棉纺细纱锭子的发展

翁 明

（河南二纺机股份有限公司，河南 信阳 464000）

0 引言

纤维加捻成纱的方法源于纱锭的发明，纱锭的应用至少要追溯到五六千年以前的新石器时代。那时，我们祖先发明的一种纺纱工具称为“纺缚”。纺缚由陶片或石片制作的缚盘及缚杆组成，用手转动缚盘时，缚盘自身的重力使蓬乱的纤维得到牵伸，同时又使拉细的纤维丛被加捻成麻花状纱条，再卷绕在缚杆上。西汉时期，冶铁技术得到较大的发展，出现了用铁杆制作的纺缚，陶制的缚盘厚度和形状从古到今基本没有什么变化，我们祖先的聪明智慧令人赞叹！经过后人不断的试验和改进，原来的手摇式单锭纺车改造成脚踏式三锭纺车。手工纺车所用的锭子就成为现代锭子的雏形。到18世纪，工业革命大大促进了纺织技术的发展，古老的手工纺纱逐渐被机器纺纱所取代：1765年，英国工人詹姆斯·哈里斯发明了珍妮纺纱机，该纺纱机有16个～18个锭子，是纺纱技术上的一大进步。1769年钟表匠阿尔克莱斯制成了水力转动的纺纱机，从此，机器传动代替了人力传动，这种纺纱机牵伸由三对罗拉完成，加捻用的是翼锭，翼锭的缺点是高速时锭臂在离心力的作用下发生很大的变形而影响转动，同时因空气阻力大导致机器的功率消耗过大［1］。1779年克隆普顿改进了珍妮纺纱机和水力纺纱机，设计了走锭纺纱机；理查德·罗伯特又将它改造成自动走锭纺纱机，这种纺纱方法纺出的纱线细而柔软，比环锭纺丰满、手感柔软，整齐度、均匀性好，走锭的加捻和卷绕过程是先后分别完成的。因此，机器生产率和劳动生产率都较低。19世纪中叶，美国发明家费尔斯和詹克斯设计了一种上、下滑动轴承、不封闭的环锭纺纱机锭子，其锭速约为6kr／min。由于是不封闭的锭子结构，不能储油防尘，需经常加油，且易油污纱线及机器。美国的拉贝思对锭子作了革命性改进，他把锭子的上、下轴承封闭在一个壳体内，现代意义上的细纱锭子才开始出现，又经过不断改进和发展，锭子基本定型，成为由杆盘、下支承两大主要部件和一些具有辅助功能的部件如刹锭器组成的综合体。

1 锭子在纺纱工程中的地位

锭子是细纱机的主要加捻卷绕部件之一，是纺纱工业的象征，业内习惯上以拥有的细纱锭子的数量来衡量纺纱企业的设备规模和生产能力。细纱锭子外观通常是一根带有锭盘的细长轴，由装配在锭脚内的上轴承及锭底（下轴承）支撑，由传动带拖动作高速回转。细纱工序是成纱的最后一道工序，它是将粗纱或条子通过牵伸、加捻纺成一定号数且符合国家质量要求的细纱，供捻线、机织或针织使用。随着纺织技术的发展，各种新型纺纱方法不断出现，但传统的环锭纺纱方法在纺织生产中仍然占有很重要的地位，这是因为在现存的各种纺纱技术中，传统的环锭纺纱能提供最高的原料利用率、最大的适纺范围以及不可比拟的纺纱质量。在近年来的国内国际纺织机械展览会上，世界各国著名的纺织机械设计及制造公司都展出了各自的环锭纺纱设备，充分表明环锭纺纱仍然且将继续占主导地位，自20世纪50～60年代起，尽管受到各种新型纺纱技术的挑战，环锭纺仍然在多种纺纱技术中保持着绝对的领先地位。当今世界的纱锭保有量约为3亿锭，仅中国就约占1.3亿锭，环锭纱占世界纺纱总量的80%以上［2］。

