卞克玉 吳叢俊

（1.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州，213164；2.常州天虹紡織有限公司，江蘇常州，213166）

鋼領(lǐng)是紡紗的重要元件，鋼領(lǐng)選配對(duì)紡紗過程中的斷頭率有很大影響，同時(shí)對(duì)成紗條干、毛羽等指標(biāo)也有著重要的影響［1］。隨著細(xì)紗錠子速度的提升、用戶對(duì)紗線質(zhì)量要求的提高，紡紗企業(yè)對(duì)鋼領(lǐng)的要求也越來越高。平面鋼領(lǐng)與錐面鋼領(lǐng)是紡紗過程中常應(yīng)用到的兩種鋼領(lǐng)，需要配備不同的鋼絲圈。本研究對(duì)平面鋼領(lǐng)與布雷克錐面鋼領(lǐng)的使用效果作以探討。

1 鋼領(lǐng)鋼絲圈配合對(duì)紗線質(zhì)量的影響

鋼領(lǐng)、鋼絲圈選用與配合是紡紗廠管理的一項(xiàng)重要工作，鋼領(lǐng)與鋼絲圈的配合對(duì)紡紗過程中的張力影響很大［2］，同時(shí)影響成紗質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本。鋼領(lǐng)要適應(yīng)紡紗高速度、大卷裝；鋼絲圈要能與鋼領(lǐng)很好配合，要具有良好的散熱性能，使用壽命長，同時(shí)要盡量減少紡紗過程中棉結(jié)、毛羽和斷頭的產(chǎn)生。由于不同原料性能不同，對(duì)鋼領(lǐng)與鋼絲圈要求也不同，如針對(duì)粘膠類再生纖維素纖維，由于其纖維長度整齊度較好，含有一定的油劑，纖維熔點(diǎn)也低，因此在紡該類纖維品種時(shí)，需要鋼領(lǐng)更加耐磨，通道更寬暢光滑，截面設(shè)計(jì)更合理，散熱性能更好。

2 鋼領(lǐng)、鋼絲圈種類與特點(diǎn)

2.1 鋼領(lǐng)

鋼領(lǐng)根據(jù)截面形狀一般分為平面鋼領(lǐng)和錐面鋼領(lǐng)兩類。棉紡企業(yè)使用平面鋼領(lǐng)較多，它分為PG1/2（邊寬2.6 mm）型、PG1（邊寬3.2 mm）型、PG2（邊寬4.0 mm）型等，PG1/2 型適合紡細(xì)特和超細(xì)特紗，PG1 型適合紡中特和細(xì)特紗，PG2型適合紡粗特紗。

平面鋼領(lǐng)內(nèi)跑道由多段圓弧相接而成，其內(nèi)跑道較深，頸壁薄，抗楔性能較好，鋼絲圈運(yùn)行時(shí)圈腳不碰內(nèi)外壁，運(yùn)行平穩(wěn)，基本不產(chǎn)生突變張力；但平面鋼領(lǐng)一般不適于高速，易造成斷頭增多，主要原因是鋼領(lǐng)與鋼絲圈接觸面積小，影響散熱，速度太高易導(dǎo)致“飛圈”現(xiàn)象。錐面鋼領(lǐng)內(nèi)跑道的幾何形狀獨(dú)特，為近似雙曲線的直線部分，所用鋼絲圈也是非對(duì)稱圈形，相比平面鋼領(lǐng)鋼絲圈圈形加大，通道寬暢，內(nèi)腳細(xì)長，與鋼領(lǐng)內(nèi)跑道之間近乎平行接觸，鋼領(lǐng)鋼絲圈接觸面積更大，有利于散熱，減小磨損；同時(shí)該類鋼絲圈運(yùn)行平穩(wěn)，可有效減少毛羽和降低斷頭。

