第二节 筒子架与整经张力
整经所用的纱线一般是筒子卷装，筒子被放置在筒子架上，筒子架的容量是指能够放置筒子的最大数量，即最大整经根数。在筒子架上除了安放筒子的锭座外，还有张力装置、导纱装置、清洁装置、断头检测装置、换筒装置等，这些装置对提高整经速度、经轴质量及生产效率有着重要的影响。
一、筒子架
（一）筒子架的种类
根据筒子纱的退绕方式、换筒方式、引纱方式等不同，筒子架可分为多种类型。
1.按退绕方式分 筒子纱按退绕方式不同可分为轴向退绕和切向退绕两种。
（1）轴向退绕一般用于圆锥形筒子，退绕时筒子不需回转，因而退绕速度高，这有利于提高整经速度，并可使筒子卷装容量增大。但对表面光滑、弹性模量较高的纱线容易产生脱圈，并且在退绕过程中纱线存在加捻或解捻现象。
（2）切向退绕一般适用于圆柱形筒子，筒子在退绕过程中不断回转才能退出纱线，由于筒子的回转惯性较大，不适于高速退绕，但是退绕过程中不会对纱线加捻也不容易脱圈，适于无捻扁丝、表面光滑的长丝整经。
2.按换筒方式分 根据换筒操作是否需要停车可分连续式整经和间断式整经。
（1）连续式整经采用复式筒子架，如图2-6所示，每个导纱瓷眼对应两个筒子，其中一个是工作筒子，另一个是预备筒子。在工作筒子退绕时安装好预备筒子，并将工作筒子的纱尾与预备筒子的纱头连接在一起，当工作筒子上的纱线用完后自动跳转到预备筒子，此时预备筒子变成工作筒子，因此换筒过程不需停车，整经机工作效率非常高。但是，由于不同筒子的绕纱长度略有差异，造成各根纱线的换筒时间不一致，长期连续生产，筒子的退绕直径就会有大有小，加之筒子架长度较长，片纱张力不均匀。所以，连续整经方式只适用于批量较大的中低档织物生产。
图2-6 连续式整经工作原理
1—工作筒子 2—预备筒子 3—导纱瓷眼
（2）间断式整经（又称集中换筒）就是换筒时必须停车以便取下所有空筒管，换上新的满筒纱，接好纱头后再开车继续整经。采用的一种筒子架如图2-7所示，由于放置筒子的锭轴安装在固定不动的支架1上，因此称为固定式筒子架。当筒子用完更换新筒子时，须把张力架3向外移以扩大换筒空间，换筒完毕后再将张力架向内移至规定的导纱距离，继续整经。
图2-7 固定式筒子架
1—支架 2—筒子 3—张力架
这种固定式筒子架结构紧凑，引纱距离短，加之集中换筒，退绕满筒的尺寸相同，所以纱线退绕张力一致，片纱张力均匀，适用于细特、高密等高档织物的生产。由于换筒停车时间较长，整经机的工作效率比较低。为了减少换筒时间，提高工作效率，一些新型整经机采用了活动式筒子架。
活动筒子架上安装有工作筒锭和备用筒锭，且两者的位置可以转换。在工作筒锭上的筒子工作过程中，将新筒子提前放置在备用筒锭上，当需要换筒时，工作筒锭与备用筒锭迅速互换位置，从而节约了换筒停车的时间。活动筒子架主要有循环式、旋转式、组合式等多种形式。
循环式筒子架的工作原理如图2-8所示。筒锭座安装在可以循环转动的链条上，链条的一侧是工作筒子，另一侧是备用筒子。当工作筒子用完后，启动链条回转，将备用筒子迅速转至工作筒子，接好纱头即可继续整经。
图2-8 循环式筒子架工作原理
旋转式筒子架的工作原理如图2-9所示。分别装有工作筒子和备用筒子的筒子架以3～5排为一组，每组有一根旋转轴，当工作筒子用完后，旋转轴回转180°将备用筒子转至工作位置，接好纱头即可继续整经。
图2-9 旋转式筒子架工作原理
组合式筒子架的工作原理如图2-10所示。该筒子架由两部分组成，一部分是固定不动的设有张力装置的导纱架；另一部分是放置筒子的活动小车。活动小车可从导纱架的后部推入或拉出，组合成一个完整的筒子架。每辆小车的两侧放置80～100个筒子，换筒前，准备好若干辆装满筒子的小车；换筒时，将筒子架中已用完的空筒小车拉出，然后将满筒小车顺序推入即可。
图2-10 组合式筒子架工作原理
