吳云珍，楊丕勇

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)作為一種新型紡紗技術(shù)，因流程短、效率高、用工少等優(yōu)勢(shì)而發(fā)展迅速。在取代環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制19.4 tex～11.7 tex紗時(shí)，要求紡杯速度達(dá)130 kr/min～150 kr/min，否則難以體現(xiàn)其紡紗經(jīng)濟(jì)性。目前全自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)中，賜來福Autocoro9型采用磁懸浮無接觸電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)200 kr/min，立達(dá)R60型采用雙滾盤間接軸承傳動(dòng)、轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)150 kr/min，國(guó)產(chǎn)半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)實(shí)際紡紗轉(zhuǎn)速均不高于110 kr/min[1]。

軸承是制約轉(zhuǎn)杯速度提高的最大因素。目前，采用高精度陶瓷球軸承取代鋼球軸承[2]，轉(zhuǎn)杯速度也只能達(dá)到120 kr/min，即使研制出150 kr/min的高速軸承，主機(jī)在此高速下完成接頭動(dòng)作的成功率和接頭質(zhì)量也難以保證。只有轉(zhuǎn)杯、引紗、卷繞以及給棉部件均采取單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)低速接頭(如70 kr/min)，在保證紗線號(hào)數(shù)和捻度不變前提下，由PLC控制程序提速到正常紡紗速度(150 kr/min)。轉(zhuǎn)杯速度高、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)難實(shí)現(xiàn)，須先研發(fā)高速轉(zhuǎn)杯單獨(dú)驅(qū)動(dòng)紡紗器，進(jìn)而研發(fā)轉(zhuǎn)杯速度為130 kr/min～150 kr/min的高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)。

Creo Parametric是PTC核心產(chǎn)品Pro/E的升級(jí)版本，是新一代Creo產(chǎn)品系列的參數(shù)化建模軟件。該軟件易于使用、功能強(qiáng)大，可以幫助設(shè)計(jì)人員快速開發(fā)優(yōu)質(zhì)新品，利用更高效靈活的3D設(shè)計(jì)功能提高工作效率、模型質(zhì)量，減少模型錯(cuò)誤，輕松處理復(fù)雜的曲面設(shè)計(jì)要求。筆者利用Creo Parametric軟件對(duì)高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立三維模型并進(jìn)行干涉檢查、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，確定出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1 結(jié)構(gòu)原理

高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器，采用立達(dá)R60型雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)[3]，結(jié)合立達(dá)R35型紡紗器的給棉、分梳結(jié)構(gòu)及經(jīng)緯JWF1618型主機(jī)制造技術(shù)，開發(fā)出一套轉(zhuǎn)杯單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)杯速度為150 kr/min的高速紡紗器。

該高速紡紗器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理如圖1所示。

雙滾盤采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，由350 W直流無刷電機(jī)與雙滾盤組件中其中一組直接聯(lián)接。電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過雙滾盤表面與轉(zhuǎn)杯軸間的摩擦力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)杯實(shí)現(xiàn)加速。同時(shí)，通過上方的空氣加壓軸瓦持續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)杯軸施加壓力，保證轉(zhuǎn)杯不發(fā)生徑向跳動(dòng)。轉(zhuǎn)杯軸直徑為8 mm，雙滾盤托輪直徑為70 mm，傳動(dòng)比為1∶8.75，即當(dāng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為150 kr/min時(shí)，托輪轉(zhuǎn)速不足18 kr/min。

2 高速紡紗器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高速紡紗器整體結(jié)構(gòu)的三維模型，如圖2所示；具體建模步驟如下。

首先，確定轉(zhuǎn)杯位置。根據(jù)R35型紡紗器的輸纖通道與轉(zhuǎn)杯相對(duì)位置，確定雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)杯位置，保持轉(zhuǎn)杯頭端距輸纖通道的進(jìn)出位置不變。

其次，設(shè)計(jì)高速紡紗器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并建立三維模型。高速紡紗器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)依靠轉(zhuǎn)杯托輪座安裝于主梁內(nèi)側(cè)，通過2個(gè)銷軸螺釘與主梁準(zhǔn)確定位，保持與主梁主基準(zhǔn)面一致，再通過2個(gè)螺釘與主梁連接。

再次，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)杯室面板結(jié)構(gòu)并建立三維模型，如圖3所示。轉(zhuǎn)杯室面板安裝于主梁外側(cè)，通過2個(gè)螺釘與主梁連接，排雜支管、鎖緊掛鉤的相對(duì)位置保持R35型結(jié)構(gòu)不變，但對(duì)工藝支風(fēng)管和接近開關(guān)重新布位，工藝支風(fēng)管位置參考R60型。

最后，設(shè)計(jì)掛鉤結(jié)構(gòu)并建立其三維模型。清理轉(zhuǎn)杯需打開紡紗器(與主梁夾角為45°～50°)，為固定此時(shí)紡紗器的位置，設(shè)計(jì)新掛鉤結(jié)構(gòu)，將其安裝在原有R35型紡紗器殼體轉(zhuǎn)杯室的兩個(gè)銷軸處，同時(shí)實(shí)現(xiàn)沿銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在紡紗器打開約50°時(shí)，掛鉤末端正好定位在主梁內(nèi)側(cè)，從而使紡紗器位置得到固定。此結(jié)構(gòu)還可以保證擋車工的操作安全性。

