降低自动缫丝张力的探索

徐昳荃，赵子龙，周国丽，孟 凯

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)

降低自动缫丝张力的探索

徐昳荃1，赵子龙1，周国丽2，孟 凯1

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)

在分析络交运动的基础上，提出了用复合轻质鼓轮和微孔式络交器来代替现有瓷式络交器以降低自动缫丝张力的思路，并对2种新型络交器的设计原理和方法进行了介绍。

络交器；缫丝张力；断裂伸长率

自动缫丝机已在国内外得到广泛应用。相比立缫机而言，自动缫丝机具有缫丝速度快、劳动强度低等优点。但是，自动缫丝机在结构上比立缫机多3个鼓轮和1个感知器，生丝运动阻力大，再加上缫丝速度快，导致其具有缫丝张力大的缺点。缫丝张力大会降低生丝的断裂伸长率，进而影响生丝的等级和后道织绸工序的生产。

早在1985年，柳云青等[1]就为缓解缫丝张力，适应织绸要求，研制了一种自动缫丝异常张力缓解装置，该装置能够有效缓解自动缫遇到丝故障时产生的异常张力，并能使生丝断裂伸长率提高1 %左右。1999年，李广兰[2]也提出了通过减小自动缫丝张力来提高生丝断裂伸长率的观点，并从优选煮茧工艺、稳定缫丝工艺等方面提出了具体措施。2000年，周海观等[3]设计了一套以空气为动力，推动相关鼓轮转动的装置

在自动缫丝过程中，生丝的卷绕成形主要依靠络交工序中络交器的横动来完成，目前缫丝企业广泛使用的络交器是瓷式络交器。本课题组在陈庆官的指导下，已研究表明现有瓷式络交器与湿态生丝间的摩擦力较大，是自动缫丝张力较大的原因之一，并提出了用鼓轮替代络绞器以降低自动缫丝张力的方法[5]。本文在总结课题组的前期研究基础上，针对鼓轮跳丝等问题继续探索降低自动缫丝张力的方法，并提出了用复合轻质鼓轮和微孔式络交器替代现有瓷式络绞器的思路。

1 络交运动分析

在缫丝过程中，丝条在缫丝机上必须有条不紊地、合理地卷绕成一定的形式，以便于后道工序的加工或运输。生丝的卷绕成形主要由卷取机构和络交机构来完成，卷取机构B逆时针方向转动卷取丝条，同时，生丝在固定于络交机构上的络交器A的带动下作横向往复运动(垂直纸面)，如图1所示。这样在卷取机构和络交机构的共同作用下，生丝丝条以螺旋线的形状一圈一圈地卷绕，经过若干次络交往复后，丝层面层层相覆，形成网状组织的丝片。其中，传统的络交器A的外形示意 如图2所示，一般采用普通陶瓷材料制成。

图1 生丝卷绕装置示意Fig.1 Schematic diagram of silk winding device

图2 传统络交器示意Fig.2 Schematic diagram of traditional cross winding device

需要指出的是，若使生丝在络交器的带动下进行横向往复运动，生丝必须要给络交器一个正压力，正压力越大，生丝与络交器之间的横向滑动概率越小，生丝卷绕成形越好。然而，正压力越大时，生丝与络交器之间沿卷绕方向的动态摩擦力也越大，从而导致生丝的张力也越大。因此，从降低生丝张力的角度来讲，生丝与络交器之间的正压力应该越小越好。如何在正压力较小的情况下来保证生丝的横向往复运动，从而既降低缫丝张力，又不影响生丝的卷绕成形，成为问题的关键。

2 络交器设计

2.1 复合轻质鼓轮

本课题组负责人陈庆官曾发明了一种轻质鼓轮来代替图2所示的瓷式络交器，以降低缫丝张力。该轻质鼓轮如图3所示，其中鼓轮芯轴采用不锈钢材料制作，其他部分采用ABS树脂材料制作。芯轴与鼓轮两翼固定在一起，它们之间无相对运动。芯轴两端安装在芯轴螺丝里，整个鼓轮的转动实际上就是芯轴在芯轴螺丝里的转动。这样生丝所受到的阻力就由原来的与瓷式络交器间的滑动摩擦力转变成了芯轴与芯轴螺丝间的摩擦阻力。而通过控制鼓轮的体积和采用密度较小的ABS树脂材料制作鼓轮(主要是降低鼓轮重量)，加上芯轴与芯轴螺丝间的润滑措施，将会使芯轴与芯轴螺丝间的摩擦阻力达到非常小的数值。

图3 轻质鼓轮Fig.3 Light drum wheel

通过使用图3所示的轻质鼓轮来降低自动缫丝张力的效果比较明显。经测试发现，使用轻质鼓轮后，生丝的平均张力从15 cN降低到了12.6 cN[5]。然而，在实际应用中发现，虽然缫丝张力有所降低，但使用上述轻质鼓轮很容易出现跳丝现象，即生丝从鼓轮中跳出，而且频率较高，影响正常生产。经分析认为，主要是鼓轮在横向运动时，鼓轮两翼与快速运动的生丝之间的接触造成的，而这种接触又是必须的，因为鼓轮正是靠两翼来带动生丝作横向往复运动，以保证生丝的卷绕成形的。为解决跳丝问题，提出了如图4所示的复合轻质鼓轮，即在络交杆上沿生丝运动方向安装2个完全一样的轻质鼓轮，2个鼓轮间的距离及相对高度可调，生丝在2个鼓轮间穿行。

