賈國(guó)欣,王　藩，趙麗娟

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450007；3.北京北機(jī)機(jī)電工業(yè)有限公司，北京 101109)

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棉精梳機(jī)落棉隔距對(duì)鉗板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的影響

賈國(guó)欣1,2,王藩1，趙麗娟3

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450007；3.北京北機(jī)機(jī)電工業(yè)有限公司，北京 101109)

為了進(jìn)一步了解精梳機(jī)的特性、更好地發(fā)揮精梳機(jī)的工作效能，利用Matlab編程等計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)落棉隔距與鉗板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)系進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，落棉隔距增大，鉗板的擺動(dòng)動(dòng)程增大，分離過(guò)程中的擺動(dòng)速度增大，變牽伸值減少；落棉隔距增大，鉗板的擺動(dòng)加速度最大值增大，鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間提前，與錫林分梳開(kāi)始定時(shí)的時(shí)間差加大；落棉隔距增大，鉗板閉合瞬間的沖擊力減少，對(duì)閉合角加速度的變化規(guī)律沒(méi)有影響，但角加速度的極值減少.因此，在調(diào)整落棉隔距時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的要求，合理設(shè)定落棉隔距.

精梳；落棉隔距；鉗板運(yùn)動(dòng)；影響

目前，很多棉紡廠的精梳機(jī)工藝速度達(dá)到了400鉗次/min，由于精梳機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)具有周期性，速度提高后，周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的各部分振動(dòng)加劇，疲勞損壞加重，精梳制品的質(zhì)量下降.對(duì)于精梳機(jī)運(yùn)動(dòng)性能的影響因素，文獻(xiàn)[1-6]分別從鉗板擺軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中曲柄半徑長(zhǎng)度、鉗板擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中偏心軸參數(shù)、分離傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸、機(jī)構(gòu)配重等方面進(jìn)行了研究，得出了一定結(jié)論，為精梳機(jī)某些運(yùn)動(dòng)性能的改善提供了參考.本研究從精梳落棉隔距角度對(duì)鉗板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，得出其工作規(guī)律，為更好地發(fā)揮精梳機(jī)的工作效能提供了一定的幫助.

1-鉗板后擺臂；2-下鉗板；3-鉗板前擺臂；4-上鉗板結(jié)合件；5-牽吊桿；6-分離羅拉；O1-鉗板擺軸；O2-上下鉗板鉸鏈點(diǎn)；O3-錫林軸；O-張力軸；S-落棉隔距圖1　精梳機(jī)鉗板擺動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig.1　Nipper swing mechanism of comber

1　落棉隔距

棉紡精梳工序的主要任務(wù)之一是排除一定長(zhǎng)度以下的短纖維，提高纖維的整齊度、成紗的條干均勻度水平和強(qiáng)力水平.落棉隔距越大，精梳機(jī)的落棉率越高，短纖維的排除程度越高，成紗的水平和質(zhì)量也越高.落棉隔距在改變落棉率的同時(shí)，亦會(huì)對(duì)鉗板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能產(chǎn)生影響.

鉗板擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示.鉗板擺軸O1通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鉗板前后擺動(dòng)，與張力軸運(yùn)動(dòng)相配合驅(qū)動(dòng)上鉗板開(kāi)啟閉合.精梳機(jī)落棉隔距是指鉗板擺動(dòng)到最前位置時(shí)，下鉗板鉗唇前緣與后分離羅拉表面間的距離(圖1中S處).

2　落棉隔距對(duì)鉗板運(yùn)動(dòng)性能的影響

2.1落棉隔距對(duì)鉗板擺動(dòng)速度的影響

根據(jù)文獻(xiàn)[7]中建立的精梳機(jī)鉗板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型，編寫(xiě)相應(yīng)的Matlab程序.在精梳機(jī)錫林轉(zhuǎn)速為 350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序得到不同落棉隔距時(shí)鉗板的擺動(dòng)速度見(jiàn)表1.

表1　不同落棉隔距時(shí)鉗板的擺動(dòng)速度

18分度到24分度是精梳機(jī)新舊棉叢分離接合的時(shí)間，在分離接合過(guò)程中，分離羅拉的輸出速度大于鉗板及頂梳的擺動(dòng)速度，所以分離過(guò)程也是一種牽伸過(guò)程.由于分離羅拉、鉗板與頂梳的速度都在變化，所以分離牽伸倍數(shù)是變化的[8].通常把這種牽伸倍數(shù)稱(chēng)為分離過(guò)程中的變牽伸值，可用下式表示：

(1)

式中：E為分離過(guò)程中的牽伸倍數(shù)；VT為分離羅拉線速度；VA為頂梳的擺動(dòng)速度.

