环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新(2)

清纱擒纱功能，因为主动切断头会影响劳动生产率。应该适当上翘擒纱钩头端，保证纺纱纱路畅通，尽量降低断头率，特别是人为断头。

图1 图2 图3 图4

图5 图6 图7 图8

3.2气圈控制环

气圈控制环的应用已是一项成熟技术。气圈控制环把一个大气圈分成两个小气圈后，每个气圈的高度减小了，纺纱张力也有所下降，并且有效避免了气圈波节的产生。适应高速纺纱的细纱机在设计上就已考虑了除钢领板、导纱钩外的第三套气圈环专用独立随动升降结构，其可以在卷装升降的情况下，始终保持气圈环位于气圈直径最大处，从而更加合理有效地控制气圈形态。而在普通细纱机上加装气圈环则只能在钢领板上通过安装支架加装。

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3.3钢领附加环形导轨

钢领附加环形导轨（笔者简称）是奥地利申请人为改善钢丝圈运行状态而提出的技术方案，其有两项申请：申请号为92104563.8专利名称为钢领旋转装置及申请号为93105612.8专利名称为环锭纺纱设备，该方案通过在钢领上部加装与钢领同心或接近同心的附加环形导轨，改变进入钢丝圈纱线与水平面之间的夹角α，使其成为一个锐角，从而使纱线对钢丝圈的作用合力抵消部分离心力，以便减轻钢领钢丝圈的磨损。并以纱线与环形导轨的摩擦阻力替代部分钢丝圈与钢领的摩擦阻力，获得纺纱所需的张力。同时纱线进入钢丝圈角度的改变也使钢丝圈的运行姿态得以改变，有利于改善钢丝圈运行稳定性。实际应用时，由于环形导轨的内径小于钢领内径，因此只要α角大于管纱成形半角r／2的补角（管纱肩部表面斜面与水平面的夹角），就可以完成正常纺纱卷绕，但接头的拔管无法进行，除非纺制直径小于环形导轨内径的管纱或设置环形导轨移除的结构。

图9 图10

3.4钢领钢丝圈

无论对于设计、应用或改良，钢领与钢丝圈都是成对配套进行的。目前用于生产实践的主要为平面钢领和锥面钢领两种形式，平面钢领占绝对多数。

锥面钢领诞生于二十世纪七十年代。作为实现高速、大卷装的主要措施之一，锥面钢领的主要特点是钢领内跑道的几何形状为近似双曲线的直线部分，配套的钢丝圈几何形状为非对称形，内脚长，与钢领内跑道近似直线接触，接触面积大、压强小，可减少磨损与增大散热面积，钢丝圈运行平稳，有利于降低细纱断头。

钢领钢丝圈的改良主要围绕适于高速、降低断头、延长寿命和改善品质影响进行，改良的内容主要为两个方面：一是形态结构；二是材质和表面处理。

3.4.1钢领钢丝圈形态结构

钢领钢丝圈形态结构改良的着力点在于优化跑道形态、增大钢领钢丝圈间的接触面积，改善运行平稳性、抗楔性和散热性能。

表4摘录二十多年来钢领钢丝圈形态结构相关技术的专利申请。 表4： 专利名称 耐用节电钢领钢丝圈 托力轨道平面钢领 下支承多点接触钢领和钢丝圈 申请号 85205004 90102935.1 申请人 地域 上海 上海 主要特征 内跑道多曲面支承弧面 外凸缘颈壁设有托力轨道面 包括有辅助支承面直线和上支承面直线的主要性能 节电3％，钢领延寿2倍，钢丝圈延寿1倍 线速度达每秒42-50米，断头率低，寿命长，品质好 断头率降低25-35％，抗锲性好，钢领寿命长2-4倍，钢丝圈寿命长1-3倍，运行附图 图11 图12 92102070.8 辽宁 图13 倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 7 of 25

