卷绕与张力卷绕的目的要求

第九章卷绕与张力
本章知识要点：
1．卷绕的目的、要求
2．卷绕的基本类型与规律
3．圈条成形与影响圈条成形的主要工艺参数
4．圆柱形卷绕的类型和基本原理；卷绕规律及影响因素
5．圆锥形卷绕的类型和基本原理；卷绕规律及影响因素
6．细纱圆锥形卷绕中纱线张力、纱线断头、两者的关系，减少细纱断头的措施
第一节概述
一、卷绕的目的
•便于存储和运输.
•便于后道工序的再加工
二、卷绕的要求
• 应有较大的卷装容量，以减少落纱和下道工序换管和换筒的次数，提高生产率。

卷装尺寸要与机台规模相匹配，并利于储运。

• 卷绕应对半成品或成品的内在质量、外观、均匀度等无损伤，应使产品的机械性能不降低，不增加疵点。

• 应便于继续加工与退绕，防止粘连、扭结和脱圈。

三、卷绕基本类型与规律
（一）卷绕的基本类型
•近似阿基米德螺旋线的卷状
•摆线式卷状（圈条卷绕）
•平行螺旋线卷绕（圆柱形卷装）
•交叉螺旋线卷绕（圆锥形卷装）
(二)卷绕运动的基本规律
⒈卷绕速度与输出速度相适应
⒉卷绕节距是可变的
(三)卷绕张力
卷绕过程中产品轴向的伸张程度即卷绕张力。

卷绕张力大小因工序、原料而异，过大会产生意外伸长或断头；过小会使卷装的成形不良。

所以要适当。

第二节圈条
一、圈条成形
（一）卷绕工艺对圈条的要求
1、在卷绕和退绕过程中，纤维条张力应适当，要求纤维条表面纤维不相互粘连，以免破坏其结构，影响质量。

2、在一定的卷绕空间内获得最大容量，以提高设备效率和劳动生产率，减少条筒的周转量和占地面积，节约基建投资。

3、卷绕装置的设计应有利生产率的提高。

（二）圈条种类及特点
1、大圈条 圈条直径2r 大于条筒半径 R
2、小圈条 圈条直径2r 小于条筒半径 R
二、圈条成型的主要工艺参数 （一）偏心距和圈条半径
)2
(2c r d
D e ++−=
，20d r +=
r 从以上两式可以得到：)2(2
1
c d D r −−=
+e ， 该式表示偏心距与圈条轨迹半径之和与条筒直径、条子宽度及条子和条筒内壁间隙的关系。

此外，也可以看出，同样的纱条，偏心距与圈条轨迹半径之和主要随条筒的直径而变化。

（二）圈条速比
圈条盘与底盘的转速比i 称为圈条速比。

圈条盘转一转，底盘转过θ角。

θ角的大小应使圈条底盘在以偏心距为半径的圆周上转过弧长ab 恰好 等于条子压扁后宽度d 。

πθ221
××===n n e e b a d )，d
e n n π212==i
式中，n 1为圈条底盘转速；n 2为圈条盘转速 （三）圈条轨迹长度 1 圈条轨迹长度
条筒与圈条盘作同向回转及反向回转时，其轨迹方程分别为：
⎭
⎬⎫
⋅⋅⋅+−⋅)sin()11sin()cos()11cos(i e i i e i φφφφ−−==r y r x （1）同向回转：
S )11(2i r −⋅≈π
由此得：⎭⎬⎫
⋅−−⋅=⋅+−⋅=)sin()11sin()cos()11cos(i e i r y i e i r x φφφφ（2）反向回转：
S )11(2i r +⋅≈π 由此得：2 圈条牵伸
′圈条盘转一转，小压辊输出须条长度可用下式计算：S n d =⋅π 式中：d 为小压辊直径；n 为圈条盘一转时小压辊的速度。

圈条欠伸Ec 为：)()11(n d i r 2S S Ec ±=′=ππ⋅ 三、条筒容量
W N i S Q ⋅⋅⋅= 条筒内条子的总重量Q ：
S 为每圈的圈条轨迹长度； i 为圈条速比；N 为圆柱体条筒所容纳条子的总圈数；W 为条子单位长度的重量。

