环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新(3)

锭子的锭杆支承装置 细纱机用高性能锭子 锭子轴承 装置 分离式高速纺纱锭子 杆盘易插拔式双滚动支承型高速 锭子 杆盘易插拔式双滚动支承高速锭子 精纺机新型高速锭子 一种纺织 锭子 一种纺织 锭子 一种纺织 锭子 95202840.9 97228705.1 99124896.1 01220863.9 浙江 山西 德国 河南 下轴承锭尖球轴承 上下支承结合件由弹性圈连接 下轴承内壳具有 轴颈 下轴承由径向和平底组成 下轴承径向 滚动轴承 节能，延寿 最高26000rpm， 振动小，噪音低 径向阻尼好，成本低，结构紧凑 最高22000rpm， 振幅小 最高30000rpm， 振幅小，寿命长 图24 － 图25 图26 01228468.8 河南 图27 01273582.5 河南 下轴承径向 滚动轴承 下轴承为轴向 球轴承 上轴承上部设有 储油腔 上轴承设有密封圈和含油环，下轴承设有过滤器 最高48000rpm， 振幅小，寿命长 最高22000rpm， 振幅小，噪音低 加油周期长 润滑条件好， 寿命成倍延长 最高22000rpm， 无摆动、窜动 润滑条件好 图27 02200282.5 03203041.x 山西 河南 － 图28 03254194.5 河南 图29 03254193.7 河南 德国 下轴承为径向圆球 中间和下部轴承为永久润滑滚动轴承 下轴承为径向圆球 图30 图31 环锭纺纱锭 200480020660.0 二万转以上高速锭子新200520024104.2 型支承装置 适纺范围宽的精纺高速锭子 双振动系统高速纺纱 锭子 锭子 200520135442.3 山西 无摆动、窜动 图30 江苏 下支承径向 滑动轴承 内外锭脚间填充阻尼介质 球底锭尖 锭速范围8000-30000rpm 图32 200720091027.1 200710166369.x 河南 山西 运转稳定，振幅小， 噪音低，寿命长 最高35000rpm，寿命长 － 图26 倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 11 of 25

图23 图24 图25 图26 图27

图28 图29 图30 图31 图32

3.5.2锭带传动

锭带传动系统的结构改良进展不大，基本上集中在滚盘材料轻质化、单双张力盘的合理化、锭带材料的橡胶化。

天津申请人申请号为90222810.2名称为浸胶锭带的申请公开了织物与橡胶复合的技术方案，该浸胶锭带的骨架结构为棉型，平纹、斜纹的囫囵边的扁平织物，其表面和缝隙间及棉纱内都包含有合成橡胶，所述浸胶锭带为实边，因此无破边和挂花现象。其特点是：因其带中含胶，胶中有带，所以摩擦系数大，传动滑溜小，伸长小，耐磨，不仅使用寿命长，而且节电效果好。

山西申请人申请号为93216275.4名称为有聚氨酯涂层的锭带的申请公开了织物与聚氨酯复合的技术方案，在现有锭带上加着了耐磨且韧性好的聚氨酯涂层，为使涂层与织物层粘接牢靠，可将织物层事先扎孔，使涂胶层在固化前渗透到孔中，固化后形成胶柱，这样便可使固化后织物层两面的胶层形成整体结构。这种锭带的使用寿命比原有的锭带提高十倍，从而降低了生产成本，同时提高了传动效率。

锭带传动大量应用的为一带四锭传动方式，另外，也有提出一带八锭（或以上）的传动方案，这基本上着眼于节能和减少机件损耗，但同时会带来锭速不一致性增大的可能。

3.5.3龙带传动

龙带传动虽然实际应用量不大，但其为一带多锭传动的典型应用。

在同步驱动控制技术日益成熟进步的情况下，德国申请人提出了一种一带多电机同步驱动的技术方案，在中国专利申请号为96104303.2的发明专利申请中予以公开。在图33中以多电机同倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 12 of 25

时驱动一根龙带，将大功率的一点驱动方式，变革为小功率的多点驱动方式，从而克服了龙带传动受力集中，驱动冲击大，局部易于过度伸长甚至断裂的弊端。

图33

据国外制造厂商称，多电机单龙带驱动可以比普通锭带驱动节能5％，并可减少维护。

3.5.4纺纱张力――锭速控制技术

纺纱张力――锭速控制技术属于驱动控制技术范畴。自从变频调速技术被应用到工业控制中后，使锭速跟随纺纱张力变化规律进行程序化控制成为可能，达到在相当程度上平衡断头与产能矛盾的目的。

