4. Центрифугальное прядение хлопка, шерсти и лубяных волокон

Прядильные машины требуют для обслуживания большое количе­ство рабочих, занимают значитель­ные производственные площади в прядильных цехах. Поэтому повы­шение производительности труда и оборудования прядильного цеха фабрики имеет большое значение для текстильной промышленности.

Резкое повышение скорости коль-цепрядильных машин и полная ав­томатизация процесса прядения на них затруднена. Наряду с усовер­шенствованием кольцевого прядения необходимо изыскивать другие ме­тоды, которые позволили бы не только повысить скорость прядения, но дали бы возможность автома­тизировать технологические процес­сы. С этой точки зрения большой ин­терес представляет центрифугаль-ное прядение, которое позволяет без увеличения обрывности и ухудше­ния качества пряжи резко увели­чить скорость прядения и повысить производительность труда.

Рассмотрим схему центрифу­гального прядения (рис. 326). Нить 9 по выходе из передней пары 8 вытяжного прибора направляется через трубку-нитеводитель 10 в по­лый быстровращающийся цилиндр-кружку 1 центрифуги. По выходе из нитеводителя нить прижимается центробежной силой к внутренней стенке кружки и вращается вместе с ней. Благодаря вращению участка от нитеводителя до внутренней стенки кружки нить скручивается. Намотка нити на внутреннюю по­верхность кружки происходит благодаря отставанию нити от кружки. Нитеводитель имеет возвратно-поступательное движение (вверх и вниз), поэтому нить раскладывается по высоте кружки, образуя бобину кре­стовой намотки.

При центрифугальном прядении не образуется баллона нити, нет кольца и бегунка; не возникает резких подергиваний нити, технологичес­кий процесс протекает спокойно при значительно меньшем натяжении, чем при кольцевом прядении. Все это резко уменьшает обрывность нити. С достаточной для практики точностью натяжение нити на центрифу-гальной машине можно определить по формуле

(434)

где D — текущий диаметр наматываемой бобины в м;

п — скорость вращения кружки центрифуги в об/мин; N — метрический номер пряжи.

При постоянной скорости вращения кружки по мере намотки бобины с уменьшением D натяжение нити (а следовательно, и плотность намот­ки) уменьшается. Для нормального протекания технологического про­цесса необходимо, чтобы минимальное натяжение нити Г_т!п было боль­ше натяжения нити То, при котором нарушается технологический про­цесс. Этим и определяется минимальный диаметр намотки бобины £>_пип-Поактика показывает, что обычно

где di — внутренний диаметр кружки центрифуги.

Натяжение нити и плотность намотки можно сохранить постоянными, если по мере наработки бобины увеличивать скорость вращения кружки по соотношению

где п\ — скорость вращения кружки центрифуги в начале наработки бо­бины (при D = di); п₂ — текущее значение скорости вращения кружки центрифуги при

диаметре намотки бобины D.

Если £>1 = 90 мм и «1 = 16000 об/мин, то для сохранения постоянст­ва натяжения нити необходимо при D = 50 мм увеличить скорость вра­щения кружки до ft₂ = 28800 об/мин. Такое увеличение скорости центри­фуги вряд ли является целесообразным. Частичное же увеличение скоро­сти вращения (например, с 16000 до 22000 об/мин) значительно умень­шит разницу натяжения нити в начале и в конце намотки и даст возмож­ность получить бобину с большей плотностью намотки.

Для обеспечения условия Т₀ > Г_ш1п, согласно формуле (434), необхо­димо, чтобы

(435)

где k — постоянная величина при данной заправке машины, опреде­ляемая минимально допустимым натяжением нити.

В зависимости от диаметра кружки центрифуги и ее скорости вра­щения возможны два решения: работа на повышенных скоростях (п = = 16 000 -=- 30 000 об/мин) при уменьшенных диаметрах кружек центри­фуг (D = 120-7-75 мм) и работа на пониженных скоростях (п — 9000 -=-н- 14 000 об/мин) при увеличенных диаметрах кружек (£> = 200ч--=- 125 мм).

Размеры кружки центрифуги и ее рабочие скорости вращения следу­ет выбирать с учетом группы номеров пряжи, вырабатываемой на этой машине, и потребляемой мощности на основе технико-экономических расчетов.

