1、前 言
上世纪九十年代起，国产悬锭粗纱机开始在纺纱厂大量使用，粗纱卷装尺寸由托锭粗纱机的Φ130×320；Φ140×320mm增加为Φ130×400；Φ135×400；Φ150×400mm，粗纱大卷装似乎已经实现。事实却不然，山东某企业，使用国内最新的全自动落纱粗纱机，纺C55/T45，定量6.2g/10m，落纱定长仅为2200m，按标准回潮率8.5%计算，粗纱卷装重量仅1.48kg，与“棉纺手册”列举相应规格的粗纱卷装重量2.72～3.38kg相比较，该粗纱卷装重量仅与A454型粗纱机的卷装容量相当。
分享造成这个问题的原因，主要有两个：
（1）该粗纱机锭距220mm，标准粗纱卷装尺寸应为Φ150×400mm，但该厂的粗纱卷装尺寸仅Φ135×370mm，按成形角40°计其卷装容积仅为Φ150×400mm的72%左右。
（2）粗纱卷绕密度为0.39g/cm3，仅为“棉纺手册”推荐的最小粗纱密度的75%。
从走访过的棉纺厂看，大卷装粗纱机纺“小卷装”粗纱的现象相当普遍，为进一步利用现有设备，提高成纱质量和劳动生产率，节工、节能，有必要对粗纱大卷装进行再议论。
2、粗纱大卷装的两个要素
2.1 粗纱卷装尺寸及粗纱卷绕密度
粗纱卷装尺寸由细纱机喂入及粗纱喂入二个因素确定：
①从细纱喂入角度考虑，粗纱允许的最大卷装直径Dmax为：
式中G为细纱机锭距，n为细纱机喂入纱架粗纱列数。
②从粗纱喂入角度考虑：先确定粗纱机锭距G，再由锭距确定粗纱卷装直径Dmax。
式中D为粗纱机后喂入棉条筒外径；n为喂入棉条筒列数，一般n＝4。
Dmax=G-相邻锭翼臂允许的最小间隙（10）-2×锭翼臂宽度（25）-2×粗纱管与锭翼臂间允许的最小间隙（10）
我国悬锭粗纱机行业标准中规定：锭距220mm的粗纱机，其最大粗纱卷装尺寸为Φ150×400mm，但生产运转中，许多纺纱厂设定的粗纱定长往往小于此数，结果使粗纱卷装容积大为缩小。
如前所述，纺纱厂卷装尺寸由Φ135×370提高到Φ150×400，则粗纱容量马上可提高28%，粗纱定长由2200m可提高到2800m左右。
2.2 粗纱大卷装的另一要素是提高粗纱卷绕密度
“紧卷绕”的优点：
（1）增加粗纱定长，减少细纱工序换粗纱接头数，提高成纱质量。
（2）缩小粗纱前、后排、锭间卷绕直径、卷绕线速度差异、减小卷绕张力差异，对降低粗纱伸长
（3）率差异及细纱重量不匀率有利。
（4）提高劳动生产率：如前述工厂，由卷装尺寸提高28%，粗纱卷绕密度提高25%，则粗纱定
（5）长可由2200m提高到3300～3500m，粗纱落纱次数减少50%，细纱挡车工换粗纱数减少50%，挡车工看锭数可以相应增加，粗、细工序的劳动生产率将有较大幅度提高。
3、粗纱紧卷绕必须注意的问题
3.1“紧卷绕”需要工艺创新观念
纺纱工艺创新是提高成纱质量和劳动生产率的重要途径之一。棉纺粗纱机是环锭纺纱系统中电一体化、自动化发展最迅速并与国际水平差距最小的机种之一，随着技术进步和设备革新，纺纱工艺必须与新设备相适应，以充分发挥新设备的潜能，取得最大的投资效益。老厂虽然在长期生产实践中积累了不少成熟的经验，但纺织科学是一门通过实践不断发展的科学，纺织工艺人员仍应敢于创新，摒弃无所作为的想法，勇敢探索新工艺，进行稳妥大胆的实践，则必然会有所发展，有所收获。
3.2 “紧卷绕”要大捻度纺纱
粗纱捻度必须与纤维品种、长度、纤度；粗纱定量及细纱后区牵伸能力相匹配。粗纱在纱管上承受的离心惯性力与纱管转速的平方及纱管直径成正比，粗纱机高速大卷装后，必须加大粗纱捻系数，以增加粗纱强度，使之与增大的离心惯性力相适应；此外，大卷装后粗纱管重量增加，为防止细纱机上粗纱喂入意外伸长的发生也必须适当加大粗纱捻系数。故大捻度纺纱：一为粗纱正常卷绕需要；二为细纱喂入的需要。有文献指出：合理利用粗纱捻度，控制细纱牵伸区中纤维运动对提高成纱质量有利。
