气动技术在高速纺丝机中的应用

收稿日期: 2000- 01- 11; 修订日期: 2000- 02- 15 科研 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 气动技术在高速纺丝机中的应用 刘　冠　楠 (中国纺织科学研究院机电自动化研究所,北京 100025) 【摘要】　阐述了在高速纺丝机牵伸卷绕部分应用气动技术的理论依据及实践体会。 根据纺丝工艺确定压缩空气的使用质量、耗气量,得出空气流量, 从而选择气路管径及匹 配气动元件, 合理地配置气动管路,确保纺丝工艺要求。 主题词: 　高速纺丝机　牵伸装置　气动技术　应用 1　引　言 在化纤高速纺丝机( POY、FDY、HOY 等)设备中, 牵伸卷绕机是关键装置, 其中气动技术起着 重要作用,如德国 Barmag 公司的 SW4S、SW6S 系列的高速卷绕头完全依靠气电控制,另外断丝控 制、丝束生头等都是通过气动来实现的。因此,合理地运用气动技术,能够有效地提高成丝品质及成 卷率,降低毛丝、小卷丝及废丝量。 根据近年来气控部分的设计及应用实践,本文着重从压缩空气的使用质量、纺丝工艺要求的耗 气量、管路中空气流量及气路设计等方面, 论述气动技术在高速纺中的应用。 2　纺丝工艺对空气质量的要求 在化纤高速纺丝过程中,牵伸卷绕部分采用气动技术的有 3处: ¹ 生头用的吸丝枪; º 断丝用 的吸丝嘴; » 卷绕头的动作及控制。 前两处可直接采用经气源处理的压缩空气,第» 处对空气质量要求较高,具体要求如下: ¹ 进气控柜的空气压力≥0. 6M Pa,便于调节卷绕过程中几种压力的需求。 º 无脉动压力,通过储气罐实现这一目的。 » 卷绕头用气含尘粒度≤5Lm。 ¼压缩空气的最大相对湿度不得大于 90%。 ½ 含有适量润滑用的油分及最大限度控制质变的润滑油。 气动系统工作的好坏, 不仅取决于气动元件自身的性能, 还依赖于压缩空气的质量。气动元件 的故障,大多是对空气质量管理不善造成的。压缩空气中的杂质主要来自: ¹ 系统外部的大气中被吸收的杂质(见表 1) ; º 系统内部产生的杂质(见表 2) ; » 安装及维修 时产生的杂质(见表 3)。 压缩空气中杂质对气动系统的影响如下: ¹ 水分——使管道、阀类、气缸等部位锈蚀;冲洗元件内部的润滑油,因而降低设备运转的效 率;低温时会冻结,造成元件动作失灵。 º 油分——指受热而变质的润滑油, 会使橡胶、塑料等变形老化;而油泥等污物会使活动部分 被粘住。 6 2000年第 1期 表 1　系统外部的杂质[ 1] 名　称 　　　　　　内　　容 灰　尘 煤烟、灰尘、金属粉、水泥粉、纤维粉等粉尘 湿　气 水蒸气 微生物 花粉、细菌病毒 气　体 有机溶剂气体、亚硫酸气体等 盐　分 含盐杂质 表 2　系统内部的杂质[ 1] 　　名　称 　　　　内　　　容 冷凝机内杂质 空气压缩、冷却时产生的杂质 压缩机油及油泥 压缩机油在高温下产生的氧化物 锈 管子内部的锈屑及其剥落物 磨损粉末 滑动部分产生的金属粉、密封材料粉末 不适当润滑油 粘度高的润滑油、苯胺点低的润滑油 表 3　安装、维修时产生的杂质 [ 1] 名　称 　　　　　　　　　内　　　容 杂质 螺纹牙屑、毛刺纱头等残留物、焊接氧化物、切屑、铸砂、密封材料碎片 » 粉尘类杂质——会划伤或嵌入滑动表面及密封部分,造成设备动作不正常,还会堵塞过滤元 件,增大管道阻力。 因此,在设计气路的过程中,应考虑安装过滤元件,选择合理的混油元件,考虑设计系统的润滑 及出水装置, 以确保系统安全、稳定地工作。 3　纺丝工艺对管径及流量的要求 前面提到,在纺丝过程中有 3处用气, 根据 Barmag 卷绕头使用说明书,具体耗气量如下: ¹ 生头用吸丝枪用气量, 180m3 / h·每嘴; º 断丝用剪丝嘴用气量, 65m 3/ h·每嘴; » 卷绕耗气量,约为 0. 5m 3/ h。 实际上, 按 8位 16个 SW4S 型卷绕头, 2把吸丝枪,估算整台卷绕机最大耗气量达 1811m 3/ h。 现以吸丝枪为例(参见图 1) ,对其耗气量进行理论计算。 由图 1可知, 吸丝枪是根据气动技术中的引射原理而设计的, 其中: PA——吸丝枪压缩空气压力, 0. 6M Pa(表压) : 7《纺织科学研究》 图 1　吸丝枪工作原理图 PB——吸丝枪内混合空气压力( PA、PD混合) , M Pa; PC——混合空气及废丝排出口处空气压力,也可看成大气压力, 0. 1013M Pa; PD——吸丝枪吸丝口处负压力, MPa; R——负压口末端半径, mm ; $R——节流口处圆环径向变量, mm。 在设计吸丝枪的过程中, 既要考虑吸入丝束的速度远大于纺丝速度, 又要考虑吸丝枪的通用 性。