筒子卷绕成形分析

第一节 筒子卷绕成形分析

在纺织生产中，为适应不同的后道加工目的与要求，筒子的卷绕形式有很多。从筒子的卷装形状来分，主要有圆柱形筒子、圆锥形筒子和其它形状筒子（如双锥端圆柱形筒子）三个大类。从筒子上纱线相互之间的交叉角来分，有平行卷绕筒子和交叉卷绕筒子两种。从筒管边盘来分，又有无边筒子和有边筒子。

卷绕在筒子上的先后两层纱圈如相互之间交叉角很小，则称为平行卷绕，平行卷绕一般在有边筒管上进行。当纱线倾斜地卷绕在筒子上，相邻两圈之间有较大距离，上下层纱圈构成较大的交叉角时，称为交叉卷绕，交叉卷绕可以在无边筒管上进行。

圆柱形平行卷绕的有边筒子在生产实际中出现较早，它具有稳定性好、卷绕密度大的特点，但它的径向退绕方式使其应用范围日趋减小。交叉卷绕的圆柱形或圆锥形筒子具有很多优点，在很大程度上能满足各种后道加工工序的要求，因此应用十分广泛。合成纤维长丝的卷装通常采用圆柱形和双锥端圆柱形筒子。

一、 筒子卷绕机构

筒子卷绕机构分为摩擦传动卷绕机构和锭轴传动卷绕机构。他们的结构原理如图1-2示，详见本书所附光盘。

（a）摩擦传动卷绕机构

（b）锭轴传动卷绕机构

1、2、3、4、5－齿轮

1－筒子 2－槽筒 3－交流变频电动机

图1-2 筒子卷绕

机构

短纤维纱线络筒一般采用摩擦传动卷绕机构。该机构中，由变频电动机以单锭方式传动的槽筒是筒子回转的原动部件。槽筒以胶木、合金制成，表面铸有几圈螺线形沟槽。金属槽筒表面高强耐磨，不易碰伤并有利于摩擦静电的逸散。安装在筒锭握臂上的筒子紧压在槽筒上，依靠槽筒的摩擦作用绕自身的轴线回转，卷绕纱线；槽筒表面的沟槽作为导纱器引导纱线作往复的导纱运动，使纱线均匀地络卷到筒子表面，沟槽的中心线形状决定了导纱运动的规律，直接影响到筒子形式和成形质量。变频电动机的转速由电脑程序控制，达到筒子卷绕防叠和减少络筒毛羽等目的。纱线断头时，筒锭握臂自动抬起，使筒子尽快脱离槽筒表面，以免纱线过渡磨伤。部分摩擦传动卷绕机构中，滚筒作为原动部件通过摩擦使筒子回转，由专门的导纱器进行导纱，常用于长丝的络筒卷绕。

锭轴传动卷绕机构中筒子的回转靠锭轴带动，导纱器的往复导纱运动可以与锭轴联动，也可单独传动。锭轴转动和导纱器往复导纱运动之间的传动比i决定了筒子每层卷绕的纱圈圈数。当导纱器的往复运动与锭轴回转联动时，传动比是一个固定值；导纱器单独传动时，传动比可变。

络筒精密卷绕使用滚筒摩擦传动卷绕机构和锭轴传动卷绕机构，滚筒（或锭轴）转动和导纱器往复导纱运动之间的传动比经过精确的计算和设计，控制纱线在筒子上的卷绕位置，从而满足筒子良好的卷装成形和卷绕密度均匀的要求。

二、筒子形式及其卷绕原理

卷绕机构把纱线以螺旋线形式一层一层有规律地紧绕在筒管表面，形成圆柱形筒子、圆锥形筒子或其他形状的筒子。

纱线卷绕到筒子表面某点时，纱线的切线方向与筒子表面该点圆周速度方向所夹的锐角为螺旋线升角α，通常称为卷绕角。来回两根纱线之间的夹角称为交叉角，数值上等于来回两个卷绕角之和。卷绕角是筒子卷绕的一个重要特征参数，也是卷绕机构的设计依据之一。

纱线络卷到筒子表面某点时的络筒速度v，可以看作这一瞬时筒子表面该点圆周速度v1和纱线沿筒子母线方向移动速度即导纱速度v2的矢量和，数值上

2v?v12?v2 （1-1）

tan??v2v1

（1-2）

筒子上每层纱线卷绕的圈数m'可用下式确定

m'?nkm （1-3）

式中：nk——筒子卷绕转速（r/min）；

m——导纱器单位时间内单向导纱次数（次/min）。 1．圆柱形筒子

圆柱形筒子主要有平行卷绕的有边筒子、交叉卷绕的圆柱形筒子和扁平筒子等，见图1-3示。

平行卷绕圆柱形有边筒子一般采用锭轴传动的卷绕方式。由于两根相邻纱圈之间的平均距离为纱线直径，因此卷绕密度大。筒管两端的边盘保证了良好的纱圈稳定性，因而在丝织、麻织、绢织以及制线工业中有较多应用。纱线退绕一般采用轴向退绕方式，因边盘的存在，亦常采取径向退绕方式，但都不适宜于纱线

