压力棒上销的发明机理和应用前景解析

在纺纱技术日新月异、飞速发展的今天，纺纱器材对成纱质量的影响已日益明显，并随着设备更新速度的不断加快，新工艺、新技术的大量运用，纺纱器材的改进和创新已显得尤为迫切和重要，它将直接关系着成纱质量的稳定和提高。为此，我们把附加牵伸后区压力棒上销的发明过程和机理特性及应用前景介绍给广大的纺纱用户，以便于你们更好地去认识和了解，并去探索和实践。1 发明设想缘于某杂志发表的一篇关于细纱超大牵伸的应用实践文章的启发，因此设想如何通过器材的创新，实现牵伸倍数在原有基础上快速有效的提升，同时使成纱条干质量更加优化。2 产品构想为达到上述目的，我们与众多纺纱专家广泛交流探讨，确认在细纱牵伸后区布置新的附加摩擦力界可对须条进行调控，进而达到提高成纱质量的目的；而超大牵伸的实际作用也就是在牵伸后区增加了一个须条运行的控制点，该控制点需要增加很多的器件来完成。不仅成本高昂，而且增加很大的工作量。因此我们构想如何以更简捷有效的方式，在牵伸后区建立一个新的附加摩擦力界，并能取得同样的效果？为此进行了精心的构思，最终确认摩擦力界可通过压力棒的方式加以实施，这就是本发明的理论基础。但压力棒如何设置，放什么位置，与什么器件结合最简捷有效，更有利于操作，并且尽可能少占用后牵伸区的空间？我们从不同角度，不同方式反复的实验比较，认为与上销的结合最为理想，由此就诞生了新的纺织器材产品----牵伸后区附加压力棒的上销。3 产品机理根据纺纱原理，在细纱牵伸区内，快速纤维直接在前罗拉的摩擦力界作用下运动，慢速纤维则在后罗拉产生的摩擦力界作用下运动。纤维运动状态的结果表明：在牵伸区中，绝大多数纤维在某一个截面上瞬时由后罗拉速度转换为前罗拉速度，且此后一直以前罗拉速度运动；而纤维本身存在长度差异、弯钩差异，特别是部分短纤维在牵伸区中多次改变速度，但每次变速时间极为短暂。纤维运动状态的多变是由于引导力和控制力的波动，引起纤维头端变速点分布较分散，且变化时间不稳定，增加了成纱的不匀程度；因而控制纤维的运动均衡是提高条干均匀度的关键。而控制纤维的运动，又必须从控制纤维的受力入手，使纤维引导力和控制力均匀稳定。基于上述纤维运动变化及规律，我们如果采取附加控制棒在后牵伸区建立一个新的附加摩擦力界，对后区须条进行合理调控，必将改善条干的均匀度。此即发明该产品的理论依据。目前，我国纺纱设备对纤维的牵伸主要有两种形式：即曲面牵伸（也称V型牵伸）和平面牵伸（也称直线牵伸）。我们在研制开发该产品时，必须全面了解不同牵伸形式在设计上的特点及差异，使设计开发的产品更趋合理、更具针对性，有利于取得最佳的使用效果。为此，我们对不同牵伸形式的摩擦力界布置在设计上采用了不尽相同的压力棒装置。3．1 V型牵伸 V型牵伸的前区和后区呈曲面状，形成相应角度。这种牵伸形式在设计上虽有其优越特性；但也存在着某些缺陷，最明显之处是前后区成相应曲线状（面）后，在中上罗拉胶圈表面形成了与之相对应的反包围弧。牵伸理论及实践证明，如果在中上罗拉胶圈表面出现反包围弧，增强了前钳口处的摩擦力，使摩擦力界宽度向牵伸区中扩展，容易使纤维不稳定变速和产生新的弯钩纤维且变速点增加；产生较大的不稳定牵伸波，使条干不匀率增加。因此，如果减弱或消除V型牵伸中上罗拉固有的反包围弧，那么条干的质量就会更加优化。我们的研究结果表明，只要在后区牵伸中采取牵伸控制棒即压力棒的形式，即在适当处形成新的摩擦力界，使受压后的须条在进入中上罗拉钳口时呈直线及扁平状态，也就消除了前面所说的反包围弧，就可以达到改善条干的目的。并且，增加新的摩擦力界后在后罗拉表面增加了一段新的包围弧，这又完全符合牵伸理论：后罗拉和中罗拉钳口的包围弧的作用是不同的，合理增加后罗拉上的包围弧更有利于条干的改善。这是因为：
