高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构设计

高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构设计
吴云珍，杨丕勇
（经纬智能纺织机械有限公司，山西晋中　０３０６０１）
摘要：为了提高国产半自动转杯纺纱机转杯速度，结合立达Ｒ３５型纺纱器及ＪＷＦ１６１８型主机制造技术，分析高速纺纱器驱动机构工作原理，设计新纺纱器结构并建立三维模型，利用Ｃｒｅｏ　Ｐａｒ－ａｍｅｔｒｉｃ软件进行干涉检查及机构运动仿真分析，验证结构设计方案的合理性。

指出：创新性设计的高速半自动转杯纺纱机用纺纱器，将立达Ｒ３５型纺纱器及ＪＷＦ１６１８型主机融合，有效缩短设计流程，节约设计时间，降低试制成本；新型纺纱器结构采用双滚盘间接轴承传动、电机单独驱动，转杯速度可达１５０ｋｒ／ｍｉｎ，为实现半自动转杯纺纱机在低速下接头、高速下纺纱提供核心部件设计方案和技术支持。

关键词：转杯纺纱机；纺纱器；双滚盘；电机；空气轴瓦；Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ软件；运动仿真
中图分类号：ＴＳ１０３．２７＋１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－９６３４（２０２０）０５－０００９－０３
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｐｉｎｎｉｎｇ　Ｂａｓｋｅｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ
Ｓｅｍｉ－ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｒｏｔｏｒ　Ｓｐｉｎｎｉｎｇ　Ｆｒａｍｅ
ＷＵ　Ｙｕｎｚｈｅｎ，ＹＡＮＧ　Ｐｉｙｏｎｇ
（Ｊｉｎｇｗｅｉ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ　０３０６０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｍｉ－ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｒｉｅｔｅｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　Ｒ３５ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇｆｒａｍｅ　ＪＷＦ１６１８，ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｈｅｃｋ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙ－ｓｉｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｍｏｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｓｅｍｉ－ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎ－ｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｒｉｅｔｅｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　Ｒ３５ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅ　ＪＷＦ１６１８，ｉｔｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｈｏｒｔｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓａｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｔｒｉ－ａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ　ｉｓ　ｄｒｉｖｅｎ　ｂｙ　ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｄｏｕｂｌｅｒｏｌｌｉｎｇ　ｄｉｓｋｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｄｒｉｖｅｎ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　１５０ｋｒ／ｍｉｎ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｓｅｍｉ－ａｕｔｏ－ｍａｔｉｃ　ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔ　ａｔ　ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ａｔ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ．Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｒｏｔｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅ；ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｂａｓｋｅｔ；ｄｏｕｂｌｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｄｉｓｋｓ；ｍｏｔｏｒ；ａｉｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｕｓｈ；Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｍｏｔｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
收稿日期：２０１９－１２－１６
作者简介：吴云珍（１９８３—），女，山西临汾人，工程师，主要从事产品设计及ＣＡＥ仿真分析等方面的研究。

０　引言
转杯纺纱技术作为一种新型纺纱技术，因流程短、效率高、用工少等优势而发展迅速。

在取代环锭细纱机纺制１９．４ｔｅｘ～１１．７ｔｅｘ纱时，要求纺杯速度达１３０ｋｒ／ｍｉｎ～１５０ｋｒ／ｍｉｎ，否则难以体现其纺纱
经济性。

目前全自动转杯纺纱机中，赐来福Ａｕｔｏ－ｃｏｒｏ９型采用磁悬浮无接触电机单独驱动、转杯速度可达２００ｋｒ／ｍｉｎ，立达Ｒ６０型采用双滚盘间接轴承传动、转杯速度可达１５０ｋｒ／ｍｉｎ
，国产半自动转杯纺纱机实际纺纱转速均不高于１１０ｋｒ／ｍｉｎ［１］。

轴承是制约转杯速度提高的最大因素。

目前，
采用高精度陶瓷球轴承取代钢球轴承［２］，转杯速度
也只能达到１２０ｋｒ／ｍｉｎ，即使研制出１５０ｋｒ／ｍｉｎ的高速轴承，
主机在此高速下完成接头动作的成功率和接头质量也难以保证。

