粗纱工艺与设备

粗纱工序概述

一、粗纱工序的任务
由并条机输出的熟条直接纺成细纱约需要150 倍以上的牵伸，而目前环锭细纱机的牵伸能力最大50 倍，所以在并条工序与细纱工序之间需要粗纱工序来承担纺纱中的一部分牵伸负担。因此，粗纱工序是纺制细纱的准备工序，其任务为：
1.牵伸  将熟条抽长拉细5～10 倍，并使纤维进一步伸直平行。
4 J3 @: c$ |5 c6 [! a2.加捻  由于熟条经粗纱机牵伸后，须条截面纤维根数少，伸直平行度好，故强力较低，所以需加上一定的捻度来提高粗纱强力，以避免卷绕和退绕时的意外伸长，并为细纱牵伸做准备。
3.卷绕成形  将加捻后的粗纱卷绕在筒管上，制成一定形状和大小的卷装，以便储存、搬运和适应细纱机上的喂入。
二、粗纱机的发展
; P  q/ ?. [- C+ d& K3 Z2 ^1 B5 P* H建国后，我国国产粗纱机的发展经过了三个阶段：50~60 年代基本使用机构陈旧、牵伸能力低的简单罗拉牵伸粗纱机，所需工艺道数多、卷装形式小、自动化程度低、机台占地面积大、纺纱质量差；70 年代，随着新型纺纱的出现，人们把目标集中在采用提高细纱机的牵伸能力、取消粗纱工序、以熟条直接纺成细纱、缩短工艺流程上，所以粗纱机的发展曾停滞不前；根据各种实践证明，目前传统的环锭纺纱仍不能完全取消粗纱工序，故粗纱工序在上个世纪70年代前后又有了新的发展，特别是改革开放的80 年代以后，新技术、新工艺的引进，使粗纱机不仅在牵伸机构上、卷装形式上有所改进，而且在适纺性能、高产优质和自动化程度方面都有新的突破，如：淘汰了传统的竖锭式加捻卷绕形式而改为悬锭式，这也是现代粗纱机十分显著的特征；设计锭速一般在1500r/min 左右，有的最高可达1800r/min；牵伸型式采用四罗拉双短皮圈牵伸；取消了锥轮变速机构，采用工业控制计算机、可编程序控制器及变频等技术的多电机传动系统，使整机的传动大大简化；触摸显示屏直接输入必要的参数，提高了设备运转率，简化了工艺参数的设定过程；采用高精度CCD 张力传感器，实现张力自动微调；完善了清洁系统；提高了落纱的自动化程度。
- E8 D/ M5 ]( V) w目前，我国仍在使用的国产粗纱机主要有国产第二代的A456 系列、A454 系列竖锭式粗纱机，国产第三代的FA系列及其他系列悬锭式（也称吊锭式）粗纱机，如FA401、FA421、FA423、FA425、FA458、FA481、FA491、FA492、FA493/FA494、HY493 等。
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三、粗纱机的工艺过程
( E7 ~1 e% j8 F" E5 |% C! U! X& q5 T根据粗纱机的机构和作用，全机可分为喂入、牵伸、加捻、卷绕、成形五个部分。此外，为了保证产品的产量和质量，粗纱机还设置有一些辅助机构。下图为粗纱机的工艺过程，熟条2 从条筒1 中引出，由导条辊3 积极输送进入牵伸装置4，经牵伸装置牵伸成规定的细度后由前罗拉输出，经锭翼6 加捻成粗纱，并引至筒管。锭翼6 随锭子7 一起回转，锭子一转，锭翼给纱条上加上一个捻回。筒管由升降龙筋9传动，由于锭翼与筒管回转的转速差，使粗纱通过压掌8 卷绕在筒管上。升降龙筋（下龙筋）带着筒管做上下运动，从而实现了粗纱在筒管上的轴向卷绕。控制龙筋的升降速度和升降动程，便可制成两端为截头圆锥形的粗纱管纱。

