国产圆柱螺旋弹簧加压摇架现状与发展.pdf

综合述评国产圆柱螺旋弹簧加压摇架现状与发展唐文辉(东华大学,上海?201103)摘要:深入分析细纱机用圆柱螺旋弹簧加压摇架结构,探讨国产圆柱螺旋弹簧加压摇架的制造要点和改进方向,介绍 JFYJ2?142 型、DF003型摇架改进的两种型式;重点分析 YJ20 型摇架的结构特点、技术特征、工作高度调节办法及使用时的注意事项,指出其材质好、结构改进合理,制造、装配精度高,是 YJ2?142 系列的升级换代产品,是国产新式高性能圆柱螺旋弹簧加压摇架。关键词:圆柱螺旋弹簧;摇架;加压组件;锁紧组件;紧固机构中图分类号:TS103.11+4?文献标识码:A?文章编号:1001?9634(2010)020051?06收稿日期:2009?08?28作者简介:唐文辉(1936),男,浙江温州人,研究员,长期从事环锭细纱技术的理论和实践研究。?加压摇架是牵伸装置中最重要也是最基础的专件,其质量水平的高低直接影响牵伸工艺能否正确实施和其它牵伸专件、器材性能的发挥,从而影响牵伸装置的质量水平。摇架之间压力不均匀,是造成纱条线密度、条干和强力 CVm、CVb增大的主要原因之一。对于压力偏低的锭位,前钳口会产生粗节纱疵和断头,影响纱线品质和生产效率;后钳口会产生重量偏差;因此,生产上对加压摇架有严格要求。对牵伸加压摇架的基本要求如下。提供足够的加压力,使牵伸罗拉有足够握持力,以适应新型纤维的不断开发和!重加压工艺不断发展的需要。上、下罗拉三线平行度好,确保牵伸零部件正常运行、牵伸工艺正确上机。加压可靠、正确、稳定、持久,锭间、台间差异小,使用寿命长。摇架结构简洁,外形美观,管理、维修简便,成本较低、性价比高。牵伸加压摇架起源于 20 世纪 50 年代初,最早的牵伸加压摇架压力源选用圆钢丝圆柱螺旋弹簧,因为当时机械制造水平较低,圆柱螺旋弹簧取材、制造加工和调整均较简便,不成熟。随着生产的发展、机械制造工业的技术进步,随后出现成形板簧、整体长气囊。21 世纪初,又出现独立小气囊,形成当今四大类牵伸加压摇架 圆柱螺旋弹簧加压摇架、板簧加压摇架、整体气囊杠杆加压摇架和独立气囊直压式摇架相互竞争、相互发展的局面。不可否认,板簧加压摇架、气囊加压摇架克服了圆柱螺旋弹簧加压摇架的缺点,但尽管圆柱螺旋弹簧加压摇架在使用中发生许多问题,然其至今仍是量大面广的主流产品,市场占有率 70%80%。这是由于圆柱螺旋弹簧加压摇架适应性广、经济实惠、性价比适中,且通过不断改进,基本上满足了牵伸加压摇架的主要要求。此外,圆柱螺旋弹簧还具有刚度小,胶辊适应性强,且随着胶辊使用直径的变小其胶辊压力降低的优点。笔者针对圆柱螺旋弹簧加压摇架存在的一些主要问题及其改进方向作进一步分析探讨。1?国产圆柱螺旋弹簧加压摇架的发展我国使用牵伸加压摇架起源于 1958 年,真正使用是从 20 世纪 60 年代中期开始。国产圆柱螺旋弹簧加压摇架的技术进步和发展见表 1。?20 世纪 80 年代中、后期起,开始设计制造 YJ2?142型摇架(仿 PK225 型),国产新型细纱机的加压机构多数采用 YJ2 系列摇架。经过几十年努力,随着环锭纺机的发展,全国各地国产牵伸加压摇架制造厂多达 20 余家。以常德纺织机械有限公司为主制造的 YJ2 系列摇架主流产品,基本上覆盖了 Oer?likon/TEXparts 集团(SKF)PK 系列摇架所有产品,并达到相应制造水平:YJ2?142A 对应 PK225,YJ2?142C 对应 TEXparts PK2025。常德纺机在YJ2?142C 型基础上,自主开发、发展起来的 YJ20系列摇架是 YJ2?142 系列的升级换代产品,是国产新型圆柱螺旋弹簧加压摇架。