开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-7415(2020)12-0065-04钢领是纺纱的重要元件,钢领选配对纺纱过程中的断头率有很大影响,同时对成纱条干、毛羽等指标也有着重要的影响[1]。随着细纱锭子速度的提升、用户对纱线质量要求的提高,纺纱企业对钢领的要求也越来越高。平面钢领与锥面钢领是纺纱过程中常应用到的两种钢领,需要配备不同的钢丝圈。本研究对平面钢领与布雷克锥面钢领的使用效果作以探讨。1 钢领钢丝圈配合对纱线质量的影响钢领、钢丝圈选用与配合是纺纱厂管理的一项重要工作,钢领与钢丝圈的配合对纺纱过程中的张力影响很大[2],同时影响成纱质量、生产效率以及生产成本。钢领要适应纺纱高速度、大卷装;钢丝圈要能与钢领很好配合,要具有良好的散热性能,使用寿命长,同时要尽量减少纺纱过程中棉结、毛羽和断头的产生。由于不同原料性能不同,对钢领与钢丝圈要求也不同,如针对粘胶类再生纤维素纤维,由于其纤维长度整齐度较好,含有一定的油剂,纤维熔点也低,因此在纺该类纤维品种时,需要钢领更加耐磨,通道更宽畅光滑,截面设计更合理,散热性能更好。2 钢领、钢丝圈种类与特点2.1 钢领钢领根据截面形状一般分为平面钢领和锥面钢领两类。棉纺企业使用平面钢领较多,它分为 PG1/2(边宽2.6 mm)型、PG1(边宽3.2 mm)型、PG2(边宽4.0 mm)型等,PG1/2型适合纺细特和超细特纱,PG1型适合纺中特和细特纱,PG2型适合纺粗特纱。平面钢领内跑道由多段圆弧相接而成,其内跑道较深,颈壁薄,抗楔性能较好,钢丝圈运行时圈脚不碰内外壁,运行平稳,基本不产生突变张力;但平面钢领一般不适于高速,易造成断头增多,主要原因是钢领与钢丝圈接触面积小,影响散热,速度太高易导致“飞圈”现象。锥面钢领内跑道的几何形状独特,为近似双曲线的直线部分,所用钢丝圈也是非对称圈形,相比平面钢领钢丝圈圈形加大,通道宽畅,内脚细长,与钢领内跑道之间近乎平行接触,钢领钢丝圈接触面积更大,有利于散热,减小磨损;同时该类钢丝圈运行平稳,可有效减少毛羽和降低断头。从材质来看,钢领过去主要采用碳素钢、工具钢等来加工,后来也采用轴承钢、合金钢等材料。后两种钢领性能更加优越,其耐磨性、散热性和防黏合性有明显改善,表面更加光滑,气圈稳定,纺纱张力平稳;纱条通道通畅,钢丝圈回转稳定,纱线毛羽少、断头少。但也有一定的缺陷,比如轴承钢钢领在湿度较大的环境下容易生锈。近年来为了改善钢领表面特性,使钢领表面具有自润滑、防锈、耐磨、抗蚀等特性,很多企业通过光面、镀铬、纳米镀膜、硫化等工艺对钢领进行了特殊的表面处理,这些处理工艺大大提高了钢领的使用性能,有效保证了纺纱质量。钢领表面主要检测项目有表面硬度、内径圆整度、顶面平面度、上下面平行度等[3]。钢领规格准确是钢领合格的重要前提。一般根据钢领表面的磨损和衰退程度确定使用寿命;另外不同材质钢领的使用寿命也不同,一般低碳钢领不得低于6个月,合金钢领不得低于2年。钢领选配时要根据所纺纤维强度、纱线号数及用途来综合考虑。一般平面钢领适合绝大多数纤维。锥面钢领价格较高,普及率较低,但由于其适用于高速,往往能够带来更好的经济效益。以瑞士布雷克锥面钢领为例,该产品采用分体式“钢领座,固定环”系统,可以有效降低生产成本,优化后的钢领具有更高的运转速度和产量;钢丝圈运转性能也更稳定,可以有效降低纱线断头,优化纱线品质[4];另外该类钢领表面经过特殊的热处理,改善了钢领与钢丝圈间的热传导,加工化纤时不易产生热损伤,不易发生因温度升高而导致的表面熔蚀现象。2.2 钢丝圈钢丝圈是纺纱加捻的重要元件,它通过绕钢领回转实现加捻。钢丝圈是细纱加捻卷绕机构中最小的器材,也是细纱机最主要的耗材,虽小却很关键[5]。钢丝圈按圈形可分为O系列、G系列、GS系列;每个系列还可以再细分。O系列、GS 系列和G系列钢丝圈分别应用于PG1/2 型钢领、PG1 型钢领和PG2 型钢领。