环锭细纱机锭座高速性能测试分析

袁松鹤，陈中杰，陆秀梅

(太平洋机电(集团)有限公司，上海 200949)



环锭细纱机锭座高速性能测试分析

袁松鹤，陈中杰，陆秀梅

(太平洋机电(集团)有限公司，上海 200949)

为了分析国产锭子的高速性能，在静态及高速纺纱状态下，对锭座进行振动性能测试和数据对比，建立高速锭子动态性能有限元仿真模型并对仿真结果进行分析对比。结果表明，静态和同速度纺纱时，进口锭座性能优于国产，国产锭座顶端最大加速度和振动频率是进口锭座的2～3倍；在锭速为19.8 kr/min与23.0 kr/min纺纱时，国产锭座加速度增幅约为120%，进口锭座加速度增幅约为160%；在12.0 kr/min～27.0 kr/min(200 Hz～450 Hz)工作转速范围内，进口锭子锭端最大振程明显小于国产锭子。指出，国产锭子振动特性、抗弯特性、高速稳定性等方面与进口的技术先进锭子还存在较大差距，应缩小与先进产品的差距，真正实现高速纺纱。

锭子；锭座；振动状态；高速；有限元仿真；稳定性

0 引言

环锭细纱机以适纺范围广、成纱质量好，正朝高速、高效方向发展，而锭子作为高速的核心专件之一，当转速超过20 kr/min时，棉纺厂经济效益才能得到大幅提高。

锭子是高速回转件，对其评定的三大主要指标有：振动、功耗和噪声。具体到棉纺环锭细纱机用锭子，则要求其高速高效、节能降耗和低噪低振。如何解决锭子在高速回转时产生的振动，是摆在研究人员面前既难解又有趣的问题[1-2]。

通过对比国产锭子和进口锭子测试数据，笔者对高速纺纱锭子的振动性能进行分析，并重点研究其较薄弱的锭座部分。

1 高速纺纱锭子振动性能分析

环锭细纱机提速时碰到最显著的问题，是高速时筒管摆头，即纺纱张力足够大、特别是大纱时纺纱高度大，因锭子承受力不足而引起锭子上端明显晃动，纺制粗号纱和高强纱时这一问题尤为严重[3]。

1.1 静态测试锭座跳动

试验方法：选取国产和进口的整套锭子各10枚，静态时测试锭座不同部位的跳动，数据见表1。

表1 静态时锭座不同部位跳动数据对比 单位：mm

从表1可以看出，虽然两者外径尺寸基本一致，

但径向跳动、上端面跳动及下端面跳动差距都较大，进口锭座明显优于国产锭座。锭座结构见图1。

1.2 高速纺纱时锭子振程

试验方法：选取国产和进口锭子各10枚，在相同机台、相同龙筋部位安装，采取相同纺纱工艺配置，在转速为19.8 kr/min时测试锭子振动状态。试验品种：T/CJ 65/35 11.7 tex。测试仪器：BVM-102型双通道振动数据采集器。

国产锭座与进口锭座在相同锭速下振动测试对比见表2；不同锭速下振动测试对比见表3；纺纱质量指标对比见表4。

表2 相同锭速时国产锭座与进口锭座振动测试对比

纺纱长度/km纺纱高度/mm负载/N加速度/(m·s-2)振动频率/Hz国产锭座进口锭座对比/%国产锭座进口锭座对比/%1.0550.5250.316.430717.03.64722.0900.6470.917.540523.45.84033.01240.7661.118.732722.15.24254.01510.8857.519.229920.36.03384.81720.9766.918.735822.55.14415.11801.0265.118.136019.45.03885.51901.0671.117.640327.64.0690 注:纺纱高度指升降动程上换向处。

表3 不同锭速时国产锭座与进口锭座振动测试对比

由表2数据可以看出，在锭速为19.8 kr/min的纺纱全过程中，国产锭座顶端最大振程和振动值是进口锭座的3～4倍，纺至大纱即升降高度为190 mm时所受侧向力最大，严重时国产锭座最大振程是进口锭座的6.9倍。

由表3数据可以看出，在锭速为19.8 kr/min时纺纱与在锭速为23.0 kr/min时纺纱相比，国产锭座加速度增幅约为120%，进口锭座加速度增幅较大，约为160%。