环锭纺纱技术在应对各种新型纺纱技术挑战的过程中，其本身也取得了长足发展。集聚纺纱技术、复合纺纱技术拓宽了环锭纺纱技术的应用领域，带自动落纱的细纱长车技术和细络联技术大大减少了细纱用工。锭子是环锭细纱机的关键部件，加捻卷绕机构的核心部件，其性能良好与否直接影响细纱机产量、纱线质量、企业的劳动力消耗、环境噪声和劳动生产率；所以，环锭纺纱技术的不断发展也促进了纺纱锭子的不断改进与发展［3］。

2 锭子家族的多样性

随着锭速提高和卷装容量的扩大，锭子结构也在不断改进。20世纪初期，德国开始制造滚柱轴承锭子，即上轴承采用滚柱轴承承受径向负荷，下轴承称为锭底以承托锭子的质量，两者刚性连接，称刚性锭子，锭速为8kr／min～12kr／min。到了20世纪50年代又发展了锭底为弹性支承的锭子，称弹性锭子。以后，锭子的改进侧重在研究锭子的支承结构以提高锭速，到70年代棉纺锭速已达到18kr／min以上；但高速后产生的噪声、功率消耗增加和机件加剧磨损等问题遂成了研究的重要课题。由于纺纱原料品种的多样性，再加上工艺的发展，锭子的型式日益增多，如：纺制粘胶长丝时采用的电动锭子，棉纺、毛纺或化纤长丝捻线机采用的倍捻锭子，花色捻线机上采用的空心锭子等。

3 棉纺锭子的发展方向及形式

棉纺锭子的发展方向与形式是统一的，其发展方向决定或选择了发展形式，而其发展形式是为了适应或满足发展方向。

3.1 发展方向

锭子家族中产量最大、品种最多的是棉纺细纱锭子，其发展方向大致概括为：高速、节能和自动化。

3.1.1 高速

高产是提高企业经济效益最基本的措施，环锭细纱机高产最基本的措施是高速化。锭子是环锭细纱机的关键部件，是加捻卷绕机构中的核心部件，要实现细纱机的高速化生产，首先要实现锭子高速化，锭子高速化必须走在细纱机高速化的前列，而且两者之间要拉开相当的距离。这是因为细纱机主轴上的滚盘通过锭带和锭子锭盘组成一传动系统，当细纱机主轴带动滚盘旋转时，滚盘就通过套在锭盘上的锭带把动力传递给杆盘而带动杆盘高速回转，杆盘又带动套在其上的纱管转动以完成对纱线的加捻及卷绕。锭子的转速越高，纺纱效率就越高，如：锭子转速为16kr／min时，需6h落纱一次；当锭速提高到20kr／min时，只需4.5h就需落纱一次；所以，锭子从诞生之日起就一路朝着高速化的方向发展。锭子转速从过去的6kr／min～8kr／min发展到现在的16kr／min～25kr／min，甚至30kr／min～35kr／min。今天的锭子研发人员仍然在追求更高的锭子转速，以求更高的纺纱效率，保持环锭纺纱在各种纺纱形式中的统治地位。

3.1.2 节能

随着国家节能减排大政方针的提出，更是出于自身企业利益的考虑，各大小企业对节能都有很强的意识。作为“耗能大户”的锭子对锭子制造企业提供了提高锭子产品市场竞争力的一个很好的机遇，节能已成为锭子的一个非常具有吸引力和竞争力的卖点。为了达到锭子节能的效果，必须对锭子的产品设计、工艺设计、设备使用等各个环节进行优化，甚至需要对锭子的结构进行革命性的改进。通过多方努力，现今设计和制造的节能效果最好的锭子可以在任何锭速下，让所有的驱动元件，如锭带、滚盘、主轴、轴承和电机均能节约20%以上的能耗。

