新型纺纱加捻卷绕系统的研究

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1、东华大学博士学位论文新型纺纱加捻卷绕系统的研究姓名：庾在海申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：陈瑞琪20060301新型纺纱加捻卷绕系统的研究摘要环锭纺纱是目前应用最广泛的一种纺纱方法，与其它纺纱方法比较，环锭纺纱具有适纺原料多、成纱特数宽和成纱质量高的优点。经过科研人员对环锭纺纱技术的大量探讨发现：环锭纺纱的关键技术主要取决于其牵伸和加捻卷绕两个系统。对于牵伸而言，科技人员开发了一些新型的纺纱技术，如紧密纺纱技术(Compactspinning)和SoloSpun纺纱技术等，使成纱质量得到了提高；而对于加捻卷绕系统来说，由于受以下两方面的限制，使生产率不可能有突

2、破性的提高，一是受钢丝圈速度的限制，生产速度不可能大幅提高；二是受钢领直径的限制，大幅增加卷装容量也不可能。其问题的核心在于加捻和卷绕机构本身存在着不可克服的矛盾，即加捻器和卷绕机构构成了一个相互制约的整体系统。只有在加捻器和卷绕件同时回转时，纱线才能获得捻回和实现卷绕，即纱条的加捻和卷绕作用必须同时进行才能连续纺纱。在这种情况下，如要加大卷装就应降低锭速；如要提高锭速，就应减小卷装，两者不可兼得。为了解决这一矛盾，就必须改进现有的加捻卷绕方法并研究新的加捻卷绕方法。本文首先对新型纺纱方法做了综述，对其中应用最广泛的转杯纺纱进行了深入探讨。对环锭纺纱原有的加捻卷绕系统进行分析

3、，根据运动学和动力学原理，将钢丝圈的运动分解为绕锭子中心轴回转的牵连运动和自身的相对运动，详细分析了钢丝圈的受力情况，并根据纱线气圈理论，求得了钢丝圈的动力学微分方程。t应用Matlab数学工具，求得了钢丝圈各个力的数值解法，并进一步得出了运动过程中钢丝圈的空间位置及钢丝圈三向倾角的大小。从计算结果可以看出：气圈底部卷绕张力碌仅与气圈高度三有关，随着气圈高度的增加而增加，而与管纱直径几乎无关，这就说明气圈底部卷绕张力碌只与气圈形态有关；同时可以看出，钢丝圈的重心位置与管纱的直径关系不大，而与气圈的高度关系较大，这也就说明当纺某种纱时，纱线张力和钢丝圈的空间位置是随着气圈高度的

4、不断变化而变化的；在钢丝圈的三向倾角中，前倾角最大，外倾角次之，超前角最小。为了对理论分析结果进行比较，本文采用国外进口的MotionXtraHG一100K／LE高速数码摄影机系统，拍摄了纺纱过程中钢丝圈的实际运动情况，从中选取了前倾角、外倾角和超前角的一些钢丝圈照东华大学博士研究生学位论文片，从照片可以看出：前倾角最大，外倾角次之，超前角最小。这样可以定性地看出实验结果与理论分析基本一致，从一方面验证了理论分析方法的正确性。应用摩擦学原理，分析了钢领与钢丝圈之间的摩擦现象，指出钢领与钢丝圈之间的摩擦属于干摩擦加上边界摩擦的混合摩擦，找出了影响钢领与钢丝圈之间摩擦的一些因素，

5、提出控制钢领钢丝圈之间摩擦的措施有合理选择钢领与钢丝圈的材料、采用适当的表面处理方法和提高表面的加工精度等。并且设计了一套测试钢领与钢丝圈之间摩擦力的装置，该装置采用电阻式应变片，将钢领与钢丝圈之间的摩擦力转换为应变片的阻值变化，再转换为输出电信号的改变，通过动态应变仪的放大即可显示产生的应变值，经过标定即可从应变放大器上直接读取钢领钢丝圈之间的摩擦力。该测试装置具有结构简单，易于操作的特点。该装置的核心部件悬臂梁的设计既考虑了频率特性，又考虑了测试应变灵敏度的要求，其一阶固有频率(1015Hz)为实测摩擦力的最高脉动频率(12000／60=200)的5倍，因此测量精度较高。

6、由于标定时采用10组数据，而每组数据又采取测量10次，对于每一个载荷值取其10次的平均值作为该载荷的标定值，因此标定结果相对可靠。通过标定可以看出，该测试装置的测量精度可达0．59。将测得的摩擦力实验数据与前面的理论分析结果进行比较可以发现，二者基本相符，这也进一步证明了前面的理论分析是比较可靠的。详细分析了钢领与钢丝圈之间的磨损机理，指出钢领与钢丝圈之间的磨损是十分复杂的，有氧化磨损、磨料磨损、机械粘合、接触疲劳、撕裂等，但其主要磨损形式是粘着磨损和疲劳磨损，兼有其它形式的磨损。推导出钢领钢丝圈之间磨损量的粗略计算公式，并提出了钢领钢丝圈磨损的影响因素，其中包括：(1)材料

7、的质量、化学成分和机械性能的影响，(2)金属组织结构的影响，(3)冶金相容性的影响，(4)材料表面状态和表层状况的影响，(5)温度的影响，(6)载荷的影响，(7)滑动速度的影响等。根据影响钢领钢丝圈磨损的因素，为了减少钢领钢丝圈之间的磨损，提高其使用寿命，提出了抗磨损设计的一些措施，如钢领钢丝圈摩擦副材料选配及钢领钢丝圈的表面处理等，对生产实践具有一定的指导意义。根据电磁学理论，提出了新型加捻卷绕系统——磁悬浮钢领钢丝圈系统的新技术，建立了磁悬浮钢丝圈的数学模型及其控制模型，分析了磁悬浮钢丝圈的受力情况