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转杯纺关键部件与成纱质量的探讨
摘要：为了提高转杯纺纱工序的成纱质量，通过大量的试验数据分析，详细讨论了分梳辊、假捻盘、转杯对成纱质量的影响，指出：分梳辊主要影响纤维分离度，从而影响成纱强力、条干和粗、细节；假捻盘具有假捻效应，主要有利于提高动态强力，降低成纱断头，稳定生产，但不利于提高成纱强力；转杯转速与直径的配置是关键，速度、直径和凝聚槽形状直接影响成纱质量。说明应针对不同纤维特性、不同品种、不同号数及不同机械状态等正确选配三大件，才能稳定生产，确保成纱质量。
关 键 词：转杯纺；成纱质量；分梳辊；假捻盘；转杯；成纱强力；速度；直径
0 引言
成纱质量是纺织企业的生命，只有优质的产品才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。影响成纱质量的因素很多，从原料到各生产工序对成纱质量、均有影响，而转杯纺是成纱的最后一道工序，为确保该工序的成纱质量，必须选择好影响成纱质量的分梳辊、假捻盘、转杯与排杂装置等四大关键件。长期以来，围绕高产优质的课题，广大科技工作者对以上关键件做了大量的研究、实践与改进，开发出不少新型系列化产品，以满足纺制高产优质新品的需求。《排杂装置的讨论》已在《梳理技术》的第11期上刊登，本文将着重讨论分梳辊、假捻盘、转杯等三大件与成纱质量的关系，仅供参考。
1 分梳辊与成纱质量的关系
分梳辊影响成纱质量的因素，主要有分梳辊型式、转速和齿(针)规格。分梳辊型式有四种：齿条辊、针辊、齿片辊和锯片辊。其中，锯片辊用于加工长纤维(如毛纺用)；齿片辊是国内独创的新产品，正在扩大推广使用；使用最多的是齿条辊，其次是针辊。下面将详细讨论齿条辊与针辊对成纱质量的影响。
1．1 分梳辊型式、转速对成纱质量的影响
1．1．1 专题试验
当喂条定量、齿(针)规格与转杯真空度不变时，分梳辊型式、转速对成纱质量的影响，如图1～图4所示。

从图1～图4可明显看出如下几点。
1．1．1．1 齿条辊的纤维离度(即单纤维质量百分率)随其转速的提高明显增大：当转速为5 kr/min时，纤维分离度为79．7％；当转速增至8．1 kr/min时，纤维分离度提度到97．38％。而针辊转速在5．3 kr/min时，其分离度已高达95．8％；当转速提高到8．1 kr/min时，纤维分离度提高到97．3％，到达齿条辊8．1 kr/min的相同水平。而且在相同转速条件下，针辊的纤维分离度比齿条辊要好，当转速愈低，两者纤维分离度的差异越大。

1．1．1．2齿条辊的单纱强力随其转速提高而增大，而针辊的单纱强力变化较平稳，当转速高时，其单强有增加的趋势。
1．1．1．3齿条辊的成纱不匀率随其转速提高而变差，而针辊的成纱不匀率变化平稳。
1．1．1．4齿条辊的短绒率随其转速提高而明显增大，而针辊的短绒率变化平稳。
以上两者成纱质量差异的主要原因，是由于齿条辊对纤维的作用力强，且转速越高则纤维分离越好、成纱单强越高；但纤维损伤越多、短绒越多，成纱的均匀度变差。而针辊在分梳纤维时针尖逐步深入其中，对纤维作用力强而缓和，故在低速时已有较高的纤维分离度，随着转速的提高，其短绒率、成纱均匀度等的变化仍较平稳。可见针辊的成纱质量优于齿条辊，且适应高速。
1．1．2纺纱试验
1．1．2．1纺27．8 tex纯棉纱
试验条件：纤维平均长度28．46mm；线密度1．6 dtex；捻度91。38捻/dm；转杯转速52．5 kr/min；齿(针)前角均为25。；齿条辊转速5 882 r／min～8 130 r/min；针辊转速6 178 r/min～8 464 r／min。分别选6档分梳辊转速进行纺纱试验，结果见表1、表2。

