FA322B并条机牵伸机构主牵伸区部分参数的优化设计

王 青， 王贯超

(西安工程大学 机电工程学院， 陕西 西安 710048)

FA322B并条机牵伸机构主牵伸区部分参数的优化设计

王 青， 王贯超

(西安工程大学 机电工程学院， 陕西 西安 710048)

用不同长度纤维在FA322B型并条机上并条牵伸，通常需要根据人工经验调整并条机牵伸机构的部分结构参数，较难达到最佳牵伸效果。为此，在分析FA322B型并条机牵伸机构工作原理的基础上，通过建模优化方式，得到主牵伸区中二皮辊和二罗拉横向距离的最佳调整位置，为实际生产中工艺调整提供理论指导。同时研究二皮辊和二罗拉横向距离大小对牵伸效果的影响。研究结果表明：二皮辊和二罗拉横向距离选取不当会致使纤维黏附于前皮辊之上，严重影响牵伸效果，因此在实际生产中，需要合理调整二皮辊和二罗拉横向距离，以保证良好的牵伸效果。

并条机； 牵伸机构； 纤维品质长度； 牵伸效果

科技的不断发展进步促进了我国并条机的迅猛发展。适纺纤维种类的多样化要求同一台并条机能够对不同品质长度的纤维进行并条牵伸。针对此问题，一般的解决办法是根据纤维长度调节并条机牵伸机构部分结构参数(如对于压力棒曲线牵伸机构，调整压力棒和二皮辊的位置，或者调整二罗拉和二皮辊的水平距离)，以适应不同品质长度纤维的牵伸要求。事实上，工人师傅大都根据经验调整牵伸机构结构参数值，缺乏理论指导，调整位置并非最佳位置点。故针对不同品质长度的纤维，研究皮辊和罗拉或者皮辊相对压力棒的最佳位置，对提高并条机牵伸效果具有很重要的工程意义和价值。

以往学者们的研究主要集中于并条机牵伸机构的配置和工艺分析[1-3]，牵伸过程中牵伸力对纤维断裂的影响分析[4-6]，牵伸机构中压力棒的工作原理和类型分析[7-8]，FA322B并条机的特点、使用效果和常见故障的分析[9-11]等方面，对牵伸机构的优化设计，特别是针对市场主流机型FA322B并条机牵伸机构的设计鲜有研究。 鉴于此，本文以目前市场主流使用的并条机FA322B为对象，针对不同品质长度的纤维，研究主牵伸区部分结构参数的最佳配置，为工人师傅的工作提供一定的理论参考。

1 FA322B并条机牵伸机构

FA322B并条机采用的是4上4下附导向辊的压力棒曲线牵伸型式，如图1所示。纱条先经后区预牵伸后进入中区，再进入前区进行牵伸。中区牵伸为1.018倍的固定值，使高速牵伸过程中牵伸皮辊回转稳定，并减少其滑溜与速度不匀。前区为主牵伸区，压力棒在主牵伸区内起加强控制浮游纤维的作用，有利于提高牵伸质量。由实验得知主牵伸区结构参数的合理配置对条干均匀度和纱条牵伸质量影响最大，故一般都通过调整主牵伸区结构参数值来适纺各类不同品质长度的纤维。

图1 FA322B并条机牵伸机构示意图Fig.1 Sketch map of FA322B drafting arrangement

2 牵伸机构设计建模

为适纺不同品质长度的纤维，不同型号的并条机有不同的调节方式。图2示出主牵伸区结构参数示意图。FA322B并条机的压力棒支架活套于第2皮辊(上罗拉)的轴套上，即压力棒与二皮辊间距固定，因此通过调整二皮辊相对于二罗拉中心的前后位置(即二皮辊前冲量为b)，来调节压力棒包围角、反包围弧长度、浮游区长度及握持区长度等，以适纺各类纤维。同时针对不同长度纤维，调整一、二罗拉水平距离(a值)到合适值(一般比纤维品质长度大10 mm左右)后固定，其他结构参数则保持不变，因此，本文选取b值作为设计变量，并根据纤维品质长度合理调整a值大小。

图2 主牵伸区结构参数示意图Fig.2 Sketch map of main drafting area

2.1 目标函数分析计算

在图2中，根据正余弦定理等几何关系求得

(1)

BC=O5P

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：

A1=arctan(O5M/O2M)

O5M=a-b-lsin(A3-A4)

式中：r1、r4分别为前皮辊和二皮辊的半径；r2、r3分别为前罗拉和二罗拉的半径；r5为压力棒半径；h为前罗拉和二罗拉中心的竖直距离；l为二皮辊和压力棒的中心距；s为压力棒和二罗拉表面圆弧的距离(见图2)；A1～A7分别为目标函数推导过程中的中间量。

2.2 约束条件

2.3 优化设计建模

根据上面的分析，得到优化设计数学模型为

(6)

3 优化设计的实现

宝花并条机FA322B的主牵伸区结构几何参数如表1所示。

表1 FA322B并条机主牵伸区结构参数值表

3.1 优化设计和结果分析

FA322B并条机适用于长度为75 mm以下纤维的纯纺和混纺，故此处对25～65 mm长度范围内的棉纤维进行研究。合并纱条根数8根，牵伸倍数为10。针对不同品质长度的纱条，调整一、二罗拉中心水平距离a值比纱条长度大10 mm，基于MatLab语言，对二皮辊前冲量b值进行优化设计，结果如表2所示。