由表1可知，落棉隔距增大，18分度到24分度鉗板的擺動(dòng)速度增大，分離過(guò)程中的變牽伸值減少(鉗板擺動(dòng)速度與頂梳擺動(dòng)速度成正比).牽伸倍數(shù)減少不利于棉叢中彎鉤纖維的伸直，造成了精梳工序纖維的伸直、平行、分離效果下降，還會(huì)造成成紗強(qiáng)力、條干均勻度等質(zhì)量指標(biāo)惡化.

落棉隔距增大，分離接合過(guò)程中鉗板擺動(dòng)的速度增大，尤其是18分度鉗板的擺動(dòng)速度增大，有可能造成分離開(kāi)始時(shí)鉗板的擺動(dòng)速度大于分離羅拉線速度，鉗板送來(lái)的纖維頭端碰撞分離羅拉的表面，會(huì)在精梳棉網(wǎng)上出現(xiàn)橫條彎鉤，影響棉叢的接合質(zhì)量.

2.2落棉隔距對(duì)鉗板擺動(dòng)加速度的影響

在精梳錫林轉(zhuǎn)速為350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，8 mm，9 mm，10 mm，11 mm，12 mm，運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序得到不同落棉隔距時(shí)鉗板擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特征參數(shù)，如表2所示.

表2　不同落棉隔距時(shí)鉗板運(yùn)動(dòng)的特征參數(shù)

注：|ax|表示鉗板擺動(dòng)水平加速度絕對(duì)值，|ay|表示鉗板擺動(dòng)鉛垂加速度絕對(duì)值.

由表2可知：

(1)落棉隔距增大，鉗板的擺動(dòng)動(dòng)程增大，但增大幅度較小.采用12 mm的落棉隔距和采用7 mm的相比,鉗板擺動(dòng)動(dòng)程增大了1.182 mm，不利于精梳機(jī)的高速和穩(wěn)定，同時(shí)會(huì)消耗更多的動(dòng)力能源.

(2)落棉隔距增大，鉗板擺動(dòng)水平加速度最大值和鉛垂加速度最大值均增大.根據(jù)F=ma(F為慣性力，m為質(zhì)量，a為加速度)可知，鉗板擺動(dòng)的慣性力增大.又根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，在機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件所受諸外力的反作用力都作用于同一機(jī)座的情況下，該機(jī)座所受的振動(dòng)力即機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件慣性力構(gòu)成的慣性力系的主矢[9].由此可知，落棉隔距增大，鉗板的振動(dòng)力增大，生產(chǎn)中噪音增大，工作環(huán)境惡化；同時(shí)，振動(dòng)引發(fā)的疲勞破壞縮短了零件的使用壽命.

(3)落棉隔距增大，鉗板擺動(dòng)水平加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間不變，都為36.9分度，而鉗板擺動(dòng)鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間提前，當(dāng)落棉隔距由7 mm增加到12 mm時(shí)，鉗板擺動(dòng)鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間由33.0分度提前到32.6分度.鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間提前，與錫林分梳開(kāi)始定時(shí)的時(shí)間差加大，則錫林分梳開(kāi)始時(shí)鉗板的振動(dòng)下降，梳理隔距的變化減少，有助于提高梳理質(zhì)量.

2.3落棉隔距對(duì)鉗板閉合運(yùn)動(dòng)的影響

(2)

在精梳機(jī)錫林轉(zhuǎn)速為350r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，12mm，運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序得到不同落棉隔距時(shí)的閉合前角速度，如表3所示.

表3　不同落棉隔距時(shí)的閉合前角速度

由表3可知，當(dāng)落棉隔距增大時(shí)，鉗板閉合前角速度減少，閉合過(guò)程中的沖擊力減少，進(jìn)而可減輕機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的振動(dòng)，增強(qiáng)鉗板鉗口對(duì)棉叢的握持牢度，提高梳理質(zhì)量.同時(shí)，沖擊力的減少也可以減輕機(jī)件的磨損，延長(zhǎng)機(jī)件的使用壽命.

精梳機(jī)上鉗板的開(kāi)啟閉合屬定軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)力學(xué)知識(shí)可知定軸轉(zhuǎn)動(dòng)物體的慣性力矩：

圖2　角加速度曲線Fig.2　Angular acceleration curve

M=-Jε，

(3)

式中：M為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)物體的慣性力矩， J為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ε為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)物體的角加速度，“-”表示力矩的方向與角加速度的方向相反.