從材質(zhì)來看，鋼領(lǐng)過去主要采用碳素鋼、工具鋼等來加工，后來也采用軸承鋼、合金鋼等材料。后兩種鋼領(lǐng)性能更加優(yōu)越，其耐磨性、散熱性和防黏合性有明顯改善，表面更加光滑，氣圈穩(wěn)定，紡紗張力平穩(wěn)；紗條通道通暢，鋼絲圈回轉(zhuǎn)穩(wěn)定，紗線毛羽少、斷頭少。但也有一定的缺陷，比如軸承鋼鋼領(lǐng)在濕度較大的環(huán)境下容易生銹。近年來為了改善鋼領(lǐng)表面特性，使鋼領(lǐng)表面具有自潤滑、防銹、耐磨、抗蝕等特性，很多企業(yè)通過光面、鍍鉻、納米鍍膜、硫化等工藝對(duì)鋼領(lǐng)進(jìn)行了特殊的表面處理，這些處理工藝大大提高了鋼領(lǐng)的使用性能，有效保證了紡紗質(zhì)量。

鋼領(lǐng)表面主要檢測(cè)項(xiàng)目有表面硬度、內(nèi)徑圓整度、頂面平面度、上下面平行度等［3］。鋼領(lǐng)規(guī)格準(zhǔn)確是鋼領(lǐng)合格的重要前提。一般根據(jù)鋼領(lǐng)表面的磨損和衰退程度確定使用壽命；另外不同材質(zhì)鋼領(lǐng)的使用壽命也不同，一般低碳鋼領(lǐng)不得低于6 個(gè)月，合金鋼領(lǐng)不得低于2 年。

鋼領(lǐng)選配時(shí)要根據(jù)所紡纖維強(qiáng)度、紗線號(hào)數(shù)及用途來綜合考慮。一般平面鋼領(lǐng)適合絕大多數(shù)纖維。錐面鋼領(lǐng)價(jià)格較高，普及率較低，但由于其適用于高速，往往能夠帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。以瑞士布雷克錐面鋼領(lǐng)為例，該產(chǎn)品采用分體式“鋼領(lǐng)座，固定環(huán)”系統(tǒng)，可以有效降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化后的鋼領(lǐng)具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和產(chǎn)量；鋼絲圈運(yùn)轉(zhuǎn)性能也更穩(wěn)定，可以有效降低紗線斷頭，優(yōu)化紗線品質(zhì)［4］；另外該類鋼領(lǐng)表面經(jīng)過特殊的熱處理，改善了鋼領(lǐng)與鋼絲圈間的熱傳導(dǎo)，加工化纖時(shí)不易產(chǎn)生熱損傷，不易發(fā)生因溫度升高而導(dǎo)致的表面熔蝕現(xiàn)象。

2.2 鋼絲圈

鋼絲圈是紡紗加捻的重要元件，它通過繞鋼領(lǐng)回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)加捻。鋼絲圈是細(xì)紗加捻卷繞機(jī)構(gòu)中最小的器材，也是細(xì)紗機(jī)最主要的耗材，雖小卻很關(guān)鍵［5］。鋼絲圈按圈形可分為O 系列、G 系列、GS 系列；每個(gè)系列還可以再細(xì)分。O 系列、GS 系列和G 系列鋼絲圈分別應(yīng)用于PG1/2 型鋼領(lǐng)、PG1 型鋼領(lǐng)和PG2 型鋼領(lǐng)。錐面鋼領(lǐng)也有專用的鋼絲圈適配，這種鋼絲圈與鋼領(lǐng)之間的接觸面比平面鋼領(lǐng)與鋼絲圈大4 倍～5 倍。

