转杯纺纺杯速度的讨论

                                   转杯纺纺杯速度与下列因素有关：成纱号数、成纱质量、气流和落棉、成纱断头。掌握上述诸因素与纺杯速度之间的关系，有利于提高成纱质量，开发品种，降低断头以及促进我国转杯纺技术的进一步发展，为此，提出以下问题，供讨论。
1纺杯速度与成纱号数
  转杯纺适宜于生产粗号纱，如100 tex、85．8tex牛仔布用纱；50 tex、37．5 tex灯芯绒用纱；60tex绒布用纱；37．5 tex床单与卡其布用纱等。这是因为纺纱号数愈粗，所需捻度愈少，产量愈高。而且纺粗号纱，可选用品级较低、长度较短的原棉，从而可降低原料成本，提高经济效益。因此，长期以来转杯纺粗号纱产品成为市场的热销产品。然而，随着市场经济的发展，粗号纱产品不能满足市场的需要，80年代后期开始研制细号纱产品，其关键是必须首先解决纺杯的高速问题。因为成纱号数愈细，要求成纱捻度愈多，此时，纺杯速度必须相应提高，才能确保相应的经济效益。例如：Autoeoro型转杯纺纱机纺杯速度最高可达1．5×10⁵r／min，成纱号数可纺到l0tex，而BD200SN型转杯纺纱机最细只能纺到15 tex，同样，国产FA62l型、CR2型转杯纺纱机最细也只能纺到16．7 tex。当然，在纺杯低速条件下，降低引纱速度也能获得较细的成纱号数，但这是以牺牲产量来换取成纱细号，它必将大大影响经济效益。如国外用Autoeoro型转杯纺纱机生产纯棉14．7 tex纱，纺杯速度开1．25×l0⁵r／min，出纱速度为136 m／min，而国内用HSI石TK型转杯纺纱机生产纯棉18．8 tex纱，纺杯速度开4．5×10⁴r／min，出纱速度只能达41．7 m／min，产量减少69．4％。
    非棉(毛、麻、丝)产品由于其原料均为下脚料，其共同特点为纤维长度短、纤维长度差异大、单纤维强力低，杂质、短绒多，经不起分梳辊高速回转的打击，因此，只能生产粗号纱，一般为37．5 tex～100tex，纺杯低速(3×l0⁴r／min～4 x 10⁴r／min)已能满足生产要求。
    如上所述，可以认为纺细号纱，必须提高纺杯速度，反之，纺粗号纱，纺杯速度可稍低。值得注意的是纺杯最高速度有无极限?理论研究得出，纺杯凝聚槽周长必须大于或等于平均纤维长度的2．3倍，才能保证纤维在纺杯滑移面上顺利滑人凝聚槽，使之正常纺纱。为此，如果纺细号纱，纤维长度选用33 mm长绒棉，则纺杯的最小直径不能小于24 mm，若选用38 mm的棉型化纤，则纺杯的最小直径不能小于28 mm。Autocoro型转杯纺纱机的纺杯最高速度设计为1．5×10⁵r／min，纺杯最小直径配有28 mm，符合理论要求。此外，纺杯速度与回转纱条张力有密切关系，按理论计算，纺杯速度开1．5×10⁵r／min、选用28 mm直径纺杯，其回转纱条张力比纺杯速度为3．6×10⁴r／min、选用66 mm直径纺杯的张力要大7．36倍，可见，速度愈高，纱条张力愈大，成纱断头愈多。因此，可以认为，纺杯最高速度因受纺杯直径的限制和回转纱条张力的影响，故而是有极限的。
2纺杯速度与成纱质量
    纺杯速度对成纱质量的影响有两种观点。一种认为成纱质量随纺杯速度提高而提高，理由是纺杯速度高，分梳作用强，在成纱过程中纤维与纤维间的抱合力增大，从而使成纱单强增高。另一种却认为成纱质量随纺杯速度提高而下降。研究与实践证实，后一种观点较为正确，理由如下。