2?圆柱螺旋弹簧摇架的制造要点YJ2 系列摇架在设计结构上存在问题:其一是#51第 37卷?第 2期2010 年 3 月?纺织器材Textile Accessories?115?表 1?国产棉型细纱圆柱螺旋弹簧加压摇架的演变与发展单位:10 N/双锭型式SFA64?1SFA65?1YJ?00TF18 系列YJ2 系列YJ20 系列加压元件圆柱螺旋压缩弹簧前罗拉810;13;161010 1510;12;14;1610;14;18中罗拉后罗拉?55?1010?86.51010;12.51810;12;1412;14;1610;1412;16细纱总牵伸倍数10 2020 4020 45制造年代19641965196620 世纪 70 年代20世纪 80、90年代今加压组件采用杠杆分配式结构,圆柱螺旋弹簧圆钢丝直径与圈簧卷绕中径比值小,弹簧刚度小,工作状态压缩变形量大,长期使用容易造成疲劳衰退;其二是圆柱螺旋弹簧摇架的加压组件采用杠杆分配式结构,较为复杂、零部件多,产生压力摩擦损耗点多;其三是在加压组件中设计自调平行机构,企图降低加压组件制造精度,以满足生产要求,但实践表明,随着成纱质量要求的不断提高,自调平行机构难以取得积极效果,达不到生产上对三直线平行度的严格要求;其四是摇架的紧固机构欠稳固,日久易微移。为提高加压精度,达到对摇架最基本的要求即压力值正确、稳定、可靠,为此圆柱螺旋弹簧加压摇架的制造要满足以下 4个要点。2.1?为了达到压力值稳定可靠和使用寿命长,必须采用优质圆柱螺旋弹簧,以延长圆柱螺旋弹簧使用寿命;对卷簧成形工艺、热处理加工、安装精度均有较高要求。2.2?前、中、后加压杆必须有足够的刚度,以保证在使用中不变形,因此其材料应具备必要的强度和硬度,以确保加压圆柱螺旋弹簧的工作高度。2.3?摇架体和摇架座是摇架的基础大件,应选用优质钢板,安装孔应有较高的制造精度,为保证它们和手柄、锁紧片组成四连杆机构锁紧可靠,还必须提高对四连杆构件的孔距公差要求。2.4?除了锁紧机构保证加压状态下锁紧可靠外,还必须使摇架座装配在摇架支杆上牢固不走动;否则,如有微量走动,经摇架座、摇架体放大就不能保证摇架体安装位置,也会使牵伸罗拉压力下降;为此,采用紧固机构与摇架体高度微调机构功能分离方式是合理而稳定可靠的,如国产 YJ20 系列摇架。3?圆柱螺旋弹簧摇架的改进方向3.1?影响弹簧压力的参数圆柱螺旋弹簧直线段的负荷 P 与变形F 的关系见式(1)(2)。P%=Gd48D32n=P/F(1)F=8PD32nGd4(2)式中:P 弹簧载荷;G 弹簧材料的切变模量;d 圆钢丝直径;F 弹簧总变形量(包括预压缩和工作压缩);D2 弹簧卷绕中径;n 弹簧工作圈数;P%弹簧刚度。由式(1)、式(2)可知,影响弹簧压力的参数很多,其中钢丝直径 d 和弹簧卷绕中径 D2对弹簧压力影响最大。3.2?圆柱螺旋弹簧摇架改进方向3.2.1?采用优质圆柱螺旋弹簧,延长使用寿命使用优质合金钢、琴钢丝等材料,提高螺旋弹簧的刚度和承载能力,减少弹簧的工作变形,改善弹性恢复功能,延长弹簧衰退期。3.2.2?提高制造精度,改善胶辊与罗拉平行度3.2.2.1?简化加压组件,提高制造、装配精度,改善摇架冲压件加工精度,如有可能应采用精密浇铸件代替目前加压爪等冲压件。3.2.2.2?在提高制造精度的基础上,增大胶辊与摇架握持档尺寸。3.2.3?开发直压式加压组件摒弃自调平行机理,摒弃前、中加压杆套装式结构,开发直压式加压组件,因为直压式加压组件的结构简洁,无压力摩擦损耗。3.2.4?