牵伸区内浮游纤维受力分析

（一）引导力与控制力

以前罗拉速度运动的快速纤维作用于浮游纤维上的动摩擦力称为引导力，以后罗拉速度运动的慢速纤维作用于浮游纤维上的静摩擦力称为控制力，控制力使浮游纤维保持慢速运动，而引导力则使浮游纤维快速前进。当引导力大于控制力时，该浮游纤维变速，所以，浮游纤维的运动主要决定于作用在该纤维上的控制力和引导力的大小。

图6-6 表示浮游纤维在牵伸区中的受力情况，图中（a）表示由两对罗拉组成的牵伸区，图中（b）表示牵伸区的摩擦力界分布，图中（c）表示该牵伸区中快、慢速纤维的数量分布。

设在X—X 截面上的摩擦力界强度为P （x），则作用在某一根浮游纤维单位长度上的摩擦力为μP （x），μ 为纤维间的摩擦系数。快、慢速纤维与浮游纤维的接触概率分别为k（x）/N （x）和K （x）/N （x），则作用于浮游纤维整个长度上的引导力FA 与控制力FB 分别为：

式中：μV——纤维间相对速度为V 时的动摩擦系数；

　　　μ0——纤维间相对速度为零时的静摩擦系数；

　　　l——纤维的长度；

　　　a——纤维后端距后罗拉钳口的距离。

显然该浮游纤维由慢速转变为快速的条件为FA＞FB；而FB≥FA 时，浮游纤维保持慢速。

由式（6-6）可知，影响引导力FA 和控制力FB 的主要因素有：与浮游纤维相接触的快速和慢速纤维数量、摩擦力界的强度分布，浮游纤维本身的长度、摩擦性能以及所处须条中的位置等。在牵伸过程中应尽量减少这些因素的波动，使纤维运动保持稳定，满足对牵伸的要求。

此外，由式（6-6）还可知，在M 点处快速纤维和慢速纤维的数量相等，即受到的引导力和控制力相等，此时，慢速运动的浮游纤维最有可能开始变为快速运动，因而该点也可称为浮游纤维的理论变速点。

（二）牵伸力与握持力

1.牵伸力的概念 牵伸过程中把按前罗拉速度运动的全部快速纤维，从按后罗拉速度运动的慢速纤维中抽引出来时，克服摩擦阻力总和所用的力称为牵伸力。

图6-6　浮游纤维在牵伸区的受力分析

牵伸力与控制力、引导力不同，牵伸力是指须条在牵伸过程中用于克服摩擦阻力的力，而控制力和引导力是对一根纤维而言。牵伸力Fd 与快、慢速纤维的数量分布及工艺参数有关，其表达式可由控制力的概念得到：

式中：lmax——最长纤维长度。

由式（6-7）可以看出，影响牵伸力Fd 的因素主要有牵伸区内各类型纤维的数量分布k（x）、K （x）、N （x）、摩擦力界分布P （x）以及纤维性能（μ、lmax）等。而各类型纤维的数量分布主要随牵伸倍数和喂入定量的变化而变化。

2.影响牵伸力的因素

（1）牵伸倍数。

①当喂入须条线密度不变时，牵伸力与牵伸倍数的关系如图6-7 （a）所示，其变化规律呈现明显不同的三个区域。

图6-7　牵伸力与牵伸倍数关系

张力牵伸区：即牵伸倍数小于Ec 的区域。此时须条主要是在张力的作用下产生弹性伸长或纤维伸直，但随着牵伸倍数的增加，牵伸力迅速增大。当牵伸倍数接近于Ec 时，快、慢速纤维间产生微量相对位移。在Ec 处，牵伸力最大，该牵伸倍数称为临界牵伸倍数。

临界牵伸区：在Ec 处的牵伸过程较为复杂，波动亦较大。此区由于快、慢速纤维数量的变化，浮游纤维开始不规则运动，在牵伸过程中纤维运动处于滑动与不滑动的转变过程，因此，该部分的牵伸力波动大。在实际使用中，应尽可能避开此区域，以免影响浮游纤维运动，而使须条不匀率增加。临界牵伸倍数的大小与纤维种类、长度、细度及其在须条中的状态（平行伸直程度）有关，还受须条线密度、罗拉隔距等因素的影响。(www.xing528.com)

位移牵伸区：该部分为主要使用的牵伸区。在此区内，快速纤维与慢速纤维间产生相对位移，快、慢速纤维的数量比取决于牵伸倍数，牵伸倍数越大，则快速纤维数量越少，牵伸力越小。

②当输出须条线密度不变时，牵伸力与牵伸倍数的关系如图6-7 （b）所示。此时，牵伸倍数的增大意味着喂入须条的线密度增加。虽然前罗拉握持的快速纤维数量没有变化，但因慢速纤维数量增加以及后钳口摩擦力界向前扩展，因而每根快速纤维受到的阻力增大，牵伸力快速增大。

此外，当牵伸倍数一定，而增加喂入须条的线密度或定量时，同样由于慢速纤维数量的增加以及摩擦力界的扩展，而使牵伸力增大。

（2）摩擦力界。牵伸区中摩擦力界分布对牵伸力的影响因素主要包括罗拉隔距、附加摩擦力界布置以及喂入须条的线密度或定量等。

图6-8　罗拉隔距与牵伸力的关系

在保证实现牵伸的范围内改变罗拉隔距时，牵伸力的变化规律如图6-8 所示。随罗拉隔距增大，牵伸力迅速减小，但之后程度逐渐降低，因为大隔距时快速纤维的后端受摩擦力界的影响很小；而当罗拉隔距缩小到一定程度后，快速纤维尾端受后罗拉摩擦力界影响加大，部分长纤维可能同时受到前、后罗拉控制，牵伸力剧增，使纤维被拉断或牵伸不开而出现“硬头”，从而恶化须条的均匀度，严重时甚至无法开车。

