考慮，各大小企業(yè)對節(jié)能都有很強的意識。作為“耗能大戶”的錠子對錠子制造企業(yè)提供了提高錠子產品市場競爭力的一個很好的機遇，節(jié)能已成為錠子的一個非常具有吸引力和競爭力的賣點。為了達到錠子節(jié)能的效果，必須對錠子的產品設計、工藝設計、設備使用等各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，甚至需要對錠子的結構進行革命性的改進。通過多方努力，現今設計和制造的節(jié)能效果最好的錠子可以在任何錠速下，讓所有的驅動元件，如錠帶、滾盤、主軸、軸承和電機均能節(jié)約20%以上的能耗。

3.1.3 自動化

科技的飛速發(fā)展給我們的生產和生活帶來了巨大的沖擊，甚至還改變了一些行業(yè)和產業(yè)。紡織行業(yè)在十年前直至現在，仍是典型的勞動密集型行業(yè)，豈不知隨著科技的飛速發(fā)展，紡織行業(yè)已成為技術密集型行業(yè)，尤其是在歐洲及國內的先進紡織企業(yè)里，各種最先進的自動化生產與檢測技術都應用到了紡織生產中。紡織企業(yè)里最直觀的表現是用工數量的大幅度減少。以前的紡織企業(yè)每萬錠需用工約300人，現在，歐洲先進的紡織企業(yè)里每萬錠用工僅需5人，我國較先進的紡織企業(yè)每萬錠用工也可以控制到70人，最好的甚至在20人以內。

3.2 發(fā)展形式

為滿足和適應用戶對棉紡錠子高速、節(jié)能、自動化等方面的要求，棉紡錠子的兩大組件：下支撐（尖錠底、平錠底、雙錠腳）和桿盤（光桿、鋁套管）都經歷了幾個不同的發(fā)展階段，或者說棉紡錠子的發(fā)展形式集中體現在下支撐和桿盤兩大組件的改進上。

3.2.1 桿盤的發(fā)展與改進

為達到錠子高速、節(jié)能、自動化的效果，錠子的桿盤結合件主要經歷了從光桿到鋁套管的發(fā)展與改進過程。

3.2.1.1 光桿桿盤

桿盤是錠子的高速回轉部件。為完成對紗線的加捻、卷繞，同時也為了便于后面的工序順利地進行，需把紗管套在錠子的桿盤上，紗管與桿盤之間必須要有適當的摩擦力方能保證桿盤在高速回轉時帶動紗管同步回轉。圖1所示為常用的光桿錠子桿盤，在使用光桿桿盤時，紗管與桿盤之間就通過錠桿上端5.5∶100的圓錐結合，紗管上的管芯處也是5.5∶100的錐面。當紗管套在桿盤上時，紗管上的錐面與錠桿上的圓錐面形成錐面配合，此錐面配合可以產生適當的靜摩擦力，此靜摩擦力就是光桿桿盤帶動紗管回轉的力。為保證此錐面配合可以提供足夠的摩擦力，在往錠子上安裝空紗管時需要用一定的力下壓紗管，當紗管紡滿紗從錠子上取下紗管時就需要克服紗管管芯與錠桿上錐面間的靜摩擦力，此靜摩擦力的大小取決于安裝空紗管時的壓力大小、紗管管芯處和錠桿上錐面的粗糙度。如果靜摩擦力太大，拔紗時所需的力就會很大；但靜摩擦力太小，錠子高速時又會出現跳管問題，加之錠桿比較細，當錠子速度超過一定值時，承載著紗管的錠桿會出現比較明顯的變形和振動。所以光桿桿盤的錠子不適應高速紡紗和自動落紗。

圖1 光桿錠子的桿盤結構

3.2.1.2 鋁套管桿盤

為了滿足錠子高速、自動化的要求，鋁套管桿盤應運而生，圖2所示為鋁套管桿盤結構。

從直觀上看，鋁套管桿盤的鋁桿比光桿錠子的錠桿粗得多，有更好的剛性和強度，且比光桿錠子的錠桿有更大的承載能力，即在較高速度承載著紗管運轉時，不會出現光桿錠子那樣明顯的變形或振動，鋁套管錠子剛性與強度完全可以滿足在20kr／min或更高轉速下運行。

