賈國欣，任家智，馮清國

(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)

精梳機的一個工作周期可分4個階段，即錫林梳理階段、分離前準備階段、分離接合階段及錫林梳理前的準備階段［1］。當(dāng)精梳機速度提高時，精梳機完成一個工作循環(huán)的時間縮短，使錫林梳理后鉗板鉗口中棉叢的抬頭時間變短，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，錫林末排針通過錫林與分離羅拉最緊隔距點時有可能將分離羅拉倒入機內(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，使錫林在梳理時速度加快，梳理過程提前結(jié)束，從而避免錫林末排針對分離羅拉運動的干擾，并使錫林梳理過的棉叢有充分的抬頭時間［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一個工作周期4個工作階段的時間變化及精梳機工藝性能的變化規(guī)律。

1 橢圓齒輪式錫林變速梳理機構(gòu)原理

錫林變速梳理機構(gòu)是在原錫林回轉(zhuǎn)軸(軸心O1)上加裝2對齒數(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;齒輪2、3同軸傳動，轉(zhuǎn)速相同;通過齒輪4傳向錫林。在回轉(zhuǎn)過程中，由于兩對嚙合橢圓齒輪的傳動半徑不等，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)一周所需的時間相同。從而實現(xiàn)精梳機一轉(zhuǎn)的過程中，錫林變速梳理。

圖1 錫林變速機構(gòu)運動模型Fig.1 Motion model of cylinder speed-change mechanism

2 錫林變速運動規(guī)律

如圖1所示，錫林變速機構(gòu)采用橢圓齒輪傳動，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為短半軸長度;c為長半軸長度;e為半焦距。

2.1 齒輪2的運動規(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，齒輪2以 ω2轉(zhuǎn)角為dθ2;根據(jù)兩齒輪轉(zhuǎn)過的弧長相等，則有:

將式(3)代入式(4)，兩端積分得

由式(3)得

將式(6)兩邊對時間求導(dǎo)得到

式中ε2為齒輪2運動的角加速度。

2.2 齒輪4的運動規(guī)律

由于齒輪3與齒輪2固裝于同根軸，則兩齒輪的運動規(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 錫林運動規(guī)律的計算與分析

在精梳機上，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，此時所對應(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及精梳機車速為350鉗次/min時，根據(jù)式(5)～(10)，通過MatLab軟件編程，計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分度時錫林變速與錫林恒速時的角位移相等;在0到20分度區(qū)間內(nèi)，錫林變速時每分度的錫林角位移大于錫林恒速時的角位移;隨著分度數(shù)增加，錫林變速與錫林恒速時角位移的差值先增大后減小。2)在20到40分度區(qū)間內(nèi)，錫林變速時每分度錫林角位移小于錫林恒速時的角位移;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，錫林角速度曲線的峰值越高、谷值越低;橢圓率λ不同時錫林角速度的峰值與谷值與錫林恒速度時的角速度之比見表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不同時的最大角加速度值見表2。

表1 錫林變速時最大及最小速比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 錫林變速對工藝性能的影響

3.1 錫林梳理定時

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

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

表3 梳理定時Tab.3 Combing timing

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

3.2 精梳機的工作階段

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

表4 工作階段的開始及結(jié)束時間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減少，使分離前準備階段和梳理前準備階段用時增加。當(dāng)橢圓率λ等于0.2時，分離前的準備階段提前了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定時

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)倒入機內(nèi)，準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間較晚，有可能末排針將分離羅拉倒入機內(nèi)的棉網(wǎng)抓走，使新、舊棉叢的接合工作無法進行，也會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時間提前，避免了對分離羅拉倒入機內(nèi)棉網(wǎng)的干擾。根據(jù)精梳機分離羅拉與錫林的相對位置及錫林變速運動規(guī)律式(5)及(8)，利用MatLab編程計算得到不同橢圓率λ時錫林末排針通過分離羅拉最緊隔距點時的分度數(shù)T見表5。

圖6 錫林與分離羅拉的運動配合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時的分度數(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時的分度數(shù)隨著橢圓率λ的增大而減小;當(dāng)橢圓率λ為0.2時，錫林末排針通過與分離羅拉最緊隔距點時的分度數(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分離羅拉倒入機內(nèi)棉網(wǎng)的干擾。

4 結(jié)論

采用橢圓齒輪傳動式錫林變速機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)錫林梳理時快速，梳理結(jié)束后慢速，從而增加了精梳機分離接合準備階段的時間，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時間提早，可避免錫林梳針將分離羅拉倒入機內(nèi)的棉網(wǎng)抓走。

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

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

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