主跑道曲线 新型钢领 分别制造跑道及底座且将二者合为一体的钢领 通道隔离式钢丝圈 平面钢领用钢丝圈 环锭纺纱机（锥面钢领） 带有倾斜平面钢领的环锭纺纱机 200720193727.1 山东 03134348.1 陕西 95205840.5 湖北 上沿轨道向外倾斜32-38度 跑道用硬质合金粉末冶金注射成形制造 内脚设有隔离式纱线通道 内外脚相对于主体以相反方向折弯一个相等角度 内跑道带有弧面的锥面钢领 较小纱线通道GDL＝0.1-0.3的钢领钢丝圈 顶边平直的平顶边锥面钢领和钢丝圈 台，外边设有上01280134.8 山西 支承跑道，钢丝圈设有弓形纱线通道 03239741.0 天津 稳定，挂花率低50％ 改善质量，减少磨损，延长寿命长1倍 图14 成本低，寿命长 图15 纱线与钢丝圈摩擦阻力小，毛羽少，寿命长 纱线通畅，减小摩擦阻力，运行稳定，重心低，寿命长 改善质量，降低断头，钢领钢丝圈磨损小寿命长 利用纱条毛羽产生润滑膜改善润滑性， 特别适于紧密纺 图16 200520023668.4 河北 图17 9510074.8 瑞士 图18 95106457.6 瑞士 图19 接触面大，受力均匀，运转平稳，磨损少，寿命长 图20 新型钢领 钢领上部锥形，张力稳定，断头率低，加捻双曲率支撑面，效率高，毛羽少，强力高 瓦楞型钢丝圈 内跑道设有圆弧过渡磨损面 使用寿命长，开机断头少 图21 锥面钢领 200320120492.5 江苏 图22 在国内外钢领钢丝圈形态结构的改良方面，锥面钢领结构或类锥面结构的专利案例所占比例较大，说明较多的改良取向是针对增大钢领钢丝圈接触面积、降低运动副接触压强。但锥面钢领的实际应用不多，没有形成发展趋势。

图11 图12 图13 图14

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图15 图16 图17 图18

图19 图20 图21 图22

3.4.2钢领钢丝圈的材质和表面处理技术

钢领钢丝圈的材质和表面处理技术主要改善运动副接触摩擦性能为主，如耐磨性、润滑性、抗疲劳性等，其中表面处理技术主要包括表面改性技术、涂镀技术和薄膜技术。

以下摘录二十多年来钢领钢丝圈材质和表面处理相关技术的专利申请：

湖北申请人申请号为86201962 名称为镀铬钢领的专利申请公开了一种早期的钢领镀层方案：钢领表面经特殊处理和探索铬原子生核规律、改变镀硬铬工艺，选择合理的电流密度等参数，获得晶粒细小光洁、结合牢度好的镀铬钢领。

上海申请人申请号为87105949.5名称为纺纱粉冶钢领材料及制造方法的专利申请公开了一种用于制造纺纱粉冶钢领的Ｆｅ-Ｍｎ-Ｍｏ-Ｃ四元合金及制造方法。由于合理选择了成分和工艺，与Ｆｅ-Ｃ系合金钢相比，４０小时的磨损量减少６２％，疲劳寿命提高９６％，钢领使用寿命提高１～２倍。

上海申请人申请号为92108437.4名称为钢领表层非晶态处理工艺和装置的专利申请公开了一种采用普通低碳钢制造钢领的方法：在钢领表层先渗入非晶态形成元素，再在专用装置上用激光对钢领工作面表层作速熔急冷处理，形成非晶态层，提高钢领表层的硬度，延长使用寿命。

浙江申请人申请号为93245366.X名称为合金耐磨钢领的技术方案：在普通钢领外表面上按其形状覆盖一层耐磨的镍磷合金层。

德国申请人申请号为94119763.8名称为细纱机和捻线机的钢领和钢丝圈系统的专利申请公开了钢领与钢丝圈的接触表面包括多晶陶瓷材料的表面处理方案：钢领的陶瓷表面的表面结构具有圆的晶界，该晶界形成自生润滑纤维膜的存贮容积；以及钢丝圈包括特别由金属制的弹性载体材料，并且有金属和／或陶瓷表面，该表面的硬度大于钢领的陶瓷表面的硬度。