大圈条时，要得到条筒内最大容量条件为：
)
2
21(2462220−≈−+−=
D e D
d Dd D d
小圈条时的条件为：
2
22
2)
(220d D e D d D d D d ++≈
−+−=
第三节 圆柱形卷绕
一、粗纱的卷绕
（一）有捻粗纱的卷绕与成形 1. 有捻粗纱的成形
粗纱管纱形状如图所示。

其卷装形式属于圆柱形长动程平行卷绕，需要通过筒管与锭翼的相对转动和相对移动来完成。

2 .实现卷绕的条件
只要筒管与锭翼间有相对转动，即能实现粗纱卷绕，二者可以同向回转也可以反向回转，一般多采用前者。

当筒管转速大与锭翼转速时，称为管导，反之称为翼导。

3.卷绕的基本要求
筒管转速与锭翼转速之差，称为卷绕速度，即：
或w s b N N N +s b w N N N −==w N b N s N W x F N D 式中： 为卷绕速度（r/min ）； 为筒管速度(r/min)； 为锭子速度(r/min)。

（1）卷绕速度方程
任一时间内前罗拉输出的实际长度应等于筒管的卷绕长度，即：
V ⋅=⋅π或)(x F W D V N =π
F V x D 为粗纱管卷绕直径(mm)； 为前罗拉输出线速度(mm/min)
（2）升降速度方程
任一时间内下龙筋的升降高度和筒管的轴向卷绕高度相等，即：)(x F L D hV V π=L V h 为下龙筋（筒管）升降速度(mm/min)；为粗纱轴向卷绕圈距(mm)。

4.变速机构和作用
变速机构包括差动装置和变速装置等，其作用是控制筒管和下龙筋的变速运动。

（一）差动装置
（1）差动装置的必要性
• 可利用统一对锥轮，同时完成筒管和下龙筋的变速运动。

• 使锥轮只负担筒管的卷绕速度。

• 使主轴承担大部分载荷，减轻了锥轮的负担，减少了锥轮皮带的滑溜，传动比更准确。

• 落纱生头时不需要另外的盘头机构。

（2）差动装置的几种类型
差动装置由首轮、末轮和转臂组成， 根据转臂传动的方式不同，可分为三种： •下锥轮传动转臂 •主轴传动转臂 •转臂传动筒管
（3）差动装置传动比的选定 • 差动装置传动比的符号及大小。

传动比的值在0~1之间，对于由主轴传动转臂的差动装置，传动比以取接近于零为宜；而对于由下锥轮传动转臂的差动装置，其传动比以接近于1为好。

•差动装置传动比与卷绕部分轮系传动比之间的关系
二者的关系用不一致系数F 来表示，F 是指筒管的恒速与锭速之差对锭速比值的百分率。

F 等于零，表示传动比配置正确；F 不等于零，表示即使下锥轮不转动筒管也将产生卷绕，这破坏了卷绕的正确性，从而影响粗纱长片段不匀。

（二 ）变速装置（锥轮曲线设计）
（1）锥轮曲线是根据以下三个条件求得的： •主动锥轮与被动锥轮半径之和为一常量。

•被动锥轮的回转速度与管纱的卷绕直径成反比 •锥轮皮带的位移量与管纱直径的增量成正比。

（2）理论的锥轮外形曲线
B xy =理论的锥轮外形曲线为等轴双曲线：
实践证明，理论曲线还必须根据粗纱伸长率的实测结果进行修正，因为： • 假设中的锥轮传动系数是常量，而实际中有许多因素影响其稳定。

• 由于不同卷绕层次、压掌压向粗纱卷装表面的力不同，致使卷绕张力不同，卷绕直经的增量也不同。

第四节 圆锥形卷绕
一、卷绕方程 （一）卷绕运动
圆锥螺旋线的参数方程
⎪⎪⎪
⎪⎭
⎪
⎪⎪⎪
⎬⎫
=−=−=θθγθγsin )tan (cos )tan (h z z r y z r x π2
式中：x 、y 为的圆的垂直坐标；z 为等节距螺旋线的高度；r 为底圆半径；g 圆锥角；h 为螺距；q 为角位移。

