錠子
紡紗機(jī)上加拈卷繞的主要部件之一,是以兩點(diǎn)支承的細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)軸為主體的組合件。在粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)和拈線機(jī)上都有錠子。粗紗錠子是一根圓形鋼桿,頂端一般有一凹槽用以支持并帶動(dòng)錠翼一起回轉(zhuǎn),下端錠尖處有錠腳油杯作支承,中部以錠套管作為錠子的上部軸承。細(xì)紗錠子由錠桿、錠盤(pán)、支承部件(俗稱錠膽)、錠鉤、錠腳、制動(dòng)器等組成。錠子的多寡和轉(zhuǎn)速對(duì)相應(yīng)工序的生產(chǎn)能力有直接影響,特別是細(xì)紗錠子,習(xí)慣上以它的數(shù)量表示紡紗廠的設(shè)備規(guī)模和生產(chǎn)能力。錠子的好壞又與紗線的質(zhì)量、功率消耗、環(huán)境噪聲、勞動(dòng)生產(chǎn)率等密切相關(guān)。
錠子是由紡專演變而來(lái)的,早在新石器時(shí)代,人們就用紡專紡紗,人工轉(zhuǎn)動(dòng)紡專,紗線旋轉(zhuǎn)而被加拈并卷繞在專桿上。西漢時(shí)期以鐵桿制紡專,桿徑上細(xì)下粗。后來(lái),手工紡車所用的錠子就成為現(xiàn)代錠子的雛形,它是兩點(diǎn)支承的細(xì)長(zhǎng)桿。19世紀(jì)初期,環(huán)錠紡紗機(jī)錠子問(wèn)世,其上下軸承都用滑動(dòng)軸承,是不封閉的。由于不能儲(chǔ)油、防塵,需要每天加油,而且容易沾污機(jī)件和紗線。后來(lái)改進(jìn)為上軸承和錠底封閉在殼體內(nèi),這時(shí)錠速僅為6000轉(zhuǎn)/分左右。隨著提高錠速和增加卷裝容量的需要,錠子結(jié)構(gòu)也在不斷改進(jìn)。20世紀(jì)初期,德國(guó)開(kāi)始制造滾柱軸承錠子:上軸承采用滾柱軸承承受徑向負(fù)荷,下軸承稱為錠底,承托錠子的重量,兩者剛性連接,稱剛性錠子,錠速為8000~12000轉(zhuǎn)/分。到了50年代又發(fā)展成錠底為彈性支承的錠子,稱彈性錠子。以后,錠子的改進(jìn)側(cè)重在研究錠子的支承結(jié)構(gòu),以提高速度。到70年代棉紡錠速已達(dá)到18000轉(zhuǎn)/分以上。高速后產(chǎn)生噪聲,功率消耗增多和機(jī)件加劇磨損等問(wèn)題,遂成了研究的課題。由于紡紗原料和品種的多樣性,再加上工藝的發(fā)展,錠子的型式日益增多,如紡制粘膠長(zhǎng)絲時(shí)采用的電動(dòng)錠子,棉紡、毛紡或化纖長(zhǎng)絲拈線機(jī)采用的倍拈錠子,花色拈線機(jī)上采用的空心錠子,等等。
結(jié)構(gòu):粗紗錠子長(zhǎng)度約為1米,由油杯錠腳和錠套管支承,材料為優(yōu)質(zhì)高碳鋼,經(jīng)熱處理加工,具有較高的制造精度和足夠的剛度與硬度。細(xì)紗錠子的主體是錠桿與錠盤(pán),兩者結(jié)合成回轉(zhuǎn)體。錠桿用滾珠軸承鋼材制作,先車削或熱軋成細(xì)長(zhǎng)桿坯料,經(jīng)熱處理后磨削成形。錠桿的中部軸承檔和下端錠尖要有較高的制造精度、光潔度、硬度和耐磨的金相組織。錠桿的上部用以支承筒管,必須十分平直、堅(jiān)韌而有彈性。錠盤(pán)呈鐘鼓形緊套于錠桿的中部,由鑄鐵或易切削鋼制成,是錠子的傳動(dòng)件,由錠帶或龍帶傳動(dòng),上軸承置于其中,能防止飛花塵埃侵入軸承。錠腳是整套錠子的支座,并作貯油之用。錠鉤用以擋住錠盤(pán),防止錠桿、錠盤(pán)在拔筒管時(shí)被帶離錠腳或劇烈竄動(dòng)。制動(dòng)器用以制動(dòng)錠子和紗管以便接頭操作,棉紡大卷裝、毛、化纖紡紗和拈線時(shí)均需使用。