鋼絲圈選擇時(shí)要充分考慮紡紗品種、錠速、鋼領(lǐng)直徑和鋼領(lǐng)當(dāng)前的使用狀態(tài)［6］。鋼絲圈本身幾何尺寸要精準(zhǔn)，重量一致性要好；另外上機(jī)時(shí)還要考慮鋼絲圈的重心位置。當(dāng)鋼絲圈重心位置偏高時(shí)，通道通暢，紗線易通過，但鋼絲圈與鋼領(lǐng)接觸點(diǎn)位置低，容易使圈腳磨損造成鋼絲圈運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)“脫圈”現(xiàn)象，這種鋼絲圈可用來紡粗號(hào)紗降低重心；反之如果鋼絲圈重心偏低時(shí)，可以紡細(xì)號(hào)紗，有利于減少氣圈波動(dòng)，使鋼絲圈運(yùn)行穩(wěn)定。此外，也要適當(dāng)考慮鋼絲圈圈形，不同的纖維原料適配不同截面的鋼絲圈，鋼絲圈圈形選擇不當(dāng)會(huì)使鋼絲圈與鋼領(lǐng)壁發(fā)生碰撞，從而使鋼絲圈產(chǎn)生抖動(dòng)，導(dǎo)致張力突變而產(chǎn)生斷頭。

3 試紡試驗(yàn)

粘膠纖維因吸濕性好、染色性能好、面料手感光滑而頗受市場(chǎng)青睞。因此，本試驗(yàn)以常規(guī)粘膠氨綸包芯紗品種為例。

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

以現(xiàn)有FA506 型細(xì)紗機(jī)作為試紡機(jī)型，所紡品種為粘膠14.6 tex（44.4 dtex），采用賽絡(luò)紡方式；粗紗定量4.0 g/10 m，2 根喂入；細(xì)紗要求捻度104 捻/10 cm；實(shí)際總牽伸54.8 倍。

原料性能：粘膠纖維長度38 mm，細(xì)度1.33 dtex；氨綸細(xì)度44.4 dtex，氨綸絲預(yù)牽伸4.0 倍。

3.2 試驗(yàn)方案

通過采用不同鋼領(lǐng)、不同錠速分別紡制粘膠氨綸包芯紗，考察錐面鋼領(lǐng)對(duì)粘膠氨綸包芯紗的適紡性。具體試驗(yàn)方案如表1 所示。

表1 錠速與鋼領(lǐng)選配方案

選用的平面鋼領(lǐng)型號(hào)PG1 4254；鋼絲圈采用短矩形截面，型號(hào)8/0；錐面鋼領(lǐng)型號(hào)布雷克OR?BIT 40/54，鋼絲圈型號(hào)SFB 2.8 RL dr 10/0。因平面鋼領(lǐng)與錐面鋼領(lǐng)本身適紡錠速不同，因此分別選用不同的錠速進(jìn)行紡紗。

3.3 紡紗監(jiān)測(cè)與紗線主要指標(biāo)檢測(cè)

首先選用平面鋼領(lǐng)紡紗，觀測(cè)并記錄不同速度下紗線斷頭與氨綸斷絲情況；然后更換錐面鋼領(lǐng)及其配套的鋼絲圈再次紡紗，觀測(cè)并記錄不同速度下紗線斷頭與斷絲情況；最后對(duì)上述兩種條件下所紡的紗線質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試并記錄，具體如表2 所示。

表2 使用不同鋼領(lǐng)所紡紗線質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)果分析

4.1 平面鋼領(lǐng)

在使用平面鋼領(lǐng)時(shí)，隨著速度的增加，紗線斷頭數(shù)增加，斷絲數(shù)也明顯增加；紗線條干CV 從10.8%增長到11.43%，其他質(zhì)量指標(biāo)也都有不同程度的增長。這充分說明使用平面鋼領(lǐng)紡制粘膠紗時(shí)速度不宜過高，一般不要超過14 500 r/min。

4.2 錐面鋼領(lǐng)