鋁套管錠子與光桿錠子相比，其根本性的革新在于對紗管支撐形式的改變。前面提到光桿錠子與紗管的結合形式是通過錠桿上端的錐面實現，此錐面配合產生的靜摩擦力提供了錠子帶動紗管旋轉的力；但當錠速達到一定值時，容易出現跳管問題。為了消除錠子在高速時的跳管問題，鋁套管錠子在對紗管的支撐形式上進行了革新性的改進設計，圖3為現行絕大多數鋁套管錠子支撐紗管的結構示意圖，俗稱支持器。該支持器結構由支持器帽、支持器彈簧和鋁桿等組成。其中，支持器彈簧裝在鋁套管上加工的孔內，支持器帽的邊沿卡在鋁套管孔的臺階上，支持器帽的外徑小于鋁套管上孔的對應處的孔徑，所以支持器帽可以在孔內自由活動。支持器帽對支持器彈簧有一定的壓縮量，所以支持器帽在自然狀態(tài)下是凸起的。為使支持器帽對紗管有很好的支撐效果，3只支持器帽外接圓的直徑比紗管孔對應部位的直徑大，當紗管在鋁套管上安裝到位時，紗管孔對支持器帽有一定的擠壓，3只支持器彈簧在紗管孔擠壓的作用下同時被壓縮，支持器彈簧的彈力反過來作用于紗管孔，此彈簧的彈力所提供的靜摩擦力就是鋁套管錠子初始帶動紗管轉動的力，也是安裝空紗管以及拔取滿紗管時所要克服的阻力。由于在設計時就對支持器彈簧彈力進行了試驗和驗證，使其既能保證很好的帶動紗管初始的旋轉而不打滑，又能保證不用多大的力就能方便的安裝和拔取紗管。因為鋁套管錠子與紗管之間的結合力是由支持器彈簧的彈力提供，所以每套錠子與紗管之間的結合力的一致性很好，非常適合用于自動落紗。同時當錠子轉動起來后，支持器帽和支持器彈簧的離心力和支持器彈簧的彈力共同作用于紗管孔，共同提供了支撐紗管所需的力，而且錠子的轉速越高，支持器彈簧和支持器帽的離心力就越大；所以鋁套管錠子在高速時既不會出現紗管打滑，也不會出現跳管問題。

圖2 鋁套管桿盤結構

圖3 鋁套管錠子支撐紗管的結構

錠子的桿盤由光桿發(fā)展到鋁套管，適應了錠子高速和自動化的發(fā)展方向，滿足了紡織企業(yè)的要求，鋁套管錠子是當今甚至未來較長一段時期內棉紡錠子家族中的發(fā)展方向和主導產品。

3.2.2 下軸承的發(fā)展與改進

下支撐是錠子的又一主要部件，其支撐形式經歷了雙剛性、下彈性和雙彈性3個階段，彈性阻尼元件的結構也發(fā)生了較大的變化；而下軸承結構則經歷了由錐形下軸承形式到徑向滑動軸承和軸向推力軸承相結合的形式。錠子下支撐及下軸承的發(fā)展與改進同樣是為了適應和滿足錠子高速、節(jié)能和自動化的要求。

3.2.2.1 錐型錠底下支撐

錐型錠底結構下軸承的錠子從20世紀70年代就已經開始被廣泛使用，我國現在仍然在大量制造和使用錐形錠底結構下軸承的錠子，圖4所示是錐形錠底結構下支撐，錐形錠底結構下支撐錠子之所以被長時間廣泛使用，是因為其自身的設計和使用特點適應了一定歷史時期中紡織行業(yè)對錠子的要求，具有較多的優(yōu)點。