从表1、表2可以看出如下4点。
a)强度：在齿条辊低速范围内，其成纱强度随转速增加，但到7 269 r/min后，其强度即下降；而针辊的成纱强度随其转速增加而增大，而且在高速范围内，针辊的成纱强度明显优于齿条辊。其主要原因是由于两种型式的齿(针)对纤维作用力不同，详细分析可参见1．1．1专题试验。
b)均匀度：在齿条辊低速范围内，其成纱不均匀率随转速增加而有所改善，之后不匀率则随转速增加而变差；而针辊的不匀率随其转速增加而明显降低。其主要是由于随着针辊转速的提高，针辊的短绒并不增多，而其梳理作用却增强，使纤维分离度提高，不匀率随之降低。同时，还可以看出均匀度变化规律与强度变化规律与强度变化的一致性。
c)粗节、细节和棉结：从总的趋势看，针辊的粗、细节和棉结比齿条辊明显要少，特别是棉结要少得多。这就再次证明针辊的梳理作用强而缓和，纤维分离度高，条干均匀，粗、细节减少；而棉结的减少，主要由于短绒减少的缘故。
d)短绒：针辊的短绒率平稳变化小，且在相同转速条件下，针辊短绒率比齿条辊明显减少，其理由与上节分析相同。
1．1．2．2纺40 tex由丝
原料为绢纺圆梳机落棉75．9％，精梳落棉24．1％。平均纤维长度23．1 mm。转杯转速30 kr／min，转杯直径66 mm，捻度71捻／10 cm；分梳辊转速在6400r／min～7 800r/min内选4档，进行纺纱试验，其结果列于表3、表4。

