第二节 有捻并丝

有捻并丝是指在并合丝线的同时，对丝线进行加捻。有捻并丝路线是传统生产桑蚕丝常采用的工艺路线。实际生产中，视并丝捻度的大小不同，可采用络并捻工艺或络并工艺。加强捻时，由于在并捻机上已加了低捻，因而在捻丝机上退绕时，股线的集束性好，可避免因单丝间的多少转而引起的各种病疵；加中捻、低捻时，可直接采用并捻一次完成，省去捻丝工序，提高效率。

目前使用的有捻并丝机主要有GD121型、GD122型、GD128型等机型，它们分别与不同型号的络丝机、捻丝机相配套，但它们的加捻卷绕原理相同。

一、加捻卷绕原理

并捻机的丝线行程如图4-7所示。退解筒子1插在筒子架上，丝线2从退解筒子1径向引出，分别穿过断头自停瓷钩3，在导丝钩4处汇合成股丝。股线绕导轮6及分丝小导轮5的表面若干圈，使丝线与导轮表面的摩擦力克服退解张力，带动退解筒子1回转而放出丝线。由导轮积极输出的丝线，经导丝圈7和钢丝钩8而卷绕到并丝筒子9上。

如图4-8为并捻机加捻卷绕原理图。并丝过程中，锭带6传动锭子5，锭子5带动并丝筒子4高速回转，进入钢丝钩2的丝线1受到拉力作用而带动钢丝钩2在锥面钢领3上回转，使丝线获得捻回。

图4-7 并捻机的丝线行程图

1—退解筒子 2—丝线 3—断头自停瓷钩 4—导丝钩 5—分丝小导轮 6—导轮 7—导丝圈 8—钢丝钩 9—并丝筒子 10—钢领

图4-8 并捻机加捻卷绕原理图

1—丝线 2—钢丝钩 3—钢领 4—并丝筒子 5—锭子 6—锭带 7—导丝圈

n₁为锭子转速（r/min），n₂为钢丝钩转速（r/min），钢丝钩的回转情况分析如下。

n₁=n₂即钢丝钩与锭子转速相等，此时只有加捻而无卷绕。

n₁＜n₂即钢丝钩的转速大于锭子转速，此时丝线要从筒子上退解。

n₂=0即钢丝钩的转速等于零，此时只有卷绕而无加捻。

n₁＞n₂即钢丝钩的转速大于锭子转速，此时既有卷绕，也产生捻回。

实际上第1、2两种情况是不可能产生的，因为没有卷绕就没有张力，钢丝钩也就不可能回转。第3种情况相当于无捻并丝，即并合丝线无捻度。第4种情况正是并捻机上的情况，钢丝钩的回转使丝线获得捻回，钢丝钩与锭子之间的转速差则产生丝线的卷绕。

二、并丝捻度计算

导轮的送丝速度v可由下式计算：

式中：d——导轮直径，cm；

n——导轮转速，r/min。

在正常并丝状况下，若不计因加捻及张力作用而产生的丝线长度等的微量变化，则丝线的卷绕速度v_H应等于导轮送丝速度v，即：

式中：d_k——卷绕直径，cm；

由式（4-2）可得

并丝捻度T为：

式（4-4）表明，并丝捻度T随着卷绕直径d_k增大而略有增加。如GD122型并捻机，当d_k由45mm增至85mm时，值从7.07捻/m减至3.74捻/m。因此并丝捻度T的增量为3.33捻/m，捻度变化的平均值比值约小5.4捻/m。

三、并捻机捻度调整

并丝捻度T的大小取决于锭子转速与导轮送丝速度的比值，即。实际生产中，常根据捻度的大小来选择锭速，捻度高选用高锭速，捻度低选用低锭速。锭速确定后，只要改变导轮送丝速度，即可调整捻度的大小。图4-9所示为并捻机的传动系统。

图4-9 并捻机传动系统

1—电动机 2—电动机皮带盘 3—锭带 4—锭子 5—主轴 6—主轴皮带盘 7—导轮 8—成形凸轮 9—转子 10—双臂杠杆 11—横连杆 12—三臂杠杆 13—钢领板 14—平衡重锤 15—升降轴 16—偏心盘 17—偏心连杆 18—摇杆连杆 19—导轮传动轴 Z₁、Z₁₇—蜗杆 Z₂、Z₁₈—蜗轮 Z₃、Z₄、Z_9～14—链轮 Z_5～8、Z₁₅、Z₁₆—齿轮 Z_m—过桥齿轮 Z_A～D—捻度变换齿轮