根据前面的圆锥螺旋线参数方程可推导出圆锥螺旋线卷绕长度如下：
B
W B B
F W B B d C
n d h d n d n h r s h r s =
−=
+−=+−=γθπγθπγθπ22tan 1()tan 2()tan 2(B
F W d h e
h
t n h
+γπθγπ
πγπ
22
22222sec )()sec )2(2sec )2( 式中: n w 为卷绕速度; r B 为卷绕半径; d B 为卷绕直径; d F 和n F 分别为输出罗拉转速和直径; t 为卷绕时间; e 为捻缩率。

卷绕速度变化规律图
（二）往复运动
往复规律应能满足卷绕节距不变，以保证均匀的卷绕速度，可知V ，因此：
W h hn =B
h B B B F F h d C
h
V d h d h d e
n d h
V =+−=γπγθπ22sec )()tan 1(
二 管纱成形
（一）对管纱成形的要求
• 卷绕紧密、层次分清、不相纠缠。

• 后工序便于高速轴向退绕。

• 便于搬运和储存。

细纱管圆锥形交叉卷绕
实现细纱管圆锥形卷绕，钢领板应完成下列动作：
• 钢领板短动程升降h ，一般上升慢，下降快，这由成型凸轮完成。

• 每次升降后应有级升m 。

• 管底成形。

（二）细纱卷绕 1.卷绕成形运动要求
• 加捻与卷绕同时进行。

• 钢丝圈速度滞后于锭子速度，两者的速度差产生卷绕。

• 钢丝圈随钢领板做上下升降运动，使细纱沿筒管长度方向进行卷绕。

2.细纱卷绕速度
细纱的卷绕速度等于锭子速度n 与钢丝圈速度之差，则有：
w n s t n B
s w s t d C n n n n −=−= 此式亦即为细纱卷绕方程。

3.钢领板运动规律
• 成形凸轮控制升降速度变化
• 凸轮的上升部分角度为，下降部分角度为，这样形成的上升卷绕层较密，下降束
缚层较稀。

• 满足级升和管底成形的要求。

三、槽筒圆锥形卷绕
对络筒的圆锥形卷绕要求
• 筒子卷绕应尽量满足高速退绕的要求，并尽量减少纱线对原有物理机械性能，如线密度、捻度、强力和伸长率的影响。

• 筒子表面纱线应分布均匀，在适当的卷绕张力下具有一定的密度，并尽可能增加筒子容量。

• 筒子成形良好，筒子表面和端面要平整，没有脱圈、滑边、重叠等现象。

（一）槽筒卷绕的成形
圆柱形卷装无大小端之分，因此可用等节距槽筒；圆锥形筒子的大小端不同，所用槽筒的导纱沟槽节距不等，以适应卷绕速度的变化。

（二）传动半径
传动点：筒子表面与槽筒表面速度相同的一点称为传动点。

传动半径R K ：传动点上筒子的回转半径称为传动半径。

2
2
2
21R R +=
R K 筒子的平均半径：
2
2
1R R R + =
（三）卷绕速度
K 点的圆周速度：πηc c n D =1V h n c =2V
导纱速度：
222
221)(h D n V V c c +=+=ηπV
卷绕速度：
（四）锥形筒子卷绕角和卷绕密度
锥形筒子的卷绕角表示纱圈在筒子上的倾斜程度和紧密程度。

其值为：
η
παc D h
V V arctan arctan 21==
卷绕密度间的关系为：1
12
2
21sin sin αραρd d =μθ==e T T e T T b c a b
第五节 张力与断头
一、粗纱张力与调整
（1）粗纱张力的形成与分布 • 粗纱张力的形成
粗纱在卷绕过程中，要克服一定的摩擦力。