圖4 錐形錠底結構下支撐

3.2.2.1.1 完善的減振系統(tǒng)

由圖4可見，錠子軸承（上軸承）為剛性連接，錐形錠底（下軸承）裝在銑有螺旋槽的彈性管內，彈性管的螺旋槽使錐形錠底具有彈性，彈性管的外圓上裝有吸振卷簧，錠子內腔加有錠子油，錠子油充滿在吸振卷簧層的間隙內，吸振卷簧和間隙內的錠子油共同產生阻尼，在錠子運轉時可以很好地起到吸振減振的效果；所以，該結構下支撐是很完善的減振系統(tǒng)［4］。

3.2.2.1.2 較好的振動特性

由于錠子的振動特性受到支承形式、幾何尺寸、回轉體的轉動慣量和減振系統(tǒng)的形式及參數影響，而減振系統(tǒng)的形式和參數起著決定性的作用。該結構形式完善的錠子減振系統(tǒng)保證了其很好的振動特性。錠子的力學系統(tǒng)非常復雜，除了錠子本身在高速回轉時形成的力系外，還有錠帶作用在錠子上的周期力、紗線的張力、細紗機龍筋傳遞給錠子的各種頻率的振動力等。至今仍未有完善的理論來描述錠子的振動特性，只能從大量的試驗數據和使用效果來分析研究。我們分析后得知，該結構形式錠子的第一臨界速度約在8kr／min，空錠第二臨界速度時的振程較小，為0.1mm～0.2mm，越過第一臨界速度以后，錠子的振動處于穩(wěn)定狀態(tài)，振程不會大于0.05mm；空管第一臨界速度時振程為0.2mm～0.3mm，以后隨著速度的提高振程增大；滿管時第一臨界速度時的振程為0.3mm～0.4mm，越過第一臨界速度后處于穩(wěn)定狀態(tài)［5］。

因該結構的錠子有很好的振動特性而適合低速、中速、高速，尤其適合低速、中速運轉。在過去的幾十年中大多數錠速不大于16kr／min，該結構形式的錠子得到了廣泛的應用。

3.2.2.1.3 結構簡單

由錐形錠底一個零件就提供軸向和徑向的支承，其結構簡單，方便裝配。

3.2.2.1.4 適應集體落紗

錠底下面加裝了彈簧，可以適應集體落紗；但當錠速達到18kr／min～20kr／min時，錐形錠底的錠子就暴露出其不適應性。如圖5a）所示，是對錐形錠底錠子下軸承放大，它是一種尖錐形的滑動軸承，承載軸向和徑向負荷。這種結構的理想狀態(tài)是點接觸，實際上當錠子高速回轉時錠尖在作高頻振擺，錠桿尖的運動狀態(tài)是一種復合運動，既有自轉又有公轉。錠子轉速越高，錠尖的振擺越明顯，當這種振擺達到一定程度時，會導致錠桿沿錠底錐面向上攀升，如圖5b）所示。這就是所謂的桿盤上竄，桿盤上竄會嚴重破壞錠桿與錠底之間的潤滑狀態(tài)，使錠桿與錠底之間產生摩擦磨損，不僅增大錠子的功耗，還大大縮短錠子的使用壽命。另外，錐形錠底也有結構上的缺點，即當錠膽中的污物及長期運轉時磨損的磨粒落入錠底內腔后很難通過油路的循環(huán)清除，造成錠桿的磨粒磨損。錠底即是錠子的下軸承，要求表面粗糙度佳、硬度高、金相組織良好、錐面和R同軸度高，而錠底孔是帶有錐面及R的盲孔。就目前國內的加工條件，基本不能保證各批次零件的一致性，甚至零件的各項公差要求也不容易保證，而且有些項目還無法進行非破壞性檢驗，可見錠底的工藝性很差。