从表3、表4可以看出如下两点。
a)单强：齿条辊的y丝单强随分梳辊转速提高而增强，其主要原因是由于齿条辊转速增加，对纤维的梳理力增大，纤维分离度相应提高，从而使单强提高；而针辊的由丝单强，在低速范围内随其转速提高而增强，但到7 800r/min时，其单强略有降低，这是因为在低速时针辊能发挥梳理作用强而缓和的优势，纤维分离度好，纤维损伤少，从而使单强提高，但当其转速超过一定数值．由于本试验的针辊针密比齿条辊齿密小，消弱了对纤维的梳理作用，致使单强略有降低，但在相同转速条件下(7 800r／min除外)，针辊由丝的单强优于齿条辊。
b)条干不匀率：绌丝的条干不匀率变化与由丝单强的变化有相似的规律性，即在低速范围内，针辊的条干不匀率随转速增加而改善；当超过一定速度范围，其条干略变差。其主要原因除针密比齿密小而影响梳理效果外，由于转杯真空度不变，针辊转速过高，影响纤维流在输送管中的速度梯度，从而影响成纱条干不匀率。
总的来说，在分梳辊的齿(针)规格相同条件下，在一定速度范围内，针辊的成纱单强和成纱不匀率均优于齿条辊。
1。2分梳辊转速对成纱质量的影响
分梳辊转速对成纱质量的影响，在专题试验与纺纱试验中已有分析。这里要强调指出的是，分梳辊转速的确定应符合纤维流的流动规律，即要求脱离针齿后的单纤维在输送管中应加速流动，这样才能使单纤维定向、伸直地通过输送管输向凝聚槽，有利于提高凝聚须条的条干均匀率，提高成纱质量。
由于分梳辊与转杯借输送管直接连通，因此，转杯真空度与输送管中纤维流速度密切相关。专题研究得出：当转杯真空度较高时，分梳辊转速可适当提高，确保纤维流在输送管中定向加速流动；反之，如转杯真空度较低而分梳辊转速过高，此时由分梳辊针齿带动的气流量大于转杯排除的气流量，于是输送管中一部分流量的位能增加、动能减小，结果使纤维流在输送管中减速流动，从而一部分已被开松的单纤维易与相邻的单纤维粘合而成束纤维，这种束纤维输到凝聚槽必将影响凝聚须条均匀度，从而影响成纱条干。由此可见，分梳辊转速决定于转杯真空度，片面追求提高分梳辊转速以提高纤维分离度，结果往往适得其反。
1．3齿(针)规格对成纱质量的影响
齿(针)规格指前角、齿密、总高等参数，其中以前角对成纱质量影响最大。在生产中齿(针)前角的选用原则是，既要分梳作用强，又要使纤维易脱离齿(针)。换句话说，即是要解决梳理与转移的矛盾。当前生产上可选用的纤维品种繁多，归纳起来，可分三大类：棉、化纤和非棉短纤维。实践表明，加工纯棉及其混纺纤维一般选用OK40(前角为25°，后同)、或OB20(25°)型，其目的是加强梳理与除杂，但纤维损伤多；加工化纤及其混纺纤维，选用OK36(0°)、OK37(一10°)，其目的是加强转移，纤维损伤少；加工非棉短纤维，选用OK74(25°)、齿距(5．46mm)大、齿密小的齿条，主要目的是为了转移并兼顾分梳，因其单纤维强力低，分梳辊转速不宜过快，故前角要大。最近国外新机备有OK61型(6°)齿条，适用于棉和各种化纤，它与国内开发的OK6l型(15°)有异曲同工之妙。分析其原因，主要是由于转速高速后，齿条辊转速必相应提高，此时，梳齿对纤维的梳理力增大，适当减小前角即可解决梳理与转移的矛盾。针辊钢针前角的变化较小，国内钢针前角变化范围一般在15°～5°，由于针辊的分梳作用强而缓和，适当减小前角，符合分梳与转移兼顾的原则。
1．4齿(针)的磨损
分梳辊高速后，齿(针)磨损增大，加工非棉纤维及化纤时更为突出。影响磨损的主要因素是材质与耐磨度。专题研究得出，耐磨度与硬度呈线性相关，因此，新型齿(针)均采用改进材质和齿条表面进行强化处理，以提高齿条硬度，达到提高齿条耐磨度的目的。例如新材质有采用含碳量大于l％的高碳钢，或低合金锰钢。表面处理方式很多，主要有表面镀镍；仿金钢石处理，镀镍结合仿金钢石处理，镀镍与硼化，镍磷喷涂以及激光淬火处理，等。实践得出，镀镍结合仿金钢石处理的耐磨度最佳，适合纺含杂高棉的粗号棉纱；镀镍与硼化的耐磨度较高，表面光洁，适纺中、细号棉纱。
钢针与齿条的机械加工方法不同，其磨损程度也不一样。齿条采用局部淬火，淬火深度小，只有0．6 mm～1．0 mm，有的只有O．2 mm，淬火硬度为500HV。而钢针采用整体淬火，用65、70锰钢制成的钢针，淬火硬度可达750 HV以上，可见针辊比齿条辊摩擦。而且钢针磨损后，针尖仍保持一定的锋利度，对分梳能力的影响较小，而齿条磨损后，往往出现齿尖变秃，严重时齿前面呈现凹痕而易勾挂纤维，影响分梳质量假捻盘对成纱质量的影响
2 假捻盘对成纱质量的影响
2．1假捻盘作用原理
在纺纱过程中，纺杯内回转的纱条上存在2种捻度：真捻和假捻。真捻是由转杯握持纱条，相对引纱罗拉钳口进行公转而获得；假捻是由于回转纱条与假捻盘摩擦而产生摩擦力，该摩擦力必然产生2个分力，一为垂直分力、一为水平分力，垂直分力与纱条半径的乘积产生假捻力矩，用以推动纱条绕纱轴自转而获得假捻。由此可见，在正常生产情况下，回转纱条的捻度必然大于成纱的捻度。
影响假捻捻度的因素较多。专题研究通过微段纱条在假捻盘上的受力分析，经数学运算可导出以下假捻力矩M，方程：
从式(1)可明显看出，影响假捻捻度的主要因素是 RS、TP、u和θ，由于r、TP值很小，而θ实质是反映纱条与假捻盘的摩擦系数，因此，纱条与假捻盘的摩擦系数就成为影响假捻捻度的主要因素。
2．2假捻捻度的测定及其效果分析
2．2．1假捻捻度的测定
为了验证理论公式(1)的正确性，选择假捻捻盘摩擦系数μ、包围角θ、假捻盘直径d和假捻盘刻槽数n等因素，分别进行假捻捻度的测定，结果如图5～图8所示。从图5～图8可明显看出：①假捻盘摩擦系数增大，纱条在假捻盘上的包围角加大；假捻盘直径加大，均使回转条上假捻捻度增多，而且相互间存在明显的线性相关。其主要原因是由于上述诸因素值加大，纱条与假捻盘接触的摩擦力增大，假捻力矩增大，从而使假捻捻度增多。②刻槽数与假捻捻度的相关不明显，这不能说明刻槽不产生假捻作用。因为在纺纱过程中，纱条不完全贴紧假捻盘表面运动，此时纱条上的捻度易向剥离点方向传递，结果使回转纱条上假捻捻度增加不明显，而剥离点处纱条的动态强力明显增加，说明刻槽是产生假捻效应的。