另外，要形成良好的卷装，粗纱应始终保持一定的军长程度。

此即粗纱张力。

•粗纱张力的分布
根据欧拉公式得:
)
(2121
θθμμθ+=e
T a
式中：μ为机件对粗纱的摩擦系数由上式知 ，T 即，纺纱张力 最小，卷绕张力 最大。

a b c T T >>a T c T
（2）粗纱张力对产品质量的影响
粗纱张力的大小和均匀程度对粗纱和细纱的条干、重量不匀率及断头率有很大的影响。

• 太大，条干不匀，断头增多
• 太小，成形不好，容易冒头；搬运、储存和退绕困难。

（3）粗纱张力的测算和调整
• 粗纱伸长率的大小反映了粗纱张力的大小。

粗纱伸长率是以同一时间内筒管上卷
绕的实测长度与前罗拉输出的计算长度之差对前罗拉输出的计算长度之比的百分数表示，即：
%1002
21×−=L L L ε
ε为粗纱伸长率； 式中： 为筒管上卷绕的实测长度； 1L 2L 为前罗拉同一时间内输出的计算长度。

粗纱张力调整的原则：
• 升降齿轮的齿数主要决定粗纱每层卷绕的密度。

• 锥轮皮带起始位置决定小纱张力的大小。

• 成形齿轮的齿数决定大纱张力。

• 锭翼顶端的包围弧和压掌叶上的包围弧可调节卷绕张力和纺纱张力的比例。

• 粗纱捻度不足可使粗纱大、中、小纱的伸长率变化不稳定。

• 前排锭翼顶空刻槽或加假捻器，可减小前排粗纱的伸长率。

（4）控制粗纱张力的措施
• 保持正常的机械状态。

• 保持筒管直径一致。

• 减小前排粗纱的伸长率。

• 降低锥轮速度。

• 修改锥轮外形曲线和消除不一致系数。

二、细纱断头 1.细纱断头实质
纺纱过程中，当纱线某断面处的强力小于在该处的纺纱张力时，就发生断头。

细纱断头的实质是发生在纺纱张力波动的波峰和纱线强力波动的波谷交叉点。

降低断头的措施
• 控制、稳定张力与提高纺纱强力
• 降低强力不匀率，尤其是减少张力突变和强力的薄弱环节．
2. 细纱断头的分类
• 成纱前断头：喂入的纱条经过牵伸在前罗拉输出纱条前的断头。

• 成纱后断头：从前钳口至筒管间的纱条在加捻卷绕过程中发生的断头。

3. 细纱断头规律
（1）一落纱中的断头分布：小纱断头最多，约占50%，中纱断头 少，约占20%，大纱断头次之，约占30%。

（2）断头部位：纺纱段断头较多（捻度最小），钢丝圈与管筒间断头较少，气圈部
位很少断头（捻度最大）。

（3）锭速增加或卷装增大，纺纱张力大，断头增加。

（4）由于机械原因，少数锭子可能出现重复断头。

三、细纱张力分析
• 纺纱过程中的受力分析
加捻卷绕过程中纱线张力可分为三段
• 纺纱张力：前罗拉钳口至导纱钩区间纱线受到的张力。

• 气圈张力：导纱钩至钢丝圈间纱线受到的张力。

• 卷绕张力：钢丝圈至管纱间纱线受到的张力。

细纱张力分析图
T s 为纺纱张力；T 0为导纱钩处气圈顶端张力；T R 为钢丝圈处气圈张力；T w 为卷绕张力。

（1）纱线受力分析：
• 纺纱张力Ts ：一般可用动态应变仪测定 • 导纱钩处气圈顶端张力T ：
0000θμe T T s =0
μ为纱线与导纱钩间的摩擦系数；
式中：
0θ为纱线在导纱钩上的包围角。

• 钢丝圈处的气圈张力T ：
R R T 与 间的关系可通过气圈的力学分析求得。

在略去次要的力，如重力、
0T
空气阻力、哥氏力，并将气圈视为平面气圈的情况下，平面气圈曲线可用下式表示：
ax aH
R y sin sin =x
式中：R 为钢领半径(cm)；H 为气圈高度(cm)；Y 为气圈半径； 为气圈高度位置；a 为离心力系数。

离心力系数a 可表示为：
X
t
T m a 2
ω=
t 式中：ω为气圈回转速度；T 为气圈张力T 的垂直分量(g)；m 为纱线的线密度(g/cm)。

X 根据气圈上的力学分析，并通过气圈力学方程式求得：2
202
1t R mR T ω+=W W T R R W KT e T T ==μθT
• 卷绕张力T ：与气圈底部张力的关系式由欧拉公式求得：
式中：μ为纱线与钢丝圈的摩擦系数；θ为纱线对钢丝圈的包围角；K 为系数。

