倪遠,張玉澤,汪軍/文 . 紡之遠（上海）紡織工作室；.東華大學(xué) 紡織學(xué)院

2 棉紡（超）大牽伸技術(shù)研發(fā)方向探析

上述棉紡（超）大牽伸機構(gòu)大都沒有進入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，只有少量三羅拉三膠圈或四膠圈鉗口牽伸裝置用于粗紗喂入的大牽伸紡紗方面。棉條直紡的超大牽伸試驗也因為品質(zhì)問題，而僅限于紡制中等線密度（中支）紗線。

環(huán)錠細紗機棉條直紡的超大牽伸紡紗技術(shù)，數(shù)十年來一直只是行業(yè)的一個夢想，根據(jù)現(xiàn)狀分析，缺省粗紗機的棉條直紡超大牽伸紡紗應(yīng)用尚有兩大制約因素：超大牽伸結(jié)構(gòu)的牽伸能力與牽伸品質(zhì)之間的矛盾，及環(huán)錠紡無捻棉條直紡并條至細紗工序系統(tǒng)設(shè)置性價比問題。

由于包括噴氣渦流紡在內(nèi)的新型紡紗技術(shù)強勢崛起，噴氣渦流紡四羅拉三區(qū)超大牽伸裝置（圖10）及無捻棉條條筒卷裝直紡喂入的規(guī)?；袌鰬?yīng)用，引起環(huán)錠紡技術(shù)領(lǐng)域的若干類比聯(lián)想與設(shè)問：環(huán)錠紡紗單錠產(chǎn)能和輸出線速度僅為噴氣渦流紡的5%左右，噴氣渦流紡棉條直紡的四羅拉三區(qū)超大牽伸系統(tǒng)，在相對單錠產(chǎn)能與線速度極低的環(huán)錠細紗機上應(yīng)用可行嗎？環(huán)錠紡紗工藝流程中粗紗工序的應(yīng)用還有存在的必要嗎？

圖10 渦流紡棉條直紡四羅拉三區(qū)超大牽伸裝置

回答上述兩個設(shè)問，必須要綜合考量環(huán)錠紡紗系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟性問題。不可回避的是要討論環(huán)錠紡紗工程采用無捻棉條直紡，在技術(shù)與經(jīng)濟層面兩個方面的問題：在技術(shù)性層面來說，是超大牽伸裝置在提升牽伸能力的同時如何確保在高倍牽伸情況下的牽伸品質(zhì)問題；在經(jīng)濟性層面來說，是環(huán)錠紡流程中并條、粗紗與細紗這三個工序裝備綜合投資與運行成本，及條筒卷裝替代粗紗管卷裝后紡紗管理適應(yīng)性與附加投資和運行成本問題。有關(guān)這些問題的探討在“環(huán)錠細紗機超大牽伸產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用可行性探討”[4]一文中已經(jīng)作了細致的分析。

3 創(chuàng)新棉紡（超）大牽伸結(jié)構(gòu)設(shè)計探索

以下探索一個兼顧牽伸能力與牽伸品質(zhì)的超大牽伸裝置，以適于總牽伸大于200 倍的渦流紡超大牽伸棉條直紡高品質(zhì)渦流紡紗線；或者適于環(huán)錠紡大牽伸有捻粗紗紡制短纖純紡或多種纖維混紡的高品質(zhì)紗線。

3.1 超大牽伸裝置前區(qū)牽伸結(jié)構(gòu)的選擇

擔(dān)任主牽伸的前區(qū)采用結(jié)構(gòu)合理、應(yīng)用成熟的變速點前移集中的正向延伸長短雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結(jié)構(gòu)，目前看不失為合理的選擇。

3.2 現(xiàn)有技術(shù)中后區(qū)牽伸結(jié)構(gòu)存在問題討論

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)后區(qū)牽伸（或第二主牽伸）結(jié)構(gòu)設(shè)置及其工藝應(yīng)用，可以概括地分為三個大類：簡單羅拉平面直線牽伸結(jié)構(gòu)、附加剛性元件控制須條的曲線牽伸結(jié)構(gòu)、附加正向延伸膠圈鉗口牽伸結(jié)構(gòu)。