的高速退解。

在交叉卷绕的圆柱形筒子内部，纱线之间相互交叉所形成的空隙较大，因此卷装容量大约是同体积平行卷绕圆柱形筒子的65％左右。由于交叉卷绕，筒子的结构比较稳定，筒子无边盘，适应纱线轴向退绕，所以广泛用于短纤纱和合纤长丝的卷装。交叉卷绕的圆柱形筒子有摩擦传动和锭轴传动两种卷绕方式。精密卷绕而成的交叉卷绕的圆柱形筒子内，纱线卷绕密度比较均匀，用于染色的松式筒子便是一例。

扁平筒子的外形特点是筒子直径远比筒子高度为大．扁平筒子一般用于倍捻机上并捻加工及无梭引纬，也广泛用作合纤长丝的卷装。

圆柱形筒子卷绕时，通常采用等速导纱的导纱器运动规律，除筒子两端的纱线折回区域外，导纱速度V2为常数。在卷绕同一层纱线过程中V1为常数，于是除折回区域外，同一纱层纱线卷绕角恒定不变。将圆柱形筒子的一层纱线展开如图1-4所示，展开线为直线。

由图可知： sin??hv2?nv?dk tan??cos??v2h?v1?dk v1hn?vh v1??dk?nk h?v2?dkv1?v2nk 图1-4 卷绕螺旋线圈 式中：dk——筒子卷绕直径； N k——筒子卷绕转速； h——轴向螺距； α——螺旋线升角； hn——法向螺距。

采用槽筒摩擦传动的卷绕机构，能保证整个筒子卷绕过程中

v1始终不变，于是α为常数，称等卷绕角卷绕（或等升角卷绕）。这时法向螺距hn和轴向螺距h分别与卷绕直径dk成正比，但hn：h之值不变，随筒子卷绕直径增加，筒子卷绕转速nk不断减小，而导纱器单位时间内单向导纱次数m恒定不变，因此每层纱线卷绕圈数m'不断减小。

采用筒子轴心直接传动的锭轴传动卷绕机构，能保证v2与nk之间的比值不变，从而h值不变，称为轴向等螺距卷绕。在这种卷绕方式中，随着卷绕直径增大每层纱线卷绕圈数不变，而纱线卷绕角逐渐减小。生产中，对这种卷绕方式所形成的筒子提出了最大卷绕直径的规定，通常规定筒子直径不大于筒管直径的三倍。如果筒子卷绕直径过大，其外层纱圈的卷绕角会过小，在筒子两端容易产生脱圈疵点，而且筒子内外层纱线卷绕角差异将导致内外层卷绕密度不匀，对于无梭织机上纬纱退绕以及筒子染色不利。

在进行滚筒摩擦传动和锭轴传动的精密卷绕时，为满足所形成的圆柱形筒子内外层卷绕密度均匀的要求，可采用有级精密卷绕。数字式卷绕时，滚筒（或锭轴）转动和导纱器往复导纱运动之间的传动比i，即nk/v2值作有级变化，如图1-5示。

例如，在织厂用作纬纱时，十万纬断纬率表明有级精密卷绕进一步提高了筒子的退绕性能，十万纬断纬率：一般络筒1.8次；精密络筒1.4次；有级精密络筒1.0次。

2．圆锥形筒子

圆锥形筒子的轴向退绕方式十分有利于纱线高速退解，因此在棉、毛、麻、粘胶以及化纤混纺纱的生产中广泛使用。圆锥形筒子主要有普通圆锥形筒子和变锥形筒子两种，如图116所示。

普通圆锥形筒子在卷绕过程中筒子大、小端处纱层沿径向等厚度增长，筒子锥体的母线与筒管锥体的母线相互平行，筒子大、小端的卷绕密度比较均匀。筒子锥顶角之半通常有3o30′、4o20′、5o57′、6o（1332MD卷绕）几种。精密卷绕而成的普通圆锥形松式筒子，由于卷绕密度小（约0.3～0.4g/cm3）且均匀，被用于染色或其它湿加工。4o20′的普通圆锥形筒子特别适合在

倍捻机上加工。

变锥形筒子的卷绕过程中，筒子大、小端处纱层沿轴向非等厚度增长，各层纱线所处圆

锥体的锥顶重合于一点，即筒管锥体的锥项（筒管锥顶角之半为5o571，制成筒子的锥顶角之半为11°，见图1-7），这通过卷绕时筒子大端的卷绕密度大于小端来实现。变锥形筒子的纱线退绕时，在O点设置导纱器，它的纱线退解条件优于前述的普通圆锥形筒子，通常用于高速整经和针织生产。