而在高速纺丝过程中, 一般有: POY 纺速　　　　2500～4000m/ m in FDY 纺速　　　　4500～6000m/ m in HOY的纺速比 FDY更高,若按纺速 8000m/ m in, 即 133m / s来考虑, 则 PB 处的空气流速应尽 量达到声速,一般有 P B/ PA< 0. 528, 或 PA> 1. 894PB, 以确保 PB 处的空气流速在声速区范围内, 所 以有[ 1] : Q Z = 1890APA 273 T A ( 1) 式中: Q Z——吸丝枪耗气量, cm 3/ s ; A——P B处节流口截面积:P[ ( R+ $R) 2- R 2] , mm2 ; T A——PA处的绝对温度, K。 若设R= 4mm, $R= 1. 5mm , T A= 273+ 20K , PA= 0. 6M Pa,则有: Q Z = 1890× 3. 14× 14. 25× 0. 6 273293 = 48978. 45( cm 3/ s) ≈ 176. 32( m 3/ h) 　　通过( 1)式的计算可知,在吸丝枪的实际使用中, 有时会吸力不足,主要原因是当 A 已确定时, PA 是影响 Q Z的主要因素。 在计算气路时注意,气动系统中气动元件有效截面积的计算公式如下[ 1] : 当若干有效截面积为 S1、S2、⋯Sn的气动元件串联使用时,流路合成后的有效截面积为: 1 S 2 = 1 S 2 1 + 1 S 2 2 + ⋯ 1 S 2 n ( 2) 　　当若干有效截面积为 S1、S2、⋯Sn的气动元件并联使用时,流路合成后的有效截面积为: S = S 1 + S2 + ⋯Sn ( 3) 　　通过上述方程式及数据可以算出各部分管路的管径以及应选择气动元件的规格。 8 2000年第 1期 4　纺丝工艺对配置气动管路的要求 化纤厂一般采用集中供气, 并设有压缩空气站。由空气压缩机排出的压缩空气经冷却器后进入 储气罐保压, 再通过管道送往各气动装置。因此,在使用纺丝机车间内的气路配管时应注意: ¹ 对于进入气动元件之前的压缩空气,应先降温,除去空气中的冷凝水。 º 主管道末端应向下倾斜, 斜度为 1/ 100,以便除去管路中的冷凝水及杂质。 » 在管道途中易积存冷凝水的地方,如倾斜的管子末端、分管道接出的下中部位、储气罐下部、 凹形配管部位等处,必须设置冷凝水排放口,以随时排放冷凝水及杂质。 ¼由主管道接出分支管时, 应从上部出管, 使冷凝水及杂质不致进入分支管道(参见图 2)。 图 2　安装纺丝机车间配管时应注意的事项 5　纺丝工艺对气压的要求 高速纺丝卷绕工艺对于空气质量有着较高的要求,同时对气压也有着一定要求(参见图 3)。 在图 3中: P1——工作压力(通过阀 5/ 2V 1关断,使卷绕头上升至停止位置,并使筒管夹头在一个较短暂 的启动时间内达到最佳的、稳定的加速度工作压力)。运行压力: 0. 6M Pa(表压)。 P2——接触压力(在卷绕头正常卷绕过程中的接触压力,一般 P2 略大于 P 3)。运行压力范围: 0. 3～0. 4M Pa(表压)。 P3——接触压力(在卷绕头生头、上丝过程中的接触压力, 略低于 P 2, 以确保第一层丝平滑卷 绕,从而避免在以后染色时出现问题)。运行压力范围: 0. 3～0. 4M Pa(表压)。 P4——筒管夹头的工作压力。运行压力: 0. 6M Pa(表压)。 耗气量: 每个卷绕头 0. 5m 3/ h。 9《纺织科学研究》 图 3　Barmag 公司高速纺丝机气路原理图 6　结束语 综上所述,气动技术在高速纺中起着较为重要的作用。在中国纺科院机电自动化所与本院机械 厂共同开发研制的 POY、DFY 等设备中, 曾经出现过吸丝枪吸力不足、切丝器切力偏小等问题, 这 是由于在气路设计过程中, 管路的有效面积偏小,或因气源气压偏低而造成的。所以在气路的设计 中,应有充分的理论依据,即在考虑压缩空气质量的同时,应充分计算耗气量,在气源压力确定的情 况下,增加管路的有效截面积,确保用气量符合纺丝工艺的要求。 7　参考文献 1　郑洪生主编 . 气压传动及控制 . 北京: 机械工业出版社, 1996. 17～19 (上接第 5页) 还有需进一步改进的地方, 如个别指标有富余, 需针对用户的实际情况进行调整; 前面提到的低谐 波绕组在变频电机上的应用,由于没有可借鉴的资料,还需进一步探索;卷绕机用电机的工艺还要 进一步完善, 外观质量要进一步提高。 7　参考文献 1　许实章 . 交流电机绕组理论 . 北京:机械工业出版社, 1985. 44～45 2　上海电器科学研究所中小型电机设计手册编写组 . 中小型电机设计手册 . 北京:机械工业出版 社, 1995. 24～26 10 2000年第 1期