电动机通过皮带传动、齿轮传动、链传动等实现锭子回转、导轮送丝、往复导丝及摆动自停等各种运动。

1.锭子回转 电动机通过皮带轮2、6和锭带3，带动锭子4转动。

2.导轮送丝 主轴5通过蜗杆Z₁，蜗轮Z₂，链轮Z₃、Z₄，捻度变换齿轮Z_A～D，以及齿轮Z_5～8，过桥齿轮Z_m使导轮传动轴19转动，再经齿轮Z₇、Z₈传动导轮7回转而积极送丝。导轮传动轴19通过链轮Z₉、Z₁₀、Z₁₁、Z₁₂及蜗杆Z₁₇、蜗轮Z₁₈，传动成形凸轮8，带动成形机构工作，完成导丝。

3.摆动自停 链轮Z₁₃传动链轮Z₁₄，再经齿轮Z₁₅、Z₁₆传动偏心盘16，带动摇杆连杆18摆动，使断头自停装置起作用。

导轮送丝速度的改变，只要通过改变齿轮Z_A、Z_B（图4-10）的齿数即可。根据传动关系可推得并丝捻度的计算公式如下：

图4-10 不同捻向的齿轮搭配图

Z₁、Z₂—蜗杆、蜗轮 Z₃、Z₄—链轮 Z_A～D—捻度变换齿轮 Z₅—传动齿轮 Z_m—过桥齿轮 Z₆、Z_6′—导轮传动轴齿轮

锭子转速：

导轮转速：

式中：n_D——电动机转速，r/min；

D₀——电动机皮带盘直径，mm；

d₁——锭壳直径，mm；

d₂——主轴皮带盘直径，mm；

η₁——锭子与锭带间的滑移率；

η₂——皮带传动的滑移率。

将式（4-2）、式（4-5）和式（4-6）代入式（4-4）得

式中：C——并捻机加捻常数。

4.捻向改变 并捻机捻向的改变是通过改变电动机的转向，使锭子转向相反来实现的。与此同时，要将过桥齿轮Z_m的啮合位置作相应的改变，如图4-10所示，以使导轮和成形凸轮的转动方向保持不变。

四、张力分析

图4-11 筒子经向退解丝线受力图

1—退解筒子 2—筒子架 3—锭杆

有捻并丝机并合的股线由导轮积极输出，因此，丝线张力以导轮为界分为导轮上部张力与导轮下部张力（简称上张力与下张力）两部分。

1.退解张力 退解张力是导轮上张力，是单丝张力的主要组成部分，它是由克服筒子架上退解筒子的筒芯与锭杆摩擦而产生的丝线退解张力。退解筒子插在呈α倾角的筒子架锭杆上（图4-11），在张力T₁的作用下，丝线带动筒子回转，并从筒子上退解出来。

设筒子重心与锭杆轴线重合，丝线与轴心线垂直，且在垂直平面内退取退解筒子为脱离体，退解筒子作匀速回转时，其受力情况如图4-11所示。有筒子重量G，退解张力T₁，锭杆对筒子的支撑力N₁和摩擦力F₁，以及锭杆座对筒子的支撑力N₂和摩擦力F₂。筒子重力G可以分解为垂直于锭子中心和平行于锭子中心的两个分力G₁和G₂，则：

G₁=G cosα，G₂=G sinα

力的平衡关系有：

N₁=G₁+T₁

F₁=f₁N₁=f₁（G₁+T₁）

N₂=G₂，F₂=f₂G₂

筒子平稳回转时，摩擦力矩和张力矩相平衡，即：

T₁=F₁r+F₂R₁

整理后得：

式中：R——筒子退解半径；

r——锭杆半径；

R₁——锭杆座与筒子边盘的接触半径；

f₁——筒管与锭杆的摩擦系数；

f₂——锭杆座与筒管边盘的摩擦系数。

对于固定材料，其摩擦系数f₁、f₂为定值，r、R₁及α为常数。令C=f₁rcosα+f₂R₁sinα，为一不变量。又由于R≫f₁r，故f₁r可忽略不计，所以式（4-8）可写成：

