附加摩擦力界装置在牵伸工艺中的应用

（一）罗拉式

罗拉式附加摩擦力界装置的显著特点是上、下罗拉的数量不等，可以是上罗拉多，也可以是下罗拉多，形成“品”或倒“品”字形，改变了罗拉钳口的布置形式和位置，使须条在牵伸区的通道由简单罗拉的直线变为曲线，也称曲线牵伸，如图6-16 所示。

图6-16　罗拉式附加摩擦力界钳口布置

1.三上四下型 三上四下型罗拉牵伸装置有前置式和后置式两种，如图6-17 （a）和（b）所示，都是由一根较大的胶辊骑跨在两个下罗拉上，形成两个独立的牵伸区，为双区牵伸。以前置式为例，大胶辊与2、3 罗拉组成的两个钳口之间无牵伸，使须条紧贴于胶辊表面上，使牵伸区后部的摩擦力界向前延伸；同时，将第2 罗拉位置适当抬高后，须条在第2罗拉上也形成包围弧。通过这样的布置，大大加强了牵伸区中后部的摩擦力界强度，改善了对纤维运动的控制，阻止了纤维的提前变速，使纤维变速点位置集中且靠近前钳口。此外，由于2、3 罗拉间纤维束的牵伸力接近于零（无牵伸），大胶辊加压充分即可保持运转稳定，使须条在2、3 两个钳口处打滑率较小。但小罗拉容易缠绕纤维，不适合高速和轻定量，前置式的后区有反包围弧，不利于对后牵伸区纤维运动的控制。

图6-17　三上四下罗拉牵伸

在牵伸分配上，应遵循带有附加摩擦力界装置的牵伸区（主牵伸区）牵伸倍数大，而简单罗拉牵伸区的牵伸倍数小的原则。

对于前置式，后区较小的牵伸倍数不会引起太大的牵伸不匀，但能使纤维伸直，使纤维的运动和变速稳定，为前区牵伸创造条件，使前区牵伸倍数有可能提高，因而后区称为预牵伸区。

对于后置式，主牵伸区是后区，喂入纤维数量较前置式多，因此，后部的摩擦力界较强，对控制浮游纤维的运动有利。而前区则作为主牵伸区牵伸后须条的整理区，此时纤维经主牵伸区的高倍牵伸后，有一急弹性变形，在整理区一定张力牵伸的作用下，能防止和减少纤维的回缩现象，有利于纤维伸直度保持稳定。

通常预牵伸区的牵伸倍数要比整理区的大，因此，前置式的牵伸能力比后置式大，应用也较为广泛，在棉纺纺纱的各道并条机均可采用。

2.五上三下型 图6-18 所示为五上三下型罗拉牵伸，Ⅰ、Ⅱ罗拉组成主牵伸区，通过抬高Ⅱ罗拉，且上面骑跨两根胶辊，加强了主牵伸区中后部的摩擦力界强度，达到控制纤维运动的目的。1 胶辊主要对牵伸后须条的输出起引导作用，以便于衔接。该牵伸装置对纤维长度的适应性较强，适纺长度为25～80mm，在加工长度较长的纤维时，可配用较大直径的胶辊。同时，罗拉列数少，结构简单，可适应高速后需加大罗拉直径的要求。目前在棉纺精梳机上应用。

图6-18　五上三下型罗拉牵伸

（二）压力棒式

压力棒式牵伸装置由罗拉式演变而来，如图6-19 所示，图中挂在2 胶辊上的1 即为压力棒（阴影部分），很像是倒品字形罗拉，通过在主牵伸区加装一根压力棒来加强中后部的摩擦力。压力棒的形式较多，从运动的角度分类，有回转与不回转；从安装位置分类，有下压式与上托式。下压式压力棒为避免受须条张力影响产生上抬倾向，需外加弹簧片以限制其上抬，从而构成力的瞬时平衡；其截面形状有圆形、半圆形、亚半圆形、扇形等。与罗拉可构成三上三下或四上四下压力棒式牵伸装置。

1.压力棒式的摩擦力界分布 压力棒增强了主牵伸区中后部的摩擦力界分布，图6-20 所示为下压式压力棒牵伸区的摩擦力界分布。由图可见，除压力棒外，后胶辊的中心前倾了一段距离b，使后钳口处的须条压贴在后罗拉表面，增加了后部摩擦力界，使牵伸区的摩擦力界形成了强度不同的五段，即L1 （A～A′）、L2 （A′～B）、L3 （B～C）、L4 （C～S）、L5 （S～F），这样的摩擦力界分布可以很好地控制纤维运动，使变速点集中并靠近前钳口。