在使用錐面鋼領(lǐng)時(shí)，隨著速度的增加，斷頭數(shù)有減少趨勢(shì)；紗線條干稍有上升趨勢(shì)但上升不明顯，粗細(xì)節(jié)等參數(shù)沒有明顯變化，棉結(jié)和毛羽H 值總體稍有下降趨勢(shì)。整體而言，錐面鋼領(lǐng)的成紗質(zhì)量優(yōu)于平面鋼領(lǐng)，說明錐面鋼領(lǐng)在較高速度下有著良好的表現(xiàn)：錠速維持在17 000 r/min條件下，紗線質(zhì)量指標(biāo)仍然較好。但在前期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錠速達(dá)到17 500 r/min 以上時(shí)會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)性斷絲，所以也沒有必要片面追求高速而引起其他一些生產(chǎn)質(zhì)量問題。

5 使用錐面鋼領(lǐng)紡紗注意事項(xiàng)

（1）新鋼領(lǐng)出廠前表面涂有防銹油，該油脂是可揮發(fā)性的，不會(huì)對(duì)紗線造成污染。因此在上機(jī)前無需擦拭表面，但新鋼領(lǐng)上機(jī)時(shí)要先進(jìn)行磨合。

（2）錐面鋼領(lǐng)是專門針對(duì)高速高產(chǎn)要求設(shè)計(jì)的，因此生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的可靠性要好；要求細(xì)紗機(jī)做到錠子、鋼領(lǐng)、導(dǎo)紗鉤、氣圈環(huán)“四心合一”，任何設(shè)備狀態(tài)的問題都有可能影響紡紗效果。

（3）磨合期鋼絲圈的更換遵循生產(chǎn)廠家關(guān)于走熟期的相關(guān)要求，采取輕磨重用的策略，當(dāng)紡紗目標(biāo)速度（比如15 000 r/min）設(shè)定后，初期的磨合要使用比正常紡紗輕1 號(hào)的鋼絲圈，運(yùn)行4 h～12 h，重新更換新鋼絲圈。如需提速則在鋼絲圈更換4 h 后，在一個(gè)速度段內(nèi)的鋼絲圈更換后可間隔4 h～12 h 分段提速，當(dāng)速度達(dá)到該鋼絲圈最大紡紗張力時(shí)再更換下一個(gè)號(hào)數(shù)的鋼絲圈，如此循環(huán)更換提速，直至達(dá)到目標(biāo)速度；此時(shí)鋼絲圈運(yùn)行48 h 后更換同號(hào)數(shù)鋼絲圈，此后才能按鋼絲圈的正常使用周期更換。

（4）由于錐面鋼領(lǐng)配用鋼絲圈細(xì)長，易變形，因此鋼絲圈有掛花風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)中要給予足夠重視。

（5）錐面鋼絲圈更換操作要比平面鋼絲圈復(fù)雜一些，用時(shí)一般是更換平面鋼絲圈的2 倍。因此更換鋼絲圈時(shí)盡可能配用專用更換鋼絲圈工具，以有效減少更換鋼絲圈時(shí)間（效率是傳統(tǒng)人工的3 倍左右），減少損壞，并提高生產(chǎn)效率。