圖5 錐形錠底錠子下軸承（放大）

3.2.2.2 平錠底下支撐

高速、節(jié)能已成為現代紡織工業(yè)的共識，而錐形錠底錠子已經不能滿足紡織工業(yè)對高速、節(jié)能的要求。在這樣的背景下，當錠速為20kr／min甚至更高時仍能平穩(wěn)紡紗且更節(jié)能的平錠底錠子應運而生。圖6為平錠底錠子下軸承結構示意圖。從圖6可見，平錠底把軸向和徑向支撐分開了，軸向負荷由平錠底提供，徑向負荷由銅套（滑動軸承）提供，平錠底結構錠子具有更多的優(yōu)點。

圖6 平錠底錠子下軸承結構

3.2.2.2.1 保留錐形錠底錠子的減振系統(tǒng)

該型錠子的上軸承為剛性連接，平錠底和下滑動軸承裝在銑有螺旋槽的彈性管內，彈性管的螺旋槽使連帶的下軸承具有彈性，彈性管的外圓上裝有吸振卷簧，錠子內腔內加有錠子油，錠子油充滿在吸振卷簧層的間隙內，吸振卷簧和層間隙內的錠子油共同產生阻尼；所以，平錠底錠子繼承了錐形錠底錠子完善的減振系統(tǒng)。

3.2.2.2.2 更好的振動特性

大量試驗和統(tǒng)計表明，平錠底錠子比錐形錠底的錠子具有更優(yōu)的振動特性曲線，只是平錠底錠子的第一臨界速度比錐形錠底錠子稍微高一點，約為10kr／min；但越過第一臨界速度后的振程更小且更平穩(wěn)。根據多年的生產和使用經驗表明，平錠底錠子在大于第一臨界速度后的振程大多數都不大于0.03mm。

3.2.2.2.3 適應高速

前面提到錐形錠底錠子的錠速達到一定值時會出現桿盤上竄問題，但平錠底錠子從結構設計上杜絕了這種問題的發(fā)生。因為平錠底錠子的下軸承把軸向、徑向支撐分開，分別由平錠底和銅套提供，所以無論錠速多高都不會出現桿盤上竄的問題。錠子在工作狀態(tài)下，錠子軸承尤其是下軸承始終處于良好的潤滑狀態(tài)，避免了錠桿與錠底之間的摩擦磨損。

3.2.2.2.4 更節(jié)能

平錠底錠子的銅套承載徑向負荷，銅套相當于液體動壓軸承，利用液體的動壓原理使錠桿與銅套始終處于液體摩擦狀態(tài)，避免干摩擦，一方面有利于減少磨損，另一方面有效地降低了功耗。圖7為液體動壓軸承工作原理示意。錠子正常運轉時，錠桿下軸承檔外圓與銅套內孔的間隙充滿潤滑油；根據液體動壓原理，當錠桿下軸承檔在銅套內孔中偏向右邊時則右邊的間隙變小，間隙變小則該側的油壓

P迅速增大，迫使錠桿下軸承檔居中，保證了錠桿下軸承檔與銅套之間始終保持液體摩擦，降低了功耗。比較圖4和圖6，可見上軸承內徑由7.8mm縮小為6.8mm，上下支承距由120mm縮小為100mm，同樣降低了功耗。

圖7 液體動壓軸承工作原理

3.2.2.2.5 更長的使用壽命

由于錠桿下軸承檔與銅套之間處于液體摩擦狀態(tài)，從而有利于延長錠子的使用壽命；另外，平錠底錠子的下軸承是開放式結構，錠子運轉過程中產生的磨粒及污物能及時在離心力作用下甩出去，避免了磨粒磨損，從而完全杜絕了錠子因磨粒磨損而導致的早期失效，延長了錠子的使用壽命。

3.2.2.2.6 零件有更好的加工性

從圖8可知，銅套、平錠底和錠桿下軸承檔，這三個零件都有很好的工藝性，可以達到很高的表面粗糙度和形位精度，而且很容易檢測，不象錐形錠底那樣，不僅工藝性差，而且還很難檢測。