單個牽伸區(qū)的牽伸能力有限，超大牽伸應(yīng)用需要兩個及以上的牽伸區(qū)分擔(dān)總牽伸倍數(shù)，在正向延伸長短雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結(jié)構(gòu)作為主牽伸區(qū)的基礎(chǔ)上，在主牽伸區(qū)的上游設(shè)置組合疊加的附加牽伸區(qū)，有以下幾個問題需要考量：

簡單羅拉平面直線牽伸結(jié)構(gòu)和附加剛性元件控制須條的曲線牽伸結(jié)構(gòu)，由于不能集中控制纖維變速點，牽伸能力有限，不適于大幅度增大總牽伸倍數(shù)。

再增加正向延伸膠圈鉗口串聯(lián)的牽伸結(jié)構(gòu)，則隨著牽伸倍數(shù)的增大，牽伸品質(zhì)惡化明顯。因為簡單疊加相同的纖維變速點前移集中控制方式，會使上游牽伸區(qū)產(chǎn)生的牽伸波，在下游牽伸區(qū)作與牽伸倍數(shù)相同倍率的放大。這種牽伸波疊加現(xiàn)象制約了相同纖維變速點控制方式兩個方面的應(yīng)用：在工藝上制約了牽伸能力的放大和在牽伸區(qū)設(shè)置上制約了相同牽伸區(qū)的重復(fù)運用。

高倍的超大牽伸還有一個問題：由于后羅拉轉(zhuǎn)動特別緩慢，如果后區(qū)牽伸較小，會發(fā)生纖維條粘滑現(xiàn)象，非常嚴重地破壞線密度均勻度。如前羅拉出條速度為每分鐘18 米、總牽伸大于200 倍時，后羅拉的線速度僅為每秒鐘1～2 毫米，后牽伸區(qū)中受牽伸力作用的纖維，會由于動靜摩擦力的交替變化而產(chǎn)生運動急跳現(xiàn)象，影響牽伸品質(zhì)，因此超大牽伸應(yīng)用的后區(qū)牽伸倍數(shù)不能設(shè)置較小。

3.3 后區(qū)纖維尾端集中變速的超大牽伸結(jié)構(gòu)

為了有效回避現(xiàn)有技術(shù)中后牽伸區(qū)結(jié)構(gòu)的存在問題，創(chuàng)新棉紡超大牽伸結(jié)構(gòu)的后區(qū)設(shè)計采用纖維尾端后移集中變速的工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)，即在正向延伸膠圈鉗口主牽伸區(qū)的上游后牽伸區(qū)，增加一對反向延伸膠圈鉗口，成為纖維變速點后移集中控制方式的牽伸區(qū)，這在理論上會緩解牽伸波疊加現(xiàn)象對牽伸品質(zhì)的影響。

圖11 是一種比較簡潔、高效的超大牽伸結(jié)構(gòu)，采用四羅拉三牽伸區(qū)四膠圈配置，兩對長短膠圈鉗口分別設(shè)置在第二和第三羅拉上，成為雙向延伸膠圈鉗口纖維變速點前后移集中控制超大牽伸結(jié)構(gòu)。主牽伸的前區(qū)采用正向延伸雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結(jié)構(gòu)，中區(qū)為小倍率過渡彈性牽伸集合區(qū)，并設(shè)置集聚元件，后區(qū)采用與須條運動方向反向延伸的雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結(jié)構(gòu)。

圖11 四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術(shù)超大牽伸結(jié)構(gòu)

運用四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術(shù)的牽伸裝置，完全避免了現(xiàn)有技術(shù)中多羅拉多膠圈牽伸區(qū)在增大牽伸能力的同時，產(chǎn)生的影響牽伸品質(zhì)的三個工藝結(jié)構(gòu)缺陷：相鄰膠圈牽伸區(qū)設(shè)置、后羅拉膠圈鉗口設(shè)置及須條多級同向變速點串聯(lián)牽伸結(jié)構(gòu)設(shè)置。

粗紗和細紗牽伸裝置的主牽伸區(qū)盡管都采用了膠圈鉗口向下游延伸的變速點集中前移的工藝手段，但粗紗和細紗兩個主牽伸區(qū)的膠圈鉗口對同一根須條來說是異向設(shè)置的，因此從工藝上合理避免了須條牽伸過程在兩個主牽伸區(qū)的兩對膠圈鉗口中變速點連續(xù)的同向設(shè)置，從而在獲得兩個工序牽伸倍數(shù)乘數(shù)效應(yīng)的同時，減輕或避免了牽伸波疊加，有利于保證牽伸質(zhì)量。