（6）要保證細(xì)紗各區(qū)域溫濕度穩(wěn)定，相對(duì)濕度保持在58%～62%。

（7）喂入粗紗質(zhì)量要穩(wěn)定，無細(xì)節(jié)；開關(guān)車要規(guī)范，如操作不當(dāng)易造成斷頭過多。

6 應(yīng)用錐面鋼領(lǐng)經(jīng)濟(jì)效益分析

使用錐面鋼領(lǐng)雖成本較高，但有利高速，利于降低綜合成本。以我公司10 萬錠車間為例（為方便計(jì)算每臺(tái)車以400 錠計(jì)，共250 臺(tái)），目前使用ORBIT 40/54 型錐面鋼領(lǐng)，其價(jià)格約70 元/個(gè)，可用時(shí)間15 年，期間不需要回磨，則年均成本為4.67 元/個(gè)。國產(chǎn)普通平面鋼領(lǐng)價(jià)格3 元/個(gè)，使用壽命15 個(gè)月，則年均成本為2.4 元/個(gè)。兩種鋼領(lǐng)年均成本相差2.27 元/個(gè)。除此之外，使用傳統(tǒng)平面鋼領(lǐng)還會(huì)增加以下成本：更換平面鋼領(lǐng)時(shí)拆卸裝和回磨的人工成本、重新安裝時(shí)校準(zhǔn)成本、更換期間停臺(tái)成本。具體成本核算如下（換鋼領(lǐng)造成原料、用電、鋼絲圈等成本損耗不計(jì)）。

更換平面鋼領(lǐng)年均拆卸裝、回磨的人工成本：以回磨周期12 個(gè)月計(jì)，1 年需要回磨鋼領(lǐng)約250 臺(tái)次，每臺(tái)回磨、撿剔、上油保養(yǎng)等花費(fèi)時(shí)間約4 h（人工），以每天8 h 工作制計(jì)算，每年需要增加125 個(gè)人的工作量，人工工資以180 元/天計(jì)算，全年需支出22 500 元。

重新安裝時(shí)校準(zhǔn)成本：更換1 次鋼領(lǐng)需要做錠子、鋼領(lǐng)、導(dǎo)紗鉤同軸度校準(zhǔn)，需要更換鋼絲圈、落紗、生頭開車、查絲（針對(duì)氨綸包芯紗品種）等工作，每臺(tái)車需要4 個(gè)人同時(shí)進(jìn)行，每臺(tái)計(jì)2 h，全年更換250 臺(tái)次，人工工資以230 元/天計(jì)，8 h工作制計(jì)算，全年需要約250 個(gè)人工，增加成本57 500 元。

更換鋼領(lǐng)期間的停臺(tái)成本：每臺(tái)車更換鋼領(lǐng)需2 h，以臺(tái)日工費(fèi)1 000 元計(jì)算（以普通品種計(jì)），合計(jì)要損失20 833 元工費(fèi)收入。

錐面鋼領(lǐng)高錠速帶來的利潤增加：在用工、能耗不增加的情況下，采用錐面鋼領(lǐng)生產(chǎn)同一品種要比平面鋼領(lǐng)產(chǎn)量高25%左右，以每臺(tái)日工費(fèi)1 000 元計(jì)算，每天可增加工費(fèi)收入250 元/臺(tái)，合計(jì)62 500 元/天。

綜上分析，由于平面鋼領(lǐng)維護(hù)引起的成本增加約為22 500+57 500+20 833=100 833（元），折合到每個(gè)鋼領(lǐng)上約為1 元，尚不足以抵消單個(gè)錐面鋼領(lǐng)與平面鋼領(lǐng)的年均成本之差2.27 元。但從錐面鋼領(lǐng)高速紡紗帶來的效益提升角度來說，購買錐面鋼領(lǐng)增加的成本問題可以忽略不計(jì)。

7 結(jié)語

綜上所述，使用錐面鋼領(lǐng)及其配套鋼絲圈能夠成功地紡制粘膠14.6 tex（44.4 dtex）賽絡(luò)紡包芯紗。相比平面鋼領(lǐng)，錐面鋼領(lǐng)在提升紡紗速度方面優(yōu)勢(shì)明顯，平均可以提升20%以上，而且在一定程度上能夠優(yōu)化紗線質(zhì)量指標(biāo)。雖然錐面鋼領(lǐng)的初期投入較大，但從長遠(yuǎn)來看，可以有效提升產(chǎn)能，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)明顯，值得推廣。未來，隨著國產(chǎn)鋼領(lǐng)加工材質(zhì)、鋼領(lǐng)加工技術(shù)與表面處理技術(shù)的發(fā)展，相信錐面鋼領(lǐng)的應(yīng)用領(lǐng)域一定會(huì)更加廣泛。