由式（4-9），可以看出，退解张力T₁主要与筒子重量G和筒子退解半径G有关。

设：G′为空筒管重量，G″为筒子上丝的重量，H为筒子长度，γ为卷绕密度，则：

代入式（4-9）整理得：

令：

则：

由式（4-11）可见，当退解半径减小时，式中右边第一项的值与R成反比，并按双曲线关系变化，如图4-12中Ⅰ线；第二项C₂R的值与R成正比，如图4-12中Ⅱ线；图4-12中退解张力T₁的变化曲线Ⅲ，系由Ⅰ、Ⅱ线合成。

图4-12 丝线退解张力与筒子直径的关系

当退解半径减小时，退解张力的极小值可由一次导数等于零求出，即：

当时，丝线退解张力最小，图4-12交点C处：

当筒子的退解半径时，退解张力T₁随R的减小而减小；当退解半径时，退解张力T₁随R的减小而增大。这是因为筒子退解半径R的减小与筒子重量的减小不一致，前者表现为筒子上丝重的减小，使筒管与锭芯的摩擦力减小，从而使张力减小；而后者则表现为筒子退解半径的减小比筒子上丝重的减少来得快，为了保证一定的回转力矩，退解张力T₁必须增大。

从曲线Ⅲ还可以看出，退解过程中，筒子由大直径减小至小直径时退解张力波动较大，为使退解张力尽量均匀，要求筒子直径差异减小，这样，退解筒子的卷装容量就受到了限制。

由于筒管制作上的问题，筒子中心容易不正，而且装在锭杆上有一定间隙，筒子回转时就会剧烈地跳动。筒子回转不均匀，也会引起丝线张力的变化。当并丝速度一定时，随着筒子直径的减小，筒子回转的角速度增加，更加剧了筒子的跳动，使张力波动增大。

在有捻并丝机上并丝时，要求同一股丝中的各单丝张力一致，以免造成宽急股病疵。因此，同一锭中退解筒子直径要一致；退解筒子回转要灵活；合股丝线在导轮上要绕有一定圈数，使其与导轮的摩擦力大于退解张力，避免丝线与导轮产生滑移，使丝线顺利退解，且同股中的各根单丝，在导轮上绕丝圈数要一致。

2.卷绕张力 卷绕张力是导轮下张力的重要部分，指钢丝钩至并丝筒子间丝线的张力，主要是克服钢领和钢丝钩之间的摩擦力而产生的，以保持钢丝钩作圆周运动。卷绕张力可由钢丝钩的受力分析求得（推导从略）：

式中：M——钢丝钩质量；

R——钢领半径；

ω——钢丝钩回转角速度；

γ——拉力角（卷绕张力与纲领直径间夹角）；

f——钢领与钢丝钩的摩擦系数；

α_R——气圈底部张力T_R与Z轴的夹角；

μ_R——丝线与钢丝钩的摩擦系数；

θ_R——丝线与钢丝钩的包围角。

影响卷绕张力的主要因素如下。

（1）锭子转速。锭速增大，钢丝钩的离心惯性力增大，卷绕张力T_w增大。

（2）钢丝钩号数。钢丝钩号数小（质量大），钢丝钩的离心惯性力大，卷绕张力大。相反，钢丝钩号数大，钢丝钩的离心惯性力小，卷绕张力小。因此，可用改变钢丝钩号数的方法来调节卷绕张力。

（3）钢领半径。钢领半径大，钢丝钩回转的离心惯性力大，卷绕张力也就大。故在大卷装加大钢领直径时，会增大丝线张力。

（4）卷绕半径与拉力角。图4-13为卷绕张力与卷绕半径、拉力角的关系图。

图4-13 卷绕张力与卷绕半径的关系图

T_wsinγ-fN=0

因此：

正常卷绕时，R不变，fN的变化也局限在一定范围内，因此卷绕张力近似与卷绕半径r成反比。当卷绕半径为r₀（即空筒管）时，此时的拉力角称为初始拉力角γ₀。γ₀越小，则T_w越大。因此空筒管卷绕时，常由于张力过大，而造成断头。

若空筒管半径r₀不变，钢领半径R增大，则卷绕张力也增大，因此要求初始拉力角γ₀控制在一定的范围内。但γ₀与卷绕容量有关，γ₀大虽可减小空筒管时的卷绕张力，却使卷绕容量减小。因此要求适当选择筒管半径与钢领半径的比值，对大卷装并捻机来说，此比值可选择为0.4。