JWA1680卷绕头恒定接触压力的调节

The Adjustment of JWA1680 Winder Constant Contact Pressure QUAN Xiao1,2, SU Zhen2,3, MENG Chao-qun2,3, YANG Chong-chang2,3 (1. Suzhou Rongwen Synthetic Fiber Co. Ltd., Suzhou 215427, Jiangsu, China; 2. Ministry of Education Engineering Research Center of Textile Equipment, Shanghai 201620, China; 3. Donghua University,
文献标识码：A
文章编号：1001-7054 （2011） 10-0030-05
1 卷绕接触压力对丝饼成型的影响
熔融纺丝中，卷绕头的摩擦辊需施加给卷装 一定的接触压力，以保证良好的成型，便于运输和 后续加工。接触压力偏大，丝饼端面易出现凸肚或 水波状丝圈，运输过程中易被碰出毛丝，且过紧丝 层之间的丝易缠结，影响后纺加弹；接触压力偏 小，丝饼直径偏大、松散，运输过程中又易散丝， 无法加弹 [1]；压力过小甚至会导致偏大丝饼与卷绕 头机架相碰，造成外层丝受损而降等。卷绕过程中 接触压力的稳定性对于摩擦辊与卷装表面的线速度 同步至关重要，只有接触压力比较稳定，才能保证 速度反馈的可靠性 [2]。
此处引出接触压力角 （β） 的定义：通过摩擦 辊中心的垂直线与摩擦辊及卷装中心连线的夹角 （锐角） 称之为接触压力角，如图 2 所示。
目前 JWA1680 卷绕头主气缸调节方式的缺陷 主要体现在两点：
（1） 手动调节主气缸气路上的调节阀，依靠气 压表指针指示大小，人工手动调节误差较大，不能
2011, 40(10)
2 JWA1680 卷绕头的结构特点分析
JWA1680 卷绕头是上海金纬化纤机械制造有 限公司推出的一款槽辊兔子头式卷绕头，其筒管夹 头长度达到 1 680 mm，可纺制 16 头、20 头涤纶预 取 向 丝 （PET POY）， 生 产 卷 绕 速 度 最 高 可 达 4 000 m/min，其外型如图 1 所示。
不能分段调节。由于 JWA1680 卷绕头采用三角切 换技术 [3]，卷绕中摩擦辊与卷装的相对位置随卷装 直径持续增大而逐渐变化，接触压力角 β 也随之 不断变化，接触压力不再是箱体自重减去主气缸支 撑力的差值，因此现有调节方式不能实现恒定接触 压力的控制。
下面对 JWA1680 卷绕头摩擦辊与卷装相对位 置的变化进行分析，并基于相关结构参数推导出接 触压力角的变化曲线及接触压力的计算公式。 2.1 JWA1680 摩擦辊与卷装相对位置的变化过程
（4） 直径继续增大，夹头越过正压位后，摩擦
辊仍然基本保持不变，转盘继续转动，直至满卷，
转盘切换，夹头 A 进入初卷绕位，摩擦辊重新复
位，进入下一次卷绕周期，如图 3 （d） 所示。
2.2 接触压力角 βk 的变化过程 根据摩擦辊与卷装相对位置变化的几何关系，
可推算压力角 βk 的计算公式如下： （1） 卷装位置从图 3 （a） 至 3 （b） 变化的过
（2） 夹头 B 位于初卷绕位时，转盘保持不转， 随卷装直径不断增大，箱体上升，摩擦辊不断上 移，待卷装直径增至 k1 时，摩擦辊相对机架保持 固定，摩擦辊中心与转盘中心垂直距离为 H，如图 3 （b） 所示。
（3） 随着卷绕继续，直径每次增大一定程度， 触及限位开关，转盘随即转动一定角度，当卷装直 径增大至 k2 时，压力角 βk 为零，此时卷装中心与 摩擦辊中心位于同一竖直线上，卷装位于正压位 上，如图 3 （c） 所示。
大小在 435 mm 左右，调整取 得理想效果。
图 6 恒定气压与修正后的接触压力比较
参考文献 [1] 魏大昌. 化纤机械设计原理[M]. 北京: 纺织工业出版社, 1984:177-181. [2] 冯 培 , 杨 崇 倡 , 孟 超 群 , 等 . 基 于 MATLAB 的卷绕机构中接触压力的优化 设计[J]. 合成纤维, 2010, 39(9):36-39. [3] 李贵华. NS612-8A 卷绕头浅析 [J]. 合 成技术及应用, 2001, 16(2):60-61.