2．2．2假捻捻度与动态强力关系
选择上节相同的两个因素(假捻盘摩擦系数和刻槽数)分别进行剥离点纱条动态强力的测定，结果如图9、图10所示。

从图9、图10可明显看出，剥离点纱条强力均随假捻盘摩擦系数增大、刻槽数增多而呈近似线性增大。很明显，这是因为假捻盘摩擦系数增大、刻槽数增多，均使回转纱条上假捻捻度增多，这些捻度必然向剥离点方向传递，从而使剥离点处纱条的动态强力增强，有利于降低成纱断头。
2．2．3假捻捻度与成纱强力的关系
选择上一节相同的四个因素(μ、θ、d、n)，分别进行纺纱试验，结果如图11～图14所示。

从图11～图14可明显看出：成纱单强均随假捻盘摩擦系数增大、直径增大、包围角增大、刻槽数增多而呈线性下降。其主要原因是由于上述诸因素值增大而回转纱条上的假捻捻度增多，这些捻度向剥离点方向传递并通过剥离点延伸，使捻度传递长度增长、缠绕纤维增多，从而使成纱单强下降。由此可得出一重要结论，即假捻效应增大有利于减少成纱断头，但不利于提高成纱单强；因此，假捻捻度的利用并非越多越好，必须根据加工原料、纺纱号数、产品要求等合理选用假捻盘。
2．3假捻的应用
实例1：纺苎麻精落麻纱时选用4种不同处理的假捻盘，分别进行假捻盘摩擦系数、硬度、磨损率与断头的测定，结果见表5。

从表5可以明显看出，除方案2(镀铬)略有反 常外．以渗硼的断头最少，氧化钛陶瓷的断头最多。其主要原因是由于渗硼的摩擦系数大，假捻效应大，剥离点纱条动态强力高，故断头最少；而氧化钛陶瓷的摩擦系数小，则假捻效应小，断头必然增多。
实例2：纺绢／羊绒85/15混纺纱36．4 tex，捻系数为450，选用3种型号的分梳辊：OK40(前角为25°下同)，齿条辊；0K61(15°)，针辊(10°)。
每种型号配3种不同处理的假捻盘(陶瓷螺旋槽、45钢镀硬铬光盘、陶瓷刻4槽)，共9个方案分别进行纺纱试验，结果了得出9个方案的成纱质量指标。
根据9个方案的不同成纱质量指标，通过模糊聚类分析排队，并以模糊聚类排队结果验证纺纱质量的测试，结果列于表6。

