略论高速锭子节能方式

付 强，王 亮

(经纬智能纺织机械有限公司 锭子厂，山西 晋中 030601)

1 影响锭子功耗的主要因素

细纱机能耗占整个纺织企业能耗的60%～70%，细纱锭子作为细纱机主要的加捻卷绕专件，所耗能量约占整台细纱机能耗的60%。因此，高速锭子的功耗越来越受到纺织企业的关注，影响其功耗的主要因素如下。

1.1 润滑油的选用

在高速运转的过程中，锭子需要克服自身内腔润滑油的阻力，从而消耗能量，因此润滑油的选择至关重要[1]。在高速运转的情况下，只有长期保持良好的润滑状态，才能有效降低锭子的摩擦，减少锭子的振动和磨损。

在锭子质量满足润滑要求的前提下，首先，需选用粘度适宜的润滑油。当润滑油粘度较大时，锭子本身的润滑和密封性能好，但油膜阻力大、功耗大，散热性差，导致油温升高，使锭脚外表面温度较高。其次，润滑油必须具有良好的抗泡性。由于锭子润滑油始终处于高速搅动状态，易与空气生成泡沫，使润滑油膜不完整，影响锭子润滑效果，因此锭子润滑油应具有产生泡沫少、易消失的优点。再次，润滑油必须具有氧化安定性及耐腐蚀性。油品氧化后会生成酸性物质，腐蚀金属；当其深度氧化时，会生成油泥、漆膜等，导致润滑油粘度增大，阻塞油路，使锭子运转能耗增加，锭子磨损加速；锭子润滑油耐腐蚀性好，可以对锭子零件起保护作用。

综上所述，锭子润滑油必须具有适宜的运动粘度、良好的润滑性、氧化安定性、抗泡性和抗腐防锈性。根据锭子对润滑油的性能要求及实际使用验证，一般建议棉纺厂锭子润滑油选用L-FD10型轴承油。但是，随着锭子向高速、高效、平稳、节能方向的不断发展，使用企业对润滑油提出更高要求，如：① 有较强的粘附性，不会因离心力而甩落；② 粘温性能良好，在温度变化的情况下保持较稳定的粘度；③ 颜色极浅，不易污染纤维等。

1.2 空气阻力

空气阻力的大小主要与物体运动的速度和物体形状有关。物体运动速度越快，所受的空气阻力越大；运转中与空气接触的面积越大，受到的空气阻力越大。因此，锭子克服空气阻力所消耗的功率随锭子的转速及纱线卷装直径的增加而增大[1]。

而卷装的大小与钢领直径的大小密切相关。目前，国内纺织企业所用纺纱钢领直径多为40 mm～42 mm，少数细号纱用38 mm；而国外纺27.7 tex纱时所用钢领直径为38 mm，甚至是35 mm。随着中国纺织业向高速、节能方向的发展，小钢领、小卷装将成为市场发展的新方向。

1.3 锭带拖动阻力

细纱锭子运转是通过主轴带动滚盘，滚盘带动锭带，锭带带动4套锭子运转。锭带的表面粗糙度会直接影响驱动锭子的转速。因此，锭带应具有接头处表面光滑、不易断裂，运转中阻力低，安装时无方向性，适合S捻和Z捻运转且稳定性好、不易跑偏、传动效果好、使用寿命长等优点，以提高运转效率、减少能量消耗。

1.4 锭子自身因素

因锭子转速通常为15 kr/min～20 kr/min，属于超高速回转运动体[2]，其内部功耗因素主要是轴承摩擦损耗和阻尼能量损耗。因此，可以通过以下方式达到降低能耗的效果。

a) 采用较小的纺锭轴承，减少轴承与锭杆的摩擦面积；

b) 改善下锭尖的摩擦方式；

c) 减小锭子内部各零件间的机械摩擦能耗；

d) 减少锭杆与润滑油间液体摩擦能耗。

因此，改进锭子结构、提高零件加工精度、选用优质材料，可以有效地减少锭子能耗。

2 优化锭子结构

2.1 采用小纺锭轴承，缩小锭盘带轮直径

采用较小外环直径的纺锭轴承，轴承孔径由φ7.8 mm缩小至φ6.8 mm，甚至为φ5.8 mm，锭盘带轮直径也随之由φ20.5 mm缩小至φ19.0 mm，甚至为φ17.0 mm。在保证锭速和纱线品种不变的情况下，滚盘轴系转速大幅降低，细纱机振动及噪声下降，锭子运转摩擦消耗的电能及滚盘系统与空气阻力所消耗的电能减少[3]。

2.2 改进下支承结构

采用较小外环直径的纺锭轴承后，锭杆直径也相对减小[3]。为了保证锭杆刚性不降低，将锭子上、下支承距离由120 mm缩小至80 mm，同时有效地减少了锭杆与润滑油之间液体的摩擦面积，以减少摩擦耗能。