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合成纤维 Synthetic Fiber in China
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JWA1680 卷绕头恒定接触压力的调节
全 潇 1,2，苏 振 2,3，孟超群 2,3，杨崇倡 2,3 （1. 苏州荣文合成纤维有限公司，江苏 苏州 215427；2. 纺织装备教育工程研究中心，
上海 201620；3. 东华大学 机械工程学院，上海 201620）
程中，
βk=tan-1
（L） H
-cos-1
（[ ΦZ） {2
2+L 2+H 2-
(ΦM+Φk)
(ΦZ姨L 2+H 2 )
2/4]
}
（3）
将相关结构特征参数代入式 （1）、 （2）、 （3）
可计算得到接触压力角 βk 随卷装直径增大而变化
的过程，如图 4 所示。
进一步可推出摩擦辊施加到卷装的垂直力 T
全 潇，苏 振，孟超群，等. JWA1680 卷绕头恒定接触压力的调节
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区间 [134，450] （mm） 内可按从小到大任意依次设 定} 输入某一压强值 （依据经验值设定为 0.365 MPa）， 在箱体落下后，用推拉力计测出垂直力 T，根据式 (4) 算出箱体自重 G。
第二步，由已求得的接触压力角的变化曲线、 初步设定的某一恒接触压力 FJH、箱体重量 G，用式 (5) 反求得各分段直径及对应的气缸压强，使卷绕 接触压力基本恒定在 FJH 左右。
（a） 卷绕初始
（b） 摩擦辊顶起
（c） 正压位
（d） 满卷时 1-夹头 A （纸管）；2-转盘；3-夹头 B （纸管）；4-摩擦辊；5-卷装
图 3 JWA1680 卷绕头摩擦辊与卷装相对位置变化示意图
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距离。
（2） 卷装位置从图 3 （b） 至 3 （c） 变化的过
程中，
βk=cos -1
{
（[ ΦZ） 2
2-L 2+H 2-
(ΦM+Φk)
2/4]
} -tan -1 ( L/H）
ΦZ姨L2+H 2 )
（2）
式中：H 为摩擦辊顶起后，摩擦辊中心与转盘中心
垂直距离。
（3） 卷装位置从图 3 （c） 至 3 （d） 变化的过
摘 要：基于对 JWA1680 卷绕头结构的分析，计算得到卷绕过程中接触压力角的变化过程，通过安装
比例阀实现对主气缸压强的分段控制。经过修正得到一组合理的分段直径及相应气缸压强值，卷绕接触
压力基本保持恒定，丝饼成型良好。
关键词：JWA1680 卷绕头；接触压力角；比例阀；气缸压强
中图分类号：TQ340.5
为：
T=G-2π·D·2 p/4
（4）
则径向施加到卷装的接触压力 FJ 为：
FJ=T/cosβk= (G-2π·D·2 p/4） /cosβk
(5)
式中：FJ 为卷绕接触压力；G 为箱体重量 （含摩擦
辊与槽辊等）；D 为主气缸直径；p 为主气缸压强。
3 JWA1680 卷绕头恒定接触压力 的调节
试验所需设备及相关仪器：JWA1680 卷绕头 及其配套熔融纺丝设备，德国 SCHMIDT 闪频仪， 日 本 SHIMPO FGP -50 推 拉 力 计 ， 日 本 SMC ITV2030-012S5 比例阀。
程中，
βk=sin-1 (L-ΦZ/2·sinα） /ΦM+Φk
（1）
式中：ΦZ 为夹头中心所在转盘位置虚拟圆的直径，
恒 量 ； Φk 为 卷 装 直 径 ， 变 量 ， 范 围 为 134 ~
450 mm；ΦM 为摩擦辊直径； α 为夹头 A 相对转盘
中心的转角；L 为摩擦辊中心相对转盘中心的水平
JWA1680 卷绕头的箱体主要包括壳体、摩擦
收稿日期：2011-08-08 修回日期：2011-09-26 作者简介：全潇 （1968—），男，江苏太仓人，工程师，长期从事涤 纶长丝生产的研究工作。
图 1 JWA1680 丝饼卷绕成型
辊、主气缸、立柱、槽辊等零部件。箱体内前后有 两光滑立柱起到导向作用，箱体通过前后两个 直径为 70 mm 的气缸与机架相连，气缸导杆升降 控制箱体上下浮动。
图 5 改进流程
经过数次修正，拟定合适的恒定接触压力值 FJH 为 294 N，由式 (1) ~ (5) 可推出所对应的分段 主气缸压强，结果如表 1 所示。
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表 1 修正前后各分段主气缸压强比较
编号 直径/mm 恒定气缸压强/MPa 修正后分段压强/MPa
一个卷绕周期中，JWA1680 摩擦辊与卷装相 对位置的变化可分为 3 个阶段，如图 3 所示。
（1） 夹头 A 满卷落丝，转盘自动切换转至生 头位置，丝进入尾丝槽，夹头 B 上纸管开始绕丝。 生头成功后，转盘立刻转至初卷绕位，箱体迅速落 下，摩擦辊复位与纸管接触，对卷装施加接触压 力。整个卷绕过程中，摩擦辊中心相对转盘中心的 水平距离 L 为恒值，如图 3 （a） 所示。
4 结语
（1） 任何生产工艺的调整都是建立在对机器本 身结构的深入了解和掌握之上。本文对 JWA1680 卷绕头自身的结构及卷绕中摩擦辊与卷装相对位置 的变化进行了分析，并在此基础上，通过 PLC 编 程及安装比例阀，改进了原有调节方式的不足，实 现了卷绕过程中的恒定接触压力控制。