从表6可以看出，条干、断裂强度和强力不匀等以方案7(针辊配陶瓷螺旋槽)为最佳。又通过对方案7与方案2的最小捻系数测定，得出方案7的最小捻系数286比方案2的最小捻系数300．5要小，说明方案7的针辊配陶瓷螺旋槽组合的假捻效应大、断头少，生产稳定。以上试验结果与前面理论分析完全吻合。
当前国内外著名纺机厂商均有假捻盘系列化产品，其类型较多、作用原理基本一致，只是所起假捻作用的大小有异。转杯高速后，新型假捻盘的材料主要有高碳合金钢、陶瓷等。前者成本高，后者假捻作用大，是目前普遍使用的一种。它含有光盘、表面螺旋槽、表面刻槽等。光盘适用于机织纱及化纤混纺纱，螺旋槽与刻槽适用于针织纱和低捻起绒纱，螺旋槽还适用于非棉短纤纱及再生纤维纱。另外，还有激光处理、渗硼处理等措施，由于其成本较高，尚须进一步研究。
3转杯对成纱质量的影响
3．1转杯转速和直径的配置
转杯影响成纱质量的主要参数是：速度、直径、凝聚槽型式，速度是影响成纱质量的基本原因。专题试验得出，当喂条定量不变、分梳辊转速不变、转杯直径不变，成纱质量随转杯转速提高而变差。其主要原因是由于转杯转速提高使纺纱张力骤增、纱条直径变细、其抗扭力矩变小、纱条上捻度易向剥离点传递且延伸，使捻回传递长度加大、缠绕纤维增多，结果强力下降。同时。由于分梳辊转速不变而喂入量相应增多，分梳作用削弱使纤维分离度变差，也使强力降低。高速后，由于凝聚槽积灰多、积短绒多，从而使粗节、棉结增多。
根据以上分析可知，转杯高速后首先应考虑纺纱张力的稳定问题。从理论上讲，纺纱张力T=mrw2（m— 纱线密度；r—转杯半径；w—转杯角速度)。当纺纱号数不变，转杯高速后降低纺纱张力的主要手段是减小转杯直径；因此，随着转杯转速的不断提高，新型转杯纺纱机配有各种大小直径的转杯。例如，Autocoro型机，转速范围4万r/min～15万r／min，配有直径为56、46、40、36、33、31、30、29、28 mm等9种转杯；BD—D330型机转速范围为3．1万r／min～10万r／min，配有直径为66、54、43、36、35、34 mm等6种转杯；国产F1604型机转速范围为3．6万r／min～9．5万r/min，配有直径为66 mm～33 mm多种转杯。实践得出，纺纯棉粗号纱时，转速为3．6万r/min～4万r／min，用66 mm大直径转杯；纺中号纱时，转速为5万r／min～8万r／min，用56 mm、40 mm转杯；纺中、细号纱，转速9万r/min～10万r／min，用36 mm、33 mm转杯；10万r／min～12万r／min可用33 mm、31 mm转杯；13万r／min用30 mm转杯，15万r／min用28 mm转杯。由此可见，高速时配小直径转杯、低速时配大直径转杯的主要目的是平衡纺纱张力、稳定生产。
高速后应确保转杯内具有一定真空度，实践得出的转杯转速与转杯真空度的合理配置，列于表7。

由表7可看出，转杯转速越高，转杯真空度应越大。这是因为转速高时，喂入量相应增大的缘故。在相同转杯转速条件下，抽气式转杯真空度大于自排风式，这是因为抽气式输送管比自排风式长的缘故。新型Autocor0360型转杯纺纱机转杯的最高转速达15万r／min，其转杯真空度配9．5 kpa，以满足分梳辊11 kr／min的生产要求。
3．2凝聚槽形状
随着转杯转速的提高、纺纱号数的不断变细，转杯凝聚槽形状也随之不断改进。当前的凝聚槽形状较多，主要是根据不同纱号设计不同槽型。例如，纺纯棉粗号纱(100tex～60 tex)时宜选G型槽(圆弧平底槽)，使纱条在槽中顺利转动，纺纱稳定性好；纺60 tex～30 tex中号纱时，宜选T型或K型(尖角平底槽)，其凝聚角具有正、负角，是当前普遍使用的槽型，它既能提高凝聚须条紧密度，又能排除尘杂，提高成纱强力。凝聚角大小取决于纺纱号数，如纺粗、中号纱选用45°、50°，纺细号纱选用35°。纺粗于28tex的针织纱，宜选用S型槽；纺41 tex～17 tex化纤，宜选用V型槽，目的均是为了提高成纱均匀度。
转杯高速后，凝聚槽易磨损，纱条在运行过程中，边纤维与磨损的槽壁摩擦易产生棉结、粗节，影响成纱条干。新型凝聚槽、滑移面采用新的表面处理，例如：硼化物镀层，仿金钢石镍镀层，硼化物一仿金钢石双镀层，氧化处理以及镀硬铬处理等．一般均能达到提高其耐磨度、质量并延长使用寿命的目的。
4 结束语
分梳辊、假捻盘、转杯是影响成纱质量的三大要素，每一要素对成纱质量的影响有所侧重：分梳辊主要影响纤维分离度，从而影响成纱强力、条干和粗、细节；假捻盘具有假捻效应，主要有利于提高动态强力，降低成纱断头，稳定生产，但不利于提高成纱强力；转杯转速、直径和凝聚槽形状等直接影响成纱质量，且转速与其直径的配置是关键。当前新纤维层出不穷，新品种繁多，因此必须掌握三大件与成纱质量的关系，然后根据纤维特性、纺纱号数、纱的用途、机械状态等综合考虑以正确选配三大件，才能确保成纱质量、稳定生产。