间断整经的筒子架比连续整经的复式筒子架长度短，因而退绕张力更均匀。活动式筒子架与固定式筒子架相比，宽度略有增加，但换筒停车时间大大缩短。随着整经换筒自动接头技术的研究与应用，全自动换筒整经机将进一步缩短换筒停车时间，大大提高整经机的工作效率。
图2-11 筒子架引纱方式
3.按引纱方式分 引纱方式是指如何将纱线从筒子架引到整经机机头，对片纱张力的均匀有一定影响，常见的引纱方式如图2-11所示。图2-11（a）为单式筒子架，筒子架上没有备用筒子，所有筒子位于中央，纱线被从筒子架两侧引出至机头。这种筒子架的宽度较小，片纱张力较为均匀，固定式和组合式筒子架采用此种引纱方式。图2-11（b）为矩形筒子架，筒子架上装有备用筒锭，内侧引纱、外侧换筒，插、拔备用筒子不影响工作筒子引纱，筒子架宽度略宽，断头处理和引纱操作略显不便，部分旋转式筒子架采用这种方法引纱。有的矩形筒子架采用外侧引纱、内侧换筒以方便引纱和断头处理，但引纱路径弯折较大。图2-11（c）为V形筒子架，设有备用筒锭，外侧引纱，内侧换筒，引纱路径平直，可减少对纱线的磨损，但筒子架后部宽度较大，循环式和旋转式等活动筒子架常用此种引纱方式。图2-11（d）是矩形+V形筒子架，只用于连续整经的复式筒子架，内侧换筒，外侧引纱，因为复式筒子架长度较长，为限制其宽度，筒子架的后部做成了矩形。该筒子架由于引纱距离长、纱线弯折大，易造成片纱张力不匀，逐渐趋于淘汰。
（二）整经张力装置
在整经机筒子架上一般都设有张力装置，其作用一是施加给纱线以附加张力，使经轴获得良好成形和较大的卷绕密度；二是根据筒子在筒子架上的不同位置，分别给以不同的附加张力，以抵消由引纱路径不同而产生的张力差异，使全片经纱张力均匀。
1.垫圈式张力装置 单张力盘垫圈式张力装置如图2-12所示。经纱从筒子上退绕下来穿过导纱瓷眼后，绕过瓷柱1，张力盘2紧压着纱线，绒毡3和张力垫圈4放在张力盘上。张力垫圈的重量可根据纱线特数、整经速度、筒子在筒子架上的位置等因素选定。绒毡起缓冲吸振的作用，以减小经纱直径变化引起的张力盘上下振动。
双柱压力盘式张力装置如图2-13所示，纱线2从筒子上退绕下来穿过导纱瓷眼3，经过压力盘5，绕过张力柱7，再经压力盘6引出。压力盘通过自身或张力垫圈的重量给纱线一个基础张力，张力柱7可绕调节轴4回转，通过调整其位置来改变纱线的包围角，从而起到调节纱线张力的作用。
图2-12 单张力盘垫圈式张力装置
1—瓷柱 2—张力盘 3—毡垫 4—张力垫圈
图2-13 双柱压力盘式张力装置
1—立柱 2—纱线 3—导纱瓷眼 4—调节轴 5、6—压力盘 7—张力柱
垫圈式张力装置综合运用了累加法和倍积法的原理，纱线的附加张力取决于张力圈重量和纱线对瓷柱的包角，它的结构简单，但由于倍积法的因素，扩大了经纱的张力波动，遇到纱疵及结头时，张力盘会跳动，不适于高速整经。
2.无柱式张力装置 图2-14所示为双张力盘无柱式张力装置，该张力装置由两套张力盘组成，第一套张力盘主要起减振作用，保证纱线进入第二套张力盘时运动平稳，由第二套张力盘来调节经纱的张力。经纱l通过导纱眼2之后进入第一套张力盘，因棉结杂质引起的振动由吸振垫圈4缓冲吸收，并给纱线附加一定的张力。第二套张力盘之间的压力由加压垫9和加压弹簧10产生，调节定位螺母11的上下位置，便可改变弹簧对张力盘的压力，从而调节经纱的张力。该张力装置中由于没有瓷柱，消除了倍积法的作用，不会扩大经纱张力波动的幅度。底盘3在驱动齿轮5、6、7的作用下积极回转，不易聚积污垢，有利于均匀经纱张力，适应高速整经的需要，同时圆盘表面磨损均匀，可减小对纱线的损伤。
图2-14 双张力盘无柱式张力装置
1—纱线 2—导纱瓷眼 3—底盘 4—毡垫 5、6、7—驱动齿轮 8—张力盘 9—加压垫 10—加压弹簧 11—定位螺母
图2-15 电磁式张力装置
1—转轮 2—纱线 3—线圈