改进摇架的紧固机构YJ2 系列摇架用两只紧固螺钉把摇架体紧固在摇架支杆上,其中一只螺钉还兼有调节摇架高低功能,这种摇架的紧固机构是不可靠的,应把紧固机构#52?纺织器材Textile Accessories?Vol.37?No.2Mar.2010?116?和摇架体高度微调机构功能分离开,此方式才是合理而稳定可靠的。4?国产 JFYJ2?142 型圆柱螺旋弹簧加压摇架?JFYJ2?142 型摇架由昆山景丰机械有限公司制造,它是在 YJ2?142 型基础上,结合该公司开发的专利产品 JF 型棉纺细纱双短胶圈牵伸机构,自主开发、发展起来的圆柱螺旋弹簧加压摇架。JFYJ2?142 型的外形结构与 YJ2?142C 型相似,内在结构特点如下。4.1?适应性强,既可用于三罗拉双短胶圈牵伸机构,又可用于三罗拉长、短胶圈牵伸机构。前者适合纺主体长度小于 29 mm 的棉纤维纺纱,后者适用于纺 35 mm 以下棉及 60 mm 以下化纤的纯纺和混纺。为适应双短胶圈牵伸机构的需要,前加压杆缩短 7 mm,为保证支杆轴到前罗拉中心距为 203mm。摇架体采用 YJ2?150 型摇架的壳体,拓宽了摇架的适应性。4.2?前、中加压元件采用优质矩形截面合金钢丝绕制的圆柱螺旋弹簧加压,后加压元件采用圆形截面钢丝绕制圆柱螺旋弹簧加压;前、中加压元件在并紧高度不变的情况下增加一圈,增大了弹簧的回弹性;弹簧经过特殊处理,具有较强抗疲劳、抗衰退能力,使用寿命长。4.3?对加压杆式自调中心机构进行改进,在恢复力矩的作用下,使前加压杆能恢复到较好的中心位置,上胶辊能自动调节平行于下罗拉。国产 YJ2 系列摇架普遍存在上、下罗拉平行度差的缺陷,其原因除制造精度因素外,主要是摇架的前加压杆在摇架体有较大的左右移动空间,使前加压杆的头部不能定位在摇架体的中间,恢复力矩不能起到自调平行作用。为了克服上述缺陷,在前加压杆的前部设有挂钩,摇架体头部内设有支承钩,见图 1 中 A?A。挂钩卡在支承钩上,摇架前加压杆的挂钩中间孔纵向两侧朝支承钩方向形成两侧翻边,支承钩处于两侧翻边之间,呈精密滑动配合,见图2。这样,支承钩只能在两侧翻边之间上下移动,而不能左右移动,也就使在摇架加压或卸压的状态下,前加压杆的头部始终处在摇架体的中间位置;机器运转中,在胶辊恢复力矩作用下,前上罗拉轴线就有可能自动与下罗拉轴线进行平行度调整,达到自调平行的目的,并有利于摇架中加压杆所握持的中上罗拉与中下罗拉的平行度调整,从而有利于胶辊、胶圈等牵伸元件的正常运行。图 1?JFYJ2?142 型摇架的挂钩卡与支承钩图 2?JFYJ2?142 型摇架前加压杆的两侧翻边4.4?采用顶套平面的高度调节螺钉,与摇架支杆轴缺口平面顶紧,提高固紧效果。在国产 YJ2 系列摇架中,采用高度调节螺钉头部直接接触摇架支杆轴缺口平面,普遍存在调节好的摇架压力经一段时间使用后,发生摇架体抬起、压力减小的缺陷,使摇架压力容易走动,不能保持长期稳定。通过分析,摇架抬起、压力减弱的主要原因是:摇架高度调节螺钉的头部与摇架支杆轴缺口受压面呈点接触,接触面积小,接触压应力大,容易在摇架支杆轴缺口受压接触面上产生压痕,即使这种压痕是微小的,如 0.02mm,经杆比放大效应,就会使摇架头部抬起 0.5mm 左右,使摇架压力减小 10 N 左右,不利于摇架压力的稳定,从而影响纺纱质量的稳定。为了克服上述缺陷,给高度调节螺钉配一个顶套垫。顶套垫一端是开口的,另一端是封闭平面,顶套垫开口端内部呈球面,与摇架高度调节螺钉的头部球面相配合。摇架高度调节螺钉头部套上顶套垫,顶套垫封闭平面与摇架支杆轴缺口平面接触,见图 3。这样,两者接触面积大、接触压强小,不容易在摇架支杆受压接触面上产生压痕,从而能使调整后的摇架压力保持稳定,保证纺纱质量。