在摩擦传动络卷圆锥形筒子时，一般采用槽筒（或滚筒）通过摩擦传动使筒子回转，槽筒沟槽或专门的导

纱器引导纱线作导纱运动。由于筒子两端的直径大小不同，因此筒子上只有一点的速度等于槽筒表面线速度，这个点称为传动点。其余各点在卷绕过程中均与

槽筒表面产生滑移。如图1－7所示，在传动点B的右边，各点的圆周速度大于槽筒

表面线速度，并受到槽筒对它的阻动摩擦力矩作用；在B点左边，情况正好相反，受到驱动摩擦力矩作用。B点与槽筒表面作纯滚动，B点到筒子轴心线的距离称为传动半径ρ，筒子与槽筒（或滚筒）的传动比如下：

i?R?

式中：R——槽筒（或滚筒）的半径。

忽略筒子绕轴心线转动的摩擦阻力矩及纱线张力产生的阻力矩，根据筒子所受外力矩平衡，即筒子上B点左右两边摩擦力矩方向相反、大小相等的原理，可以导出传动半径。设图中CD＝l，EF＝l+dl，DF＝ds，则

ds?dlsin?

式中：γ——圆锥形筒子锥顶角之半。

假设筒子的重量均匀地压在槽筒上，则微元长度ds上的摩擦力为

dF?qfds?qfdlsin?

式中：q——单位长度上的压力； f——纱线对槽筒的摩擦系数。 摩擦力对筒子轴心线的力矩为

M?dF?l?qfldlsin?

于是B点左右两边的摩擦力矩数值上分别为

1M1?qfsin?左边：

1M2?qfsin?右边：

1?2?R12?R1ldl?qfsin?2

???R22??21R2ldl?qfsin?2

式中：R1——筒子小端半径； R2——筒子大端半径。

由于筒子所受外力矩平衡，即M1＝M2，于是

??2R12?R22 （1-4）

在卷绕过程中，筒子两端半径不断地发生变化，因此筒子的传动半径也在不断地改变着。传动半径的位置，即传动点B的位置，可根据图10-8中所表示的几何关系确定

X???R1

sin?

式中：X——筒子小端到传动点B的距离。 进一步分析可知，传动半径总是大于筒子的平均半

(R1?R2)2径，并且随着筒子直径的增大，传动点B逐渐

向筒子的平均半径方向移动，筒子的大、小端圆周速度相互接近。

在摩擦传动条件下，随着筒子卷绕直径增加，筒子转速nk逐渐减小，于是每层绕纱圈数m′逐渐减小，而螺旋线的平均螺距hp逐渐增加，即

hp?h0m'

式中：h0——筒子母线长度。

由于传动点B靠近筒子大端一侧，于是筒子小端与槽筒之间存在较大的表面线速度差异，卷绕在筒子小端处的纱线与槽筒的摩擦比较严重，当络卷细特纱时，易在筒子小端产生纱线起毛、断头。将槽筒设计成略具锥度的圆锥体，如Schlafhorst GKW自动络筒机3°20′的圆锥形槽筒，小端纱线磨损情况可望改观。另外，减

小圆锥形筒子的锥度，亦是减少小端纱线磨损的一个措施，将锥顶角之半从9°15′改为5°57′，能使筒子小端与槽筒之间的摩擦滑溜率从57%减小到16%。

为减少空筒卷绕时小端纱线过度的擦伤（空筒时B点距小端最远），采取让筒子与槽筒表面脱离的措施，待筒子卷绕到一定纱层厚度之后，方始接触。

以锭轴传动的卷绕机构络卷圆锥形筒子时，锭轴直接传动筒子，导纱器引导纱线进行导纱运动，纱线所受磨损较小，利于长丝的络筒卷绕。

3．其它形状的筒子

纺织生产中还应用许多其它形状的筒子，如双锥端圆柱形筒子、三圆锥筒子、木芯线团等，见图1-8所示。

（a） （b） （c） （d）

图1-8 其它形状的筒子

双锥端圆柱形筒子采用精密卷绕方式，能形成交叉卷绕和平行卷绕两种卷绕形式。卷绕中，导纱器作变幅导纱运动，随筒子直径增大，导纱器动程逐渐减小，在筒子两端形成圆锥体，圆锥体的锥项角为140o～150o。筒子中部与筒管一样，呈圆柱形。由于变幅导纱的原因，不仅筒子结构比较稳定，而且筒子两端纱线折回点的分布较均匀，筒子两端与中部的卷绕密度比较一致。平行卷绕的双锥端圆柱形筒子，由于筒子结构稳定、卷绕密度高且均匀，因此被广泛用作合纤长丝的筒子卷装，筒子重量可达

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7ypt.html