图粗纱机的工艺过程

1－条筒 2－熟条 3－导条辊 4－牵伸装置 5－固定龙筋 6－锭翼 7－锭子 8－压掌 9－升降龙筋

四、粗纱机的种类
目前我国各地的棉纺厂因生产规模、技术、管理水平参差不齐，使用的生产设备型号也有很大差异。国产粗纱机根据锭子锭翼的托持与传动形式不同，分为竖锭式与悬锭式两大类型。
（一）竖锭式粗纱机
竖锭式粗纱机有的也称为托锭式粗纱机，其锭子锭翼由固定的下龙筋传动，上下龙筋共同托持锭子以稳定锭子的回转，我国国产第一、二代A 系列粗纱机都属于此类。竖锭式粗纱机速度不易进一步提高，粗纱的纱疵相对较多，不适于优质高产高速的要求。现在正逐渐被悬锭式粗纱机所取代。
5 G# B# N# x* s; q- P（二）悬锭式粗纱机
悬锭式粗纱机有的也称为吊锭式粗纱机，其锭翼由固定的上龙筋传动，上龙筋托持锭子回转，我国国产第三代FA系列粗纱机及其他系列粗纱机基本上属于此类。悬锭式粗纱机有其明显的优点，如：前罗拉至加捻器之间的粗纱在上龙筋罩壳上方，不受锭翼旋转气流的影响，而加捻器至锭翼压掌之间的粗纱处于全封闭的锭翼空心臂内，同样不受锭翼气流的影响，从而有利于减少粗纱纱疵，改善条干；悬锭式锭翼安装刚性好，适应高产、高速及大卷装的要求；有利于自动落纱，降低劳动强度。由于悬锭式粗纱机无论在技术水平或成纱质量上，都比传统的竖锭粗纱机有很大的提高，是现代粗纱机的共同特征。
( D! c* D. C  v悬锭式粗纱机按牵伸形式不同，有三罗拉与四罗拉双短皮圈牵伸之分；按变速机构不同，有锥轮（铁炮）变速与无锥轮（铁炮）变速之分。

粗纱机虽然有竖锭式与悬锭式之分，但其机构一般由喂入机构、牵伸机构、加捻机构、卷绕机构、辅助机构等组成。两种类形在机构上有相同或相似的机构，也有不同的机构。相似机构有喂入机构与牵伸机构，不同的机构有加捻机构、卷绕机构、辅助机构等。

喂入机构

各种新型粗纱机都采用三列导条辊高架喂入方式，其喂入机构的作用是从棉条筒中引出熟条，并有规则地送到牵伸机构，在熟条输送的过程中防止或尽可能减少意外牵伸。粗纱机的喂入机构由分条器、导条辊、导条喇叭组成。

粗纱机喂入机构传动简图

1－分条器 2－后导条辊 3－中导条辊 4－前导条辊  5－导条喇叭 6－后罗拉 7－链轮 8－链条

1、分条器  分条器一般由铝或胶木制成，其作用是隔离棉条，防止相互纠缠。
2 I; l- s3 t( ?- {& T# O1 L2、导条辊  导条辊分前、中、后三列，由后罗拉通过链条积极传动。导条辊的表面速度略慢于后罗拉的表面速度，使棉条在输送中不致松垂。可以通过调换前导条辊头端的链轮来调节张力牵伸，以减少意外牵伸。
9 z$ b% g- ?+ {' d2 F+ \) X3、导条喇叭（后区集合器）  导条喇叭的作用是正确引导棉条进入牵伸装置，使棉条经过整理和压缩后，以扁平形截面且横向压力分布均匀地喂入后钳口。喇叭口开口大小用宽×高表示，应按喂入熟条定量的轻重适当选用。当熟条定量在17g／5m 以上时，选用（10～15）mm×4mm 的扁平圆形口，当熟条定量在17g／5m 以下时，选用（7～10）mm×5mm的扁平圆形口。导条喇叭用胶木或尼龙等材料制成。
$ T9 q* k# U$ i* [2 k6 X- W在一些老式粗纱机上，固装导纱喇叭的扁状铁杆可作横向往复运动，以改变须条喂入的相对位置，延长皮辊寿命，但纱条横动会引起同档皮辊压力差异和因纱条非直线喂入而造成的条干不良，故新型粗纱机已不再使用横动装置。

牵伸机构

1、粗纱机的牵伸型式

目前，国内新机普遍使用三罗拉双短皮圈或四罗拉双短皮圈牵伸型式。在国外机型中，除以上两种双短皮圈牵伸型式外，还有三罗拉长短皮圈牵伸装置。

（1）三罗拉双短皮圈如图所示，三罗拉双短皮圈牵伸装置的前、中、后三列罗拉组成了两个牵伸区，前区为皮圈牵伸区，承担了大部分的牵伸负担，所以也称主牵伸区。后区为简单罗拉牵伸区，亦称为预牵伸区，其主要作用是为前区牵伸做好准备。