喂入须条线密度或定量改变时，会影响摩擦力界的扩展。随着喂入须条定量的增加，须条的宽度、厚度均增加，导致摩擦力界分布长度扩展，牵伸力增大。

牵伸区中带有附加摩擦力界装置时，牵伸力增大。

（3）纤维性能。

①若纤维长度长，则须条牵伸时，快速纤维将在较长的长度受到摩擦阻力，牵伸力大；

②若纤维线密度小，则同样线密度的须条截面中纤维根数多，同时接触的纤维数量较多，接触面积大，纤维间的抱合力一般也较大，所以牵伸力大；

③纤维表面摩擦性能变化，如染色纤维表面发涩，纤维间的摩擦系数增大，牵伸力增大；外界环境温湿度大引起纤维发黏，使摩擦系数增大，牵伸力增大；纤维在须条中的平行顺直度差，则纤维相互交叉纠缠，摩擦力较大，牵伸力亦较大。

3.握持力

（1）握持力的概念。在罗拉牵伸中，为使牵伸顺利进行，罗拉钳口对须条要有足够的握持力。罗拉握持力是指罗拉钳口对须条的摩擦力，其大小取决于钳口对须条的压力及罗拉与须条间的摩擦系数。如果罗拉握持力不足，须条就不能正确地按罗拉表面速度运动，而在钳口下产生打滑，造成牵伸效率下降、输出须条不匀，甚至出现牵伸不开的“硬头”现象等不良后果。因此，罗拉钳口对须条的握持力必须充分，即握持力大于牵伸力是进行正常牵伸的前提。

（2）影响握持力的因素。影响握持力的因素，除罗拉压力大小及其稳定性外，主要还有胶辊的硬度、罗拉表面沟槽形态及槽数，同时胶辊磨损、胶辊芯子缺油而回转不灵活、罗拉沟槽棱角磨损等也会影响握持力。

当牵伸力变化时，应适时调整握持力，一般应使钳口的握持力为最大牵伸力的2～3 倍。牵伸装置各对罗拉上所加压力的大小是通过实际试验确定的，罗拉加压方式有重锤加压、液流加压、弹簧加压、板簧加压和气动加压等。

（3）罗拉钳口下须条的受力分析。图6-9 所示为牵伸装置中须条的受力情况。由于喂入须条比较粗厚，上、下罗拉一般不能直接接触，所以罗拉压力全部作用在须条上，胶辊的运动是由须条带动的，前、后胶辊对须条的摩擦力f1、f2 同须条的运动方向相反，如牵伸力Fd大于须条张力Ta、Tb，须条在前钳口有向后滑动的趋势，故前罗拉作用于须条上的摩擦力F1的方向向前，须条在后钳口有向前滑动的趋势，故后罗拉作用于须条上的摩擦力F2 的方向向后，因而在正常牵伸时，罗拉钳口握持须条的条件是：

前钳口：F1+Ta≥Fd+f1 或F1-f1≥Fd-Ta

后钳口：F2+Tb+f2≥Fd 或F2+f2≥Fd-Tb

由此可见，在须条张力Ta、Tb 较小时，为使牵伸能顺利进行，前、后钳口的实际握持力F1-f1 和F2+f2 必须均与牵伸力相适应，而后钳口更容易满足条件，又因前罗拉转速高，易打滑、跳动，压力应该大，即前胶辊上的压力P1 应大于后胶辊上的压力P2。须条在罗拉钳口下发生打滑，其原因实际是握持力同牵伸力不相适应，或者握持力太小，或牵伸力太大之故。

图6-9　钳口下须条的受力

4.对牵伸力和握持力的要求 牵伸力反映了牵伸区中快速纤维与慢速纤维之间的联系力，由于这种联系力，使得慢速纤维在张紧状态下转变为快速纤维，同时使纤维在牵伸过程中伸直平行。牵伸力的大小适当，且保持稳定，是保证纤维在牵伸区中运动稳定、达到牵伸要求的必要条件。

牵伸力不能过大，其上限不能接近或超过正常加压罗拉的握持力，否则纱条在罗拉钳口处打滑，造成产品不匀；也不能过小，其下限应能使牵伸区中须条最松散部分的纤维保持一定张力。这种张紧使须条纤维间相互紧贴，形成对须条的约束，一方面可减少牵伸过程中纤维的扩散，更重要的是使快速纤维能稳定地引导纤维进入前罗拉钳口。此外，牵伸力在须条上产生的张力应沿须条合理分布，不能超出须条的强力，否则，须条就会发生局部甚至全部的分裂。

对牵伸力和握持力的分析，揭示了牵伸倍数、罗拉隔距、罗拉加压等牵伸基本工艺参数间的内在联系。生产中，需要结合纤维性能、须条线密度或定量、附加摩擦力界装置等影响牵伸力变化的因素，合理调整工艺参数，使之与握持力相适应。例如，加工化学纤维时，因其长度长、长度整齐度好、表面摩擦系数大，可适当减轻喂入定量、放大隔距、增大前罗拉加压等，通过轻定量、大隔距、重加压来降低牵伸力、增大握持力，满足牵伸要求。再如，夏季高温高湿、须条发黏、在罗拉钳口下打滑比较严重时，可通过适当放大罗拉隔距或增大罗拉加压等措施改善。另外，在原料选配时，要控制接批纤维的性能差异，使生产过程和产品质量稳定也是这个道理。牵伸机构中的附加摩擦力界装置种类繁多，需要具体制订相应的工艺参数。

总之，在理论分析的基础上，还必须从实际出发，掌握各种有关因素对牵伸力和握持力的影响规律，从而进行有效的调整。