① 后区的须条速度慢、牵伸倍数小，包围弧的影响就小得多；
② 后区的包围弧段增加反而对纤维的运动控制更有利，因为在后区的纤维数量多，增加包围弧使纤维的变速点后移，使纤维的伸直过程提前发生，增加了伸直过程的延续时间，减弱须条在运行中的变异，更有利于成纱质量的提高和改善；所以，在V型牵伸中增加后区牵伸摩擦力界，完全符合纺纱理论机理，是对牵伸理论创造性的补充。3．2 平面牵伸 在平面牵伸中也可设置后区牵伸摩擦力界吗？增加该装置是不是有悖于牵伸理论呢？经我们研究和实践，认为是同样可行的。当然，如果采用与V型牵伸一样形式的压力棒装置，似乎同牵伸理论有矛盾之处；但是，实践的结果验证，效果还是比较明显的。这是因为后区须条经过压力棒的摩擦力界重新分布后，使须条的变速点向前钳口集中，同时有效地控制了纤维的有序运行，并在后罗拉上形成了新的包围弧，同样可以使条干得到改善。但是，由于增加摩擦力界后相应地在中上罗拉胶圈表面形成了新的包围弧，使效能受到部分抵消，使得平面牵伸中的提高幅度不如V型牵伸幅度大。因此，我们采用了有别于V型牵伸摩擦力界装置压力棒的设计，在装置中把原来单棒式改成双棒式。这样改变的好处在于，后区牵伸须条从后罗拉出来后先走一段曲线，再以直线形式进入中上罗拉钳口处。这样，既让须条在后罗拉上形成新的包围弧，又不在中上罗拉胶圈表面产生新的反包围弧，就完全符合牵伸理论的要求。实践结果表明：条干水平在前一种的基础上又有明显提高，取得同V型牵伸同等的效果。因此，我们认为在平面牵伸中增加摩擦力界压力棒装置不仅可行，更是对原平面牵伸理论的重大革新。值得一提的是，上述两种形式的压力棒上销均可以在不带压力棒的状态下作为独立器材在设备上使用；因此，使用该器材不但没有任何风险，而且具有更大的灵活性和实用性，真正体现出其所具有的应用价值。根据上述理论，我们征求了专家的意见，结合用户在使用过程中的反馈信息，又对该装置进行了精心设计和合理配置；同时，认为该压力棒装置同原使用的上销有机结合，最切实可行，相得益彰。这样的设计既方便用户的安装和使用，同时，最大程度上发挥两个原本不相干产品的效能，而且最经济实用。由此，开发了产品构想中所述的牵伸后区附加压力棒上销这一新型器材。4 结构特点 4．1 产品结构 该产品是在上销的基础上，在其握持处后侧作相应延伸，在延伸部位构筑压力棒装置并配上压力棒，让压力棒作用于后牵伸区间的须条上，使须条在后牵伸区域内增加一个新的摩擦力界。4．2产品特点 4．2．1 同时作用于牵伸的前区和后区；4．2．2 安装及使用极为便利；4．2．3 占用牵伸区域的空间缩小到最低限度，有利于操作及清理； 4．2．4 提高细纱总牵伸倍数（采用更重粗纱定量），同时又可进一步改善成纱质量。5 应用情况及前景展望 压力棒上销经本公司科研人员历时半年的探索、攻关和开发，于2005年3月研发成功，当即申报国家发明和实用新型两项专利；并大面积使用在江苏太仓利泰纺织有限公司和江苏镒诚纺织有限公司的不同牵伸形式的细纱机上。考虑到专利申请周期较长及市场控制方面的原因，该器材到2005年底才全面向用户推广。截止2006年9月中旬，全国已有包括天津田歌、山东华乐、无锡庆丰等70余家纺织企业大范围使用，并有近200余家企业作小范围的实践。根据对大面积使用该器材的单位的调查，综合反馈信息，各项指标均完全达到了预期的效果。