3.3 “紧卷绕”要大张力纺纱
3.3.1 压纱力的理论分析与实践
在讨论大张力纺纱前，先对锭翼压掌的压纱力作一些理论分析和探讨： 压掌在粗纱卷绕过程中起导纱与压纱作用。压纱力是如何产生的？一些教科书和学术论著中常把压掌平衡杆在锭翼回转中产生的离心惯性力使压掌叶对纱管产生的压力称为压纱力，并由此展开讨论得出在粗纱卷绕过程中由小纱至大纱，压掌压纱力由大变小，符合粗纱张力变化要求的结论。将压掌的向心要求与“压纱力”混淆，极易产生误导。
图1以悬锭锭翼压掌为脱离体，分析粗纱卷绕过程中压掌与管纱的受力情况：
图1 粗纱卷绕过程中压掌与管纱的受力情况
O 为压掌的回转中心；
O1 为筒管回转中心；
ω 为锭翼的回转角速度；
m1r1ω2 为压掌平衡杆的离心惯性力；
m2r2ω2 为压掌臂、压掌叶的离心惯性力；
r01 为m1r1ω2到压掌回转中心O之间的力臂；
r02 为m2r2ω2到压掌回转中心O之间的力臂；
T 为粗纱卷绕过程中的卷绕张力；
rt 为卷绕张力与压掌回转中心O之间的力臂；
F′为纱管作用在压掌上的反作用力，
F 为压掌压向纱管的压力，即“压纱力”；
rf 为压纱力与压掌回转中心O之间的力臂；
N 为压掌支点处的支反作用力。
为使压掌在锭翼回转时自动向心，必须使
压纱力F与F′ 大小相等、方向相反，〔2〕式表明：压纱力由两部分组成：
（1）由压掌的离心惯性力产生的压纱力F1：
（2）由卷绕张力T产生的压纱力F2：
对压纱力F1和F2作定性分析时，采取实验研究方法：
实验1：按〔3〕式，增加m1及r01以增加F1值，与m1及r01 未增加时纺至相同粗纱卷装尺寸进行比较，实验结果：两者容纱长度相同，卷绕密度未增加。
实验2：按〔1〕式，减小m1，使m1r1r01小于m2r2r02 ，锭翼回转时，压掌叶不向心，但卷绕张力T不变，此时卷绕能正常进行，与m1r1r01大于m2r2r02时卷绕同样长度粗纱，其粗纱卷装尺寸相同，手感硬度相近。
实验3：按〔4〕式，增加卷绕张力，并在压掌上增加导纱钩，粗纱伸长率在规定范围内，粗纱卷装尺寸相同时，容纱长度增加了23%。
实验分析：实验1和实验2说明：由压掌离心惯性力产生的压纱力F1对卷绕密度影响很小；实验3则表明卷绕张力形成的压纱力F2对卷绕密度影响是主要的。压纱力主要是由卷绕张力形成的。
在自动落纱粗纱机上，锭翼回转时，压掌必须灵活地在向心力的作用下自动压向纱管，这一点至关重要。否则，落纱生头成功率将会大幅度降低，进而影响自动落纱粗纱机的正常运行。
3.4 对“纺纱张力大，粗纱伸长率就大”的质疑
悬锭粗纱机锭翼顶端都装有高效假捻器，假捻器对粗纱机获得高质量粗纱和提高粗纱机效率极为重要。高效假捻器颠覆了“纺纱张力大，粗纱伸长率就大”的传统观念，“新型粗纱机理论与实践” 中，曾对使用假捻器后粗纱张力与伸长率间关系作过测定：图2中粗纱前后排都安装假捻器，其中前排纺纱张力明显高于后排，但前排粗纱伸长率却低于后排。对“纺纱张力大，粗纱伸长率就大”的质疑，我们可以作几个比较直观的试验如下：
图2 粗纱张力和伸长关系图
1-前排纺纱张力；2-后排纺纱张力；3-前排粗纱伸长率；4-后排粗纱伸长率
（1）调低卷绕张力（即卷绕速度与前罗拉输出速度之比减小）：前罗拉至假捻器间的粗纱松弛下垂，此时可见该纱段的假捻度很低，粗纱在自重作用下就易发生意外伸长，测试伸长率数值较大，明显是张力小而伸长率大。
（2）调高卷绕张力（即卷绕速度与前罗拉输出速度之比增大）：前罗拉至假捻器之间的粗纱收紧，粗纱条在假捻器折弯处的正压力增加，假捻摩擦力距加大，假捻度提高，纺纱段捻缩增加，前罗拉纺纱三角区减小，使发生的强力薄弱区的意外伸长减少，粗纱伸长率反会下降。
笔者曾在FA492型粗纱机上以CB101/150×400无纱疵碳纤维短压掌悬锭锭翼与原使用铝压掌的悬锭锭翼同台纺纱：卷绕张力未作调整，由于碳纤压掌与纤维的摩擦系数小，故该锭纺纱张力明显增大，假捻效果提升。