5?DF003 型圆柱螺旋弹簧加压摇架5.1?结构示意DF 003型摇架是上海光望达数字仪器仪表有#53第 37卷?第 2期2010 年 3 月?纺织器材Textile Accessories?117?图 3?JFYJ2?142 型摇架的顶套垫限公司的产品,它是对普通圆柱螺旋弹簧加压摇架的加压组件加以改造和更新的产品,其结构见图 4。1 绒辊弹簧;2 自锁调压螺钉;3 前圈簧;4 中圈簧;5 紧定螺钉;6 中加压组件;7 手柄;8 后加压组件;9 摇架轴;10 摇架座结合件;11 锁紧片轴;12 固定螺钉;13 高度调整螺钉;14 前加压组件;15 夹簧。图 4?DF003?142 型无级调压摇架5.2?结构特点5.2.1?加压元件采用优质精密弹簧特种钢丝,绕制成的圆柱螺旋弹簧经特殊处理,具有较强的抗衰退能力。5.2.2?加压组件采用特制的自锁调压螺钉,设计成无级调压式加压组件。前、中、后压力的调整,只需调节自锁调压螺钉,结合摇架工作高度的调整,就能方便地调整三列罗拉的压力,符合各种纺纱要求。5.2.3?压力无极调整,调压范围从 50 N 300 N,可以做到各锭压力基本一致,压力锭差小。5.2.4?无级调压式加压组件调压简便(只要拧动自锁调压螺钉),对胶辊直径差异适应性强,给胶辊管理带来方便。5.2.5?在轴销设计上,采用特殊联接,可消除摇架轴、锁紧片轴松动滑出等窜动现象,延长使用寿命。DF003?142 型无级调压摇架适合老机旧摇架更新、改造,如 TF18 系列、YJ2?142 系列的改造,投资成本低,投资回报好。6?YJ20 系列圆柱螺旋弹簧加压摇架YJ20系列摇架是常德纺机在 YJ2?142C 型基础上,自主研发的新型摇架。6.1?YJ20 系列摇架的结构特点YJ20?142 型摇架用于三罗拉双胶圈牵伸型式的现代棉型细纱机,适应于棉纺和 60 mm 以下化纤的纯纺和混纺,其结构见图 5。图 5?YJ20?142 型圆柱螺旋弹簧加压摇架结构?YJ20?142 型摇架的主要特点如下。6.1.1?改进了摇架座的紧固方式,摇架固定可靠。摇架的紧固采用摇架座与支杆轴形状相配合的异形孔,使摇架达到初始固定。在锁紧状态下,拧紧摇架座上两个固定螺钉最终固紧摇架,使摇架固定更加可靠、稳定,有效地防止了整机长期运行、振动,有可能导致固定螺钉松动造成摇架松动。6.1.2?改变了 YJ2 系列摇架调节工作高度方式,不再依靠高度调节螺钉来微调摇架体高度。在摇架座侧面设有偏心销轴调节装置,转动偏心销轴来改变摇架高度,调节更加方便、直观。6.1.3?采用加厚材料的整体式手柄结构,使摇架强度增加,从根本上消除了手柄脱焊、弯曲变形等问题,大大地延长了使用寿命。6.1.4?前、中、后罗拉压力多种组合,纺纱工艺适应性强。6.1.5?卸压后的摇架体可掀起 75&刚性定位角,便于保全保养。6.2?YJ20?142 型棉型细纱机弹簧加压摇架的技术特征YJ20?142 型摇架的技术特征见表 2 表 4。#54?纺织器材Textile Accessories?Vol.37?No.2Mar.2010?118?表 2?YJ20?142 型摇架基本参数罗拉加压分布/N上/下罗拉直径/mm上罗拉握持档尺寸/mm前中后100;140;180100;140120;160F28/F25(F27)F25/F25F28/F25(F27)F9.5 166.3?摇架工作高度的调节YJ20?142 型摇架改变了传统的 YJ2 系列摇架调节高度的方式。主要改进是使摇架的紧固功能和微调功能分开,原调节高度螺钉用于固定摇架;在摇架座侧面另设有偏心销轴微调装置,转动偏心销轴来改变摇架高度。