表4 国产锭座与进口锭座纺纱质量指标对比

指标国产锭座进口锭座对比/%条干CV/%13.7213.47102管间CVb/%2.11.4150毛羽指数H3.733.53106单纱强力/(cN·tex-1)259.2263.798单强CV/%7.897.86100平均捻度/(捻·(10cm)-1)112.2114.198捻度CV/%5.214.67112

由表4可以看出，进口锭座的管间CVb值降低了50个百分点，明显优于国产锭座，由此可以看出，进口锭座高速性能优异，锭子转速稳定，纺纱张力平稳，显著改善了锭间差。

2 锭座内部结构分析

实际使用发现，在满载和高速下锭子会出现较大的锭端振动。为进一步对锭座内部结构进行剖析，对新型高速锭子进行振动模态和振动响应动态仿真分析，为研制高性能高速锭子提供技术支撑。

2.1 建立有限元仿真分析模型

根据锭子锭座 CAD 设计图，对锭子动态仿真分析的有限元模型进行研究。通过几何模型合理简化、材料设置、锭子模型约束研究、螺旋形弹性管模型研究、锭杆与轴承之间约束模型研究、空锭和满锭模型、振动载荷等试验研究，不同模型仿真结果的对比检验，建立了能够较好反映高速锭子动态性能的有限元仿真分析模型。据此进行有限元分析，可以获得较高质量的高速锭子振动模态和振动响应仿真结果。图 2为锭子有限元分析模型。

2.2 国产锭子和进口锭子的动态性能

如图3和表5所示，两种锭座结构主要是Para1、Para2 这2 个参数发生了变化，其它结构尺寸都基本相似或影响不大。

表5 两种尺寸结构锭座参数和振程 单位：mm

锭座锭座参数Para1Para2Para3临界转速范围最大振程工作转速范围最大振程国产59103.28.41.910.3970进口55113.28.43.420.2581

对国产锭座和进口锭座的固有频率/临界转速即转速在0 kr/min～27.0 kr/min的锭端振程进行有限元仿真。分析结果表明：在12.0 kr/min～27.0 kr/min(固有频率为200 Hz～450 Hz)工作转速范围内，进口锭子锭端最大振程明显小于国产锭子，即进口锭子的高速动态特性优于国产锭子。

3 结语

根据测试结果分析，国产锭子振动特性、抗弯特性、高速稳定性等方面与进口先进锭子还存在较大差距。为满足环锭细纱机的高速要求，锭子整体结构与加工工艺还需要锭子制造企业发扬“大工匠”精神，深入研究，精雕细琢，缩小与先进产品的差距，真正实现高速纺纱。

[1] 上海机械学院.机械设计基础[M].上海：上海科学技术出版社，1978.

[2] 陈瑞琪，吴文英.纺纱锭子高速的研究[J].纺织器材，2005，32(4)：5-11.

[3] 朱德昭.棉纺锭子高速化探讨[J].纺织器材，2007，34(1)：13-17.

The Test Analysis of High Speed Performance of the Bolster of the Ring Spinning Frame

YUAN Songhe,CHEN Zhongjie,LU Xiumei

(The Pacific Mechtronical(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200949,China)

To make clear the performance of the domestic spindle,the vibration performance test and data contrast are done to the bolster under conditions of static and high-speed spinning.The finite element simulation model is built for the high speed performance of the spindle and the simulation result is gained.The result shows that as to the static and the same spinning speed,the imported bolster is better than domestic product in performance.The maximum acceleration and vibration frequency of the domestic bolster are 2～3 times of that of the imported product.In the spinning speed range of 19.8 kr/min and 23.0 kr/min,the acceleration amplitude of the domestic bolster is about 120%,while the acceleration increase of the imported bolster about 160%.In the working speed range of 12.0 kr/min～27.0 kr/min(200 Hz～450 Hz),the maximum vibration range of the spindle top of the imported spindle is significantly less than that of the domestic product.In addition,there is a big gap between the domestic spindle and the imported spindle in vibration properties,flexural properties,high-speed stability.Something must be done to narrow the gap with the advanced products for the realization of the high speed spinning.

spindle;bolster;vibration state;high speed;finite element simulation;stability

2016-04-20

袁松鹤(1970—)，女，江苏南通人，工程师，主要从事纺纱工艺、纺纱机械、智能化电锭细纱机设计等研究。

TS103.81+1

B

1001-9634(2016)05-0044-03