Мощность, потребляемая центрифугами, значительно больше мощ­ности, потребляемой веретенами на кольцепрядильной машине. Соглас­но исследованиям потребляемую мощность центрифуги можно опреде­лить по формуле

(436)

где с — коэффициент, зависящий от конструкции центрифуги; D₂ — наружный диаметр кружки центрифуги; п — скорость вращения кружки в об/мин; Н — высота кружки центрифуги; х — показатель, зависящий от диаметра (л: = 2,5 -=~ 3,5); у — 2 -ь 3, показатель, зависящий от скорости вращения.

Мощность N возрастает пропорционально Н, поэтому целесообразно увеличивать паковку за счет увеличения Я, а не D₂.

Нить прижимается к внутренней цилиндрической поверхности круж­ки центрифуги центробежной силой. При остановке центрифуги эта сила быстро уменьшается и становится равной нулю, а хорошо намотан­ная бобина хлопчатобумажной или шерстяной пряжи теряет свою форму и превращается в спутанный клубок. Опыты показывают, что спутыва­ние внутренних слоев бобины происходит уже при 2400—1400 об/мин^ в зависимости от свойств пряжи и условий наработки бобины.

Для предупреждения спутывания пряжи ее или перематывают с внут­ренней поверхности вращающейся кружки на неподвижную бобину, или же закрепляют бобину еще во время вращения кружки для того, чтобы затем можно было вынуть ее из неподвижной кружки с сохранением фор­мы. В случае перемотки бобины неподвижная катушка вводится внутрь вращающейся с рабочей или с частично сниженной скоростью кружки центрифуги. Вытяжной прибор останавливается, находящаяся между концом трубки-нитеводителя и вращающейся бобиной нить захлестыва­ется на катушку и начинает интенсивно перематываться на нее. При этом все нити между вытяжным прибором и нитеводителем обрываются.

Пряжа перематывается на катушку с высокими скоростями (до 100 м/сек). В зависимости от длины нити, сматываемой с внутренней по­верхности кружки, перемотка может 'продолжаться от 40 сек до 2 мин.

Рассматривая вращающуюся бобину, нить и катушку как планетар­ный механизм, можно написать, что число намотанных витков на ка­тушку

(437)

где d — диаметр намотки пряжи на катушке; di — внутренний диаметр бобины; п — скорость вращения кружки в об/мин. Время перемотки пряжи на катушку

(438)

где L — длина нити в бобине;

/ — длина нити, перематываемая с бобины на катушку за время ди­одного оборота кружки центрифуги.

Из формул (437) и (438) можно получить следующее приближенное выражение:

(439)

где d_cp — средний диаметр намотанной катушки;

D_Cp — средний диаметр бобины; Q — вес пряжи в бобине в Г; N — номер пряжи; п — скорость вращения кружки во время перемотки в об/сек;

При перемотке нити с бобины на катушку с высокими скоростями на­тяжение нити будет увеличиваться: нить получает значительное удли­нение. Вследствие этого положительные свойства пряжи, приобретенные во время прядения с малым натяжением, при перемотке теряются. При перемотке пряжи с высокими скоростями возникает повышенное натя­жение, возможны обрывы.

По опытам А. А. Мартиросова, натяжение хлопчатобумажной нити № 54 при перемотке ее из кружки на неподвижную катушку (п = = 19 000 об/мин) достигает 80 Г.

Наблюдения показывают, что процесс перемотки пряжи на катушку внутри вращающейся бобины не всегда происходит устойчиво; при опре­деленных соотношениях диаметров бобины и катушки образуются петли, происходит перетаскивание на катушку одновременно нескольких витков нити.

В случае обрыва нити в процессе прядения для захлеста нити на ка­тушку применяют тонкую проволочку, закрепленную на рукоятке; при помощи такого приспособления перетаскивают несколько слоев с бобины на катушку.

При закреплении бобины механическим способом во время останова машины (во время свободного выбега центрифуги) во вращающуюся с пониженной скоростью кружку (для хлопка около 3000 об/мин) вводит­ся самораскрывающая катушка, которая раскрывается. Раскрытая ка­тушка прижимается к внутренней поверхности бобины пружинами или силами упругости ленты. Вместе с катушкой из кружки центрифуги вынимается и бобина.

Ранее отмечалось, что имеются две схемы прядильных центрифуг: с обычным расположением кружки (рис. 247) и с опрокинутой кружкой (рис.248).