不仅条干水平有大幅度改善，而且还大大提高了劳动生产率，有力地促进了生产力的发展。并且该器材的应用，将彻底改变目前国内众多厂家长期所采用的细纱“二大二小”的纺纱工艺路线，使牵伸倍数有更广阔的变化范围。特别是总牵伸倍数在原有基础上可大幅增加，而且不影响条干质量。总牵伸倍数的增加预示着粗纱定量的加大，而粗纱定量的加大将使粗纱机的效率大幅提高，既省工，又节能。如果是新建企业，可以有效精简设备配置，节省投资成本。因此，该器材将具有广阔的发展前景和极高的应用价值。 6 问题解析6．1 为什么后区使用压力棒后能提升牵伸效率？综合上述改善条干的理论分析，我们再解析如何提升总牵伸效率的问题。目前，众多用户采用“二大二小”的纺纱工艺路线，即高捻度、轻定量、大后区隔距、小后区牵伸。为什么该工艺一直沿用，难以取得突破性改变呢？理由如下：6．1．1 上面提到的后区通过压力棒布置一个新的附加摩擦力界，有效克服并补充了原牵伸设计中存在的缺陷，并稳定了后区须条的运行状态，有利于成纱质量的改善。6．1．2 后区压力棒的使用可有效提升后牵伸倍数，而前区可保持原有牵伸甚至亦可相应加大，因而可使总牵伸倍数增加，而不影响成纱质量。因为后区采用压力棒后，如果在 “二大二小”工艺中应用，很可能起不到明显作用，甚至是反作用。究其原因，后区加上压力棒后，使须条捻度重新分布，后罗拉钳口至压力棒布置的摩擦力界间的须条捻度会更大，捻距更紧，使纤维间的抱合力大大增强。但由于原有工艺的捻度较大，使须条在牵伸过程中发生“解捻”困难，使过多捻回带入主牵伸区容易出硬头造成牵伸不匀。此时，布置的摩擦力界反而起了反作用。假如在原有工艺状况下调整相应工艺参数，即适当调整粗纱捻系数也就是让粗纱须条捻度减弱，成纱质量指标即可得到显著改善。但问题是减小粗纱捻系数后，则会使粗纱在退绕过程中产生过多的意外牵伸，造成成纱长细节增加。因此，唯一有效办法即加大粗纱定量，通过增加须条纤维数量来增强须条的强力，从而减少意外牵伸，而纤维数量的增加必须加大粗纱定量，而定量的加大则预示着总牵伸倍数的增加，因此也就提高了总牵伸倍数。6．2 由压力棒产生的后区摩擦力界作用分析。提高牵伸倍数，同时使成纱质量更进一步优化，这就是附加压力棒所起的主导作用。它究竟是如何产生的？我们再做如下的进一步分析。由压力棒产生的后区摩擦力界，使后区两段须条呈现不同的运行状态，同时对后区须条捻度又进行了重新分布。通过大量的实践证明，后罗拉钳口至压力棒间须条运行呈翻滚状态，比没有压力棒时更剧烈，说明该段须条捻度增加，而且捻距更紧。而经过压力棒后至主牵伸区段须条运行状况因压力棒的作用则由旋转状转变为圆锥集束状（V牵）和扁平直线状（平牵）。因此摩擦力界起到了有效阻止后段须条捻度往前段传递的作用，也就是“解捻”的作用，使须条牵伸更稳定。其次，压力棒还起到集束纤维的作用，使进入主牵伸区的须条纤维抱合力增强，同样改善了牵伸不匀。所以在牵伸后区附加压力棒将十分有效地起到提升成纱质量、提高纺纱效率的作用。6．3 牵伸后区布置压力棒的摩擦力界对纺纱牵伸系统的影响。摩擦力界在细纱牵伸后区的应用将对牵伸系统产生怎样的影响呢？我们进行了初步的总结，概括为以下几点：6．3．1 将使牵伸倍数有更宽广的变化范围，增加总牵伸倍数不但不会影响条干质量，反而会更进一步改善；6．3．2 对牵伸部件提出了更高的要求，罗拉精度要求更高，胶辊弹性要求更好，摇架加压稳定性更强，胶圈、中上罗拉同步性必须更进一步提高；6．3．3 牵伸结构也将出现新的变化，新型牵伸机构的诞生为期不远；6．3．