3.电磁式张力装置 有些新型整经机上配置了电磁张力装置，如图2-15所示，它利用可调电磁阻尼力对纱线施加张力。纱线2包绕在转轮1上。转轮很轻，由轴承支撑，其机械摩擦阻力矩很小。转轮内设有电磁线圈3，产生电磁阻尼力矩施加给转轮。通过改变线圈电流参数，即可调节纱线张力的大小。这种张力装置在转轮与纱线之间没有滑移，属于间接附加张力，对纱线损伤极小。
4.导纱棒式张力装置 导纱棒式张力装置如图2-16所示，主要是为了集中调节经纱张力。筒子架每排设有一套导纱棒式张力装置，纱线自筒子引出后，经过导纱棒1、2，绕过纱架立柱3，再穿过自停钩4而引向前方。通过调节导纱棒2的位置来调节导纱棒l、2间的距离大小，从而调节纱线对导纱棒的包围角进而改变和控制经纱张力，它只能调节整排经纱的张力，不能调节单根经纱的张力。
图2-16 导纱棒式张力装置
1、2—导纱棒 3—纱架立柱 4—自停钩
（三）整经断头自停装置
一般筒子架上每锭都配有断头自停装置，整经断头自停装置的作用是当经纱断头时，立即向整经机车头控制部分发信号，由车头控制部分立即发动停车。高速整经机对断头自停装置的灵敏度提出了很高要求，要求在800～1200m/min整经速度下经纱断头不卷入经轴，从而方便挡车工处理断头。因此为尽早检测，断头自停装置安放在整经筒子架的前部，断头自停装置还带有信号指示灯。当纱线发生断头时，检测装置发信号关车，同时指示灯指示断头所处的位置，便于挡车工找头。整经断头自停装置主要有电气接触式和电子式两种。
图2-17 电气接触式断头自停检测装置
1—纱线 2、4—导电片 3—绝缘体 5—经停片 6、7—导电棒 8—铜片 9—回转轴 10—自停钩 11—指示灯
1.电气接触式断头自停装置 电气接触式自停装置有两种常见的形式。第一种为经停片式，如图2-17（a）所示，纱线1断头后，经停片5因自重下落，在经停片斜面的作用下导电片2、4被接通，使控制回路导通发动关车。这种自停装置结构简单，但容易堆积纤维、尘埃，引起自停动作失灵。
第二种为自停钩式，如图2-17（b）所示。纱线1断头时自停钩10下落，绕回转轴9顺时针回转拨动铜片8上升，使导电棒6、7接通并发动关车。这种装置带有胶木防尘盒，有一定的防飞花尘埃作用，但结构比较复杂。
接触式电气自停装置的电路导通元件接触表面会氧化，接触电阻增加，长期使用后自停装置灵敏度会下降。断头关车失灵是这类自停装置的常见故障。
2.电子式断头自停装置 电子式断头自停装置又分为光电式和电容式两种。光电式断头自停装置具有较高的灵敏度和准确率，该装置如图2-18所示，采用红外线发光二极管作光源3，采用与发光管波长接近的光敏三极管4作接收器，二者在每一层纱线下部形成一条光束通道。当纱线未断时，经停片由纱线支承于光路上方，光束直射光敏管上，光敏管将光信号换成高电位输出信号。当纱线断头时，经停片下落挡住光路，光敏管输出低电平信号，发动关车并指示灯亮。
图2-18 光电式断头自停检测装置
1—经纱 2—经停片 3—光源 4—光敏管
电容式整经断头自停装置的感测部分为V形槽电容器。整经机正常运行时，纱线紧贴V形槽底部运动。由于纱线运行及表面不平整的抖动，故电容器产生的电信号类似“噪声信号”。一旦发生经纱断头，这种“噪声信号”消失，控制电路立即发动关车。
二、整经张力
纱线的张力对织造效率及织物质量有着重要影响，整经时既要考虑单纱张力，又要考虑片纱张力，单纱张力应适度，片纱张力要均匀。单纱张力过大，纱线会因过分伸长引起强力和弹性损失；张力过小，会使经轴卷绕不平整。片纱张力不匀会造成织机上开口不清、“三跳”织疵等种种弊病。整经产生的片纱张力差异难以在浆纱和织造工序消除，因此，不论对单纱张力差异还是片纱张力差异都应引起重视。
（一）影响整经张力的因素
整经一般采用锥形筒子轴向退绕，整经张力由纱线退绕张力、张力装置及导纱部件的附加张力和空气阻力等几部分构成。下面对除张力装置外的几个影响整经张力的因素进行分析。