2.压力棒对须条压力的自调作用 压力棒对须条的法向压力具有自调作用，它随着须条牵伸的变化而变化。如图6-21 所示，压力棒对须条的作用力包括法向压力N 和对须条的摩擦阻力F，它们应与作用在须条两端的张力T1、T2 构成力的平衡，组成力的封闭多边形。因为作用在压力棒表面须条上各力的矢量和应等于零，即：

图6-19　压力棒牵伸

图6-20　压力棒主牵伸区摩擦力界分布

根据摩擦力公式与欧拉公式有：

式中：N——压力棒对须条的法向压力；

　　　T2——须条的牵伸力；

　　　θ——须条在压力棒表面的包围角；

　　　μ——纤维与压力棒的摩擦系数。

从式（6-11）可知，N 与T2 成正比关系。即当喂入须条是粗段，牵伸力T2 增大时，压力棒上抬，弹簧片的变形增大，则使压力N 增加，加强了后部摩擦力界强度；但N 过大，易造成牵伸不开而使条干恶化。N 值随须条在压力棒上包围角θ 的变化而变化，θ 增大，则N亦大。改变压力棒的加压或截面形状，可以改变其与须条的包围角，进而改变摩擦力界强度，可以依据喂入须条的性状适当调节。

图6-21　压力棒表面须条的受力分析

压力棒牵伸装置对纤维长度的适应性较强。握持距的大小只要调整压力棒与前胶辊的相对位置，调整后能使纤维束直接进入前钳口，基本上可避免在前钳口产生反包围弧，是压力棒牵伸装置的独特之处。目前在棉纺并条机上广泛应用。

（三）双胶圈式

双胶圈牵伸装置是采用上、下两个胶圈来控制浮游纤维运动的。上、下胶圈工作面与纱条直接接触，产生较强的附加摩擦力界，其控制面大，摩擦力界较为均匀，如图6-22 所示。这种摩擦力界分布有利于阻止纤维提早变速，使纤维变速点分布向前钳口集中，满足牵伸要求。该牵伸装置附加摩擦力界强度大，对纤维控制作用强，适合喂入定量小、牵伸倍数大的须条牵伸，被广泛用于各种纺纱系统的细纱牵伸以及大部分粗纱牵伸上。

图6-22　双胶圈牵伸(https://www.xing528.com)

双胶圈牵伸摩擦力界满足纤维变速点分布向前钳口集中，又对时间波动性小的要求，关键在于浮游区长度、胶圈中部和胶圈钳口的压力大小及其稳定状况，既要加强控制力又要稳定控制力。

1.浮游区长度 浮游区长度是指胶圈钳口至前罗拉钳口间的距离。缩短浮游区长度意味着一方面减少浮游区中未被控制的短纤维数量，另一方面胶圈钳口摩擦力界相应向前伸展，使纤维在胶圈部分的摩擦力界长度增加，从而加强了对浮游纤维的控制力，且有利于纤维变速的稳定，使牵伸区内纤维变速点分布向前钳口靠近并集中。但缩小浮游区长度后，牵伸力相应增大，因此，必须加大前钳口的压力，以使罗拉钳口的握持力与之相适应。

2.胶圈中部摩擦力界 双胶圈牵伸具有较强的中部摩擦力界分布，但上、下胶圈在运行过程中受到胶圈支持器（上、下销）摩擦阻力的作用，其工作边容易产生松弛，导致运行中出现中凹现象，造成中部摩擦力界减弱和不稳定。目前主要是通过改进销子的形式来解决，可采用上销下压或下销上托，如图6-22 中的曲面形下销可托起中部的胶圈，改善中凹现象。但销子上托或下压的程度，一般应使其形成的摩擦力界强度低于胶圈钳口。

3.胶圈钳口的摩擦力界 胶圈钳口的摩擦力界强度对纤维运动有明显的影响，胶圈钳口由上、下胶圈及其相应的上、下销组成，分固定销和弹簧销两种。上、下固定销组成的钳口称为固定钳口，上销为弹簧销，则称为弹性钳口。固定钳口的上、下销子间的最小距离，称为钳口隔距或销子开口。由于销子开口大于上、下胶圈的厚度之和，且胶圈具有一定的弹性，使钳口的胶圈不紧贴于销子。当通过的纱条比较粗或胶圈比较厚时，钳口处的上、下胶圈被压缩变形；当通过的纱条比较细或胶圈比较薄时，胶圈的弹性仍使纱条受到一定压力，因此，胶圈钳口对纱条的摩擦力界布置是由胶圈弹性压力来实现的，摩擦力界强度取决于胶圈弹性及胶圈销开口的大小。

