賈國(guó)欣, 馮清國(guó)，任家智

(1.河南工程學(xué)院 紡織新產(chǎn)品開發(fā)河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450007；2.中原工學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

基于精梳機(jī)運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)模擬的棉叢接合率研究

賈國(guó)欣1, 馮清國(guó)2，任家智2

(1.河南工程學(xué)院 紡織新產(chǎn)品開發(fā)河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450007；2.中原工學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

為了預(yù)測(cè)棉叢的接合質(zhì)量，制定快速合理的精梳工藝，在精梳機(jī)分離機(jī)構(gòu)及鉗板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能計(jì)算機(jī)模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)接合率的數(shù)值及其影響因素進(jìn)行了分析與對(duì)比.結(jié)果表明，給棉長(zhǎng)度、落棉隔距、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)影響接合率的數(shù)值；在其他工藝參數(shù)不變的情況下，給棉長(zhǎng)度增加，接合率提高；落棉隔距增加，接合率降低.對(duì)于某精梳機(jī)型，當(dāng)給棉長(zhǎng)度為4.28 mm、落棉隔距為12 mm、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.0分度時(shí)，接合率降到最低值154.75%；當(dāng)給棉長(zhǎng)度為5.89 mm、落棉隔距為7 mm、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.5分度時(shí)，接合率達(dá)到最高值194.98%.

精梳；計(jì)算機(jī)模擬；接合率；工藝

精梳機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律多變[1-2]，有關(guān)機(jī)件(鉗板、分離羅拉、錫林)之間既密切配合，又相互影響制約，如果工藝配置不當(dāng)會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和精梳落棉率[3].精梳工藝的合理快速制定，是紡織廠技術(shù)人員的一個(gè)重要課題.本研究利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對(duì)接合率的影響因素進(jìn)行了分析，對(duì)接合率的數(shù)值進(jìn)行了計(jì)算與對(duì)比，為紡織廠高效制定精梳工藝提供了理論依據(jù)，亦可對(duì)棉叢接合質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè).

1 接合率

1.1 棉叢的接合率

精梳機(jī)在工作過程中，分離羅拉將上一個(gè)工作循環(huán)分離的棉網(wǎng)倒入機(jī)內(nèi)，與鉗板送來的棉叢搭接，之后分離羅拉快速順轉(zhuǎn)，將纖維從鉗板送來的棉叢中快速拉出，從而實(shí)現(xiàn)分離接合[4].棉叢的搭接[5]如圖1所示.

圖1 棉叢的搭接Fig.1 Joint of flock

精梳機(jī)的接合率

(1)

式中:G為分離叢的接合長(zhǎng)度；S為分離羅拉的有效輸出長(zhǎng)度；L1為分離羅拉的分離工作長(zhǎng)度；l為所紡纖維的長(zhǎng)度.

接合率反映了前后兩個(gè)棉叢的接合程度，接合程度越高，接合牢度就越強(qiáng)，棉網(wǎng)的厚度增加，接合處的陰影減少，周期性搭接波就小，有利于降低棉精梳條條干的CV值[6-7].精梳機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，輸出的棉網(wǎng)受分離羅拉的往復(fù)牽引，抖動(dòng)更加劇烈，如果棉網(wǎng)的接合牢度不高，會(huì)產(chǎn)生意外伸長(zhǎng)或破裂而影響精梳條的質(zhì)量[8-9].

1.2 接合率的計(jì)算

由公式(1)可知棉叢的接合率與分離工作長(zhǎng)度L1密切相關(guān)，分離工作長(zhǎng)度為分離羅拉自分離開始到結(jié)束所輸出的棉網(wǎng)長(zhǎng)度，即分離羅拉運(yùn)動(dòng)曲線上開始分離和結(jié)束分離時(shí)的位移差值.因此，接合率和分離羅拉的運(yùn)動(dòng)曲線密切相關(guān).

分離羅拉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面連桿機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)的組合，如圖2所示.

圖2 分離羅拉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig.2 Detaching roller transmission mechanism

對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)建立數(shù)學(xué)模型，編寫Matlab程序，通過計(jì)算機(jī)模擬可以得到分離羅拉的位移曲線，如圖3所示.

圖3 分離羅拉位移曲線Fig.3 Displacement curve of detaching roller

如果分離開始和結(jié)束的時(shí)間已知，則分離工作長(zhǎng)度可從分離羅拉位移曲線上獲知.例如，已知分離開始的時(shí)間為18.3分度，分離結(jié)束的時(shí)間為24.0分度，從圖3可知，分離羅拉在18.3分度的位移S18.3=-45.5 mm，在24.0分度的位移S24.0=0.46 mm，則分離工作長(zhǎng)度L1=S24.0-S18.3=0.46 mm-(-45.5 mm)=45.96 mm.精梳機(jī)的有效輸出長(zhǎng)度S=26.48 mm(機(jī)型一定，有效輸出長(zhǎng)度為定值)，則根據(jù)公式(1)可得接合率η=186.9%(以纖維長(zhǎng)度l=30 mm計(jì)算).