四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術(shù)：后區(qū)變速點后移集中，前區(qū)變速點前移集中，這種有別于現(xiàn)有技術(shù)的超大牽伸結(jié)構(gòu)設(shè)計，是在一套牽伸裝置中設(shè)置了兩個相反方向延伸的膠圈鉗口，實現(xiàn)牽伸須條不換向，而經(jīng)過兩個牽伸區(qū)變速點位置的換向。

從一個特定的角度看，這個創(chuàng)新工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)可以理解為對牽伸須條進行了“虛擬換向”，從而避開連續(xù)兩次變速點控制的同向串聯(lián)，在牽伸能力得到提升的同時改善牽伸質(zhì)量。

與現(xiàn)有技術(shù)的最大區(qū)別在于后區(qū)的纖維控制方式。在牽伸理論中，改善牽伸品質(zhì)、減小牽伸附加不勻最有效的方式是纖維變速點集中，纖維變速點的集中，可以大幅度縮小牽伸過程中的纖維端部移距偏差，降低線密度的附加不勻。有兩種控制纖維變速點集中的基本區(qū)域：前鉗口和后鉗口。在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛應(yīng)用的是，將纖維變速點集中控制在靠近牽伸區(qū)前鉗口的纖維運動控制方法，稱為纖維變速點前移集中。采用纖維變速點控制在靠近牽伸區(qū)后鉗口的纖維運動控制方法，稱為纖維變速點后移集中。

對于纖維變速點后移集中工藝技術(shù)方案沒有在行業(yè)裝備中進行技術(shù)應(yīng)用，具有多方面的因素。在創(chuàng)新的四羅拉四膠圈超大牽伸機中，第三羅拉上設(shè)置反向延伸的上下膠圈鉗口，三羅拉線速度基本上接近于第二羅拉或者普通三羅拉牽伸的中羅拉線速度，可以大幅增加后區(qū)牽伸倍數(shù)的設(shè)置。

3.4 創(chuàng)新棉紡超大牽伸結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

圖11 的超大牽伸結(jié)構(gòu)，是四羅拉四膠圈前后兩類變速點纖維運動控制技術(shù)超大牽伸結(jié)構(gòu)。前區(qū)采用了雙膠圈正向延伸的設(shè)置，使纖維變速點集中在靠近前鉗口的纖維運動控制方法；后區(qū)采用了雙膠圈反向延伸的設(shè)置，使纖維變速點集中在靠近后鉗口的纖維運動控制方法。這樣大約會產(chǎn)生以下幾個方面的優(yōu)勢效應(yīng)：

后牽伸區(qū)采用反向延伸雙膠圈鉗口的設(shè)置，使后牽伸區(qū)纖維變速點集中后移到靠近后羅拉鉗口，從而減小牽伸過程產(chǎn)生的纖維后端移距偏差，同時可以設(shè)置較大的后區(qū)牽伸倍數(shù)，有益于須條中纖維的前彎鉤伸直；

前牽伸區(qū)采用正向延伸雙膠圈鉗口的設(shè)置，使前牽伸區(qū)纖維變速點集中前移到靠近前羅拉鉗口，從而減小牽伸過程產(chǎn)生的纖維前端移距偏差，同時可以設(shè)置很大的前區(qū)牽伸倍數(shù)，有益于須條中纖維的后彎鉤伸直；

中區(qū)采用較小的牽伸倍數(shù)，附加至少一個集聚元件，可以集合整理經(jīng)后牽伸區(qū)牽伸而發(fā)散的纖維須條，對前區(qū)大倍率牽伸是有利的；

上述現(xiàn)有技術(shù)中多羅拉多膠圈鉗口的牽伸區(qū)，由于客觀存在的膠圈滑溜狀況，兩個相鄰的膠圈牽伸區(qū)之間是存在著牽伸倍數(shù)動態(tài)分布的情況，在一定程度上影響到牽伸品質(zhì)的穩(wěn)定性。本超大牽伸技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)置了一個集合整理的中部牽伸區(qū)，使前后兩個牽伸區(qū)的兩套膠圈運動，由兩對羅拉鉗口分別驅(qū)動控制，從而有效阻隔了兩套膠圈鉗口在前后兩個牽伸區(qū)驅(qū)動與運行受力的相互牽制，在確保超大牽伸工藝應(yīng)用條件下，前后兩個牽伸區(qū)牽伸工藝的穩(wěn)定；