胶圈钳口要能有效地控制浮游纤维，又要使前纤维能顺利通过。为使牵伸区内纤维变速点分布向前罗拉钳口靠近，并保持纤维变速稳定，除适当缩小浮游区长度和加强胶圈中部摩擦力界外，主要控制胶圈钳口部分摩擦力界的强度及其稳定性。

由于胶圈钳口离前罗拉钳口近，是快、慢速纤维发生相对运动最激烈的区域，因此，该处摩擦力界强度及其稳定性对纤维运动的影响特别明显。如销子开口过大，钳口部分压力过小，失去对纤维运动的控制作用时，则钳口处纱条内纤维间联系力小，喂入纱条的紧密度差异和结构不匀都会使控制力或引导力发生较大波动，导致纤维变速的不稳定；如销子开口过小，钳口的胶圈弹性差，胶圈厚薄不匀，当粗细不匀的须条通过胶圈钳口时，则引起钳口压力和牵伸力的激烈波动，影响纤维稳定变速，造成细纱条干差。有时由于胶圈在钳口处遇到过大阻力而回转不灵，会出现打顿现象，造成竹节纱或出现“硬头”。因此，要使钳口处具有一定的压力，又要波动小，需要选用合适的销子钳口。纺不同线密度的纱时，销子钳口应有所不同。

胶圈的厚薄不匀及上、下胶圈的弹性和抗弯刚度差异较大时，容易使钳口压力的波动剧增。因此，需要不断改善胶圈质量。如果既有胶圈的弹性作用，又有销子自身的弹性自调作用，就可以适应喂入纱条粗细和胶圈厚薄、弹性不匀的变化，使钳口压力波动进一步减小，有助于控制纤维运动。因此，就出现了弹性钳口，它是由弹簧摆动上销和固定曲面下销及一对长、短胶圈组合而成。借助于弹簧作用，使上销能在一定范围内上下摆动，从而使钳口压力波动减小。如果由于某种原因使钳口压力剧增，这时由于上销的上摆，使须条上的压力增加不像固定销那么大；如钳口压力剧减时，由于上销的下摆，使须条上的压力降低也不像固定销那样多，从而使摆动上销具有对钳口压力起弹性的自调作用。在生产实际中主要掌握的是弹簧起始压力和钳口原始隔距。

为了提高纱条质量，双胶圈牵伸形式得到不断完善。如粗纱机采用的四罗拉双短胶圈牵伸装置，又称为D 型牵伸装置，其是在三罗拉双短胶圈牵伸装置的基础上，在主牵伸区的前方加一列罗拉组成一个牵伸倍数仅有1.05 倍的整理区，并在该区内加装集束器，从而实现对主牵伸区输出须条的集束整理，使纺出粗纱表面光洁，有利于减少细纱毛羽。再如，控制效果好的细纱牵伸装置有德国的依纳V 型牵伸装置、SKF 牵伸装置、绪森HP 型牵伸装置以及瑞士立达的R2P 型牵伸装置等。

（四）针板式

对于毛、麻、绢丝等而言，因纤维长度长，罗拉隔距大，为控制纤维在牵伸区中的运动，更需要合理布置牵伸区的摩擦力界分布。一般长纤维的牵伸装置由两对罗拉及中间控制机构（附加摩擦力界装置）组成，中间控制机构根据纤维种类和加工工序的不同位置，有针板、皮板、轻质辊、充气罗拉结合单胶圈等，形式多样，以针板式应用居多。而针板牵伸又分为交叉式针板、开式针板和回转式针板等，其中交叉式针板牵伸的应用较为广泛。

图6-23 所示为交叉式针板牵伸装置，上、下针板除工作动程外，还有插入纤维和退出纤维的上下运动，以及回程（空程）运动。在工作动程中，上下针板的梳针插入须条，一方面与所接触的纤维产生摩擦力，另一方面对纤维形成挤压，增加了纤维间的摩擦力，从而增强了牵伸区内的摩擦力界强度。另外，针板的速度与后罗拉基本一致，牵伸作用主要发生在靠前罗拉的针板与前罗拉钳口之间，使纤维变速点分布集中并靠近前钳口。

图6-23　交叉式针板牵伸

1—前上罗拉 2—前下罗拉 3—前下罗拉 4—后下罗拉 5—针板

交叉式针板牵伸机构，其针板间距离较小，作用针板块数较多，上、下针板在入口处与水平线有一定的倾斜角度，使针板的梳针逐渐深入须条，形成较合理的摩擦力界分布，能较好地控制纤维运动，并在牵伸的同时，使纤维平行伸直。由于上、下针板交叉插入须条中，形成深入须条内部的摩擦力界，不会产生梳针浮于须条表面的超针现象，有利于对纤维运动的控制。