錠子的支承形式大體分為:①上軸承和錠底均為剛性支承;②上軸承和錠底均為彈性支承;③上軸承和錠底是剛性連接,整體由彈性元件支承;④上軸承為剛性支承,錠底為彈性支承等。使用最廣泛的是第4類支承形式。上軸承連同軸承座壓配在錠腳中,或上軸承直接壓配在錠腳中。而錠底有的是分離式結(jié)構(gòu),即錠底與上軸承分離,錠底裝配在中心套管內(nèi),借彈性元件組合裝在錠腳內(nèi);有的是連接式結(jié)構(gòu),即上軸承與錠底通過(guò)彈性元件連接成整體。這種支承形式使錠底可以徑向擺動(dòng),上下軸承在錠子高速回轉(zhuǎn)時(shí)可自調(diào)中心,錠尖與錠底保持正常的接觸。在錠底的外圍還設(shè)有吸振裝置:組合套筒或吸振圈簧,連同錠底浸沒(méi)在潤(rùn)滑油中,利用油層的粘性阻尼作用吸振,使錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)很平穩(wěn)。
筒管與錠子的連接方式大體分為四種:①塑料或木質(zhì)筒管插在錠桿上,由錠桿的上錐面摩擦帶動(dòng)回轉(zhuǎn)。筒管和錠桿配合部位的直徑與錐度,既考慮到有足夠的摩擦力矩,又使插、拔筒管操作方便,這種形式適用于棉紡。②錠桿上鑲有鋁質(zhì)套管,紙質(zhì)、塑料或鋁合金制薄壁筒管套在鋁套管上,由彈性支持器帶動(dòng)筒管回轉(zhuǎn),這種結(jié)構(gòu)適用于毛紡或化纖長(zhǎng)絲紡以及棉紡。③帶缺口的有邊筒管借鑲在錠盤(pán)上的鍵、銷形凸榫帶動(dòng)回轉(zhuǎn),適用于拈線機(jī)。④筒管由錠盤(pán)上的方榫帶動(dòng)回轉(zhuǎn),適用于化纖長(zhǎng)絲紡。筒管底孔與錠盤(pán)的配合間隙必須合適,如果太大,振動(dòng)時(shí)筒管對(duì)錠盤(pán)的撞擊會(huì)使筒管上跳,使振動(dòng)加劇,噪聲和軸承負(fù)荷也會(huì)顯著增加。
振動(dòng)和磨損 紡紗工藝對(duì)錠子的要求是:①運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),在較寬的速度范圍內(nèi)振動(dòng)要??;②耐磨,有較長(zhǎng)的使用壽命;③功率消耗低;④噪聲?。虎莩休d能力大。關(guān)鍵在于減少振動(dòng)和磨損。任何錠子在回轉(zhuǎn)時(shí)都難免振動(dòng)和磨損。劇烈的振動(dòng)會(huì)引起筒管竄跳,使紗線斷頭或成形不良,加速機(jī)件的磨損,在高速回轉(zhuǎn)時(shí)尤為明顯。
當(dāng)錠子工作轉(zhuǎn)速接近錠子自然振動(dòng)的固有頻率時(shí),產(chǎn)生共振現(xiàn)象,會(huì)出現(xiàn)極大的振幅,此時(shí)的錠速稱為錠子的臨界轉(zhuǎn)速。錠桿是一個(gè)連續(xù)的彈性體,理論上有無(wú)窮個(gè)固有頻率,與錠桿的質(zhì)量分布和剛度有關(guān);成套的錠子(包括錠桿、錠盤(pán)和支承部件)是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng),同樣也有多個(gè)固有頻率,因此錠子有多階臨界轉(zhuǎn)速。粗紗機(jī)的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于錠子的第一階臨界轉(zhuǎn)速,如果錠子與錠翼動(dòng)平衡不良,隨著錠速的提高,振動(dòng)會(huì)顯著增加。因此要提高粗紗機(jī)錠速就必須改進(jìn)錠子和錠翼的結(jié)構(gòu),提高制造質(zhì)量。細(xì)紗錠子的工作轉(zhuǎn)速介于第一、第二階臨界轉(zhuǎn)速之間,越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后再加速,錠子振動(dòng)情況反而好轉(zhuǎn)。對(duì)比兩種錠子的振動(dòng)特性曲線,可見(jiàn)彈性支承的錠子振動(dòng)性能較為優(yōu)越。