3.1.3 自动化

科技的飞速发展给我们的生产和生活带来了巨大的冲击，甚至还改变了一些行业和产业。纺织行业在十年前直至现在，仍是典型的劳动密集型行业，岂不知随着科技的飞速发展，纺织行业已成为技术密集型行业，尤其是在欧洲及国内的先进纺织企业里，各种最先进的自动化生产与检测技术都应用到了纺织生产中。纺织企业里最直观的表现是用工数量的大幅度减少。以前的纺织企业每万锭需用工约300人，现在，欧洲先进的纺织企业里每万锭用工仅需5人，我国较先进的纺织企业每万锭用工也可以控制到70人，最好的甚至在20人以内。

3.2 发展形式

为满足和适应用户对棉纺锭子高速、节能、自动化等方面的要求，棉纺锭子的两大组件：下支撑（尖锭底、平锭底、双锭脚）和杆盘（光杆、铝套管）都经历了几个不同的发展阶段，或者说棉纺锭子的发展形式集中体现在下支撑和杆盘两大组件的改进上。

3.2.1 杆盘的发展与改进

为达到锭子高速、节能、自动化的效果，锭子的杆盘结合件主要经历了从光杆到铝套管的发展与改进过程。

3.2.1.1 光杆杆盘

杆盘是锭子的高速回转部件。为完成对纱线的加捻、卷绕，同时也为了便于后面的工序顺利地进行，需把纱管套在锭子的杆盘上，纱管与杆盘之间必须要有适当的摩擦力方能保证杆盘在高速回转时带动纱管同步回转。图1所示为常用的光杆锭子杆盘，在使用光杆杆盘时，纱管与杆盘之间就通过锭杆上端5.5∶100的圆锥结合，纱管上的管芯处也是5.5∶100的锥面。当纱管套在杆盘上时，纱管上的锥面与锭杆上的圆锥面形成锥面配合，此锥面配合可以产生适当的静摩擦力，此静摩擦力就是光杆杆盘带动纱管回转的力。为保证此锥面配合可以提供足够的摩擦力，在往锭子上安装空纱管时需要用一定的力下压纱管，当纱管纺满纱从锭子上取下纱管时就需要克服纱管管芯与锭杆上锥面间的静摩擦力，此静摩擦力的大小取决于安装空纱管时的压力大小、纱管管芯处和锭杆上锥面的粗糙度。如果静摩擦力太大，拔纱时所需的力就会很大；但静摩擦力太小，锭子高速时又会出现跳管问题，加之锭杆比较细，当锭子速度超过一定值时，承载着纱管的锭杆会出现比较明显的变形和振动。所以光杆杆盘的锭子不适应高速纺纱和自动落纱。

图1 光杆锭子的杆盘结构

3.2.1.2 铝套管杆盘

为了满足锭子高速、自动化的要求，铝套管杆盘应运而生，图2所示为铝套管杆盘结构。

从直观上看，铝套管杆盘的铝杆比光杆锭子的锭杆粗得多，有更好的刚性和强度，且比光杆锭子的锭杆有更大的承载能力，即在较高速度承载着纱管运转时，不会出现光杆锭子那样明显的变形或振动，铝套管锭子刚性与强度完全可以满足在20kr／min或更高转速下运行。

