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錠子

  紡紗機上加拈卷繞的主要部件之一,是以兩點支承的細長回轉軸為主體的組合件。在粗紗機、細紗機和拈線機上都有錠子。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錠翼一起回轉,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。細紗錠子由錠桿、錠盤、支承部件(俗稱錠膽)、錠鉤、錠腳、制動器等組成。錠子的多寡和轉速對相應工序的生產能力有直接影響,特別是細紗錠子,習慣上以它的數量表示紡紗廠的設備規模和生產能力。錠子的好壞又與紗線的質量、功率消耗、環境噪聲、勞動生產率等密切相關。
  錠子是由紡專演變而來的,早在新石器時代,人們就用紡專紡紗,人工轉動紡專,紗線旋轉而被加拈并卷繞在專桿上。西漢時期以鐵桿制紡專,桿徑上細下粗。后來,手工紡車所用的錠子就成為現代錠子的雛形,它是兩點支承的細長桿。19世紀初期,環錠紡紗機錠子問世,其上下軸承都用滑動軸承,是不封閉的。由于不能儲油、防塵,需要每天加油,而且容易沾污機件和紗線。后來改進為上軸承和錠底封閉在殼體內,這時錠速僅為6000轉/分左右。隨著提高錠速和增加卷裝容量的需要,錠子結構也在不斷改進。20世紀初期,德國開始制造滾柱軸承錠子:上軸承采用滾柱軸承承受徑向負荷,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/分。到了50年代又發展成錠底為彈性支承的錠子,稱彈性錠子。以后,錠子的改進側重在研究錠子的支承結構,以提高速度。到70年代棉紡錠速已達到18000轉/分以上。高速后產生噪聲,功率消耗增多和機件加劇磨損等問題,遂成了研究的課題。由于紡紗原料和品種的多樣性,再加上工藝的發展,錠子的型式日益增多,如紡制粘膠長絲時采用的電動錠子,棉紡、毛紡或化纖長絲拈線機采用的倍拈錠子,花色拈線機上采用的空心錠子,等等。
  結構:粗紗錠子長度約為1米,由油杯錠腳和錠套管支承,材料為優質高碳鋼,經熱處理加工,具有較高的制造精度和足夠的剛度與硬度。細紗錠子的主體是錠桿與錠盤,兩者結合成回轉體。錠桿用滾珠軸承鋼材制作,先車削或熱軋成細長桿坯料,經熱處理后磨削成形。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、堅韌而有彈性。錠盤呈鐘鼓形緊套于錠桿的中部,由鑄鐵或易切削鋼制成,是錠子的傳動件,由錠帶或龍帶傳動,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,防止錠桿、錠盤在拔筒管時被帶離錠腳或劇烈竄動。制動器用以制動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構,即錠底與上軸承分離,錠底裝配在中心套管內,借彈性元件組合裝在錠腳內;有的是連接式結構,即上軸承與錠底通過彈性元件連接成整體。這種支承形式使錠底可以徑向擺動,上下軸承在錠子高速回轉時可自調中心,錠尖與錠底保持正常的接觸。在錠底的外圍還設有吸振裝置:組合套筒或吸振圈簧,連同錠底浸沒在潤滑油中,利用油層的粘性阻尼作用吸振,使錠子在高速運轉時很平穩。
  筒管與錠子的連接方式大體分為四種:①塑料或木質筒管插在錠桿上,由錠桿的上錐面摩擦帶動回轉。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錠桿上鑲有鋁質套管,紙質、塑料或鋁合金制薄壁筒管套在鋁套管上,由彈性支持器帶動筒管回轉,這種結構適用于毛紡或化纖長絲紡以及棉紡。③帶缺口的有邊筒管借鑲在錠盤上的鍵、銷形凸榫帶動回轉,適用于拈線機。④筒管由錠盤上的方榫帶動回轉,適用于化纖長絲紡。筒管底孔與錠盤的配合間隙必須合適,如果太大,振動時筒管對錠盤的撞擊會使筒管上跳,使振動加劇,噪聲和軸承負荷也會顯著增加。
  振動和磨損 紡紗工藝對錠子的要求是:①運轉平穩,在較寬的速度范圍內振動要??;②耐磨,有較長的使用壽命;③功率消耗低;④噪聲小;⑤承載能力大。關鍵在于減少振動和磨損。任何錠子在回轉時都難免振動和磨損。劇烈的振動會引起筒管竄跳,使紗線斷頭或成形不良,加速機件的磨損,在高速回轉時尤為明顯。
  當錠子工作轉速接近錠子自然振動的固有頻率時,產生共振現象,會出現極大的振幅,此時的錠速稱為錠子的臨界轉速。錠桿是一個連續的彈性體,理論上有無窮個固有頻率,與錠桿的質量分布和剛度有關;成套的錠子(包括錠桿、錠盤和支承部件)是一個復雜的振動系統,同樣也有多個固有頻率,因此錠子有多階臨界轉速。粗紗機的工作轉速遠低于錠子的第一階臨界轉速,如果錠子與錠翼動平衡不良,隨著錠速的提高,振動會顯著增加。因此要提高粗紗機錠速就必須改進錠子和錠翼的結構,提高制造質量。細紗錠子的工作轉速介于第一、第二階臨界轉速之間,越過臨界轉速后再加速,錠子振動情況反而好轉。對比兩種錠子的振動特性曲線,可見彈性支承的錠子振動性能較為優越。
  細紗錠子在高速回轉時出現縱向振動和橫向振動??v向振動是指錠子和筒管作上下竄動。橫向振動俗稱錠子搖頭,早期以手感錠子頂端的麻手程度來檢測,現廣泛使用光電式測振儀,直接顯示錠子頂端的振幅。橫向振動實際上是三種振動現象的復合:①自然振動;②強迫振動;③自激振動。自然振動是由于瞬時外力作用,如錠帶接頭沖擊等所致,其振程值取決于起始條件,振動頻率為固有頻率,這種振動會逐漸衰退而消失;強迫振動是當錠子受到周期性外力持續作用,如錠子桿、盤、筒管等回轉機件偏心或彎曲,以及紗管高速時發生動態變形等引起的振動,這時振動頻率等于錠子的工作轉速,振程值取決于質量、偏心值和工作轉速的大??;自激振動是由系統本身激起的振動,如由于錠底與錠桿接觸不正常而產生的摩擦,或由于錠桿、錠盤等材料的內摩擦所致等,這種振動一旦激發,將會持續存在不會消失,其振動頻率大致相當于錠子的自然頻率,振程值取決于振動系統的結構狀態。
  錠子的磨損出現在錠尖和軸承檔部位。錠尖的正常磨損呈光滑圓球形,嚴重的磨粒磨損則使錠尖呈葫蘆形。當錠底與錠尖部位不在共同軸線時,錠桿竄動會產生側面接觸的滑動磨損。正常的軸承檔磨損使精度降低,配合間隙增大,致使振動加劇。如果上軸承缺油,那么軸承檔磨損速度就會更快。通常,在一定的負載條件下,錠子的磨損程度取決于錠桿、錠底、軸承的材料、結構、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和磨損,不僅應注意提高機件的制造質量,改進熱處理方法等,而且要著重研究錠子的結構型式,并對支承、彈性、阻尼參數進行優化設計,以控制臨界轉速,消除自激振動。對于承受較重負荷的錠子,須考慮錠尖的幾何形狀和錠底的結構。此外,筒管的優劣對錠子的振動能影響很大,高速后尤為明顯。錠子用油的作用不僅是潤滑機件,而且是用以阻尼消振,且影響動力消耗。

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