只有转杯、引纱、卷绕以及给棉部件均采取单独驱动，才能实现低速接头（如７０ｋｒ／ｍｉｎ），在保证纱线号数和捻度不变前提下，由ＰＬＣ控制程序提速到正常纺纱速度（１５０ｋｒ／ｍｉｎ）。

转杯速度高、单独驱动难实现，须先研发高速转杯单独驱动纺纱器，进而研发转杯速度为１３０ｋｒ／ｍｉｎ～１５０ｋｒ／ｍｉｎ的高速半自动转杯纺纱机。

Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ是ＰＴＣ核心产品Ｐｒｏ／Ｅ的升级版本，是新一代Ｃｒｅｏ产品系列的参数化建模软件。

该软件易于使用、功能强大，可以帮助设计人员快速开发优质新品，利用更高效灵活的３Ｄ设计功能提高工作效率、模型质量，减少模型错误，轻松处理复杂的曲面设计要求。

笔者利用Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔ－ｒｉｃ软件对高速半自动转杯纺纱机用纺纱器进行结构设计，建立三维模型并进行干涉检查、机构运动分析，确定出合理的结构设计方案。

１　结构原理
高速半自动转杯纺纱机用纺纱器，采用立达
Ｒ６０型双滚盘接触式间接轴承结构［３］
，
结合立达Ｒ３５型纺纱器的给棉、分梳结构及经纬ＪＷＦ１６１８型主机制造技术，开发出一套转杯单独驱动、转杯速度为１５０ｋｒ／ｍｉｎ的高速纺纱器。

该高速纺纱器驱动机构工作原理如图１所示。

１—转杯；２—转杯托轮座；３—轴瓦；４—电机；５—滚盘。

图１　高速纺纱器驱动机构示意
双滚盘采用电机单独驱动，
由３５０Ｗ直流无刷电机与双滚盘组件中其中一组直接联接。

电机驱动滚盘转动时，
通过双滚盘表面与转杯轴间的摩擦力驱动转杯实现加速。

同时，
通过上方的空气加压轴瓦持续对转杯轴施加压力，保证转杯不发生径向跳动。

转杯轴直径为８ｍｍ，双滚盘托轮直径为７０ｍｍ，传动比为１∶８．７５，即当转杯转速为１５０ｋｒ／ｍｉｎ时，托轮转速不足１８ｋｒ／ｍｉｎ。

２　高速纺纱器结构设计
２．１　整体结构设计
高速纺纱器整体结构的三维模型，如图２所示；具体建模步骤如下。

１—纺纱器支承杆；２—Ｒ３５型纺纱器；３—壳体；４—转杯室销轴；５—输纤通道；６—转杯室面板；
７—主梁；８—转杯托轮座；９—挂钩；１０—排杂支管；１１—工艺支风管；１２—主梁支架。

图２　高速纺纱器整体结构
首先，
确定转杯位置。

根据Ｒ３５型纺纱器的输纤通道与转杯相对位置，确定双滚盘接触式间接轴承结构转杯位置，保持转杯头端距输纤通道的进出位置不变。

其次，设计高速纺纱器驱动机构并建立三维模型。

高速纺纱器驱动机构依靠转杯托轮座安装于主梁内侧，通过２个销轴螺钉与主梁准确定位，保持与主梁主基准面一致，再通过２个螺钉与主梁连接。

再次，设计转杯室面板结构并建立三维模型，如图３所示。

转杯室面板安装于主梁外侧，通过２个螺钉与主梁连接，排杂支管、锁紧挂钩的相对位置保持Ｒ３５型结构不变，但对工艺支风管和接近开关重新布位，工艺支风管位置参考Ｒ６０型。

最后，
设计挂钩结构并建立其三维模型。

清理转杯需打开纺纱器（与主梁夹角为４５°～５０°），为固定此时纺纱器的位置，设计新挂钩结构，将其安装在原有Ｒ３５型纺纱器壳体转杯室的两个销轴处，
同时实现沿销轴转动。