三罗拉双短皮圈牵伸示意图

在皮圈牵伸区中，上、下皮圈间的摩擦力界使须条随上、下皮圈的速度而运动，并形成了一个柔和而又具有一定压力的皮圈钳口，既能有效地控制纤维运动，又能使前罗拉钳口握持的纤维顺利抽出。当须条厚度变化时；弹簧上销可自由摆动，以发挥钳口压力的自调作用，使皮圈钳口对纤维的控制力稳定。曲面下销中部上托，可减少皮圈回转时的中凹现象，使皮圈中部的摩擦力界增强而稳定。总之，在双短皮圈牵伸区中，中后部的摩擦力界较为理想，可使纤维变速点离前钳口较近且集中，有利于改善条干。

三罗拉双短皮圈牵伸装置机构简单，总牵伸倍数在5~12之间，适于熟条与粗纱定量均较轻、总牵伸倍数不太大的工艺。国产A454、A456 系列粗纱机都采用三罗拉双短皮圈牵伸，部分国产悬锭式如FA401、TJFA458A、FA467、FA481、

FA491 等型号粗纱机均有三罗拉或四罗拉双短皮圈牵伸机构，供用户在购置新机时选择。

（2）四罗拉双短皮圈牵伸如图所示为四罗拉双短皮圈牵伸示意图，整理区的牵伸倍数为1.05。将主牵伸区的集合器移到整理区，使牵伸与集束分开，实行牵伸区不集束，集束区不牵伸。这样就可缩小主牵伸区的浮游区长度，为提高粗纱条干质量创造了条件。这种牵伸型式也称为D 型牵伸。

四罗拉双短皮圈牵伸示意图

对于合成纤维而言，因回弹性比较大，若采用四罗拉双短皮圈牵伸，在经过主牵伸区较大的牵伸输出后，纤维仍能受整理区的张力作用，以大大减少纤维的回缩现象。所以在纺制重定量、低捻度、纤维较长且蓬松的合成纤维或粗纱牵伸倍数较高时，四罗拉双短皮圈优于三罗拉双短皮圈牵伸。由于D 型牵伸的各牵伸区布置合理，生产稳定，产品质量好，品种适应性广，现在新型粗纱机都配有四罗拉双短皮圈牵伸装置，以供用户选择。

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罗拉与胶辊

1.罗拉
: n# F/ q/ U# ?$ k' d. i$ x罗拉是牵伸机构的主要元件之一，它由多节组成，每节4～6锭。每节罗拉的一端有导孔和螺孔，另一端有导柱1 和螺杆2，各节罗拉由螺杆、螺孔连接起来，以满足机台所需的锭数，如图所示。导柱和导孔可保持各节罗拉同心。罗拉由罗拉座支承，相邻两个罗拉座间的距离叫作节距。罗拉连接部分螺纹旋紧的旋向，须与罗拉的回转方向一致，使罗拉运转时越转越紧，以防止罗拉回转时，连接处松退，使节距伸长而损坏机件。前、后罗拉表面刻有倾斜或平行的沟槽，同档罗拉分别采用左、右旋向沟槽，使其与皮辊表面组成的
. [: s2 e5 \/ X8 A; q$ K6 E钳口线在任一瞬间至少有一点接触，形成对纤维连续而均匀的握持钳口，并防止皮辊快速回转时的跳动。
双皮圈牵伸装置的中罗拉表面呈菱形滚花，如图7－6 所示。滚花用以加强中罗拉与下皮圈的摩擦，并减少皮圈损伤。为适应高速，罗拉一般采用滚针轴承。
粗纱机的前、后罗拉均为钢质斜沟槽罗拉，一般直径为28ｍｍ，中罗拉为钢质滚花罗拉，直径为25ｍｍ，三列罗拉的表面在同一水平面上。
2.皮辊
8 O. }: Q2 w+ i; W皮辊为双锭活芯式，由皮辊芯子、铁壳、皮辊轴承和外包丁腈胶管组成，如图7－7 所示。新型粗纱机皆采用皮辊芯子中间支承，两锭受压。皮辊表面要求光滑、耐磨并具有适当的弹性和硬度。不同机型有不同的皮辊直径，一般粗纱机包覆丁腈胶管后的前、后皮辊直径均为31mm。皮辊置于罗拉之上，故也称上罗拉，牵伸装置的中上罗拉因与上皮圈摩擦传动，故为一双锭活芯的钢质小铁辊，直径为25mm。为了保证运转灵活并适应于高速，上罗拉均采用滚针轴承。@吴芳
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胶圈与上下销