1.针板牵伸摩擦力界的形成 图6-24 所示为梳针插入产生的内外摩擦力界示意图。

图6-24　梳针插入产生的内外摩擦力界

由图可见，梳针插入使须条内纤维密集与压缩，一方面使纤维之间产生的摩擦力，称为内摩擦力；另一方面纤维与梳针间产生的摩擦力，称为外摩擦力，它们均可以起到控制纤维的作用，但控制效果不同。内摩擦力发生在纤维之间，它通过被控制纤维来控制其他纤维，通过靠近边界的纤维来控制中间纤维。加强内摩擦力，既可以加强后纤维和浮游纤维的联系，又可以加强前纤维与浮游纤维的联系。在牵伸区中，由于纤维的数量分布是不稳定的，因此，靠内摩擦力来控制浮游纤维运动，有其不足之处。外摩擦力是梳针直接控制纤维的力，如图6-24 所示，图中1 为紧贴于针面的纤维，摩擦力最大，对纤维的控制比较可靠；2 靠近针面，摩擦力其次；3 为两针间的内层纤维，摩擦力最小，表现为须条内摩擦力界中部较凹。

内摩擦力的大小与须条被压缩的程度和通过梳针中纤维的数量有关。须条的压缩程度可用b/a 或（a-d）/a 来表示，其中a 为两相邻梳针间的中心距，b 为两梳针间的间隙，d 为梳针的直径。在同一截面内，靠近梳针根部处的纤维压缩程度大，远离梳针根部处的纤维压缩程度小，因此，由压缩所产生的摩擦力界分布也不够均匀。采用扁针可以降低这种不匀性。

外摩擦力的大小除与上述因素有关外，还与梳针号数、植针密度等有关。植针越粗、越密，则外摩擦力越大。

2.针板牵伸摩擦力界的分布 图6-25 所示为针板牵伸的摩擦力界分布。

图6-25　针板牵伸的摩擦力界分布

由图可见，摩擦力界在针板区内由后至前逐渐减小，因为在针板后区有一个负20°左右的斜面，当钢针逐渐插入须条并完全插入后，由于须条中纤维数量多，形成的摩擦力界强度较大，随着须条的前进，纤维数量逐渐减少，因而摩擦力界的强度也逐渐减弱；在前小罗拉与第一块针板之间，由于形成纤维的无控制区，这里的摩擦力界强度较弱，主要靠纤维之间的抱合力而形成，是前后摩擦力界的分界线，也是纤维变速的主要区域。

针板形成的摩擦力界不仅在纵向，而且也在横向，这对稳定摩擦力界的强度，防止边纤维在牵伸区中的扩散，都起到了良好的作用。

3.无控制区及其周期性变化 图6-26 所示为针板牵伸的无控制区。

图6-26　针板牵伸机构的无控制区

由图可见，在针板与前钳口之间有一段无控制区，且处于纤维变速点附近，对纤维运动的影响较大，如果调节不当，就会引起须条不匀。在这个区域中，摩擦力界的强度很小，因而较短的纤维没有受到良好的控制。另外，这个无控制区的长度呈周期性变化，当针板向前运动到最前端位置时，无控制区为T，然后针板从须条中脱下，无控制区突然变为，h 为螺杆节距，然后再由逐渐变为T。当针板下降时，无控制区突然由小变大，使该区摩擦力界强度减弱，且摩擦力界呈周期性波动，这就使一部分原来被控制的纤维，完全失去控制，因而也导致浮游纤维不规则运动，形成须条周期性不匀。使用皮板牵伸可改善这一缺陷。

此外，开式针板牵伸机构的摩擦力界分布与交叉式相似，但只有一排针板控制纤维运动，对纤维的运动控制比交叉式弱，且容易出现纤维浮游于针尖外的超针现象，使部分纤维的运动失去控制，从而产生不规则运动，目前主要用于定量较轻和纤维平行伸直度较好的后几道并条机、针梳机和粗纱机的牵伸中。

（五）皮板式

为克服针板牵伸的缺点，对于毛型纤维牵伸中有时还采用皮板牵伸，如图6-27 所示。它也是一种曲线牵伸，其中部摩擦力界是连续的，牵伸区域较大，且摩擦力界强度较强，与针板牵伸相比，由于皮板的连续回转，基本消除了无控制区，以及由该长度周期性变化而引起的纤维运动及变速点的波动，且更适应高速运转。

图6-27　皮板牵伸及其摩擦力界分布

1—前罗拉 2—皮板 3—后罗拉