铝套管锭子与光杆锭子相比，其根本性的革新在于对纱管支撑形式的改变。前面提到光杆锭子与纱管的结合形式是通过锭杆上端的锥面实现，此锥面配合产生的静摩擦力提供了锭子带动纱管旋转的力；但当锭速达到一定值时，容易出现跳管问题。为了消除锭子在高速时的跳管问题，铝套管锭子在对纱管的支撑形式上进行了革新性的改进设计，图3为现行绝大多数铝套管锭子支撑纱管的结构示意图，俗称支持器。该支持器结构由支持器帽、支持器弹簧和铝杆等组成。其中，支持器弹簧装在铝套管上加工的孔内，支持器帽的边沿卡在铝套管孔的台阶上，支持器帽的外径小于铝套管上孔的对应处的孔径，所以支持器帽可以在孔内自由活动。支持器帽对支持器弹簧有一定的压缩量，所以支持器帽在自然状态下是凸起的。为使支持器帽对纱管有很好的支撑效果，3只支持器帽外接圆的直径比纱管孔对应部位的直径大，当纱管在铝套管上安装到位时，纱管孔对支持器帽有一定的挤压，3只支持器弹簧在纱管孔挤压的作用下同时被压缩，支持器弹簧的弹力反过来作用于纱管孔，此弹簧的弹力所提供的静摩擦力就是铝套管锭子初始带动纱管转动的力，也是安装空纱管以及拔取满纱管时所要克服的阻力。由于在设计时就对支持器弹簧弹力进行了试验和验证，使其既能保证很好的带动纱管初始的旋转而不打滑，又能保证不用多大的力就能方便的安装和拔取纱管。因为铝套管锭子与纱管之间的结合力是由支持器弹簧的弹力提供，所以每套锭子与纱管之间的结合力的一致性很好，非常适合用于自动落纱。同时当锭子转动起来后，支持器帽和支持器弹簧的离心力和支持器弹簧的弹力共同作用于纱管孔，共同提供了支撑纱管所需的力，而且锭子的转速越高，支持器弹簧和支持器帽的离心力就越大；所以铝套管锭子在高速时既不会出现纱管打滑，也不会出现跳管问题。

图2 铝套管杆盘结构

图3 铝套管锭子支撑纱管的结构

锭子的杆盘由光杆发展到铝套管，适应了锭子高速和自动化的发展方向，满足了纺织企业的要求，铝套管锭子是当今甚至未来较长一段时期内棉纺锭子家族中的发展方向和主导产品。

3.2.2 下轴承的发展与改进

下支撑是锭子的又一主要部件，其支撑形式经历了双刚性、下弹性和双弹性3个阶段，弹性阻尼元件的结构也发生了较大的变化；而下轴承结构则经历了由锥形下轴承形式到径向滑动轴承和轴向推力轴承相结合的形式。锭子下支撑及下轴承的发展与改进同样是为了适应和满足锭子高速、节能和自动化的要求。

3.2.2.1 锥型锭底下支撑

锥型锭底结构下轴承的锭子从20世纪70年代就已经开始被广泛使用，我国现在仍然在大量制造和使用锥形锭底结构下轴承的锭子，图4所示是锥形锭底结构下支撑，锥形锭底结构下支撑锭子之所以被长时间广泛使用，是因为其自身的设计和使用特点适应了一定历史时期中纺织行业对锭子的要求，具有较多的优点。

图4 锥形锭底结构下支撑

3.2.2.1.1 完善的减振系统

由图4可见，锭子轴承（上轴承）为刚性连接，锥形锭底（下轴承）装在铣有螺旋槽的弹性管内，弹性管的螺旋槽使锥形锭底具有弹性，弹性管的外圆上装有吸振卷簧，锭子内腔加有锭子油，锭子油充满在吸振卷簧层的间隙内，吸振卷簧和间隙内的锭子油共同产生阻尼，在锭子运转时可以很好地起到吸振减振的效果；所以，该结构下支撑是很完善的减振系统［4］。

3.2.2.1.2 较好的振动特性

由于锭子的振动特性受到支承形式、几何尺寸、回转体的转动惯量和减振系统的形式及参数影响，而减振系统的形式和参数起着决定性的作用。该结构形式完善的锭子减振系统保证了其很好的振动特性。锭子的力学系统非常复杂，除了锭子本身在高速回转时形成的力系外，还有锭带作用在锭子上的周期力、纱线的张力、细纱机龙筋传递给锭子的各种频率的振动力等。至今仍未有完善的理论来描述锭子的振动特性，只能从大量的试验数据和使用效果来分析研究。我们分析后得知，该结构形式锭子的第一临界速度约在8kr／min，空锭第二临界速度时的振程较小，为0.1mm～0.2mm，越过第一临界速度以后，锭子的振动处于稳定状态，振程不会大于0.05mm；空管第一临界速度时振程为0.2mm～0.3mm，以后随着速度的提高振程增大；满管时第一临界速度时的振程为0.3mm～0.4mm，越过第一临界速度后处于稳定状态［5］。