由以上分析看出，卷绕过程中的分布规律：T s R W T T T >>>0（2）气圈形态分析 （一）气圈形态曲线
气圈是一正弦曲线，其振幅A 和波长分别为：
m
T a aH
R A X t
ωπ
πλ22=
== （二） 描述气圈形态的方法
• ：气圈底角，反映气圈的大小。

R a max y •
： 气圈最大半径。

（三）气圈高度H 对气圈形态的影响
• 当m T H aH X t )5.05.0ωππ（或≤≤max max y R y 或时，=不出现，这种情况多出现
在大纱阶段。

• 当 ππ
ππ~25.0，即在≥>aH 间时，或a H a ππ≤<2的范围内时，
aH R y max = 。

根据以上所述可知：
• 一落纱中，随着气圈高度H 的缩小，气圈凸形将逐渐减小，气圈底角也将逐渐由
负角变位正角。

• 由气圈方程知，在a H a ππ
<<2 范围内即气圈出现aH R y sin max =
的条件下，当其它条件（如H ）变化相同时，纺纱张力愈大，则愈小，气圈凸形愈小；反之，气圈凸形愈大。

2. 影响纺纱张力因素
（1）钢丝圈对纺纱张力的影响
• 钢丝圈受力分析
∑=0x F cos cos − 0=θαN T R R ∑=0y
F 0sin cos sin
=−−+R R t x W T C T N γαθ ∑=0z
F
0sin =−fN T x W γ
解方程得：
R
x x t
K C T αθγγsin )sin sin 1
(cos −+=
x
R f
其中：T R 是钢丝圈处的气圈张力
f 是钢丝圈与钢领间的动摩擦系数
是Tw 与y 轴的夹角 γ θ是钢领对钢丝圈的反力与x 轴的夹角 C t 是钢丝圈的离心力
g
Rn G g G C t t t t 360042
22
π==
R t ϖ 钢丝圈与纱线张力
• 钢丝圈的重量与纱线张力成正比
• 钢领与钢丝圈间的摩擦系数与纱线张力成正比 • 钢领半径与纱线张力成正比
（2）卷绕直径与纱线张力的关系
k x x D d /sin γ= k 1D /sin x x d −=γ
式中：d x 为卷绕直径； D k 为钢领直径。

R
k x k d D d t
R
D d f D d e
C T k x
r αθπμsin sin 1)/(11
2
)sin
(1
−⎥⎦
⎤⎢⎣⎡
+−=−−t R T k d D d /R αR
C /和卷绕比 、钢领与钢丝圈间的摩擦系数f 、气圈底角有关。

α一定时，f 越大，会造成T R 越大
F 一定时，减少时，T 增大
k d t R C /D d /（3）一落纱过程中的张力变化规律
• 小纱时，气圈纱段长，离心力大，凸形大，纺纱张力最大，并随着纱的增大而
减少。

• 中纱时，气圈适中，凸形正常，纺纱张力小。

• 大纱时，纺纱张力又有增大的趋势。

（4）锭速对纱线张力的影响
高速后，钢丝圈的速度增加，钢丝圈回转产生的离心力增加，同时，随着气圈的回转速度增加而使空气阻力相应的增加，引起气圈凸形增大。

但当锭速增加时，张力随着比例增加，使得气圈形态无变化，但纱线张力有显著的变化。

四、减少断头的措施 （1）稳定张力 • 稳定气圈形态 • 减少张力突变 • 钢丝圈的合理选用
a. 钢丝圈重量（号数）的选用
b. 合理选用钢丝圈的使用日期（2）提高动态强力
• 钢领衰退的修复
• 提高加捻三角区的纱线强力
• 增加弱捻区纱段的动态捻度
• 减少无捻纱段的长度
• 增加前罗拉对须条的握持力
（3）采用新技术
• 锭子变速
• 锭端纺纱
• 使用小直径钢领
• 聚集纺纱和缆绳纺纱技术。