在纺纱器打开约５０°时，挂钩末端正好定位在主梁内侧，
从而使纺纱器位置得到固
１—锁紧挂钩位置；２—工艺支风管位置；３—接近开关位置；４—排杂支管位置。

图３　转杯室面板结构
定。

此结构还可以保证挡车工的操作安全性。

２．２　驱动部分结构设计２．２．１　转杯托轮座结构设计
高速纺纱器驱动部分结构设计中，关键是转杯托轮座的结构设计。

转杯托轮座选用压铸铝材，结构如图４所示。

设计需考虑：
转杯托轮座相对主梁定位面的安装基准、双滚盘托轮轴承的定位基准、转杯轴空气加压轴瓦的定位基准、转杯轴向空气止推轴承的定位孔基准以及电机的定位基准，保证相对位置的准确性。

１—主梁定位面安装基准；２—双滚盘托轮轴承定位基准；
３—空气加压轴瓦定位面；
４—空气止推轴承定位孔基准；５—电机定位基准。

图４　转杯托轮座结构
２．２．２　空气加压轴瓦结构设计
转杯高速运转时，通过空气止推轴承产生的空气压力作用于转杯轴端面，以平衡转杯受到的轴向力。

当转杯轴的径向未得到约束时，转杯可能会产生径向跳动。

在以往的龙带传动中，龙带对转杯轴的径向压力保证转杯不会发生径向跳动；笔者介绍的高速半自动转杯纺纱机用纺纱器，
因采用电机单独驱动、双滚盘间接轴承传动方式，取代了龙带传动结构，所以必须攻克转杯轴径向跳动问题。

借鉴用空气止推轴承产生的空气压力来平衡转杯轴向力的方法，笔者创新设计了空气加压轴瓦结构，
如图５所示。

该结构工作原理与空气止推轴承相似，在轴瓦上方通入空气，利用空气弹性势能产生
的径向力作用于转杯轴，使转杯轴不产生径向跳动。

通过改变气压大小，保证转杯在不同转速下不丢速。

此结构中，无机械接触，转杯轴的磨损程度及能耗降低，转杯轴精度始终保持稳定。

１—上轴瓦；２—下轴瓦；３—转杯轴。

图５　空气加压轴瓦结构
２．３　机构运动仿真２．３．１　全局干涉分析
高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构设计完成后，在Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ中装配并进行静态全局干涉分析，检查存在的干涉零件，寻找产生原因，并对零件结构进行修正，确保不再发生干涉问题。

２．３．２　机构运动分析
在Ｃｒｅｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ机构运动模块中，对高速纺纱器旋转部分进行机构运动仿真和运动干涉分
析［４］。

如图２所示，该高速纺纱器旋转部分以纺纱
器支承杆为中心做旋转运动，挂钩以转杯室销轴为中心做旋转运动。

首先，需对高速纺纱器旋转部分与挂钩分别进行机构装配，
设置连接轴属性，建立零件间的销钉连接关系；之后使用拖动功能检查定义是否正确，是否可以按设计的方式运动。

其次，创建机构伺服电机，确定伺服电机的运动方向以及运动轴速度。

最后，进行机构运动仿真分析，实现机构的运动模拟，并对运动结果进行干涉检测。

通过机构运动仿真分析，验证了该高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构的合理性。

３　设计创新点
３．１　与立达Ｒ３５型、Ｒ６０型纺纱器有机融合
该高速纺纱器由旋转和固定两部分组成，旋转部分采用立达Ｒ３５型纺纱器给棉、分梳结构，固定部分（即转杯传动部分）采用立达Ｒ６０型双滚盘接触式间接轴承结构，重新设计转杯室面板结构，实现了２部分的有机融合。

此外，采用电机单独驱动、空气轴瓦径向加压，取代了Ｒ６０型龙带传动方式。

（下转第２６页）
辊工艺上车合格率达１００％。

光照处理胶辊应做到：开机预热时应确保光照室内罗拉未运行且无胶辊放置，工作中确保光照室内罗拉匀速转动以避免胶辊光照不匀；灯管使用周期一般为１０００ｈ，应严格按周期更换。

光照处理胶辊后对轴承逐套加油，主要使用３号极压锂基润滑脂；同时选择与其配套的密封盖，防止在上机使用时溢油造成污染；制作完成的胶辊，应在细纱车间放置不少于２ｄ，使其与车间温湿度达到平衡，以免造成绕胶辊或冒粗纱。