在精梳機(jī)錫林轉(zhuǎn)速為350 r/min，其他參數(shù)均不變的情況下，落棉隔距依次取7 mm，9 mm，11 mm，運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序得到不同落棉隔距時(shí)上鉗板開(kāi)啟閉合角加速度的曲線，如圖2所示.

由圖2可知，精梳過(guò)程中上鉗板的開(kāi)啟閉合角加速度時(shí)時(shí)在發(fā)生變化，導(dǎo)致鉗板的慣性力矩時(shí)時(shí)變化，易引起鉗板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)、振動(dòng)加劇，影響精梳機(jī)的高速運(yùn)行.落棉隔距不同，但鉗板開(kāi)啟閉合角加速度的變化規(guī)律相同，在26分度達(dá)到角加速度的谷值，31分度達(dá)到角加速度的峰值.從圖2還可看出，落棉隔距增大，相同分度對(duì)應(yīng)的鉗板開(kāi)啟閉合角加速度絕對(duì)值減少.由式(3)可知，角加速度絕對(duì)值的減少造成鉗板的慣性力矩減少，可見(jiàn)落棉隔距的增大有利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，可提高精梳的加工質(zhì)量.

3　結(jié)論

結(jié)合落棉隔距的定義，參考鉗板擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型編寫(xiě)Matlab程序，利用該程序計(jì)算精梳機(jī)在其他工藝參數(shù)不變時(shí)一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)不同落棉隔距的鉗板運(yùn)動(dòng)參數(shù)和曲線.利用所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體結(jié)論如下：

(1)落棉隔距的變化在改變落棉率的同時(shí)對(duì)鉗板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能也產(chǎn)生了影響.

(2)落棉隔距增大時(shí)，鉗板的擺動(dòng)動(dòng)程增大，分離過(guò)程中的擺動(dòng)速度增大，鉗板的擺動(dòng)加速度最大值增大，變牽伸值減少，易產(chǎn)生彎鉤纖維不易伸直、棉網(wǎng)出現(xiàn)橫條彎鉤、鉗板振動(dòng)加劇的現(xiàn)象，不利于精梳制品質(zhì)量的提高.

(3)落棉隔距增大時(shí)，鉗板擺動(dòng)鉛垂加速度最大值出現(xiàn)的時(shí)間提前，與錫林分梳開(kāi)始定時(shí)的時(shí)間差加大，鉗板閉合瞬間的沖擊力減少，閉合角加速度的極值減少，會(huì)對(duì)精梳機(jī)產(chǎn)生梳理隔距變化減少、梳理質(zhì)量提高、慣性力矩減少的有利影響.

在調(diào)整精梳落棉隔距時(shí)，既要考慮隔距增大、落棉率提升、短纖維排除率提高、梳理隔距變化減少、鉗板閉合沖擊力減少等有利因素，又要考慮隔距增大帶來(lái)的變牽伸值降低、纖維頭端碰撞分離羅拉、鉗板振動(dòng)加劇等不利影響，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求合理設(shè)定落棉隔距.

[1]任家智,劉玉軍.A201C，D型精梳機(jī)鉗板運(yùn)動(dòng)分析[J].鄭州紡織工學(xué)院學(xué)報(bào),1999(3):48-53.

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[9]華大年,華志宏.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008:230-231，274.

The influence of noil gauge on motion performance of nipper mechanism in cotton comber

JIA Guoxin1,2, WANG Fan1，ZHAO Lijuan3

(1.College of Textiles, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China;2.HenanClothingTextilesEngineeringResearchCenter,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China; 3.BeijingBeijiMechanicalandElectricalIndustrialCo.,Ltd.,Beijing101109,China)

In order to further understand the combing characteristics, so as to raise the work efficiency of combers, this paper studies the relations between noil gauge and motion performance of nipper mechanism by Matlab programming. Research results indicate that with the increasing of noil gauge, swing traverse of nipper increases, swing speed increases in the process of separating, variable drafting value decreases; with the increasing of noil gauge, acceleration maximum of nipper swing increases, the time that acceleration in vertical direction reaches maximum advances, time difference to start timing of cylinder carding increases; with the increasing of noil gauge, the impact of nipper closure instant decreases, the changing rule of closed angular acceleration unchanged, but the extreme value of angle acceleration decreases; when noil gauge is adjusted, we should comprehensively consider the actual production requirement, and then set the value of noil gauge reasonably.

comb; noil gauge; nipper motion; influence

2016-03-14

賈國(guó)欣(1975-)，女，河北石家莊人，副教授，主要從事紡紗設(shè)備與工藝的研究.

TS112.2

A

1674-330X(2016)03-0006-04