牵伸

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[外文]：drafting在纺纱中把纤维集合体（如条子、粗纱等）有规律地牵长变细，是梳理以后进一步松解和集合的过程。散状纤维原料加工成纤维层或条子,再成为粗纱、细纱,必须经过逐步变细的过程，所以几乎每种纺纱的主要机器或工序都有牵伸作用。在这些机器中，通常用一对称为罗拉的圆柱形机件相互压紧握持喂入的半制品，当罗拉回转时，制品即被喂入。在机器的前端，另有一对输出罗拉将加工后的产品输出。设喂入和输出罗拉的表面速度分别为V2与V1(且V1>V2),相应纤维制品单位长度的重量分别为W2和W1,如果不考虑纤维的散落,则有V1W1=V2W2,或V1/V2=W2/W1=E，E称为牵伸倍数，简称牵伸。V1和V2从机械传动求得,V1/V2称为机械牵伸，W1和W2可以用实际称重求得，W2/W1称为实际牵伸。在生产中，由于罗拉转动时的滑溜和纤维的散落等原因，实际牵伸不等于机械牵伸。上述牵伸概念适用于所有纺纱机械。在不同的机械上，两对罗拉之间还有其他作用的机件，如开清或梳理等机件。它们的主要作用不是牵伸，但是纤维集合体通过这些机件也产生牵长变细的作用。因此广义的牵伸也存在于这些机械上。如运用两对或两对以上罗拉进行牵伸,除牵长变细外,还有使纤维伸直的作用。伸直包括消除纤维卷曲和弯钩两个方面。纱条中的纤维只有充分伸直才能最大限度地提高在成纱中的强度利用系数，从而纺出最好的纱线。图1表示三对罗拉牵伸过程，纤维随罗拉的表面速度运动，下罗拉为钢制圆柱体，与纱条接触部分有沟槽，可以加强对纱条的握持。上罗拉常是皮辊，使上下罗拉组成富有弹性的拑口。两对相邻罗拉拑口之间的区域称为牵伸区,如图1中的AB或BC。通常以输出端称为机前，图中喂入罗拉C称为后罗拉，输出罗拉A称为前罗拉,B为中罗拉,后者既是牵伸区BC的输出罗拉,又是牵伸区AB的喂入罗拉。若A、B、C三者的表面速度分别为V1、V2、V3，则牵伸倍数EAB=V1/V2，牵伸区BC的牵伸倍数为EBCV2/V3，总牵伸倍数为EAC=V1/V3=V1/V2×V2/V3=EAB×EBC,即总牵伸等于部分牵伸的乘积。从纺织工程发展史来看，牵伸曾用过不同的方法。手工纺纱时，先将原料弹松、梳理、制成条子，在条子中抽引一定数量的纤维,一面回转加拈，一面抽引,如此连续进行，纺成所需的纱。拈合是靠锭子转动来完成的。这种拈合牵伸曾应用于初期的机器纺纱上，如走锭牵伸。自从1738年L.保罗应用罗拉牵伸以来，罗拉牵伸机构成了纺纱机上广泛应用的部件，遂使牵伸与加拈卷绕分开进行。在这一时期,大多应用简单的罗拉牵伸,牵伸罗拉从2对发展到5对，每道工序用的牵伸倍数为4～8倍。将一根条子牵伸变细成为所需细度的纱，牵伸为100～300倍左右，如果考虑双根纱条喂入，则全部牵伸将相应提高；如果应用较小牵伸的牵伸机构，工序道数势将增多。所以减少工序道数，提高牵伸倍数，并提高产品的均匀度是牵伸理论和实践的重要课题。牵伸区纤维的运动纱条由B喂入时（图2），拑口处纤维根数较多，随后罗拉速度运动，当它们向前移动靠近前罗拉或进入前拑口A时,即改为随前罗拉速度而输出。牵伸区中纤维运动的基本形式是从后罗拉的慢速运动变为前罗拉的快速运动。前拑口中的纤维数量相应减少。图中N（x）为牵伸区中纤维数量变化的情形。牵伸区中纤维分成慢速纤维和快速纤维两种。在后罗拉拑口中的纤维都是慢速纤维[N2(x))],而在前拑口中都是快速纤维[N1(x)],自后向前慢速纤维数量逐渐减少而快速纤维数量逐渐增多。牵伸区中的任一根纤维周围，既有慢速纤维也有快速纤维。当这根纤维用后罗拉速度前进时，与它接触的快速纤维借动摩擦力的作用，会牵引这根纤维快速前进，而与这根纤维接触的慢速纤维，则由于静摩擦力而阻止其快速运行。当纤维靠近后罗拉时，慢速纤维对它的摩擦力大于快速纤维对它的动摩擦力，因而纤维不能变为快速运动。当纤维接近前罗拉时，则可能产生相反情况。纱条中纤维长度不一，它们的情况也不同。长度与罗拉中心距AB等长的纤维伸直平行时，其后端离开后拑口B，前端即进入前拑口A,随前罗拉速度快速运行。但较短的纤维，其后端离开拑口B后，前端离开拑口A还有一段距离。在这段距离内它的运动就取决于周围接触纤维的条件。这类纤维称浮游纤维。