瑞士申请人公开了申请号为98814083.7名称为用于环锭纺纱机和环锭捻线机的钢领的技术方案，其环形芯镀有一硬铬层。

天津申请人公开了申请号为00103493.6 名称为表面合金化纺纱钢领与钢丝圈及其生产方法的技术方案：钢领与钢丝圈或其摩擦面经非电表面合金化处理，合金层硬度高、润滑性好、耐磨性倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 9 of 25

好、抗蚀性强，因而大大提高了钢领与钢丝圈摩擦面之间的抗磨能力，延长了钢领与钢丝圈使用期，减少纱支断头与毛羽，减轻了劳动强度。

辽宁申请人公开了申请号为03134037.7名称为一种陶瓷钢领的技术方案：该陶瓷钢领是由92～99％氧化铝，0.5～6％氧化铌和氧化镧的混合物或氧化镁或氧化钙或氧化镱或氧化铌和氧化镧、氧化镁、氧化钙、氧化镱的任意组合物之一和0.5～2％的粘合剂构成。

武汉申请人公开了申请号为200510019963.7名称为复合类金刚石涂层纺织钢领及其制备方法的技术方案：对经过渗碳或者渗氮处理的钢领进行辉光清洗，然后依次沉积过渡金属层、过渡金属和类金刚石混合层及过渡金属掺杂的纳米复合类金刚石涂层，复合类金刚石涂层纺织钢领。

河南申请人申请号为200620032436.X名称为新型纺纱机钢领的技术方案，其特征为钢丝圈跑道的内侧面上刷镀有镍基低摩阻耐磨复合材料层。

浙江申请人申请号为200710070442.3名称为氮化硅涂层钢领及其制备方法的技术方案，其特征为先对钢领工作面进行抛光和清洗处理；再将钢领放入射频等离子体增强化学气相沉积设备中，沉积面朝上，系统抽至真空，以硅烷和氨气为反应气源，在硅烷流量10～30sccm、硅烷和氨气流量比 1/2～1/6、沉积温度300～600℃、射频功率80～150W的条件下，沉积10～30min 停止，自然冷却，得到氮化硅涂层钢领。

西安申请人申请号为200720031700.2名称为纳米陶瓷合金钢领的技术方案，特征为其由钢领本体和钢领本体表面覆盖的一层纳米陶瓷合金镀层组成。

辽宁申请人申请号为 200720103566.2名称为一种新型纺织机械用钢领的技术方案，基体采用铝合金制造，在钢领的表面设置（电解氧化或化学镀）有一层陶瓷膜。

钢领钢丝圈材质与表面处理的研究具有一定的技术含量，所以上述15项申请中有4项的申请人为国内院校，包括上海工业大学、浙江理工大学、武汉大学和西安工程大学等。

近年也有特殊浸涂材料应用于钢领钢丝圈，如北京邮电大学研制的PDR-纳米抗磨剂和823润滑剂。

3.5锭子及其驱动

3.5.1锭子

高速锭子是高速纺纱的基础之一。锭子性能的优劣直接关系到筒管回转稳定性、传动功耗、传动效率、运转噪音和锭子寿命等运行参数，甚至影响到纺纱张力波动。

锭子结构的改良绝大部分集中在可分离锭子上，改良的着眼点主要在于：改善润滑条件、改良轴向和径向支承摩擦副关系、振动的阻尼和缓解。

以下通过例举二十多年来锭子结构相关技术的专利申请案例，显示锭子结构的改良和创新。在国内申请人的设计中有参照国外先进锭子设计方案的，也有具有创新的技术方案。

表5： 专利名称 新式高速 锭子 高速纺纱 锭子 一种使用弹性支承的高速纺纱锭子 一种双弹性支承细纱 锭子 94249104.1 河南 申请号 88205680.8 88211914.1 申请人 地域 湖北 上海 主要特征 下支承为 向心球轴承 上轴承与锭脚间装有弹性支撑组件 上轴承设有 调心结构 径向波纹管 双弹性支承 主要性能 最高30000rpm 振幅为0.02mm 最高18000rpm 降低异常振动， 节能，延寿 高速，低噪音， 低成本，节能，延寿 附图 图23 － 90207419.9 上海 － － 倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 10 of 25

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