捻缩增加使纺纱段粗纱紧如琴弦，但由于卷绕张力未增加，故粗纱卷装尺寸仍与同台其他锭位粗纱卷装尺寸相同，落纱后与相邻锭位粗纱作定量测试比较，无明显差异。可知该锭纺纱张力大，伸长并不大，其原因在于试验中整机卷绕张力未加大，压掌变化仅仅改变了由卷绕点至前罗拉纱条输出点各段粗纱间的张力分布，因此“纺纱张力大，粗纱伸长率就大”的观念在使用高效假捻器的悬锭粗纱机上不正确，大张力纺纱是可行的。因此，采用大张力纺纱提高粗纱的卷绕密度是粗纱大卷装的另一重要途径。
3.5 粗纱卷装的硬度
有人认为紧卷绕后粗纱卷装的硬度增加，会影响成纱质量。实际上紧卷绕后，粗纱卷装硬度增加使粗纱在运输、贮存过程中，因相互摩擦而产生的毛羽减少，从而会使成纱棉结减少，成纱质量提高。应当指出：大张力纺纱时粗纱卷装仍有一定弹性，粗纱张力自调机理并未破坏，一定范围内粗纱张力自动调节的功能仍然存在。
4、粗纱大卷装中冒纱及压掌插纱故障分析
4.1 冒纱产生的原因
（1）粗纱卷绕张力调正不当：卷绕张力必须符合由小纱到大纱，张力由大变小的规律。否则内松外紧必产生冒纱故障，以“恒张力纺纱”来标榜粗纱张力控制技术的“先进”，极易使人产生误解。
（2）粗纱轴向卷绕密度过小过大。
（3）粗纱捻系数太小。
（4）粗纱脱肩：成形角过大过小；上龙筋换向不迅速及时；上龙筋升降打顿；锭翼压掌轴向窜动量过大。
（5）粗纱在锭翼压掌园弧臂上的绕圈数不足。
（6）钢压掌受撞击变形后未及时校正。
（7）假捻器失效或纺纱张力过小，假捻效果差。
（8）喂入棉条定量偏轻，纺至中、大纱时卷绕张力变小。
（9）相对湿度太低。
（10）粗纱断头后未及时接头：超过二层粗纱后接头，则该锭卷绕张力明显变小。
（11）筒管纺滑螺纹设计应为阳螺纹；筒管过于陈旧，两端的防滑螺纹磨损变平，失去防滑的作用。
4.2 锭翼压掌“插纱”的原因
棉纺粗纱机目前均采用管导卷绕方式：粗纱卷绕点的线速度大于压掌压纱点的线速度，其速度之差等于或略大于前罗拉粗纱输出速度，因此正常卷绕时不可能产生压掌插入粗纱的故障。但冒纱发生之后，冒纱处粗纱卷绕直径变小，粗纱松散，压掌导纱口被粗纱带入松散的粗纱层，形成“插纱”， 严重时使锭翼导纱臂向旋转方向变形，甚至发生导纱臂断裂事故。因此，所谓“压掌插纱”实际上是冒纱在先，插纱在后。
使用铝压掌时，由于压掌叶的厚度较大，冒纱后不易被挂入粗纱；此外，铝压掌容易断裂，即便出现“插纱”现象，压掌也会因先断裂而避免发生更严重的事故，这使有些厂认为铝压掌优于钢压掌。但铝压掌园弧臂不耐磨，易产生沟槽，当纺纱品种改变要改变粗纱在压掌园弧臂上的绕圈数时，压掌就须更新。目前，国外粗纱机几乎全部使用钢压掌，针对我国纺纱厂实际情况，多组份纤维（棉、麻、毛、化纤）纺纱日益增多，纺麻、毛、化纤时铝压掌园弧臂极易磨损起沟，无锡诚本纺机有限公司已创新生产出一种防插纱钢压掌：其耐磨性、抗冒纱“插纱”的能力大大优于现有钢压掌和铝压掌。
5、小 结
（1）粗纱大卷装应从二方面着手：增加卷装容积和提高卷绕密度，以充分发挥现有悬锭粗纱机潜力。
（2）在正常纺纱的转速范围内，压掌的压纱力主要由卷绕张力形成，而压掌的离心惯性力仅确保压掌在回转时能自动向心，对压纱力的影响很小。
（3）大卷装粗纱机的纺纱工艺特征是大捻度、大张力、紧卷绕。
（4）调整粗纱张力：从小纱到大纱，张力应逐渐减小，这是防止冒纱的关键；只有确保不发生冒纱现象，才不会出现压掌“插纱”问题。
（5）适应多组份纤维（棉、麻、毛、化纤）纺纱发展趋势，新型防插纱钢压掌优于铝压掌。
作者：袁景山（无锡诚本纺机有限公司）
编辑： 中国纱线网，转载请注 明出处
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