По первой схеме механизм съема наработанных бобин располагается над центрифугами, где имеются трубки нитеводителя. Такое расположе­ние механизма вызывает необходимость вывода нитеводителей из кру­жек и отвод их в сторону для ввода катушек внутрь кружки, а затем возвращение всех деталей механизма в рабочее положение.

По второй схеме вал кружки делается полым для прохода трубки ни­теводителя, а кружка центрифуги расположена дном кверху, открытой частью вниз. В этом случае механизм съема располагается под центри­фугами, не мешает работать прядильщице, компоновка его на машине значительно упрощается. Заправка нити в кружку, несмотря на длин­ную трубку, не вызывает затруднений; воздушный поток в трубке-ните-водителе, возникающий при вращении кружки, легко всасывает нить в нее.

Рассмотрим устройство раскрывающейся катушки (рис. 327). К по­лой втулке / шарнирно прикреплены шесть одинаковых крыльев 2; оси 3 их шарниров расположены симметрично в трех кольцевых приливах втулки. Для лучшего захвата бобины при съеме на внешней поверхности крыльев имеется 6—10 поперечных ребер, высота которых постепенно уменьшается к оси крыла. Цилиндрические пружины 4, расположенные на оси шарниров, стремятся раскрыть крылья катушки. Диаметр катушки меняется соответственно степени раскрытия крыльев. Максимальный диаметр катушки (по ребрам) при полном раскрытии крыльев на 2 ммменьше внутреннего диаметра кружки центрифуги.

Рис. 328. Схема крутильно-мотального механизма и ме­ханизма съема центрифу-гальной прядильной машины Мицубиси:

/ — всасывающая трубка; 2 — воздухоподводящая трубка; 3 — трубка ните-водителя; 4 — нитеводи-тель; 5 — кружка; 6 — держатель катушки; 7 — крючок; 8 — деталь дер­жателя катушки; 9 — мо­тальный угольник; 10 -гайка; // — пружина; 12 — катушка

Рис. 327. Раскрывающаяся катушка: / — втулка; 2 — крыло; 3 — ось крыла; 4 — пружины

Диаметр катушки в сжатом состоянии на 12—15 мм меньше наи­меньшего внутреннего диаметра полно­стью наработанной бобины. Высота ка­тушки на 20—25 мм больше высоты на­работанной бобины, чтобы витки при спа­дании с торца бобины не спадали бы и с крыльев катушки.

Рассмотрим схему (рис. 328) крутиль-но-мотального механизма и механизма съема, применяемых на центрифугальной прядильной машине японской фирмы Мицубиси для выработки гребенной шер­стяной пряжи. Мычка, выходящая из пе­редней пары вытяжного прибора, попа­дает в вертикальную мычковсасываю-щую трубку /, в которую через горизон­тальную воздухопроводную трубку 2 (расположена по касательной к внутрен­нему отверстию) нагнетается воздух. Внутри отсасывающей трубочки возни­кают вихревые струи воздуха, закручи­вающие прядь мычки, подвергая ее лож­ной крутке. Упрочненная мычка воздуш­ным потоком, возникающим при враще­нии кружки центрифуги, всасывается внутрь неподвижной трубки 3 нитеводи-теля 4, выходит из отверстия трубки и центробежной силой отбрасывается на внутреннюю поверхность круж­ки 5 центрифуги и прижимается к последней. Прочность мычки, укреп­ленной ложной круткой, больше ее первоначального натяжения, возни­кающего в момент прижатия ее к внутренней поверхности вращающейся кружки. Поэтому процесс прядения автоматически возобновляется. На трубку нитеводителя свободно надевается трубчатый держатель катушки, в верхней части которого в пазу вставлен подпружинный па­лец держателя 6 катушки. В противоположной стороне этого паза сде­лан закрытый паз, служащий замком для крючка 7 катушки. Крючок катушки шарнирно укреплен в пазу детали 8, расположенной на верх­нем торце держателя катушки и связанной с последней при помощи штифта. Деталь 8 кольцевым выступом прижимается к мотальному угольнику 9 и закрепляется в нем при помощи гайки 10. В гайку 10 ввертывается верхняя часть трубки нитеводителя 4. Крючок 7 катушки представляет собой двухплечий рычаг, к вертикальному концу которого прикреплена плоская пружина 11 для удержания катушки 12. Перед началом наработки съема катушка надевается на держатель. Во время наработки съема катушка 12 вместе с держателем и трубкой нитево­дителя совершает вместе с мотальной планкой возвратно-поступатель­ное Движение для раскладки нити (по высоте) в кружке. Перед съемом скорость машины автоматически снижается на 20%, мотальная планка опускается до требуемого положения, передняя пара вытяжного при­бора выключается, выпуск мычки прекращается, а палец держателя б отводится в сторону. Катушка вместе с держателем и трубкой нитево­дителя быстро опускается в кружку центрифуги до требуемого поло­жения. Нить, находящаяся в кружке центрифуги, захлестывается за косой вырез нижнего торца трубки держателя и перематывается на не­подвижную катушку. После окончания перемотки пряжи из кружки центрифуги на катушку мотальная планка поднимается вверх, катушки выводятся из кружек центрифуг и рукояткой наклоняются вперед в положение, удобное для их съема. Для съема катушки с пряжей с дер­жателя необходимо опустить палец держателя рукой. Затем работница надевает на держатели пустые катушки, поворачивает расположенную в головке машины рукоятку, т. е. возвращает мотальную планку с ка­тушками в рабочее положение. После этого вытяжной прибор включа­ется и процесс прядения начинается снова, мычка укрепляется и вса­сывается внутрь кружки.