这种微调摇架工作高度的方式简单、方便、直观、有效。具体调节方法如下:?表 3?YJ20?142型摇架上销尺寸单位:mm上销工作长度TW63.5TW68.4TW75TW82.5相配上胶圈尺寸(直径 宽 厚)短 33SX2?6533SX2?6833SX2?6833ASX2?6833BSX2?6833CSX2?6833DSX2?7533SX2?8233F37 27.8(0.8 1.1)中 42SX2?6842SX2?6842BSX2?7542F41.5 27.8(0.8 1.1)长 57SX2?6857F51.3 27.8(0.8 1.1)?注:TW为锭距。?表 4?YJ20?142型摇架牵伸区中心距单位:mm上销工作长度牵伸区中心距前区后区前后最大值纤维最大长度短 33中 42长 57445368506070143455460?注 1:刚性定位角:YJ20?142 型摇架为 75&。注 2:配国产 FA500 系列及以后各种现代棉型细纱机。?在调整好前、中、后罗拉压力和上罗拉隔距后,装入前、中、后上罗拉,将手柄压下使摇架锁紧,拧紧摇架座上的两只固定螺钉后,用摇架高度规(YJ2?142?G0200)测量摇架体前端部凸肩与前加压杆顶面之间的间隙,见图 6。图 6?YJ20?142 型摇架工作高度的调整(?当摇架工作高度有差异(小于 3.0 mm 或大于3.5 mm)需调整时,则掀起摇架手柄卸压,然后用两个 4 mm 内六角扳手调节摇架座上的偏心销,见图7。调节时先用一个内六角扳手松开摇架座一边的垫圈螺钉,再用另一只 4 mm 内六角扳手插入摇架座右侧偏心销(上有一短刻线)的六角孔转动偏心销,见图 8。在摇架座上的刻线范围内,顺时针方向图 7?YJ20?142 型摇架工作高度的调整)图 8?YJ20?142 型摇架工作高度的调整 转动偏心销,摇架工作高度增大,压力降低;逆时针方向转动偏心销,摇架工作高度减小,压力增大。同时用摇架高度规检测,若 3 mm 端能插入(不用力过大)而 3.5 mm 端插不进,则表示摇架工作高度调整合适,再拧紧偏心销的垫圈螺钉,单套摇架工作高度即调整完成。待整台摇架工作高度调好后,在运转状#55第 37卷?第 2期2010 年 3 月?纺织器材Textile Accessories?119?态下再逐套复查一次,有差异时,需重新调整到标准。6.4?如何用好 YJ20?142 型摇架6.4.1?YJ20?142 型摇架整体精度的优势是由各零部件的制造精度与装配精度来保证的,因而不可随意拆卸摇架的零部件,以免影响摇架精度及使用性能,缩短其寿命。6.4.2?YJ20?142 型摇架固紧机构的优势是摇架的紧固功能和微调功能分离,提高了摇架体高度固定可靠性。为此要求摇架座孔和摇架支杆轴配合要好,摇架制造厂通过模具保证摇架座孔的制造精度,使用厂应保证摇架支杆轴的制造精度,以简化调试工作量,提高摇架装配精度和使用性能。6.4.3?在摇架体工作高度调整中,摇架体前端部凸肩与前加压杆顶面之间的间隙切忌小于 3 mm,因为此时螺旋弹簧处于!过度压缩非工作部位,会引起螺旋弹簧疲劳衰退,大大缩短使用寿命。6.4.4?在操作过程中,无论手柄掀下或提起,用力方向应与摇架体相垂直;否则,就会损坏上、下罗拉平行度,久而久之,摇架装配精度下降,引起三线平行度超差等问题。6.4.5?装、卸胶辊时,切忌单手操作,尤其是卸胶辊时,单手握持胶辊一端强行拆下,会使加压杆握持档变形、弹簧变形,损坏上、下罗拉平行度。7?结束语7.1?圆柱螺旋弹簧摇架最关键的零部件是弹簧,它是整个加压摇架的核心元件,圆柱螺旋弹簧的品质和性能决定了其摇架的基本性能。