4 牵伸工艺的革新步伐将大大加快，不久的将来原有纺纱工艺将会被新型工艺取代。6．4 为什么附加压力棒和上销结合最佳，而不宜实施分体结构？我们在发明研制压力棒上销的过程中进行了各种尝试，虽然在本专利八项权利要求中有分体结构的多项内容，但实践结果表明压力棒和上销结合一体效能最佳，所衍生的问题最少。主要表现在以下几个方面：6．4．1 若采取将压力棒和支架插入于上销的方式使用，在牵伸过程中须条容易产生抖动，造成对须条的控制张力不稳定，产生牵伸力变异，引起不规则的牵伸波和机械波。同时，插入式压力棒上销在摇架卸载及季节变化产生的温湿度差异时，易松动、脱落、变形、歪斜和移位等现象，致使锭差加大，造成成纱不匀。6．4．2 若压力棒固定于摇架中，由于逐只摇架单独固定，定位不够精确。因此无法做到压力棒工作状态一致，易左右歪斜，前后位移，造成对须条的控制张力不一，牵伸不匀增大。同时，操作极不方便，拆装调整困难较大，增加了附属机件后更容易积附飞花，增加清洁的工作量。上述两种情况，虽然从成本上考虑略为经济些，但长远考虑，无论从管理、使用寿命还是实际使用效能上评判均不合算。而且这两种形式的高度不稳定性，给纺纱企业造成了很大的后顾之忧。因此，我们本着对用户负责的态度，推广目前各方面性能均较为成熟稳定的附加压力棒上销。6．5为什么后区附加的压力棒不宜转动？根据上述的理论分析并充分结合实践结果表明，在后区附加的压力棒是不宜转动的。理由如下：如果让压力棒转动，虽然可减小须条的牵伸力，但压力棒布置的摩擦力界作用将被大大弱化，使牵伸附加不匀增加。因为摩擦力界的主导作用是“解捻”，是阻止后段须条往前段须条传递捻度的作用，若让压力棒转动，将使过多的捻度带入主牵伸区，易造成牵伸不匀，不利于成纱质量的改善。因此后区附加的压力棒应不宜转动。7、衍生问题使用压力棒上销后，因牵伸倍数等工艺参数的调整及管理因素可能衍生的问题须予以关注。7．1 毛羽问题。使用压力棒后有效地提升了牵伸倍数。但加大了粗纱定量后，前区喂入须条宽度增加，纤维离散性变大，容易引起毛羽的增加。因此，管理到位的企业应积极采用优质集合器来弥补。并建议合理选配粗纱定量和粗纱捻系数。7．2 “隐性”机械波问题。采用压力棒上销后与之相应的工艺匹配则显得极其重要，产生“隐性”机械波主要是后区工艺设定不合理，后区控制力和引导力不吻合等引起牵伸不稳定所致。7．3 出“硬头”问题。首先，由于后区摩擦力界对须条的作用，相应地增加了须条牵伸力。同时，由于须条对压力棒的反作用力，使上下销钳口控制力增强。但中罗拉钳口握持能力的减弱或不足（减弱原因系反作用力引起）造成牵伸不匀。因此，须同步增强中罗拉钳口的握持力，适当提高摇架压力。其次，粗纱定量增加而粗纱捻系数调整幅度过小，后牵伸倍数、后区罗拉隔距及隔距块选择不合理，也是出“硬头”的主要因素。7．4 不规则“长粗长细节”问题。增大粗纱定量后，后区采用压力棒可能衍生此问题，根源不在压力棒本身，而是工艺设备调整不到位所致。长粗主要是由钳口握持能力不足引起。长细的发生因素则更多，如吊锭状态、胶圈钳口不同步性，并条、粗纱定量加重后的包卷、接头、机台清洁、绕皮辊等前道管理问题。8、 结束语 牵伸后区附加压力棒上销从发明到应用的时间还非常短暂，因而待其走进千家万户、获得众多用户的一致认可，尚需时日。当然，该器材并不完美，仍有许多待改进和完善之处。而且，使用厂家装备水平和技术力量的千差万别都会导致其使用结果不尽相同。另外，使用该器材后可能带来的问题如何化解等等，还需要我们进一步共同研究和探索。因此，欢迎用户深入探讨、广泛交流，并提出宝贵意见。