    (1)随着纺杯速度增加，单纱强力、伸长与断裂功均明显下降。这是因为：①纺杯速度增加，单位时间内条子喂入量增多，在分梳辊转速不变的条件下，削弱了对纤维的分梳作用。与此同时，进入输送管的纤维量增多，在气流旋涡的影响下，不规则纤维增多，从而使纤维分离度下降，成纱强力降低。②纺纱张力随纺杯速度增加而呈二次方曲线递增，使须条紧密度增加，纱线直径变细，结果，成纱伸长明显下降。转速从3．2×10⁴r／min增至5．7×10⁴r／min，伸长下降约25％。另外，由于纱条紧密度增加，其抗扭力矩变小，使捻回传递长度增长，缠绕纤维增多，结果成纱强力下降。由于单纱强力、伸长的下降，必然使断裂功明显下降。
    (2)纺杯速度增加，成纱均匀度变差，棉结、粗细节增加，而毛羽变化不明显。其主要原因是由于分梳质量差造成。因为当纺杯速度增加而分梳辊速度不变时，单位时间内喂人纤维量增多，因而对纤维丛的分梳作用减弱，纤维分离度变差，从而使成纱均匀度变差。同时，较多的纤维在输送管气流旋涡的影响下，形成不规则纤维，再加上凝聚槽中积聚尘杂增多，结果使棉结、粗细节增加。毛羽变化不明显的主要原因是由于高速后纱条紧密，缠绕纤维增多而掩盖毛羽的结果。
    (3)纺杯速度增加，加捻效率降低。这是因为纺杯速度高，须条离心力大，凝聚须条与凝聚槽壁的摩擦力增大，使凝聚须条回转受阻而捻回不易加上。同时，由于高速后假捻作用增大，捻回传递长度增长，使纱条内外层捻差增大，加捻效率降低。转速愈高，加捻效率愈低。
3纺杯速度与气流和落棉
    合理控制转杯纺纱机落棉率，有利于降低原料成本，提高经济效益。影响转杯纺纱机落棉率的主要因素有：纺杯负压(即气流流量)；排杂管出_口负压和分梳辊转速。其中以纺杯负压最为明显。由于纺杯与排杂通道直接相连，因此，纺杯负压(流量)愈大，被吸取的纤维量愈多，落棉愈少。反之，落棉愈多。自排风式转杯纺纱机纺杯负压由纺杯转速产生，其大小受纺杯速度和纺杯直径的影响。当纺杯直径不变时，纺杯负压随纺杯速度增加而增大，落棉相应减少；而当纺杯速度不变时，纺杯负压随纺杯直径增加而增大，同样，落棉减少。其主要原因是由于负压大，排出流量多所造成。因此，控制落棉应着重考虑控制流量，而不是纺杯转速。例如，欲控制0．2％落棉率，用直径为49 mm纺杯(流量少)的HS5T型转杯纺纱机，纺杯速度要开5×10⁴r／min；而用直径为66 mm纺杯(流量大)的BD200RN型机，纺杯速度只需开4．5×10⁴r／min，即可达到与HS5T型机相当的落棉率。由于纺杯速度与捻度、产量等因素有关，因此，常用控制排杂口负压来控制落棉率，而不用控制纺杯速度。排杂口负压大，落棉多；反之，负压小，落棉少。抽气式纺杯负压并非由纺杯转速产生，但纺杯负压对落棉影响与自排风式具有同样的显著性。应当注意的是由于抽气式的输送管道长，其出口直径大小直接影响出口流量及落棉率，出口直径大，排气流量多，被吸取纤维多，落棉减少，反之，落棉增多。试验得出，管道出口直径在5 mm时，落棉正常，纺纱顺利，而出口直径小于4 mm时，由于其直径过小，出口排风量不足，结果，造成大量落白，不能顺利纺纱。