３．４　导纱动程管理精细化
导纱动程管理应精细，否则会造成中长片段条干不匀。

要求喇叭口、集聚槽和胶辊中心为一条线，每次大小平车须逐锭检查、调整好，并在异形管上做好标记以便揩车后放回原位，确保胶辊不边空、须条不偏离凝聚槽；导纱动程应控制为３ｍｍ～５ｍｍ，不能过大、也不能过小，以１个导纱动程能来回移动扁铁量为准。

３．５　胶辊日常管理精细化
胶辊制作精细化包括胶辊台账管理、分类管理、上车管理和保养管理等。

胶辊台账管理是一项基础性管理工作，包括每台车上的胶辊直径类型及上车时间统计，现有胶辊不同直径数量统计，损坏胶辊分类明细统计，月投入和月消耗胶辊数量统计，日胶辊回磨数量统计。

做好胶辊分类管理，一要做好胶辊回磨后同型号、同直径、同标记工作，以防不同直径胶辊混淆；二要做好胶辊制作现场归位工作，同直径的胶辊放在
一起、以免拿错；三要做好胶辊光照处理，以防胶辊光照不均匀、造成胶辊机械波。

胶辊上车管理要记录好各机台的胶辊直径、上车时间，以免上机胶辊直径用错和使用超期。

胶辊揩洗要随细纱机揩车同时进行，要求用棉包布醮加入清洗剂的温水溶液对胶辊表面进行揩洗，清除胶辊表面棉蜡、油污和杂质，同时检查胶辊质量、剔除不合格胶辊。

４　结语
集聚纺纱胶辊对成纱质量十分重要，要求胶辊具备高耐磨性、高回弹性、高适纺性、高抗污性和高抗绕性等。

实践证明，ＷＲＣ－９６５型胶管是适合集聚纺纱的优良胶管，与同硬度高弹性胶管相比，其耐磨性更高，对车间环境适应性好、适纺性好，具有良好的抗静电性和高回弹性，不但适用于牵伸胶辊，也可用于集聚胶辊，能够满足集聚纺纱工艺和质量要求，且使用寿命长、成本低。

使用中确保胶辊精细化管理工作到位，可使ＷＲＣ－９６５型胶辊成纱效果更好。

参考文献：
［１］邹小祥，颜卫珍．集聚纺胶辊的选用实践［Ｊ］．棉纺织技术，２０１１，３９（１）：１０－１２．
［２］李国锋，王莉．棉纺企业细纱胶辊的管理［Ｊ］．纺织科技进展，２０１６（５）：２７－２８．
［３］安国．纺纱胶辊胶圈应用体会［Ｊ］．纺织器材，２０１９，４６（１）：３６－３８．
（上接第１１页）
３．２　与ＪＷＦ１６１８型主机融合
在保持主机整体结构不变的情况下，结合ＪＷＦ１６１８型半自动转杯纺纱机结构，合理布局转杯室面板、转杯托轮座、双滚盘接触式间接轴承结构、电机位置等，实现高速半自动转杯纺纱机与ＪＷＦ１６１８型主机的融合。

４　结语
基于Ｃｒｅｏ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ强大设计功能，通过与立达Ｒ３５型纺纱器及ＪＷＦ１６１８型主机融合，创新性设计出高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构，有效缩短设计流程，节约设计时间，降低试制成本。

新型纺纱器结构采用双滚盘间接轴承传动、电机单独驱动，转杯速度可达到１５０ｋｒ／ｍｉｎ，为实现半自动转杯纺纱机在低速下接头、高速下纺纱提供核心部件设计方案和技术支持。

参考文献：
［１］汪军．全自动半自动转杯纺纱技术发展和新型纱线开发［Ｊ］．现代纺织技术，２０１０（４）：１４－１６．
［２］黄宗响．工程陶瓷在转杯纺轴承上的应用研究［Ｊ］．棉纺织技术，２００８，３６（６）：４８－５０．
［３］Ｓ．Ｗｅｉｄｎｅｒ－Ｂｏｈｎｅｎｂｅｒｇｅｒ．新型Ｒ６０转杯纺纱机：技术上的进步［Ｊ］．国际纺织导报，２０１３（７）：４０－４２．
［４］詹友刚．Ｃｒｅｏ　３．０运动仿真与分析教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１４．。