因该结构的锭子有很好的振动特性而适合低速、中速、高速，尤其适合低速、中速运转。在过去的几十年中大多数锭速不大于16kr／min，该结构形式的锭子得到了广泛的应用。

3.2.2.1.3 结构简单

由锥形锭底一个零件就提供轴向和径向的支承，其结构简单，方便装配。

3.2.2.1.4 适应集体落纱

锭底下面加装了弹簧，可以适应集体落纱；但当锭速达到18kr／min～20kr／min时，锥形锭底的锭子就暴露出其不适应性。如图5a）所示，是对锥形锭底锭子下轴承放大，它是一种尖锥形的滑动轴承，承载轴向和径向负荷。这种结构的理想状态是点接触，实际上当锭子高速回转时锭尖在作高频振摆，锭杆尖的运动状态是一种复合运动，既有自转又有公转。锭子转速越高，锭尖的振摆越明显，当这种振摆达到一定程度时，会导致锭杆沿锭底锥面向上攀升，如图5b）所示。这就是所谓的杆盘上窜，杆盘上窜会严重破坏锭杆与锭底之间的润滑状态，使锭杆与锭底之间产生摩擦磨损，不仅增大锭子的功耗，还大大缩短锭子的使用寿命。另外，锥形锭底也有结构上的缺点，即当锭胆中的污物及长期运转时磨损的磨粒落入锭底内腔后很难通过油路的循环清除，造成锭杆的磨粒磨损。锭底即是锭子的下轴承，要求表面粗糙度佳、硬度高、金相组织良好、锥面和R同轴度高，而锭底孔是带有锥面及R的盲孔。就目前国内的加工条件，基本不能保证各批次零件的一致性，甚至零件的各项公差要求也不容易保证，而且有些项目还无法进行非破坏性检验，可见锭底的工艺性很差。

图5 锥形锭底锭子下轴承（放大）

3.2.2.2 平锭底下支撑

高速、节能已成为现代纺织工业的共识，而锥形锭底锭子已经不能满足纺织工业对高速、节能的要求。在这样的背景下，当锭速为20kr／min甚至更高时仍能平稳纺纱且更节能的平锭底锭子应运而生。图6为平锭底锭子下轴承结构示意图。从图6可见，平锭底把轴向和径向支撑分开了，轴向负荷由平锭底提供，径向负荷由铜套（滑动轴承）提供，平锭底结构锭子具有更多的优点。

图6 平锭底锭子下轴承结构

3.2.2.2.1 保留锥形锭底锭子的减振系统

该型锭子的上轴承为刚性连接，平锭底和下滑动轴承装在铣有螺旋槽的弹性管内，弹性管的螺旋槽使连带的下轴承具有弹性，弹性管的外圆上装有吸振卷簧，锭子内腔内加有锭子油，锭子油充满在吸振卷簧层的间隙内，吸振卷簧和层间隙内的锭子油共同产生阻尼；所以，平锭底锭子继承了锥形锭底锭子完善的减振系统。

3.2.2.2.2 更好的振动特性

大量试验和统计表明，平锭底锭子比锥形锭底的锭子具有更优的振动特性曲线，只是平锭底锭子的第一临界速度比锥形锭底锭子稍微高一点，约为10kr／min；但越过第一临界速度后的振程更小且更平稳。根据多年的生产和使用经验表明，平锭底锭子在大于第一临界速度后的振程大多数都不大于0.03mm。

3.2.2.2.3 适应高速

前面提到锥形锭底锭子的锭速达到一定值时会出现杆盘上窜问题，但平锭底锭子从结构设计上杜绝了这种问题的发生。因为平锭底锭子的下轴承把轴向、径向支撑分开，分别由平锭底和铜套提供，所以无论锭速多高都不会出现杆盘上窜的问题。锭子在工作状态下，锭子轴承尤其是下轴承始终处于良好的润滑状态，避免了锭杆与锭底之间的摩擦磨损。