对环锭纺纺纱张力变化规律的研究是纺纱理论发展的一个基础课题，在这个基础上对纺纱张力进行针对性的控制，因此对纺纱张力的控制涉及加捻卷绕结构及其每一个部件，而采用锭速程序控制是一种非常有效的补充技术。其可以在小纱段、大纱段和小直径纺纱时张力相对较大断头相对较多的期间内采用锭子相对低速，在中纱段和大直径纺纱时张力相对较小断头相对较少的期间内采用锭子相对高速，来提高锭速、增加产量或/和减少断头。

在纺纱设备、品种和工艺确定后，纺纱过程中的动态平均张力主要随卷装卷绕位置和卷绕直径而变化，因而纺纱张力――锭速控制技术的实质是卷装状态――锭速控制技术。

环锭纺的卷绕为圆锥形卷绕，因而在一落纱纺纱周期中，钢领板上下升降完成卷绕层和束缚层的一次往复运动称为短动程，卷绕位置随级升累加而从管底到管顶的上升可以称为全动程，钢领板的每一个上下运动都会使气圈高度、卷绕直径和钢丝圈姿态发生变化，并由此引起纺纱张力波动。

早在五十年代，俄罗斯的巴甫洛夫就在《精纺工程》中介绍了纺纱张力――锭速控制的概念，我国八十年代出版的棉纺教科书中也介绍了两种控制方式：一是基本调节法，其特征是卷装状态对应于纺纱输出长度的锭速控制，即全动程锭速控制；二是“逐层调节法”，其特征是卷装状态对应于纺纱输出长度复合卷绕直径的锭速控制，即全动程和短动程复合锭速控制。需要指出的是，将全动程和短动程复合锭速控制称为“逐层调节法”并不合理，从字面解释，“逐层调节法”是以“层”为速度调节的基点，即层与层间速度是变化的，其没有表达出层内有速度变化。事实上针对短动程的锭速调节是以卷装直径为主要变量的函数关系，因而其是一种“逐径调节法”，笔者认为这种全动程和短动程复合锭速控制技术比较科学的称法应该为卷装状态――锭速控制技术。

基本调节锭速控制法，即输出长度多分段（如10分段）变速曲线已被广泛采用。其甚至已被认为是环锭细纱机采用变频驱动的主要理由。锭速控制方式也由多分段速度有级变化发展为速度平滑连续的无级变化控制方式。

全动程和短动程复合锭速控制法，国外也已有少量商业应用（一般作为选配功能）。图34为在八十年代出版的棉纺教科书有关全动程和短动程复合锭速控制的曲线图。

全动程和短动程复合锭速控制，是一种更趋完善的卷装状态――锭速控制技术。由于短动程大小直径的卷绕张力差异很大，按照本文2.3节的实例测试与推算，中纱阶段小直径比大直径卷倪 远 环锭细纱机加捻卷绕技术结构现状与创新评析 Page 13 of 25

绕段张力大近80％。应用全动程和短动程复合锭速控制，可以大幅度降低这个差异，即降低小直径部位的锭速、增加大直径部位的锭速，从而可在不降低平均锭速和产量的情况下降低断头率，或者在适当增加平均锭速和产量的情况下维持断头率水平。

图34

以下以降低大小直径的卷绕段张力差异值为目标，依据短动程大小直径的实测卷绕段张力差异值、卷绕段张力与锭速的平方成正比例以及调整后卷绕段张力取中间值三个关系式，就可以推算短动程大小直径的锭速与卷绕段张力的调整范围。仍以本文2.3节中纱阶段的实例测试进行推算：

由本文2.3节的实例测试推算得： T小＝1.8 T大―――――――――（1） 由根据（1）式及调整后大小直径时卷绕段张力

基本不变设定调整后的卷绕段张力为中间值： T后＝1.342T大＝T小 /1.342―――（2） 由调整前后张力与锭速的平方成正比例得： （N大/N前）＝T后/T大 ―――（3）

（N小/N前）2 ＝T后/T小 ――― （4） 根据（2）和（3）式运算得： N小 ＝ 0.863 N前―――――――（5） 根据（2）和（4）式运算得： N大 ＝ 1.158 N前―――――――（6） 式中T大、T小分别为大小直径时调整前锭速为N前对应的卷绕段张力，T后为大小直径时调整后的卷绕段张力，N大、N小分别为调整后在卷绕段张力相近时大小直径对应的锭速。