    分梳辊转速对落棉率无显著影响。这是因为分梳辊速度高，杂质离心力大而易被排出，但纤维的空气阻力大而易被锯齿带走，结果，落棉率不一定增多。值得注意的是分梳辊转速对成纱质量有显著影响。当纺杯负压高时，分梳辊转速可适当提高，仍能使纤维在输送管中定向、加速而输入凝聚槽，确保凝聚须条的均匀度。如果当纺杯负压低时，分梳辊转速越高，输送管中气流的速度梯度下降，纤维减速流动，被梳开的单纤维易与邻近的纤维粘连而成束纤维，影响凝聚须条的均匀度，从而使成纱均匀度恶化。另外，必须注意，由于抽气式的输送管长度比自排风式的要长，气流流动的阻力损耗大，因此，其纺杯负压必须比自排风的要大20％～30％。
4纺杯速度与成纱断头
    纺杯速度与成纱断头关系密切。一般说来，纺杯速度愈高，成纱断头愈多。其主要原因是：
(1)回转纱条张力随纺杯速度二次方曲线递增；
(2)剥离点附近须条的强力甚小。因此，高速时，降低断头的主要技术途径是降低回转纱条张力和增强剥离点附近须条的强力。当前高速转杯纺纱机纺杯最高速度为1．5×l0⁵r／min，纺杯最小直径配28 mm，其目的一方面为了满足生产细号纯棉纱，另一方面为了平衡回转纱条张力，减少断头，稳定生产。在日常生产中，低速用大直径纺杯，高速用小直径纺杯，这是纺杯直径与纺杯速度合理配置的基本原则。必须指出，转杯纺纱属低张力纺纱，表面看来，回转纱条张力不大，但若其张力峰值大于剥离点附近须条强力的谷值时，必将引起断头。因此，降低喂入须条的含杂、含短绒和提高其均匀度，减小张力波动，是降低断头的另一个重要课题。
    增强剥离点附近须条强力的措施，主要是增强假捻效应，以增强剥离点附近须条的动态强力。增强假捻效应的总原则是增强回转纱条与假捻盘表面的摩擦力，使回转纱条自身回转而产生假捻。具体措施有：改变假捻盘材料；增大假捻盘直径；假捻盘表面刻槽；假捻盘表面涂层及热处理等。实践证实，假捻效应愈大，向剥离点传递的假捻捻度愈多，使该须条的动态强力愈大，对减少断头愈有利。必须注意，假捻效应愈大，捻回传递长度愈长，缠绕纤维愈多，纱条内外层的捻差愈大，成纱强力下降。因此，必须合理利用假捻效应。
    转杯纺加工非棉原料时，往往断头骤增，一般纺粗号纱断头有千锭小时百根以上之多。其主要原因是由于非棉原料均来源于毛、麻、丝、长纤维纺纱厂的下脚料，因此，高速时，回转纱条张力大，加上凝聚须条含杂、含短绒多，使剥离点附近须条的强力更低，断头必然增多。解决办法是纺杯速度必须降低，一般控制在2．5×l0⁴r／min一4×10⁴r／min，同时，应增强假捻效应。例如：纺58．3 tex紬丝，将原来45#钢镀铬假捻盘改用表面刻槽的合金钢假捻盘，测定纺纱的最小捻系数，由原来的136．9减小到125．7，断头减少60％；在苎麻精落麻纺纱中，利用渗硼(摩擦因数O．504)假捻盘，其断头比镀铬(摩擦因数0．296)假捻盘明显减少；在纺次兔毛棉混纺纱中，采用45#钢镀氧化铝假捻盘(摩擦因数0．463)，其断头比45#钢的假捻盘要少。由此可见，加工非棉原料，假捻盘表面摩擦因数需提高到0．5左右，它对降低断头必将取得明显效果。
5  结语
    根据以上分析可以认为，短纤维纺纱中转杯纺纱机纺杯速度可分为三档：一档为1×10⁵r／min～1．5×10⁵r／min，用于纺细号纱；一档为5×10⁴r／min～1×10⁵r／min，用于纺中、粗号纱；一档为2．5×10⁴r／min～5×10⁴r／min，用于纺非棉短纤维粗号纱。要求一台转杯纺纱机能加工所有短纤维及生产各种号数的纱，虽有可能，但无必要，而且不经济。随着转杯速度的增加，一般说来，成纱质量下降，断头增多，因此，必须研制开发纺杯、齿条、假捻盘等主要元件的系列化产品，并增强这些元件的耐磨性，以提高成纱质量，降低断头，满足多品种生产的需要。