細(xì)紗錠子在高速回轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)??v向振動(dòng)是指錠子和筒管作上下竄動(dòng)。橫向振動(dòng)俗稱錠子搖頭,早期以手感錠子頂端的麻手程度來(lái)檢測(cè),現(xiàn)廣泛使用光電式測(cè)振儀,直接顯示錠子頂端的振幅。橫向振動(dòng)實(shí)際上是三種振動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)合:①自然振動(dòng);②強(qiáng)迫振動(dòng);③自激振動(dòng)。自然振動(dòng)是由于瞬時(shí)外力作用,如錠帶接頭沖擊等所致,其振程值取決于起始條件,振動(dòng)頻率為固有頻率,這種振動(dòng)會(huì)逐漸衰退而消失;強(qiáng)迫振動(dòng)是當(dāng)錠子受到周期性外力持續(xù)作用,如錠子桿、盤(pán)、筒管等回轉(zhuǎn)機(jī)件偏心或彎曲,以及紗管高速時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)變形等引起的振動(dòng),這時(shí)振動(dòng)頻率等于錠子的工作轉(zhuǎn)速,振程值取決于質(zhì)量、偏心值和工作轉(zhuǎn)速的大??;自激振動(dòng)是由系統(tǒng)本身激起的振動(dòng),如由于錠底與錠桿接觸不正常而產(chǎn)生的摩擦,或由于錠桿、錠盤(pán)等材料的內(nèi)摩擦所致等,這種振動(dòng)一旦激發(fā),將會(huì)持續(xù)存在不會(huì)消失,其振動(dòng)頻率大致相當(dāng)于錠子的自然頻率,振程值取決于振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
錠子的磨損出現(xiàn)在錠尖和軸承檔部位。錠尖的正常磨損呈光滑圓球形,嚴(yán)重的磨粒磨損則使錠尖呈葫蘆形。當(dāng)錠底與錠尖部位不在共同軸線時(shí),錠桿竄動(dòng)會(huì)產(chǎn)生側(cè)面接觸的滑動(dòng)磨損。正常的軸承檔磨損使精度降低,配合間隙增大,致使振動(dòng)加劇。如果上軸承缺油,那么軸承檔磨損速度就會(huì)更快。通常,在一定的負(fù)載條件下,錠子的磨損程度取決于錠桿、錠底、軸承的材料、結(jié)構(gòu)、硬度、金相組織、幾何精度和光潔度等。
為了減少高速錠子的振動(dòng)和磨損,不僅應(yīng)注意提高機(jī)件的制造質(zhì)量,改進(jìn)熱處理方法等,而且要著重研究錠子的結(jié)構(gòu)型式,并對(duì)支承、彈性、阻尼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以控制臨界轉(zhuǎn)速,消除自激振動(dòng)。對(duì)于承受較重負(fù)荷的錠子,須考慮錠尖的幾何形狀和錠底的結(jié)構(gòu)。此外,筒管的優(yōu)劣對(duì)錠子的振動(dòng)能影響很大,高速后尤為明顯。錠子用油的作用不僅是潤(rùn)滑機(jī)件,而且是用以阻尼消振,且影響動(dòng)力消耗。
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