2 接合率的影響因素

2.1 給棉長(zhǎng)度與落棉隔距

由1.2分析可知，精梳機(jī)的分離工作長(zhǎng)度受分離開始和結(jié)束時(shí)間的影響，分離開始與結(jié)束時(shí)的分度不同，精梳機(jī)的分離工作長(zhǎng)度就不同，棉叢的接合率也不同.

圖4 精梳機(jī)鉗板擺動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig.4 Nipper swimming mechanism of comber

鉗板送來的棉叢頭端進(jìn)入分離鉗口時(shí)，分離接合開始，鉗板擺動(dòng)到最前方；不再有纖維喂入分離鉗口時(shí)，分離接合結(jié)束.根據(jù)精梳機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性可知，鉗板擺動(dòng)到最前方的時(shí)間為24.0分度，則分離結(jié)束的時(shí)間為24.0分度[10].根據(jù)精梳機(jī)的工作特點(diǎn)，在一個(gè)工作循環(huán)中，鉗板輸送給分離羅拉的棉叢長(zhǎng)度等于喂棉長(zhǎng)度.設(shè)給棉羅拉的喂棉長(zhǎng)度為A，當(dāng)A取值不同時(shí)，鉗板將棉叢送達(dá)分離鉗口的起始時(shí)間也不同.因此，分離開始時(shí)間受給棉長(zhǎng)度A的影響.

當(dāng)落棉隔距為鉗板最前方位置時(shí)，下鉗板前緣與后分離羅拉表面的距離為圖4中的P.

落棉隔距不同，鉗板的最前位置不同，鉗板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)改變，鉗板將棉叢送達(dá)分離鉗口的起始時(shí)間也不同.因此，落棉隔距與分離開始時(shí)間密切相關(guān)，它影響分離工作長(zhǎng)度，會(huì)導(dǎo)致接合率發(fā)生改變.

以某種精梳機(jī)型為例，對(duì)其鉗板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到了不同給棉長(zhǎng)度和落棉隔距的分離開始時(shí)間，如表1所示.

表1 分離開始時(shí)間

從表1可知，當(dāng)落棉隔距一定時(shí)，給棉長(zhǎng)度增加，分離開始時(shí)間顯著提前.當(dāng)給棉長(zhǎng)度由4.23 mm增至5.89 mm時(shí)，分離開始時(shí)間提前了約1.0分度.當(dāng)給棉長(zhǎng)度一定時(shí)，落棉隔距增加，分離開始時(shí)間推遲，但推遲幅度較小.當(dāng)落棉隔距由7 mm增至12 mm時(shí)，分離開始時(shí)間推后0.2分度，給棉長(zhǎng)度對(duì)分離開始時(shí)間的影響程度明顯高于落棉隔距.在其他工藝參數(shù)保持恒定的情況下，分離開始時(shí)間提前，分離工作長(zhǎng)度增加，接合率提高.

圖5 不同順轉(zhuǎn)定時(shí)的分離羅拉位移曲線Fig.5 Displacement curves of detaching roller on different forward motion timings

2.2 分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)

以某種精梳機(jī)型為例，對(duì)其分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到不同順轉(zhuǎn)定時(shí)的分離羅拉位移曲線，如圖5所示.

圖5中的4條曲線分別表示順轉(zhuǎn)定時(shí)為14.0分度、15.0分度、16.0分度、17.0分度時(shí)的分離羅拉位移.由圖5可知，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)推后，分離羅拉的位移曲線水平右移，分度相同時(shí)不同曲線的位移數(shù)值不同.例如,當(dāng)圖5中分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.0分度時(shí)，分離開始的位移S18.3=-35.79 mm，分離結(jié)束的位移S24.0=9.9 mm；當(dāng)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為17.0分度時(shí)，分離開始的位移S18.3=-47.48 mm，分離結(jié)束的位移S24.0=-3.29 mm，分度相同但不同曲線的位移數(shù)值不同，導(dǎo)致分離羅拉的分離工作長(zhǎng)度變化，接合率改變.因此，影響接合率的工藝參數(shù)為給棉長(zhǎng)度、落棉隔距和分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí).

3 接合率的分析與比較

以某種精梳機(jī)型為例，將其鉗板機(jī)構(gòu)和分離機(jī)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，編寫Matlab程序，將其運(yùn)動(dòng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，得到了不同的給棉長(zhǎng)度、落棉隔距與分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)的棉叢接合率，分別如表2至表5所示.

表2 接合率(分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)15.0分度)

注：以纖維長(zhǎng)度30 mm計(jì)算，表3至表5同.

表3 接合率(分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)15.5分度)

表4 接合率(分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)16.0分度)

表5 接合率(分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)16.5分度)

由表2至表5可知：

(1)當(dāng)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為定值，給棉長(zhǎng)度分別為4.28 mm，4.71 mm，5.23 mm，5.89 mm時(shí)，落棉隔距越大，接合率越小，但接合率下降的幅度小；當(dāng)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為16.0分度、給棉長(zhǎng)度為4.28 mm時(shí)，落棉隔距由7 mm增至12 mm，接合率由170.11%降至164.35%，下降幅度為3.4%.