3.2.2.2.4 更节能

平锭底锭子的铜套承载径向负荷，铜套相当于液体动压轴承，利用液体的动压原理使锭杆与铜套始终处于液体摩擦状态，避免干摩擦，一方面有利于减少磨损，另一方面有效地降低了功耗。图7为液体动压轴承工作原理示意。锭子正常运转时，锭杆下轴承档外圆与铜套内孔的间隙充满润滑油；根据液体动压原理，当锭杆下轴承档在铜套内孔中偏向右边时则右边的间隙变小，间隙变小则该侧的油压

P迅速增大，迫使锭杆下轴承档居中，保证了锭杆下轴承档与铜套之间始终保持液体摩擦，降低了功耗。比较图4和图6，可见上轴承内径由7.8mm缩小为6.8mm，上下支承距由120mm缩小为100mm，同样降低了功耗。

图7 液体动压轴承工作原理

3.2.2.2.5 更长的使用寿命

由于锭杆下轴承档与铜套之间处于液体摩擦状态，从而有利于延长锭子的使用寿命；另外，平锭底锭子的下轴承是开放式结构，锭子运转过程中产生的磨粒及污物能及时在离心力作用下甩出去，避免了磨粒磨损，从而完全杜绝了锭子因磨粒磨损而导致的早期失效，延长了锭子的使用寿命。

3.2.2.2.6 零件有更好的加工性

从图8可知，铜套、平锭底和锭杆下轴承档，这三个零件都有很好的工艺性，可以达到很高的表面粗糙度和形位精度，而且很容易检测，不象锥形锭底那样，不仅工艺性差，而且还很难检测。

图8 锭子零件

3.2.2.2.7 整套锭子一致性好

零件的制造工艺性好，可以达到很好的一致性，装配后的成套锭子的振程、振动特性、使用寿命及功耗等方面一致性则好，为以后国产锭子的“免试车”提供了技术保障。

4 带轴向缓冲的平锭底锭子

虽然锥形锭底锭子不适应高速纺纱，但其锭底下面加装了缓冲弹簧（见图4）后则非常适合集体落纱。平锭底锭子虽然非常适合高速纺纱，但没有锥形锭底锭子中可以保护弹性管的缓冲弹簧，当平锭底锭子直接用于集体落纱，很可能会在机械手安装空纱管时导致弹性管塑性变形进而导致锭子快速失效。为了让平锭底锭子能适合集体落纱，在锭脚孔内加装了垫块（见图6）。在此垫块的上端面与锭底垫片的下端面之间设计了一个合理的间隙，限制机械手安装空纱管时弹性管的变形量在弹性变形内。这样的设计虽然让平锭底锭子满足了集体落纱的要求，但结构比较复杂，装配困难，尤其是要控制图6中垫块的上端面与锭底垫片的下端面之间的间隙几乎成了该型号锭子的装配瓶颈，严重影响了装配速度。如果把锥形锭底锭子中保护弹性管使其非常适合集体落纱的缓冲弹簧加装到平锭底锭子会怎么样呢？结果是集锥形锭底与平锭底锭子优点于一身，既适合集体落纱，又适合高速纺纱新型高速节能锭子。图9为其结构示意图，即在平锭底的下面加装了缓冲弹簧。当然，为了满足纺纱的使用要求，其具体设计和加工参数需要一段时间的实验、试验和试用才能确定，这种具有先进设计理念和结构的锭子，必将是棉纺锭子家族中的主流产品。