圖8 錠子零件

3.2.2.2.7 整套錠子一致性好

零件的制造工藝性好，可以達到很好的一致性，裝配后的成套錠子的振程、振動特性、使用壽命及功耗等方面一致性則好，為以后國產錠子的“免試車”提供了技術保障。

4 帶軸向緩沖的平錠底錠子

雖然錐形錠底錠子不適應高速紡紗，但其錠底下面加裝了緩沖彈簧（見圖4）后則非常適合集體落紗。平錠底錠子雖然非常適合高速紡紗，但沒有錐形錠底錠子中可以保護彈性管的緩沖彈簧，當平錠底錠子直接用于集體落紗，很可能會在機械手安裝空紗管時導致彈性管塑性變形進而導致錠子快速失效。為了讓平錠底錠子能適合集體落紗，在錠腳孔內加裝了墊塊（見圖6）。在此墊塊的上端面與錠底墊片的下端面之間設計了一個合理的間隙，限制機械手安裝空紗管時彈性管的變形量在彈性變形內。這樣的設計雖然讓平錠底錠子滿足了集體落紗的要求，但結構比較復雜，裝配困難，尤其是要控制圖6中墊塊的上端面與錠底墊片的下端面之間的間隙幾乎成了該型號錠子的裝配瓶頸，嚴重影響了裝配速度。如果把錐形錠底錠子中保護彈性管使其非常適合集體落紗的緩沖彈簧加裝到平錠底錠子會怎么樣呢？結果是集錐形錠底與平錠底錠子優(yōu)點于一身，既適合集體落紗，又適合高速紡紗新型高速節(jié)能錠子。圖9為其結構示意圖，即在平錠底的下面加裝了緩沖彈簧。當然，為了滿足紡紗的使用要求，其具體設計和加工參數需要一段時間的實驗、試驗和試用才能確定，這種具有先進設計理念和結構的錠子，必將是棉紡錠子家族中的主流產品。

圖9 新型高速節(jié)能錠子的結構

5 高速整體軸承錠子

錠子下支撐由錐形錠底改變?yōu)槠藉V底后，減小錠帶輪直徑、上下軸承直徑和上下支承距，是降低錠子功耗的通用方法。平錠底錠子的上軸承結構，是軸承座內裝配紡錠軸承，如圖10所示。由于紡錠軸承外環(huán)的存在，這樣的結構限制了錠帶輪進一步減小。為了能進一步減小錠帶輪，達到更節(jié)能的效果，設計了整體軸承高速錠子，該軸承錠子的關鍵在于上軸承的改進設計，圖11是該整體軸承高速錠子的上軸承，彈性管壓配在軸承座的中間孔中，滾柱裝在保持器的窗口內，一同放入軸承座的上孔中，然后將軸承端蓋壓裝進軸承座的上孔。該結構錠子將彈性管的上端面用作軸承的下端蓋，軸承座的上孔做為紡錠軸承的外環(huán)，軸承端蓋的下端面作為紡錠軸承的上端蓋，由此構成一整體軸承結構；其上軸承的內徑只有5.2mm，更節(jié)能。該結構錠子由于去掉了傳統(tǒng)錠子上軸承外環(huán)，最大程度地減小了軸承座外徑尺寸，使錠盤錠帶輪直徑減小到15mm或更小，從而在不提高細紗機大軸轉速的情況下可使錠子轉速達到25kr／min以上，大大提高了紡紗效率。另外，該結構錠子沿用并改進了平錠底錠子的彈性阻尼減振系統(tǒng)，當錠速達到30kr／min時，錠子振程仍不大于0.05mm，完全可以滿足紡紗的要求。該結構錠子中心距設計為75mm；在保證錠桿足夠強韌性的同時也更節(jié)能；上軸承端蓋內孔有更大的儲油空間，可以為上軸承提供可靠的潤滑保障；采用精密加工，上軸承端蓋孔與錠桿間隙更小，有效減緩錠子油的流失，延長錠子補油周期，降低錠子維護費用［6］。