锥面钢领也有专用的钢丝圈适配,这种钢丝圈与钢领之间的接触面比平面钢领与钢丝圈大4倍~5倍。钢丝圈选择时要充分考虑纺纱品种、锭速、钢领直径和钢领当前的使用状态[6]。钢丝圈本身几何尺寸要精准,重量一致性要好;另外上机时还要考虑钢丝圈的重心位置。当钢丝圈重心位置偏高时,通道通畅,纱线易通过,但钢丝圈与钢领接触点位置低,容易使圈脚磨损造成钢丝圈运行不稳定,甚至出现“脱圈”现象,这种钢丝圈可用来纺粗号纱降低重心;反之如果钢丝圈重心偏低时,可以纺细号纱,有利于减少气圈波动,使钢丝圈运行稳定。此外,也要适当考虑钢丝圈圈形,不同的纤维原料适配不同截面的钢丝圈,钢丝圈圈形选择不当会使钢丝圈与钢领壁发生碰撞,从而使钢丝圈产生抖动,导致张力突变而产生断头。3 试纺试验粘胶纤维因吸湿性好、染色性能好、面料手感光滑而颇受市场青睐。因此,本试验以常规粘胶氨纶包芯纱品种为例。3.1 试验准备以现有FA506型细纱机作为试纺机型,所纺品种为粘胶14.6 tex(44.4 dtex),采用赛络纺方式;粗纱定量4.0 g/10 m,2根喂入;细纱要求捻度104捻/10 cm;实际总牵伸54.8倍。原料性能:粘胶纤维长度38 mm,细度1.33 dtex;氨纶细度44.4 dtex,氨纶丝预牵伸4.0倍。3.2 试验方案通过采用不同钢领、不同锭速分别纺制粘胶氨纶包芯纱,考察锥面钢领对粘胶氨纶包芯纱的适纺性。具体试验方案如表1所示。.T001表1锭速与钢领选配方案试验方案钢领类型锭速/r·min-1前罗拉速度/r·min-11平面13 5001652平面14 0001713平面14 5001774平面15 0001905锥面15 0001906锥面16 0001967锥面16 5002028锥面17 000207选用的平面钢领型号PG1 4254;钢丝圈采用短矩形截面,型号8/0;锥面钢领型号布雷克ORBIT 40/54,钢丝圈型号SFB 2.8 RL dr 10/0。因平面钢领与锥面钢领本身适纺锭速不同,因此分别选用不同的锭速进行纺纱。3.3 纺纱监测与纱线主要指标检测首先选用平面钢领纺纱,观测并记录不同速度下纱线断头与氨纶断丝情况;然后更换锥面钢领及其配套的钢丝圈再次纺纱,观测并记录不同速度下纱线断头与断丝情况;最后对上述两种条件下所纺的纱线质量进行测试并记录,具体如表2所示。.T002表2使用不同钢领所纺纱线质量指标对比试验方案千锭时断头/根千锭时断丝/根条干CV/%条干CVb/%细节/个·km-1粗节/个·km-1+140%棉结/个·km-1+200%棉结/个·km-1毛羽H值15010.803.70010105293.0026010.733.30012102313.0039111.093.50115109364.30423711.434.10521115405.00519810.611.690883263.3067010.762.970882253.3076010.981.700870183.1286011.084.360661193.034 结果分析4.1 平面钢领在使用平面钢领时,随着速度的增加,纱线断头数增加,断丝数也明显增加;纱线条干CV从10.8%增长到11.43%,其他质量指标也都有不同程度的增长。这充分说明使用平面钢领纺制粘胶纱时速度不宜过高,一般不要超过14 500 r/min。4.2 锥面钢领在使用锥面钢领时,随着速度的增加,断头数有减少趋势;纱线条干稍有上升趋势但上升不明显,粗细节等参数没有明显变化,棉结和毛羽H值总体稍有下降趋势。整体而言,锥面钢领的成纱质量优于平面钢领,说明锥面钢领在较高速度下有着良好的表现:锭速维持在17 000 r/min条件下,纱线质量指标仍然较好。但在前期试验中发现,当锭速达到17 500 r/min以上时会出现偶发性断丝,所以也没有必要片面追求高速而引起其他一些生产质量问题。5 使用锥面钢领纺纱注意事项(1)新钢领出厂前表面涂有防锈油,该油脂是可挥发性的,不会对纱线造成污染。