即以调整前的平均锭速N前＝16000rpm为推算基础，当调整后大小直径处的锭速N

＝

2

小

13810rpm、N大＝18530rpm时，大小直径处卷绕段张力相近。当然这是以卷绕段张力为调整目标的推算，实际调整应以纺纱段张力为调整目标，这可以通过深一步的计算和测试进行修正。 在专利文献中，北京申请人申请号为200720143354.7的专利申请提供了一种名称为“细纱机逐层调速装置”的技术方案（图35），其是钢领板随着成形凸轮的旋转，由卷绕大直径到卷绕小直径，气圈角速度由高到低；反之，在钢领板下降时气圈角速度由低到高。申请文件中称其能实现恒张力纺纱。

图35

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确实，这种五十年前就提出的缩小纺纱过程中张力波动差异率的技术方案，现今因为驱动技术的进步和控制技术的普及化而可以进入大范围应用期，这将为纺纱企业带来效益。

不过在有着自由气圈和钢领钢丝圈滑动摩擦副的环锭细纱机上，恒张力纺纱的“恒”也许只是一个相对概念。事实上，一方面以宏观平均张力为调节目标，通过锭速的调整只能缩小差异，而不能或者不需要真正恒定，毕竟大张力区段的锭速降低要兼顾产量、小张力区段的锭速提升要兼顾钢丝圈线速度；另一方面，气圈和钢丝圈两大不稳定因素产生的瞬态张力波动，如果没有检测反馈控制系统，是无法通过锭速的调整实现真正意义上的纺纱张力恒定。

3.5.5单锭电机直接驱动锭子

单锭电机直接驱动锭子简称电锭，是电机与锭子的有机组合。其优势在于大幅度的节能、锭间转速一致性好、控制和管理的便利性。

正如本文第2.3节表2计算的结果，在加捻部分的有功功耗中，有效加捻功耗仅占整个加捻部分有功功耗的四分之一左右，其余均耗费在：主电机传动皮带－主轴－滚盘－锭带－张力盘－锭子等传动链系统中。单锭电机直接驱动消除或减轻了多级间接传动过程中的法向力、传动支承损耗和高线速度元件空气阻尼等耗能环节。按照某些实验和推算，电锭可比锭带或龙带传动在卷绕能耗方面节能达50％以上。

电锭驱动的电机主要有交流异步电机和永磁同步直流无刷电机等动力源。在锭间转速一致性方面，采用交流异步电机驱动的电锭转速差异率可在1％左右，而采用永磁同步直流无刷电机驱动的电锭转速差异率可小于0.1％。因而其可以大大降低因捻度不匀而导致的单纱强度不匀。

同时电锭的控制和管理便利性也是传统驱动不可比拟的，经过与主机中央处理器的通讯和运算，并经功能扩展，可以实现如下监测、控制和数据统计及报警：

1) 断头监测、控制停转及制动，并可多级显示，重复断头提示

2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

断头锭位、时间、期间、输出长度、升降及高度统计 断头率统计、排序 纺纱长度与断头分布统计

准确的全机产量统计

时间效率、长度（产量）效率统计 锭子驱动分段变速曲线 单锭锭速统计、排序

9) 锭子负荷异常监测、显示和锭位统计、排序 10) 键盘设定ZS捻向

等等，涵盖工艺管理、设备维护和运转操作三大基础管理所需的信息，并用于指导优化生产管理，如在运转操作方面，可以优化值车路径，即时引导操作次序，还可分析生产效率与操作工的主观关系强化考核；在工艺管理方面，可以方便地获知锭速和锭速分段与断头率关系，优化当前纺纱条件下的锭速分段曲线，充分挖掘增产潜力，并因捻度不匀的降低而改善强度不匀；在设备维护方面，可以及时发现问题锭位引导修复，并方便落实维修考核。

总之电锭驱动的监测、控制和数据统计及报警不但可以包含ISM（瑞士立达公司单锭监控系统）、Ring i（印度普瑞美公司细纱机纱锭及纺纱监测系统）、OptiSpin（比利时巴可Barco公司的导纱钩纱条监测系统）或FilaGuard（德国青泽公司的纱线断头监视器）等的全部功能，而且经功能扩展后可以方便地实现如纺纱张力――锭速控制或卷装状态――锭速控制等定制功能。 因而电锭驱动可以在节省电能、优化用工、提升产能、改善品质、降低物耗和强化管理等方面为纺纱企业带来效益。

下表为自1995年以来中国专利局公告的电锭相关技术专利申请。

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