弹簧压缩变形压力的持久性、稳定性和可靠性,直接影响加压效果,因此对圆柱螺旋弹簧材料的选择和制造工艺有较高要求。7.2?YJ2 系列摇架的加压组件采用间接杠杆式,加压组件零件多,且都属金属冲压件,制造精度较低,装配累积公差较大;在压力传递过程中,摩擦、磨损,产生较大间隙和压力损失,影响压力值的正确、稳定和上、下罗拉三线平行度。摇架各项平行度指标的数值,是反应零件制造精度与装配精度,是各零件尺寸偏差、位置偏差、形状偏差的累计偏差的综合反映,所以提高上、下罗拉三线平行度,必须从结构设计、零件制造精度和装配精度水平入手。7.3?YJ20?142 型摇架材质好,结构改进合理,制造、装配精度高,是 YJ2?142 系列摇架的升级换代产品,是国产新式高性能圆柱螺旋弹簧加压摇架。参考文献:1 唐文辉.棉纺细纱牵伸加压摇架的结构分析与性能比较 J.棉纺织技术,2009,37(1):12?16.2 吕德根,刘荣清,李学成.摇架加压压力的检测和无级调整 J.上海纺织科技,2006,34(10):26?28.3 唐文辉.浅析 QYJ200?160 型气压摇架 J.纺织器材,2008,35(4):5?9.4 唐文辉.现代细纱牵伸装置的技术进步与专件、器材的发展 J.纺织器材,2007,34(4 增):50?59.The Current Status and the Progress of the Domestic Cylinder HelixSpring Pressurized CradleTANG Wen?hui(Donghua University,Shanghai 201103,China)Abstract:Comprehensive analysis is done to the structure of cylinder helix spring pressurized cradle on thespinning frame.Approach is made into the manufacturing points and the modification philosophy of the do?mestic cylinder helix spring pressurized cradle.Introduction is done to the two modification methods for thecradles JFYJ2?142 and DF003.Highlight is given to the cradle YJ20 regarding the structure,specifications,working height regulation,caution in production.Conclusion is made that the above?said cradle is of goodmaterial,proper modification,fine precision craft,thus a substitute of the series YJ2?142.T he product is ofthe domestic cylinder helix spring pressurized cradle.Key Words:cylinder helix spring;cradle;pressurized assembly;lock unit;fixing unit#56?纺织器材Textile Accessories?Vol.37?No.2Mar.2010?120?