圖10 平錠底錠子上軸承結構

圖11 整體軸承高速錠子的上軸承結構

6 錠子的附加功能

隨著錠子桿盤由光桿發(fā)展到鋁套管，下支撐由錐形錠底發(fā)展為平錠底，為滿足錠子在紡紗過程中的使用要求及更好地提高效率，增加效益，還設計了一些錠子附件。

6.1 剎錠器

桿盤由光桿發(fā)展到鋁套管后，衍生出了錠子剎錠器。光桿桿盤與紗管間是通過錐面間的摩擦作用一起轉動，當錠子紡紗過程中出現紗線斷頭需要接頭時，擋車工只需直接抓住紗管并拔出紗管完成接頭后再放回紗管。因為擋車工抓住紗管時，光桿桿盤上錐面與紗管管芯間的摩擦足以讓桿盤停止轉動，所以桿盤與紗管之間沒有相對運動，不會對錠桿上錐和紗管管芯造成磨損。桿盤換成鋁套管后情況就不一樣，因為鋁套管帶動紗管轉動的力是來自于通過支持器帽對紗管的摩擦，接頭時如果象光桿錠子那樣直接抓住紗管，而支持器帽對紗管的摩擦力不足以讓桿盤停止轉動，所以鋁套管與紗管間有相對運動，時間久了會把支持器帽及紗管磨損，破壞了支持器帽與紗管的配合，將導致錠子振程急劇增大，并對錠子的上、下軸承產生嚴重撞擊，從而嚴重影響錠子的正常使用和壽命，磨損到一定程度會出現錠子正常紡紗時鋁套管與紗管之間都會出現相對運動，直至錠子失效。鋁桿錠子在接頭拔掉紗管前，必須先使桿盤停止轉動，這就是剎錠器的功能。

6.2 夾紗器

鋁套管錠子從設計之初就是為了適應高速和自動化，基本上都配套在帶有自動落紗裝置的主機上。為提高落紗后的留頭率，減少清除尾紗的工作量，增加了夾紗器。夾紗器把原來粗放的、隨意性的留頭方式改變?yōu)榫毜?、有意識的留頭方式，大大提高了留頭率，留頭率可達98%以上；同時，減少了70%以上留頭時的紗線纏繞，大大節(jié)省了原料，降低了成本。重新開車錠子轉動起來后，纏繞在錠子上的尾紗還可以在離心力的作用下自動甩掉，節(jié)省了用工，提高了效益。筆者曾在《紡織器材》2013年第1期上詳細介紹過夾紗器錠子［7］。

6.3 快速安裝紗管

為使支持器帽對紗管有很好的支撐效果，三只支持器帽外接圓的直徑應比紗管孔對應部位的直徑大，當紗管在鋁套管上安裝到位時，紗管孔對支持器帽則有一定的擠壓力；而三只支持器彈簧在紗管孔擠壓力的作用下被壓縮，同時支持器彈簧的彈力反過來作用于紗管孔，此彈簧的彈力所提供的靜摩擦力就是鋁套管錠子初始帶動紗管轉動的力，也是安裝空紗管以及拔取滿紗管時所克服的力。當自動落紗裝置在安裝空紗管時，需要完成以下幾個動作：抓空紗管→將空紗管置于錠子上方→安裝空紗管→下壓（保證紗管高度一致）→松開空紗管→機械手上抬→機械手回位。很顯然，自動落紗機械手往錠子上安裝空紗管需要做7個動作，其中安裝空紗管和下壓動作，尤其是下壓動作，最有可能因為機械手的動作精度不夠高而撞到錠子，甚至對錠子造成損壞，影響錠子使用壽命。這一過程延長了安裝空紗管的時間，另一方面要求自動落紗機械手要有很高的動作精度；否則，機械手安裝空紗管時會撞到錠子，造成錠子損壞，影響使用壽命。如果設計一種完全利用離心力結構來支撐紗管，而且當錠子停止時三只支持器帽外接圓的直徑小于紗管孔對應部位的直徑，只要把空紗管放在鋁套管上方就可以松開，紗管會在自身重力的作用下自動安裝到位，這樣的結構不僅可以節(jié)省自動落紗機械手安裝空紗管的時間，還可以避免機械手撞到錠子，影響錠子的使用壽命。