图9 新型高速节能锭子的结构

5 高速整体轴承锭子

锭子下支撑由锥形锭底改变为平锭底后，减小锭带轮直径、上下轴承直径和上下支承距，是降低锭子功耗的通用方法。平锭底锭子的上轴承结构，是轴承座内装配纺锭轴承，如图10所示。由于纺锭轴承外环的存在，这样的结构限制了锭带轮进一步减小。为了能进一步减小锭带轮，达到更节能的效果，设计了整体轴承高速锭子，该轴承锭子的关键在于上轴承的改进设计，图11是该整体轴承高速锭子的上轴承，弹性管压配在轴承座的中间孔中，滚柱装在保持器的窗口内，一同放入轴承座的上孔中，然后将轴承端盖压装进轴承座的上孔。该结构锭子将弹性管的上端面用作轴承的下端盖，轴承座的上孔做为纺锭轴承的外环，轴承端盖的下端面作为纺锭轴承的上端盖，由此构成一整体轴承结构；其上轴承的内径只有5.2mm，更节能。该结构锭子由于去掉了传统锭子上轴承外环，最大程度地减小了轴承座外径尺寸，使锭盘锭带轮直径减小到15mm或更小，从而在不提高细纱机大轴转速的情况下可使锭子转速达到25kr／min以上，大大提高了纺纱效率。另外，该结构锭子沿用并改进了平锭底锭子的弹性阻尼减振系统，当锭速达到30kr／min时，锭子振程仍不大于0.05mm，完全可以满足纺纱的要求。该结构锭子中心距设计为75mm；在保证锭杆足够强韧性的同时也更节能；上轴承端盖内孔有更大的储油空间，可以为上轴承提供可靠的润滑保障；采用精密加工，上轴承端盖孔与锭杆间隙更小，有效减缓锭子油的流失，延长锭子补油周期，降低锭子维护费用［6］。

图10 平锭底锭子上轴承结构

图11 整体轴承高速锭子的上轴承结构

6 锭子的附加功能

随着锭子杆盘由光杆发展到铝套管，下支撑由锥形锭底发展为平锭底，为满足锭子在纺纱过程中的使用要求及更好地提高效率，增加效益，还设计了一些锭子附件。

6.1 刹锭器

杆盘由光杆发展到铝套管后，衍生出了锭子刹锭器。光杆杆盘与纱管间是通过锥面间的摩擦作用一起转动，当锭子纺纱过程中出现纱线断头需要接头时，挡车工只需直接抓住纱管并拔出纱管完成接头后再放回纱管。因为挡车工抓住纱管时，光杆杆盘上锥面与纱管管芯间的摩擦足以让杆盘停止转动，所以杆盘与纱管之间没有相对运动，不会对锭杆上锥和纱管管芯造成磨损。杆盘换成铝套管后情况就不一样，因为铝套管带动纱管转动的力是来自于通过支持器帽对纱管的摩擦，接头时如果象光杆锭子那样直接抓住纱管，而支持器帽对纱管的摩擦力不足以让杆盘停止转动，所以铝套管与纱管间有相对运动，时间久了会把支持器帽及纱管磨损，破坏了支持器帽与纱管的配合，将导致锭子振程急剧增大，并对锭子的上、下轴承产生严重撞击，从而严重影响锭子的正常使用和寿命，磨损到一定程度会出现锭子正常纺纱时铝套管与纱管之间都会出现相对运动，直至锭子失效。铝杆锭子在接头拔掉纱管前，必须先使杆盘停止转动，这就是刹锭器的功能。

6.2 夹纱器

铝套管锭子从设计之初就是为了适应高速和自动化，基本上都配套在带有自动落纱装置的主机上。为提高落纱后的留头率，减少清除尾纱的工作量，增加了夹纱器。夹纱器把原来粗放的、随意性的留头方式改变为精细的、有意识的留头方式，大大提高了留头率，留头率可达98%以上；同时，减少了70%以上留头时的纱线缠绕，大大节省了原料，降低了成本。重新开车锭子转动起来后，缠绕在锭子上的尾纱还可以在离心力的作用下自动甩掉，节省了用工，提高了效益。笔者曾在《纺织器材》2013年第1期上详细介绍过夹纱器锭子［7］。