因此在上机前无需擦拭表面,但新钢领上机时要先进行磨合。(2)锥面钢领是专门针对高速高产要求设计的,因此生产设备状态的可靠性要好;要求细纱机做到锭子、钢领、导纱钩、气圈环“四心合一”,任何设备状态的问题都有可能影响纺纱效果。(3)磨合期钢丝圈的更换遵循生产厂家关于走熟期的相关要求,采取轻磨重用的策略,当纺纱目标速度(比如15 000 r/min)设定后,初期的磨合要使用比正常纺纱轻1号的钢丝圈,运行4 h~12 h,重新更换新钢丝圈。如需提速则在钢丝圈更换4 h后,在一个速度段内的钢丝圈更换后可间隔4 h~12 h分段提速,当速度达到该钢丝圈最大纺纱张力时再更换下一个号数的钢丝圈,如此循环更换提速,直至达到目标速度;此时钢丝圈运行48 h后更换同号数钢丝圈,此后才能按钢丝圈的正常使用周期更换。(4)由于锥面钢领配用钢丝圈细长,易变形,因此钢丝圈有挂花风险,生产中要给予足够重视。(5)锥面钢丝圈更换操作要比平面钢丝圈复杂一些,用时一般是更换平面钢丝圈的2倍。因此更换钢丝圈时尽可能配用专用更换钢丝圈工具,以有效减少更换钢丝圈时间(效率是传统人工的3倍左右),减少损坏,并提高生产效率。(6)要保证细纱各区域温湿度稳定,相对湿度保持在58%~62%。(7)喂入粗纱质量要稳定,无细节;开关车要规范,如操作不当易造成断头过多。6 应用锥面钢领经济效益分析使用锥面钢领虽成本较高,但有利高速,利于降低综合成本。以我公司10万锭车间为例(为方便计算每台车以400锭计,共250台),目前使用ORBIT 40/54型锥面钢领,其价格约70元/个,可用时间15年,期间不需要回磨,则年均成本为4.67元/个。国产普通平面钢领价格3元/个,使用寿命15个月,则年均成本为2.4元/个。两种钢领年均成本相差2.27元/个。除此之外,使用传统平面钢领还会增加以下成本:更换平面钢领时拆卸装和回磨的人工成本、重新安装时校准成本、更换期间停台成本。具体成本核算如下(换钢领造成原料、用电、钢丝圈等成本损耗不计)。更换平面钢领年均拆卸装、回磨的人工成本:以回磨周期12个月计,1年需要回磨钢领约250台次,每台回磨、捡剔、上油保养等花费时间约4 h(人工),以每天8 h工作制计算,每年需要增加125个人的工作量,人工工资以180元/天计算,全年需支出22 500元。重新安装时校准成本:更换1次钢领需要做锭子、钢领、导纱钩同轴度校准,需要更换钢丝圈、落纱、生头开车、查丝(针对氨纶包芯纱品种)等工作,每台车需要4个人同时进行,每台计2 h,全年更换250台次,人工工资以230元/天计,8 h工作制计算,全年需要约250个人工,增加成本57 500元。更换钢领期间的停台成本:每台车更换钢领需2 h,以台日工费1 000元计算(以普通品种计),合计要损失20 833元工费收入。锥面钢领高锭速带来的利润增加:在用工、能耗不增加的情况下,采用锥面钢领生产同一品种要比平面钢领产量高25%左右,以每台日工费1 000元计算,每天可增加工费收入250元/台,合计62 500元/天。综上分析,由于平面钢领维护引起的成本增加约为22 500+57 500+20 833=100 833(元),折合到每个钢领上约为1元,尚不足以抵消单个锥面钢领与平面钢领的年均成本之差2.27元。但从锥面钢领高速纺纱带来的效益提升角度来说,购买锥面钢领增加的成本问题可以忽略不计。7 结语综上所述,使用锥面钢领及其配套钢丝圈能够成功地纺制粘胶14.6 tex(44.4 dtex)赛络纺包芯纱。相比平面钢领,锥面钢领在提升纺纱速度方面优势明显,平均可以提升20%以上,而且在一定程度上能够优化纱线质量指标。虽然锥面钢领的初期投入较大,但从长远来看,可以有效提升产能,经济效益优势明显,值得推广。未来,随着国产钢领加工材质、钢领加工技术与表面处理技术的发展,相信锥面钢领的应用领域一定会更加广泛。

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