(2)當(dāng)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為定值、落棉隔距為7～12 mm時(shí)，給棉長(zhǎng)度越高，接合率越高，接合率提升的幅度較大；當(dāng)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為16.0分度、落棉隔距為7 mm時(shí)，給棉長(zhǎng)度由4.28 mm增至5.89 mm，接合率由170.11%提高到194.07%，提升幅度為14.1%.

(3)當(dāng)落棉隔距為定值、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.0～16.5分度時(shí)，給棉長(zhǎng)度增加，接合率顯著提高；分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)越早，接合率提高的幅度越大.當(dāng)順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.0分度時(shí)，給棉長(zhǎng)度由4.28 mm增至5.89 mm，接合率由161.49%提高到192.58%，提升幅度為19.2%；當(dāng)順轉(zhuǎn)定時(shí)為16.5分度時(shí)，給棉長(zhǎng)度由4.28 mm增至5.89 mm，接合率由170.25%提高到189.58%，提升幅度為10.2%.

(4)當(dāng)給棉長(zhǎng)度為4.28 mm、落棉隔距為12 mm、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.0分度時(shí)，接合率降到最低值154.75%;當(dāng)給棉長(zhǎng)度為5.89 mm、落棉隔距為7 mm、分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)為15.5分度時(shí)，接合率達(dá)到最高值194.98%.

4 結(jié)論

(1)接合率是影響精梳分離接合質(zhì)量的重要指標(biāo)，它反映棉叢的接合牢度，影響精梳條條干的均勻度.利用計(jì)算機(jī)模擬精梳機(jī)運(yùn)動(dòng)，可以確定分離接合階段的起始時(shí)間.

(2)給棉長(zhǎng)度、落棉隔距均對(duì)分離開始分度有影響，給棉長(zhǎng)度大，分離開始時(shí)間較早，分離工作長(zhǎng)度較長(zhǎng)，接合率高；落棉隔距大，分離開始時(shí)間遲，分離工作長(zhǎng)度較短，接合率低.

(3)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)改變，其位移曲線水平移動(dòng)，造成分離時(shí)間相同、位移差值不同(分離工作長(zhǎng)度不同)，接合率不同.利用計(jì)算機(jī)模擬得到的位移曲線可計(jì)算接合率，預(yù)測(cè)棉叢的接合質(zhì)量，為制定高效優(yōu)質(zhì)的精梳工藝提供了理論依據(jù).

[1] 任家智,馬宏慶.立達(dá)精梳機(jī)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析[J].棉紡織技術(shù),2008,36(9):22-25.

[2] 賈國(guó)欣,任毅,李留濤.精梳機(jī)分離羅拉連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減振平衡優(yōu)化[J].棉紡織技術(shù),2015,43(8):17-21.

[3] 任欣賢,薛少林,鄭林,等.FA261型精梳機(jī)分離接合工藝分析[J].棉紡織技術(shù),1997,25(4):17-20.

[4] 任家智.高效能精梳機(jī)分離接合工藝比較與分析[J].棉紡織技術(shù),2002,30(8):9-13.

[5] 任家智,高衛(wèi)東,謝春萍,等.棉精梳機(jī)分離羅拉順轉(zhuǎn)定時(shí)對(duì)棉網(wǎng)均勻度的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2014,35(3):127-131.

[6] 何銀康.有關(guān)精梳工藝優(yōu)化和精梳器材優(yōu)選的探索[J].棉紡織技術(shù),2008,36(6):16-20.

[7] 蒲建華.棉精梳機(jī)棉網(wǎng)破邊的原因分析[J].紡織導(dǎo)報(bào),2014(5):82-83.

[8] 任家智.紡織工藝與設(shè)備[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2004:133-134.

[9] 魏雪梅.紡織設(shè)備與工藝[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2009:119,136-137.

[10]LI X R, JIANG X M, YANG J C,et al．Study on flock detaching motion of a cotton comber[J].Journal of the Textile Institute,2014,105(8):789-793.

Research of the flock joint rate based on computer simulation of comber movement

JIA Guoxin1, FENG Qingguo2, REN Jiazhi2

(1.HenanEngineeringLaboratoryofNewTextilesDevelopment,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou450007,China; 2.CollegeofTextiles，ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007,China)

To predict overlapping quality of flock so as to make combing process reasonably and quickly, influence factors of joint rate have been analyzed, and the values of joint rate have been compared, on the basis of computer simulation of movement performance to detaching mechanism and nipper mechanism on comber. The results show that it has influence on joint rate that feeding length, noil gauge and clockwise rotation timing of detaching roller; in case of other parameters being constant, feeding length increases, joint rate increases; noil gauge increases, then the joint rate decreases. To one type of comber, joint rate drops to the minimum, which is 154.75%, when feeding length is 4.28 mm, noil gauge is 12 mm, and clockwise rotation timing of detaching roller is 15.0 index, while joint rate reaches the maximum, which is 194.98%. When the feeding length is 5.89 mm, noil gauge is 7 mm, clockwise rotation timing of detaching roller is 15.5 index.

combing; computer simulation; joint rate; process

2016-11-13

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

TS114．2

A

1674-330X(2016)01-0010-05