表2 不同品质长度纤维的优化结果

3.2b值大小对牵伸效果的影响分析

在并条机FA322B的牵伸结构中，实际b值的可调范围在-5～5 mm之间，即二皮辊可向前或向后移动5 mm的距离，其中皮辊中心相对二罗拉中心前移b值为正，后移b值为负。为了明确b值改变对牵伸效果的影响，选取表2中第1组值为基准，即纤维品质长度25 mm(a值大小为35 mm)，不断改变二皮辊前冲量b值，分析各段握持距数值的变化情况，结果见表3。

表3 b值的改变对牵伸效果的影响

从以上分析可见：二皮辊位置的变化对牵伸效果影响是很大的，且二皮辊位置选取不当会导致纱条粘附于前皮辊之上，因此在工程实际中调整二皮辊位置需要非常谨慎。

4 结 语

本文对FA322B并条机牵伸结构的主牵伸区进行了分析，在并条机大部分结构参数确定的情况下，针对不同品质长度的纤维，探讨了二皮辊的最佳位置。此外本文还针对某一品质长度的纤维，分析了二皮辊位置(前冲量b值大小)对牵伸效果的影响。分析结果显示：二皮辊位置的合理配置对纱条牵伸效果影响很大，严重的会导致纱条黏附于前皮辊之上，因此在实际操作中，需要谨慎设置二皮辊位置，才能够保证良好的牵伸效果。本文研究为FA322B并条机在加工不同品质长度纤维时调整二皮辊位置提供理论参考，具有一定的实际应用价值。

[1] 刘大勇，余仁君. 并条机牵伸工艺的配置及牵伸机构缺陷的探讨[J].现代纺织技术,2004,12(5):33-36. LIU Dayong, YU Renjun. Discussion of processing configuration and defects for drafting mechanism of drawing frame[J].Advanced Textile Technology,2004, 12(5):33-36.

[2] 邹项怡，朱俊凤. 并条机牵伸工艺配置的探讨[J].黑龙江纺织,2010,34(1):1-3. ZOU Xiangyi, ZHU Junfeng. Discussion of processing configuration for drafting mechanism of drawing frame[J]. Textile of Hei Longjiang, 2010,34(1):1-3.

[3] 陈玉峰. 并条高倍牵伸工艺研究[J]. 棉纺织技术,2011,39(3):63-65. CHEN Yufeng. Research on high drafting technology of drawing frame[J]. Cotton Textile Technology,2011,39(3): 63-65.

[4] CHATTOPADHYAY R, RAINA Mohit. Fiber breakage during drafting on ring frame [J]. The Journal of the Textile Institute,2013,104(2):1353-1358.

[5] ZHANG Zhiliang, YU Chongwen. Study on drafting force and sliver irregularity on drawing frame [J]. The Journal of the Textile Institute,2012,103(3):341-347.

[6] 张之亮，郁崇文. 并条机主牵伸区牵伸力在线测量系统的研制[J]. 东华大学学报， 2011,37(3):331-336. ZHANG Zhiliang, YU Chongwen. Study on the online drafting force measurement system on drawing frame[J]. Journal of Donghua University, 2011,37(3):331-336.

[7] 徐铭九. 压力棒曲线牵伸装置的工作原理[J]. 纺织学报,1980,2(4):14-21. XU Mingjiu. Operational principle of drafting system with press bar[J]. Journal of Textile Research,1980,2(4):14-21.

[8] 朱友名. 论并条机牵伸机构中压力棒形式与优化设计[J]. 河北轻化工学院学报,1993,14(2) 67-72. ZHU Youming. A discussion about the form of pressbar of drawing mechanism in drawing frame and its better project[J]. Journal of Hebei Institute of Chemical Technology and Light Industry,1993,14(2):67-72.

[9] 张新江，李越男. FA322B型并条机的常见故障分析[J]. 棉纺织技术,2015,43(2):45-48. ZHANG Xinjiang, LI Yuenan. Breakdown analysis of FA322B drawing frame[J]. Cotton Textile Technology, 2015,43(2):45-48.

[10] 晁松山. FA322B型高速自调匀整并条机的使用与维护[J]. 现代纺织技术,2013,29(4):48-51. CHAO Songshan. Usage and maintenance of autolevelling FA322B drawing frame [J]. Advanced Textile Technology, 2013,29(4):48-51.

[11] 张新江. FA322B自调匀整并条机性能特点及使用效果分析[J]. 现代纺织技术,2012,28(3):30-35. ZHANG Xinjiang. Characteristics and usage effects analysis of autolevelling FA322B drawing frame[J]. Advanced Textile Technology,2012,28(3):30-35.

Design and optimization of partial parameters of main drafting area for FA322B drawing frame

WANG Qing, WANG Guanchao

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an，Shaanxi710048,China)

For drawing and drafting fibers of different lengths on the FA322B drawing frame, partial process parameters of the drafting mechanism of the drawing frame are needed to be adjusted according to artificial experiences, but it is hard to achieve optimal drafting effect. In order to solve this problem, based on analyzing the operating principle of the drafting mechanism of the FA322B drawing frame, the modeling optimization was adopted to obtain the optimal adjustment position of the transverse distance between the second upper and lower rollers, providing theoretical guide for the process adjustment in actual production. The influence of the transverse distance between the second upper and lower rollers on the drafting effect was also investigated. The results indicate that improper transverse distance between the second upper and lower rollers can cause fibers to adhere to the front upper roller, thereby greatly affecting the drafting effect. Therefore, transverse distance between the second upper and lower rollers should be adjusted carefully to ensure good drafting effect in actual production.

drawing frame; drafting mechanism; quality length of fiber; drafting effect

10.13475/j.fzxb.20160605905

2016-06-22

2017-05-11

陕西省自然科学基金项目(2016JQ5111)

王青(1985—)女，讲师，博士。研究方向为并条机牵伸机构、喷气织机主喷嘴设计。E-mail:qingkong1123@163.com。

TS 112.2

A