下部支承结构及动力消耗系统采取锭杆由尖锥式结构改为大球式结构，分离式锭底，将轴向和径向支承分开，锭尖由半径为 0.75 mm的小球面改为半径为30 mm的大球面，大幅增强了锭子的轴向承载能力；锭杆轴承档直径由4.5 mm缩小至3.0 mm，可降低能耗，进一步提升性能。

2.3 运用双吸振结构

双吸振结构就是在普通单阻尼高速锭子的基础上，将高速锭子锭胆以悬臂的形式支承于锭脚中，内外锭脚的空间充满阻尼材料，以缓冲振动、减少锭子内部阻尼摩擦能耗[4]。普通高速锭子结构如图1所示，双吸振锭子结构如图2所示。

图1 普通高速锭子结构

2.4 增加夹纱装置

运转时，废丝盘有无尾纱缠绕对锭子能耗也有一定影响[2]。不带夹纱装置的普通锭子，为了保证留头、满足集体落纱的要求，需要在锭盘废丝盘处至少缠绕3～5圈废丝，经过多次落纱后，废丝盘积累大量废丝，使锭子在运转中受到的空气阻力增大、能耗增加。

图2 双吸振锭子结构

而高速节能锭子在离心力或机械力的作用下，夹纱装置解决了尾纱堆积问题，实现了夹纱装置的打开及闭合动作及功能，其夹纱区域设计成锯齿状，可实现安全夹纱和切纱。由于纱线夹住的长度是夹纱部件周长的3/4，所以仅需非常短的纱线段，就可显著减少回丝消耗，提高制成率。另外，运转中不存在废纱及克服空气阻力的问题，耗电量明显降低。

福建某棉纺厂采用D6811ES-19 型锭子，在两种锭速下检测吨纱能耗，试验数据见表1。

表1 吨纱能耗试验数据

锭子转速/(kr·min-1)1718吨纱能耗(大量尾纱累积)/(kW·h)21502189吨纱能耗(无尾纱缠绕)/(kW·h)20602100节能率/%4.1864.066

由表1可知，锭子无尾纱缠绕时，耗电量低。

3 高精度加工制造

3.1 提高锭胆核心零件(轴承座、锭底)的加工精度

轴承座在锭子中主要起固定轴承和连接弹性管与锭脚的作用，其加工精度对锭座结合件的同轴度影响很大。若零件跳动严重超差，不仅会使零件间的机械摩擦能耗增加，也会加大成套锭子的振动。

高速锭子的下支承结构中，锭杆与锭底不直接接触，在保证一定间隙的情况下，锭杆与锭底直接形成油膜，达到吸振目的。因此，锭底的加工精度会直接影响锭子的振动，从而影响能耗。

目前，我公司已引进5台进口纵切加工设备和5台锭底加工专机数控设备，主要用于加工关键零件轴承座及锭底，保证零件的加工精度及零件尺寸的一致性，提高零件间的组装精度，降低因加工精度差异对锭子能耗产生的影响。

3.2 应用旋转部件孔加工技术提高同轴度要求

杆盘结合件是锭子的主要旋转部件，其组装的同轴度直接影响锭子振动。振动越大耗能越高。因此，铝套管孔的加工质量控制就成为关键所在。

目前，我公司已引进1台直孔加工设备，可满足深孔加工精度及尺寸要求，解决深孔排屑问题，以提高杆盘结合件组装的同轴度。

4 选用优质材料

4.1 弹性部件材料的选用

弹性管是锭子的主要弹性件，是连接上、下支承的唯一部件，具有消减锭子高速运转时的振动和缓冲锭子在纺纱过程中纵向载荷的作用。常规材料选用20钢，但是国产20钢中各元素质量分数不同造成同一材料性能不一致，且采取的处理方式也不尽相同。因此，选用20MoV材料才能从源头解决问题。

由于弹性管零件为通孔，在选用20钢时，孔表面的加工粗糙度不理想，摩擦因数大，使弹性管内壁与润滑油的摩擦力增大，锭子能耗增加。而选用20MoV后，该问题解决。

4.2 支承部件材料的选用

锭底在锭子中又称滑动轴承，主要起支承和承载的作用。锭底材料应具有承受一定载荷、耐油、耐腐蚀的特性以及在滑动速度下承受摩擦的能力。对标进口材料，国内棉纺锭子制造厂家选用的锭底材料一般为锡青铜。

5 结语

通过改进锭子结构设计、提高加工精度、选用优质材料等多种方式，可以达到降低高速锭子能耗的目的。但是，高速锭子是否节能不仅取决于锭子本身，还与锭子配套使用的纺织器材及辅料息息相关，特别是纱管、锭带、滚盘、主轴和张力轮等配套件及其润滑油选用等。我公司通过多年研究，积极适应市场，相继开发出高速、节能、重载、免维护锭子，现已全部上市，能满足用户的各种需求。