6.3 快速安装纱管

为使支持器帽对纱管有很好的支撑效果，三只支持器帽外接圆的直径应比纱管孔对应部位的直径大，当纱管在铝套管上安装到位时，纱管孔对支持器帽则有一定的挤压力；而三只支持器弹簧在纱管孔挤压力的作用下被压缩，同时支持器弹簧的弹力反过来作用于纱管孔，此弹簧的弹力所提供的静摩擦力就是铝套管锭子初始带动纱管转动的力，也是安装空纱管以及拔取满纱管时所克服的力。当自动落纱装置在安装空纱管时，需要完成以下几个动作：抓空纱管→将空纱管置于锭子上方→安装空纱管→下压（保证纱管高度一致）→松开空纱管→机械手上抬→机械手回位。很显然，自动落纱机械手往锭子上安装空纱管需要做7个动作，其中安装空纱管和下压动作，尤其是下压动作，最有可能因为机械手的动作精度不够高而撞到锭子，甚至对锭子造成损坏，影响锭子使用寿命。这一过程延长了安装空纱管的时间，另一方面要求自动落纱机械手要有很高的动作精度；否则，机械手安装空纱管时会撞到锭子，造成锭子损坏，影响使用寿命。如果设计一种完全利用离心力结构来支撑纱管，而且当锭子停止时三只支持器帽外接圆的直径小于纱管孔对应部位的直径，只要把空纱管放在铝套管上方就可以松开，纱管会在自身重力的作用下自动安装到位，这样的结构不仅可以节省自动落纱机械手安装空纱管的时间，还可以避免机械手撞到锭子，影响锭子的使用寿命。

基于以上构想，如图12所示，该锭子把原来的支持器弹簧换成钢珠，当锭子停止时三只支持器帽的外接圆小于纱管孔对应部位的直径，可以保证纱管套在铝套管上方后可以自由下落，使纱管可以一次性全部自动安装到位；而当锭子转动起来后，在离心力作用下，钢珠把支持器帽顶起，起到支撑纱管的功能，带动空纱管随锭子一起旋转，当纺满纱要落纱时，锭子停止转动离心力消失，此时的支持器帽和纱管孔都处于自由状态，两者之间已无相互作用力，纱管被顺利拔出。

图12 锭子钢珠支持器

在实际应用中，自动落纱机械手在铝套管锭子上安装空纱管时，只需要完成以下4个动作：抓空纱管→将空纱管置于锭子上方→机械手松开→机械手复位。

该快速安装纱管的铝套管锭子技术具有质的飞跃，已在一部分中高档纺纱企业使用并取得了很好的效益：① 自动落纱机械手只有4个动作，大大缩短安装空纱管的时间；② 省掉了机械手下压动作，不会碰撞到锭子和损伤锭子，不会影响锭子的使用寿命；③ 只要自动落纱机械手把空纱管套到锭子铝套管上方就可以松开，空纱管会在自身重力作用下一次性全部安装到位［8］。

7 结语

多年来，高速、自动化与节能是纺织行业，更是锭子这一主要纺织专件的发展方向。棉纺细纱锭子由光杆杆盘发展到铝套管杆盘，使得细纱锭子可以在更高速度下纺出更好品质的纱线并适用于集体落纱，大大提高了自动化程度。为保证铝套管锭子能更好地使用，又衍生出了锭子刹锭器；为进一步提高集体落纱的效率，同时也为了更好地保护锭子免于集体落纱装置的撞击，又研发出可以快速安装纱管的铝套管锭子；为进一步发挥集体落纱的优势，减少用工，发展了带有夹纱器的铝套管锭子。下支撑由锥形锭底发展到平锭底，保证了锭子在更高速度下纺纱运转更平稳，更节能，使用寿命更长；同时，由于平锭底锭子的铜套和平锭底有更好的工艺性，使锭子的一致性更好，整体品质极大提高；轴向缓冲平锭底锭子以及高速整体轴承锭子的相继推出，为纺纱企业带来更大利好。让我们共同期待更多更好的国产细纱锭子问世，见证一个又一个奇迹。

［1］陈瑞琪.纺纱锭子的理论与实践［M］.北京：纺织工业出版社，1990.

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［3］朱鹏，唐文辉，王婵娟.棉纺环锭细纱机高速生产与专件器材的讨论：上［J］.纺织器材，2010，37（4）：1－4.

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