浮游于AB之间,纤维愈短,在牵伸区中浮游的距离愈长，纤维的变速也愈不易控制。在同一牵伸区中各种纤维变速情况不一，有的是前端到前拑口变速，也有的很早就变速，这就使牵伸区中的纱条更加不匀，品质恶化。为了使纤维运动更有规律，应尽可能使纤维前端都在前拑口处变速，这就必须增加慢速纤维的静摩擦力。为此，可在牵伸区中慢速纤维较多的区域增加机件对纱条的压力。在牵伸区中纤维摩擦力的分布称为摩擦力界或摩擦力场。快速纤维从慢速纤维中抽引和变速时所需的力称为牵伸力，其大小由罗拉拑口的握持力决定。在牵伸区中,除了单根纤维变速不规则外,纤维成束移动或者纱条因受牵伸力而分裂，也将造成产品较大的不匀。纤维成束变速是由于纱条内部纤维分布不匀，紧密程度不一，成束纤维间摩擦力较大而与相邻其他纤维间的摩擦力较小。牵伸区中纤维运动良好的充分必要条件是慢速纤维的静摩擦力必须大于快速纤维的动摩擦力，直至纤维头端到达前拑口时为止。为了满足这个条件,在牵伸区中应有适当的摩擦力界。为了不使纤维断裂，两对罗拉的拑口不应同时握持一根纤维，因此罗拉中心距应略大于纤维长度。但在简单罗拉牵伸中，为了减小较短纤维在牵伸区中浮游的距离，罗拉中心距常略小于最长纤维的长度。牵伸理论的研究有运动学和动力学两个方面。1928年，W.L.鲍尔斯曾对牵伸过程作了初步的论述，提出了牵伸波的概念，即经牵伸后纱条中产生的不匀具有波形的特征和规律性，成为近代不匀检测与牵伸自调匀整的基础。从运动学观点看来，不匀产生的原因可能是纤维几何排列或配置不匀，或者由纤维在牵伸后产生的位移偏差引起，或者由纤维在牵伸区中变速位置的分布造成。在动力学的研究方面，W.L.鲍尔斯指出，牵伸区中纤维须间相互压力影响纤维的运动。1932年H.A.华西里耶夫分析了纤维所受摩擦力并提出了摩擦力场的概念。1947年J.G.马丁代尔提出了牵伸力的概念。尽管摩擦力场或压力分布都涉及了运动的本质，而且容易与实际机构的结构相联系，但动力学的研究还有待进一步发展，并与运动学的研究相互补充。牵伸型式按照牵伸区中对纱条施加压力的机件型式，可将罗拉牵伸分成如下几种：（1）简单罗拉牵伸。每对罗拉都能握持纤维,罗拉拑口几乎在一个平面上,罗拉对数可以有2～5对。（2）轻质辊或控制辊牵伸。将简单罗拉牵伸中的中间上罗拉改为木制或钢制的轻质小辊，称为轻质辊或控制辊。成为控制纤维运动的附加压力机件，在牵伸区中形成附加摩擦力场，改善牵伸效果。（3）皮圈牵伸。它的主要结构是后罗拉上套有皮圈，皮圈以后罗拉速度慢速运动，托住须条使纤维不易提早变速。皮圈前端有皮圈销,比较靠近前罗拉,能使纤维接近前罗拉时才变速。皮圈牵伸是现代牵伸机构的主要型式之一。图3,a、b是皮圈牵伸的典型例子。只有下皮圈，而上面有轻质辊或控制辊的称为单皮圈牵伸机构。中上罗拉有周向凹槽使纱条通过时不被握持。这时,3对罗拉仅有一个牵伸区,称为滑溜牵伸。（4）针排牵伸：在2对罗拉间有许多针排（图3，c）以接近于后罗拉的速度运动，用以输送并控制纤维。纤维被前罗拉拑口握持快速通过针排，受到梳理而伸直。也可以把针辊装在罗拉牵伸区中起类似的作用而使机构简化。（5）曲线牵伸。各对罗拉的拑口不在一个平面上（图3,d、e），牵伸时须条成曲线状态。须条受到牵伸力作用压紧在罗拉上而产生附加摩擦力场。曲线牵伸有三上四下、五上三下等型式。牵伸的组合和分配每一牵伸机构常由1～3个牵伸区组成。牵伸区承担的部分牵伸依喂入纱条情况、牵伸型式、机械条件而异。把各种型式的牵伸区合理地组合起来，形成机构简单、效果良好的牵伸机构，并合理地分配各牵伸区的部分牵伸，能增加总的牵伸量而使产品质量提高。纱条经过牵伸后纤维间联系减弱，在下一个牵伸区承受牵伸的能力相应减小，所以过多的牵伸区不一定能使总牵伸增加很多。有时在一牵伸区后用集合器使纱条中纤维集合紧密,然后再加以牵伸。例如4对简单罗拉的牵伸，可有三个牵伸区。它们的牵伸分配由后向前逐渐增加，称为连续牵伸或渐增牵伸。如果中间牵伸区用集合器，使经过后区牵伸的须条紧密起来，牵伸倍数等于或近于1，则4对罗拉的牵伸机构，实际上仅使用两个牵伸区，称为双区牵伸。双区牵伸的特征是在两个牵伸区中间增加集合区。改进牵伸机构和增加牵伸倍数,能减少工艺道数,提高生产率。增大了牵伸倍数的机构有时称为大牵伸机构。由条子直接牵伸成细纱称为超大牵伸,牵伸倍数可达250倍左右。牵伸倍数越大纤维越易扩散，因而越需要精确的控制。