Во время съема наработанной пряжи и в первоначальный момент пу­ска машины кружки центрифуг вращаются с пониженной скоростью. Когда процесс прядения начался, машина переводится на работу с нор­мальной скоростью.

Для получения початка пряжи мотальная планка медленно поднима­ется кверху, образуя в кружке бобину с наклонными торцами. Полное время, затрачиваемое на съем бобин, составляет 6—8 мин. В случае об­рыва нити во время наработки съема перемотка пряжи на катушку про­должается только до места обрыва. После выемки катушки с пряжей из кружки центрифуги процесс прядения на ней возобновляется.

Во ВНИИЛТЕКМАШе спроектирована опытная хлопкопрядильная машина с опрокинутыми кружками на 228 центрифуг (расстоянием меж­ду центрифугами 104 мм, внутренний диаметр кружки 90 мм, высота кружки 100 мм). Электродвигатели центрифуг питаются переменным трехфазным током повышенной частоты. Машина снабжена автоматом для выемки наработанных бобин из кружек центрифуг.

Имеющийся на машине специальный таймер позволяет производить автоматическую выемку наработанной пряжи из кружек центрифуг и полный останов машины через заранее установленное время после пуска без участия работницы. На машине имеется командоаппарат, управляющий пуском и остановом машины, включающий и выключающий в опре­деленной последовательности ее рабочие механизмы. Центрифуги, обла­дающие большими моментами инерции, разгоняются и останавливаются медленнее, чем другие механизмы машины. Поэтому применяется раз­дельный пуск и останов ее механизмов.

Для удобства снятия катушек с пряжей каретка съема в нижнем по­ложении наклоняется на некоторый угол. Продолжительность останова машины зависит от времени торможения центрифуг; механизм съема во время выема бобин из центрифуг работает в пределах 80—100 сек.

Опытная центр'ифугальная прядильная машина рассчитана на выра­ботку пряжи от № 20 до № 250. Испытание машины при скорости вра­щения центрифуг 18200 об /мин показало, что технологический процесс проходит нормально, а обрывность значительно меньше, чем на кольце-тфядильной машине, работающей при 10 000 об [мин. Полученная на центрифугальной прядильной машине пряжа по своему качеству не от­личается от пряжи, выработанной на кольцепрядильной машине. Масса наработанной бобины 100 г. Если применить на центрифугальной маши­не с опрокинутыми кружками всасывающее приспособление (по типу японской машины), то можно во время останова машины обрывать все нити. Были также проведены опыты по выработке центрифугальным способом аппаратной пряжи.

В настоящее время создаются центрифугальные машины для гребен­ного прядения шерсти. Уже внедрены в промышленность центрифугаль­ные машины для сухого прядения лубяных волокон, завершается созда­ние центрифугальной машины для мокрого прядения льна. Наиболее перспективным является применение центрифугальных прядильных ма­шин в шерстопрядильной промышленности и в промышленности лубяных волокон. В хлопчатобумажной промышленности наиболее вероятным и экономически обоснованным является применение этих машин для вы­работки очень высоких номеров пряжи, а также пряжи с низкими коэф­фициентами крутки, используемой в трикотажной промышленности.