青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

絡筒機卷繞裝置研究之制動方式

青島宏大紡織機械有限責任公司 劉曉良/文

本文主要介紹了當前自動絡筒機的卷繞裝置在筒紗剎車制動方面的結構對比，并著重分析了軸向制動方式的結構、特點，及其如何保證筒紗制動時的穩(wěn)定性和可靠性。

卷繞裝置 剎車制動方式 自動絡筒機

1 引言

絡筒的任務是將容紗量較少的管紗加工成容量較大、成形良好、有利于后道工序加工的筒紗，同時清除紗線上的疵點和雜質，而卷繞裝置作為絡筒最為核心的部件，需要保證筒紗成形良好，卷繞張力和密度均勻、適當，且不損傷原紗的物理機械性能，減少筒紗在下道工序中的脫圈、纏繞和斷頭等情況，提高后道工序織物的質量和產量。

在筒紗的卷繞形成過程中，槽筒是實現筒紗成形的關鍵，使紗線在有著復雜空間曲線的槽筒溝槽內左右運動，同時筒紗靠支臂進行支撐，通過與槽筒之間的摩擦接觸進行被動傳動。為了避免槽筒與筒紗之間的相對滑移對紗線造成損傷，當遇到斷紗、切疵或換管時，槽筒在瞬時制動的過程中，需使筒紗同步離開槽筒接觸表面并制動，這對減少紗線毛羽也起著積極的作用，因此筒紗的制動裝置非常重要。

2 卷繞裝置在制動方面的結構對比

卷繞裝置的制動過程是在對槽筒進行電氣制動的同時，程序通過控制氣路，使機械裝置瞬間將筒紗抬起并抱緊。然而隨著絡紗設備向著智能化、高效、可靠、穩(wěn)定的方向發(fā)展，以及市場對筒紗質量的不斷提高，對于旋轉筒紗的制動，卷繞裝置設計為不同方向的握持，并對應軸向或徑向剎車結構進行制動。

2.1 筒紗握持方式的結構及特點

在當前絡筒機型的筒紗握持結構中，主要分為以下兩種形式：

1）后握持。在后握持結構中，彎弓跨距為固定一體式，結構相對牢固，零件加工簡潔工藝性較好，大小端輪的同心精度較高，制動方式采用軸向結構且錐面對中不易飛筒紗，剎車摩擦盤通過錐面全接觸進行制動，使用壽命較長。

2）前握持。在前握持結構中，彎弓部件結構復雜，加工工藝性差且裝配累積誤差較大，制動方式是剎車塊對大輪進行制動，同時剎車皮圈沿圓周向外凸起徑向漲緊筒紗，剎車皮圈及剎車塊易磨損，壽命較短，特別當筒紗徑向跳動較大時，徑向制動會使筒紗大端單側受力不勻，出現飛筒紗現象。

2.2 SMARO絡筒機與其他機型制動方式的比較

目前四種主要絡筒機型在筒紗剎車制動方面的結構對比如下表：

3 卷繞裝置在后方握持機構的相關設計

目前國外自動絡筒機的卷繞裝置均采用軸向制動方式，依靠摩擦盤錐面接觸施加壓力抱緊筒紗，結構簡潔緊湊。青島宏大通過借鑒國外同類結構，在原有前彎弓卷繞裝置的基礎上，進行后方握持機構的相關設計，主要涉及大端輪打開時的軸向直線運動機構，正常絡紗時不易飛筒紗的夾緊力，以及制動時的剎車力。

3.1 大端輪直線運動機構的設計

根據工作原理，在能實現軸向制動功能的前提下，為了更換滿筒紗，大端輪位置還需要滿足軸向左右滑動，在空間有限及配合緊湊的狀態(tài)下，采用圖1所示大端輪軸向運動機構，由彎弓、打開桿、大端輪、連桿組成，涉及一個滑動副，三個轉動副，沒有高副，其自由度為