图4 复合轻质鼓轮示意Fig.4 Schematic diagram of double light drum wheels

由图4可以看出，生丝要跳出某一个鼓轮必会受到另一个鼓轮的约束，从而可有效解决跳丝问题。但该方法增加了一个鼓轮，必然会增加生丝的摩擦阻力。因此，生丝张力降低程度还要试验测试来进一步确定。

2.2 微孔式络交器

络交器在作横向往复运动时，要求生丝具有较好的跟随性。生丝在普通络交器上的活动空间较大，如果摩擦阻力不够大，二者容易出现相互滑动，从而造成络交器的运动轨迹与生丝络交点的运动轨迹不相符，影响生丝卷绕成形。从这一点出发，提出了微孔式络交器的设计思路。该络交器的关键部分如图5所示，中心采用复合氧化锆材料制作，复合氧化锆材料具有高强、耐磨、摩擦系数低等优点。课题组通过在氧化锆中添加纳米级粉体，引入Al2O3、Eu2O3等稀土氧化物已成功配置出了该种复合材料，并进行了缫丝用集绪器的制作，获得了广泛的应用[7-8]。因此，基于氧化锆集绪器的研究基础，新型微孔式络交器的研制将会比较顺利。

图5 新型微孔式络交器Fig.5 A new type of cross winding device with a small hole

由于复合氧化锆材料价格较高，从节约成本的角度考虑，只在微孔式络交器的中心部分采用该材料，而周围其他部分可采用ABS树脂，而且可根据安装需要制成各种形状。络交器中心采用超声波制孔，中间的圆孔直径可达(200±3)μm，圆整度高。实际应用中，微孔直径可根据所缫制生丝纤度来确定，要略大于所缫制生丝直径，以防增加生丝断头。使用图5所示的络交器时，生丝从微孔中穿过，由于生丝与络交器的相对运动空间较小，因此，络交器在做横向往复运动时，生丝会具有较好的跟随性。另一方面，生丝不再需要与络交器之间产生正压力即可产生横向往复运动，从而减小了生丝与络交器的摩擦阻力，这将会有效降低缫丝张力。在此需要提及的是，随着生丝的卷绕，卷装厚度增加，生丝与微孔间的角度也会变化。因此，微孔式络交器在安装时要做到与生丝角度可调。

3 结 语

现有瓷式络交器与湿态生丝的摩擦阻力大是自动缫丝张力大的因素之一。采用复合轻质鼓轮将生丝与瓷式络交器之间的湿态滑动摩擦转变为鼓轮芯轴与芯轴螺丝之间的转动摩擦将会有效降低缫丝张力。另外，采用微孔式复合氧化锆络交器，减小生丝与络交器的相对运动空间，不但有利于生丝的卷绕成形，而且可减小生丝与络交器之间的摩擦阻力，从而也将会有效降低自动缫丝的张力。

本文在总结前期研究的基础上，对降低自动缫丝张力作了进一步探索，介绍了2种新型络交器在降低自动缫丝张力上的可能性，后续将会对这两种新型的络交器进行进一步试验验证。

[1]柳云青，朱毓秀，陈星山，等．缓解缫丝张力适应织绸要求——介绍一种自动缫异常张力缓解装置[J].丝绸，1985(4)：14-16．

[2]李广兰．如何提高自动缫丝断裂伸长率[J]．丝绸，1999(3)：15-18．

[3]周海观，孙秉熔．减小自动缫丝张力的方法和装置[J]．丝绸，2000(5)：26-27．

[4]李刚．生丝断裂强度、断裂伸长率降级原因及防止办法[J]．丝绸，2009(11)：51．

[5]陈庆官，徐昳荃，丁忠健．减少自动缫丝机缫丝张力的装置：中国，ZL 101457404[P].2009-06-17．

[6]XU Y Q, MENG K, CHEN Q G. Device for decreasing silk tension using automatic silk reeling machine[C]// Textile Bioengineering and Informatics Symposium Proceedings,Beijing: 2011, 855-858.

[7]史佳丽，陈庆官，丁忠健．利用人造宝石中的氧化锆制作缫丝瓷眼的尝试[J]．丝绸，2009(5)：30-31．

[8]周国丽，陈庆官，丁忠健．新型氧化锆集绪器简介及使用效果分析[J]．丝绸，2010(1)：66．

Exploration of decrease the tension of outomatic silk reeling

XU Yi-quan1, ZHAO Zi-long1, ZHOU Guo-li2, MENG Kai1

(1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2. National Engineering Laboratory for Modern Silk,Suzhou 215123, China)

This research focused on the cross winding process to decrease the silk reeling tension. Double drum wheel and new cross winding device with a hole are proposed to replace the traditional cross winding device based on the analysis of cross winding mechanical motion, the design principles and methods of which are also introduced in this paper.

Cross winding device; Reeling tension; Breaking elongation

TS142.221+.32

A

1001-7003(2011)09-0025-03

2011-07-03

江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX10B_0382)

徐昳荃(1972－ )，男，副研究员，博士研究生，研究方向为纤维集合体加工与检测。来降低自动缫丝的张力，以提高生丝断裂伸长率指标。该装置可减小自动缫丝张力40 %～60 %，但在保证各绪气流压力一致性方面比较困难。由此可见，相关学者一直在致力于降低自动缫丝张力、提高生丝断裂伸长率的研究。虽然生丝断裂伸长率属辅助检验项目，但2009年5月实施GB 1797－2008《生丝》标准进一步加强了对断裂伸长率指标的要求[4]，这也使得当前各缫丝企业对降低自动缫丝张力的要求更加迫切。