基于以上構想，如圖12所示，該錠子把原來的支持器彈簧換成鋼珠，當錠子停止時三只支持器帽的外接圓小于紗管孔對應部位的直徑，可以保證紗管套在鋁套管上方后可以自由下落，使紗管可以一次性全部自動安裝到位；而當錠子轉動起來后，在離心力作用下，鋼珠把支持器帽頂起，起到支撐紗管的功能，帶動空紗管隨錠子一起旋轉，當紡滿紗要落紗時，錠子停止轉動離心力消失，此時的支持器帽和紗管孔都處于自由狀態(tài)，兩者之間已無相互作用力，紗管被順利拔出。

圖12 錠子鋼珠支持器

在實際應用中，自動落紗機械手在鋁套管錠子上安裝空紗管時，只需要完成以下4個動作：抓空紗管→將空紗管置于錠子上方→機械手松開→機械手復位。

該快速安裝紗管的鋁套管錠子技術具有質的飛躍，已在一部分中高檔紡紗企業(yè)使用并取得了很好的效益：① 自動落紗機械手只有4個動作，大大縮短安裝空紗管的時間；② 省掉了機械手下壓動作，不會碰撞到錠子和損傷錠子，不會影響錠子的使用壽命；③ 只要自動落紗機械手把空紗管套到錠子鋁套管上方就可以松開，空紗管會在自身重力作用下一次性全部安裝到位［8］。

7 結語

多年來，高速、自動化與節(jié)能是紡織行業(yè)，更是錠子這一主要紡織專件的發(fā)展方向。棉紡細紗錠子由光桿桿盤發(fā)展到鋁套管桿盤，使得細紗錠子可以在更高速度下紡出更好品質的紗線并適用于集體落紗，大大提高了自動化程度。為保證鋁套管錠子能更好地使用，又衍生出了錠子剎錠器；為進一步提高集體落紗的效率，同時也為了更好地保護錠子免于集體落紗裝置的撞擊，又研發(fā)出可以快速安裝紗管的鋁套管錠子；為進一步發(fā)揮集體落紗的優(yōu)勢，減少用工，發(fā)展了帶有夾紗器的鋁套管錠子。下支撐由錐形錠底發(fā)展到平錠底，保證了錠子在更高速度下紡紗運轉更平穩(wěn)，更節(jié)能，使用壽命更長；同時，由于平錠底錠子的銅套和平錠底有更好的工藝性，使錠子的一致性更好，整體品質極大提高；軸向緩沖平錠底錠子以及高速整體軸承錠子的相繼推出，為紡紗企業(yè)帶來更大利好。讓我們共同期待更多更好的國產細紗錠子問世，見證一個又一個奇跡。

［1］陳瑞琪.紡紗錠子的理論與實踐［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1990.

［2］陳瑞琪，吳文英.紡紗錠子高速的研究［J］.紡織器材，2005，32（4）：5－11.

［3］朱鵬，唐文輝，王嬋娟.棉紡環(huán)錠細紗機高速生產與專件器材的討論：上［J］.紡織器材，2010，37（4）：1－4.

［4］朱德昭.新一代棉紡高速錠子［J］.紡織器材，2007，34（5）：1－6.

［5］朱德昭.從錠子失效再論新一代棉紡高速錠子［J］.紡織器材，2008，35（3）：29－36.

［6］翁明，劉剛，石艷青.高速整體軸承錠子的設計［J］.紡織器材，2014，41（3）：15－18.

［7］翁明，史翔.自動夾紗自動清除尾紗錠子的設計［J］.紡織器材，2013，40（1）：23－25.

［8］翁明，張新文.快速安裝紗管鋁桿錠子［J］.紡織器材，2013，40（2）：7－9.