前二、三羅拉速度較低，適于膠圈鉗口慢速運動。同時在后牽伸區(qū)反向延伸膠圈鉗口的纖維控制區(qū)內(nèi)，上下膠圈的工作部分都處于緊邊工作狀態(tài)，膠圈外摩擦力場的布置比較理想，對纖維須條的控制非常有利。如果喂入牽伸的是有捻須條，在內(nèi)外摩擦力場的有效控制下，更加有利于改善牽伸品質(zhì)；

本超大牽伸技術(shù)結(jié)構(gòu)交替設(shè)置的纖維變速點后鉗口集中與前鉗口集中，對多個羅拉牽伸區(qū)纖維須條變速點多級同向串聯(lián)的牽伸，可以顯著改善下游牽伸區(qū)的牽伸波對上游牽伸區(qū)的牽伸波疊加放大惡化，有助于控制成紗線密度均勻度；

中區(qū)的集聚元件可以是固定或滾動的集束器，如設(shè)置1～2 個V 形溝槽的輥輪，輥輪可以隨動或由二羅拉或三羅拉摩擦驅(qū)動。

本超大牽伸結(jié)構(gòu)，既適用于棉條直接喂入超大牽伸紡制高品質(zhì)渦流紡紗，也適于重定量有捻粗紗喂入大牽伸紡制高品質(zhì)環(huán)錠紡紗，尤其是低線密度環(huán)錠紡紗，依據(jù)不同的纖維和紗線品種設(shè)置適宜的牽伸倍數(shù)分配。三個牽伸區(qū)采用了三種不同的纖維控制結(jié)構(gòu)和工藝，承擔(dān)不同的牽伸功能和能力。

用于環(huán)錠紡紗時，大牽伸應(yīng)用可能會使須條發(fā)散，增加毛羽，可以根據(jù)紗線品種和品質(zhì)需要附加集聚紡紗、賽絡(luò)紡紗或集聚賽絡(luò)紡紗等技術(shù)結(jié)構(gòu)。另外，環(huán)錠細紗機對有捻粗紗牽伸的總牽伸倍數(shù)一般不大于200 倍，后區(qū)牽伸不會很大，且有捻粗紗有內(nèi)摩擦力，可以獲得更好的牽伸效應(yīng)。

3 結(jié)語

上述帶有雙向延伸膠圈鉗口兩類變速點纖維運動控制技術(shù)超大牽伸結(jié)構(gòu)的設(shè)計，是基于以下幾個經(jīng)典牽伸相關(guān)理論或機理支撐下的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：

① 后牽伸區(qū)纖維變速點后移集中控制降低纖維后端移距偏差理論；

② 中區(qū)集聚不牽伸，牽伸不集聚理論；

③ 前牽伸區(qū)纖維變速點前移集中控制降低纖維前端移距偏差理論；

④ 向前延伸膠圈鉗口對纖維后彎鉤平行伸直機理；

⑤ 向后延伸膠圈鉗口對纖維前彎鉤平行伸直機理；

⑥ 交替纖維尾端和頭端變速點集中控制，須條虛擬換向，降低牽伸波疊加效應(yīng)理論；

⑦ 膠圈鉗口設(shè)置和增強外摩擦力場理論；

⑧ 有捻須條增強內(nèi)摩擦力場理論。

本文所述超大牽伸技術(shù)方案用于無捻棉條直接喂入超大牽伸高品質(zhì)渦流紡紗生產(chǎn)，有利于拓展纖維適紡品種，通過改善牽伸品質(zhì)來優(yōu)化成紗品質(zhì)，推動處于發(fā)展潮流中的渦流紡紗技術(shù)進步，實現(xiàn)品種與品質(zhì)的同步完善。

本超大牽伸技術(shù)方案用于有捻粗紗大牽伸高品質(zhì)環(huán)錠紗線生產(chǎn)，有利于進一步增大粗紗線密度，降低紡紗成本。FZJX