F＝3N-2PL-PH＝3×3-2×4=1

其中，N為活動構件數，PL為低副數，PH為高副數，當以打開桿為原動件時，機構的自由度與原動件數相等，運動軌跡確定，大端輪可以實現軸向左右滑動。

由于連桿機構中低副存在間隙，在筒紗的高速轉動及瞬間制動情況下，易產生積累誤差及振動，影響筒紗的成形質量。在此工作狀況下，考慮大端輪滑動的距離相對較短，而打開桿的長度可以相對較長，使得打開桿與連桿的連接轉動副相對于軸向運動軌跡的距離變化量相當小，因此將連桿長度縮短為零，將兩個轉動副合并為一個轉動副，同時通過橡膠墊一定的壓縮量，保證大端輪沿軸向同時具有滑動副和轉動副，這樣既減少零件累積誤差，又可緩沖筒紗的振動，提高成形質量，優(yōu)化簡圖如圖2所示。

3.2 正常絡紗時筒紗夾緊力的計算

筒紗夾緊力的設計依據為在正常絡紗時，大端輪在夾緊彈簧的作用力下抱緊筒紗且不易飛筒，同時考慮落筒小車打開的需要，此夾緊力應盡量較小，按照大端輪的外形尺寸、工作條件及位置行程，可確定此處采用中徑D為16．5mm，安裝高度H1為48mm的壓縮彈簧，此時筒紗的預夾緊力F1約為30N，當落筒小車打開最大行程時，彈簧從安裝高度壓縮量f約為30mm，壓縮載荷F2約為55N，滿足使用要求。

根據彈簧的工作條件，屬Ⅱ類載荷彈簧，采用碳素彈簧鋼絲D級，初步假設彈簧直徑d＝1．4mm，查表其抗拉強度＝2150MPa，許用切應力＝ 0．45X2150=967．5 MPa，切變模量G＝79x103MPa。

則彈簧鋼絲直徑為

根據GB1358取系列值，取d＝1．4mm，與假設基本接近。

取有效圈數n=10，取支承圈n2=2，則彈簧總圈數安裝變形量mm，取安裝變形量＝36mm，則最大壓縮變形量為mm

3.3 剎車制動力的計算

卷繞裝置的軸向制動原理如圖3所示，在筒紗正常轉動時，摩擦盤與大端輪錐面之間存在一定的間隙，即h＞0，當需要剎車制動時，程序控制閥島接通氣路，由壓縮空氣力F1’及夾緊彈簧力F1共同作用，推動大輪軸向左移動，克服復位彈簧的作用力F0，擠壓大端輪與紙管，同時摩擦盤與大端輪錐面接觸，即h＝0，依靠摩擦力矩實現整個剎車制動過程。制動結束后，壓縮空氣關閉，在復位彈簧的作用力下，摩擦盤與大端輪錐面脫開，回到初始狀態(tài)，筒紗又可正常轉動。

圖3 大端輪剎車裝置結構圖

根據此剎車制動原理過程，軸向力需設計滿足以下條件：

其中P為壓縮空氣的壓強， d為大輪軸活塞直徑。

然而隨著筒紗直徑的增加，筒紗自身的重量在逐漸增加，在相同的紗線纏繞速度時，轉動慣量逐漸增加，與之對應的剎車制動力也需增大，為了保證良好的剎車可靠性能，在大輪軸活塞直徑一定的情況下，可適當增加剎車壓縮空氣的壓強。

由于在絡紗過程中，切疵、斷紗和換管等情況下，剎車頻率非常大，為了最大限度的延長摩擦盤使用壽命，除了摩擦盤材料顯得尤為重要外，采用帶有θ角度的錐面進行接觸制動，如圖4所示

其中， Fa為制動時軸向力；

Fn為制動時法向力；

Ff為制動時摩擦力；

θ為接觸錐面角度。

在制動軸向力一定的情況下，可以看出θ角越大，cosθ越小，摩擦系數可以相對加大，產生的摩擦制動力越大，剎車性能越好。

圖4 剎車時受力圖

4 結束語

采用軸向剎車制動結構后，摩擦盤錐面直接作用，結構簡單，同時依靠大小端輪錐面軸向擠緊作用，可很大程度減小筒紗震動，避免飛筒紗現象，其新結構、新工藝提高了設備運轉的穩(wěn)定性、可靠性，適應時代的發(fā)展及用戶的需要。

[1] 濮良貴，陳定國，吳立言.機械設計(第九版)[M].北京：高等教育出版社，2013

[2] 孫桓.機械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2006

[3] 華大年.連桿機構設計與應用創(chuàng)新[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008

[4] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2009