2.2 驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 轉(zhuǎn)杯托輪座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高速紡紗器驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是轉(zhuǎn)杯托輪座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)杯托輪座選用壓鑄鋁材，結(jié)構(gòu)如圖4所示。設(shè)計(jì)需考慮：轉(zhuǎn)杯托輪座相對(duì)主梁定位面的安裝基準(zhǔn)、雙滾盤托輪軸承的定位基準(zhǔn)、轉(zhuǎn)杯軸空氣加壓軸瓦的定位基準(zhǔn)、轉(zhuǎn)杯軸向空氣止推軸承的定位孔基準(zhǔn)以及電機(jī)的定位基準(zhǔn)，保證相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。

2.2.2 空氣加壓軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)杯高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過空氣止推軸承產(chǎn)生的空氣壓力作用于轉(zhuǎn)杯軸端面，以平衡轉(zhuǎn)杯受到的軸向力。當(dāng)轉(zhuǎn)杯軸的徑向未得到約束時(shí)，轉(zhuǎn)杯可能會(huì)產(chǎn)生徑向跳動(dòng)。在以往的龍帶傳動(dòng)中，龍帶對(duì)轉(zhuǎn)杯軸的徑向壓力保證轉(zhuǎn)杯不會(huì)發(fā)生徑向跳動(dòng)；筆者介紹的高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器，因采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、雙滾盤間接軸承傳動(dòng)方式，取代了龍帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所以必須攻克轉(zhuǎn)杯軸徑向跳動(dòng)問題。

借鑒用空氣止推軸承產(chǎn)生的空氣壓力來平衡轉(zhuǎn)杯軸向力的方法，筆者創(chuàng)新設(shè)計(jì)了空氣加壓軸瓦結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該結(jié)構(gòu)工作原理與空氣止推軸承相似，在軸瓦上方通入空氣，利用空氣彈性勢(shì)能產(chǎn)生的徑向力作用于轉(zhuǎn)杯軸，使轉(zhuǎn)杯軸不產(chǎn)生徑向跳動(dòng)。通過改變氣壓大小，保證轉(zhuǎn)杯在不同轉(zhuǎn)速下不丟速。此結(jié)構(gòu)中，無機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)杯軸的磨損程度及能耗降低，轉(zhuǎn)杯軸精度始終保持穩(wěn)定。

2.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

2.3.1 全局干涉分析

高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，在Creo Parametric中裝配并進(jìn)行靜態(tài)全局干涉分析，檢查存在的干涉零件，尋找產(chǎn)生原因，并對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，確保不再發(fā)生干涉問題。

2.3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

在Creo Mechanism機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模塊中，對(duì)高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)干涉分析[4]。如圖2所示，該高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分以紡紗器支承桿為中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，掛鉤以轉(zhuǎn)杯室銷軸為中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

首先，需對(duì)高速紡紗器旋轉(zhuǎn)部分與掛鉤分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配，設(shè)置連接軸屬性，建立零件間的銷釘連接關(guān)系；之后使用拖動(dòng)功能檢查定義是否正確，是否可以按設(shè)計(jì)的方式運(yùn)動(dòng)。其次，創(chuàng)建機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)，確定伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向以及運(yùn)動(dòng)軸速度。最后，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬，并對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)果進(jìn)行干涉檢測(cè)。

通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證了該高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)的合理性。

3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 與立達(dá)R35型、R60型紡紗器有機(jī)融合

該高速紡紗器由旋轉(zhuǎn)和固定兩部分組成，旋轉(zhuǎn)部分采用立達(dá)R35型紡紗器給棉、分梳結(jié)構(gòu)，固定部分(即轉(zhuǎn)杯傳動(dòng)部分)采用立達(dá)R60型雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)杯室面板結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了2部分的有機(jī)融合。此外，采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、空氣軸瓦徑向加壓，取代了R60型龍帶傳動(dòng)方式。

3.2 與JWF1618型主機(jī)融合

在保持主機(jī)整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，結(jié)合JWF1618型半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)結(jié)構(gòu)，合理布局轉(zhuǎn)杯室面板、轉(zhuǎn)杯托輪座、雙滾盤接觸式間接軸承結(jié)構(gòu)、電機(jī)位置等，實(shí)現(xiàn)高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)與JWF1618型主機(jī)的融合。

4 結(jié)語

基于Creo Parametric強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能，通過與立達(dá)R35型紡紗器及JWF1618型主機(jī)融合，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)出高速半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)用紡紗器結(jié)構(gòu)，有效縮短設(shè)計(jì)流程，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，降低試制成本。新型紡紗器結(jié)構(gòu)采用雙滾盤間接軸承傳動(dòng)、電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)到150 kr/min，為實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)在低速下接頭、高速下紡紗提供核心部件設(shè)計(jì)方案和技術(shù)支持。