1.胶圈
8 Y  j4 o0 o7 G7 w) a胶圈由丁腈橡胶制成，其厚薄均匀、弹性好、伸长小。下胶圈套在中下罗拉上，随中下罗拉回转，上胶圈套在作为中上罗拉的活芯小铁辊上，靠下胶圈的摩擦传动。
2.上、下胶圈销（简称上、下销）
胶圈销的作用是固定胶圈位置并形成弹性钳口。胶圈销分上、下胶圈销。每两个上胶圈穿有一个弹簧摆动上销，上销的后端挂在小铁辊芯子的中部，可绕小铁辊芯子灵活摆动，支承上胶圈处于一定的工作位置。上销的片簧上端抵在加压摇臂体上，对上销施加一定的初始压力。每一罗拉节距（即四个下胶圈内）穿一根曲面下销，固装在罗拉座上，以支持下胶圈并将其引向前钳口，使胶圈稳定回转。下销的截面为阶梯形曲面，如图7－8 所示，其最高点上托1.5mm，使上、下胶圈工作面形成缓和的曲线通道，以防止胶圈的中凹现象。平面部分不与胶圈接触，使该处形成拱形弹性层与上胶圈配合，以减少销子与胶圈的摩擦，下销前缘突出，以结合上销前端前冲来减小牵伸区中的浮游区长度。
上、下销的前端形成胶圈钳口，在上销前端左右两侧装有塑料隔距块，使上、下销前端保持上、下销间原始隔距的统一、准确。隔距块应根据纺纱品种、胶圈厚度和弹性、上销弹簧压力以及纤维长度等工艺参数选择。
上胶圈架的长度和下销宽度决定了牵伸区中胶圈对纤维的控制长度，因此应根据纤维长度而定。一般纺棉及棉型化纤时，胶圈架长度为34mm，下销宽度为20mm；纺中长化纤时，上胶圈架长度为42 mm；下销宽度为28mm。采用不同的胶圈架长度，则使用不同规格的上、下胶圈。
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集合器

牵伸区内设置集合器，相当于增设了一个附加摩擦力界，并具有增加纱条密度、收拢牵伸后的须条边纤维、减少毛羽和飞花的作用。
2 b. }! i. J, ^+ ^: b三罗拉双短胶圈牵伸装置中，三列罗拉后均设有集合器，其大小形状与所处的牵伸区、输出定量、喂入定量相适应。
+ ]! D5 X1 K: n" f0 C四罗拉双胶圈牵伸装置中，主牵伸区不设集合器，其它三列罗拉后均设集合器，其集合器规格同三罗拉双短胶圈牵伸。
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加压机构

目前，粗纱机牵伸装置的加压机构有弹簧摇架加压和气动加压两种。
弹簧摇架结构示意图
气动加压摇架结构示意
8 O( m$ Q% q* W) Q7 e* V4 f1.弹簧摇架加压
国产新机大多采用弹簧摇架加压。弹簧摇架加压装置由摇架体、手柄、加压杆和锁紧机构等构成。根据加压元件和锁紧机构的形式不同，摇架的型号也不一样。这种加压装置依靠弹簧的压缩反力实现对皮辊的加压，所以机面负荷小、所加压力不受罗拉座倾角和隔距的影响。所加压力可通过改变弹簧刚度（更换弹簧）或改变对弹簧的压缩量来调节。
弹簧摇架的加压、释压操作方便，但弹簧使用日久易出现压力衰退现象，所以对弹簧的材质及加工精度要求较高，同时锭与锭之间易出现的压力差异也是日常维修中值得注意的一个问题。
  G" l& ?% Z7 \* [+ k; t, ^, O$ }2.气动加压气动加压
# V- t! x3 p! |& m& N* }无论从使用、维修、压力稳定等方面皆是较为理想的加压方式，但需要一套辅助设备如压缩气站及管路。国产粗纱机如HY493、JWF1418以及一些引进的设备上使用气动加压。
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清洁装置

清洁装置的作用是清除罗拉、皮辊、皮圈表面的短绒和杂质，防止纤维缠绕机件并保证产品不出或少出疵点。现在国产新型粗纱机所用的清洁装置有：上、下清洁都采用积极间歇回转式绒带附梳刀刮板装置、上下积极回转绒带加巡回吹吸风清洁装置等。