1.筒子纱的退绕张力 与管纱退绕相似，纱线从固定的筒子上退绕时，由退绕点开始沿筒子表面滑移，在分离点与导纱点之间形成高速旋转的气圈，因此构成筒子纱退绕张力的因素也与管纱相似，所不同的是气圈回转的角速度随着退绕地进行逐渐增大，而平均气圈高度不变。
（1）筒子短片段退绕时张力的变化。采用14.6tex的纯棉筒纱，整经速度为200m/min，张力圈重3.75g，测量纱线出垫圈处的张力，结果如图2-19所示。图中1、3、5的波峰处代表退绕点位于筒子大端时的张力，2、4、6代表退绕点位于筒子小端时的张力。在退绕一个纱层中，在筒子小端纱线与筒子表面没有摩擦，故张力较小；退绕到筒子大端时，摩擦纱段较长，纱线与筒子表面的摩擦距离较大，故引起较大的张力。
（2）整只筒子退绕时纱线张力的变化。图2-20所示为整只筒纱退绕时的张力变化图。由图2-20可见，开始退绕时，筒子直径大，气圈的回转速度较慢，加上筒子直径较大，气圈由于不能完全脱离卷装表面而使纱线受到较大的摩擦，造成较大的张力；当退绕至中筒纱时，气圈回转速度加快，纱线会完全脱离卷装表面，摩擦阻力减小，故张力较小；当退绕至小筒纱时，由于气圈的回转角速度进一步增大，尽管气圈可以完全脱离卷装表面，但高速回转的气圈产生的离心力导致纱线张力的增加。一般筒管直径不宜过小，以便防止小筒子时退绕张力的急剧增加。
图2-19 退绕点位置引起的张力变化
图2-20 退绕直径引起的张力变化
（3）导纱距离对退绕张力的影响。整经时的导纱距离是指筒管顶点至导纱点之间的距离H，如图2-21所示，O′和O″分别是空筒和满筒时的圆锥顶点。在退绕速度较低时，纱线形成的气圈比较平直，为防止小筒退绕时纱线与筒子小端边缘产生摩擦，导纱点O不应小于O′点位置；当导纱点O位于O′和O″之间，满筒退绕时纱线会与筒子小端的边缘产生摩擦。一般导纱距离越小摩擦纱段越长，纱线张力就越大。加大导纱距离在一定程度上能够减小摩擦段，但气圈半径会随之增加，从而引起的纱线张力的增加，所以导纱距离不宜过大，通常范围在H =140～250mm。对于涤/棉纱的整经，为了减少纱线的扭结，应适当增加张力，一般选择较小的导纱距离。
图2-21 导纱距离与筒子的锥顶点的关系
（4）导纱瓷眼的位置。导纱瓷眼与筒子的相对位置如图2-22所示。当导纱瓷眼位于筒锭轴线的延长线a点时，纱线因自身重力而下垂，造成气圈上下不对称，如图虚线所示，使分离点位于筒子下表面c点时摩擦纱段短，而分离点位于筒子上表面d点时的摩擦纱段长，因此引起退绕张力的波动。如果将导纱瓷眼由a点移至b 点，则退绕时形成对称气圈，从而使退绕张力均匀。实测表明，导纱瓷眼高于锭轴延长线（15±5）mm，效果较好。
（5）整经速度与纱线特数。纱线平均退绕张力T与整经速度和纱线特数的关系如图2-23所示。在相同整经速度下，纱线特数越大，退绕张力也就越大；在相同纱线特数下，整经速度越高，退绕张力就越大。这是因为整经速度高，气圈的回转速度就越大，而气圈产生的离心力与气圈回转速度成正比，同时也与纱线的特数成正比，气圈产生离心力越大纱线与之相平衡的纱线张力也就越大。
图2-22 导纱瓷眼与筒子的相对位置
图2-23 退绕张力与整经速度和纱线特数的关系
2.空气阻力 纱线在空气中沿轴线方向高速运动时，受到空气阻力的作用而产生附加张力。空气阻力F为：
F=Cv 2ρdL （2-1）
式中：C——空气阻力系数，与纱线毛羽及表面光滑程度有关；
v——整经速度；
ρ——空气的密度；
d——纱线直径；
L——引纱长度。
在整经机上由于引纱长度较大（最长可达十几米），当整经速度比较高时，由式（2-1）可见，空气阻力的影响不可忽视。
3.导纱部件产生的附加张力 纱线从张力装置引出后，需要穿过或绕过多个导纱部件，最后才卷绕到整经轴上，纱线经过导纱部件时存在着累加式摩擦和倍积式摩擦，从而引起纱线张力的增加。若包围角极小可以忽略其影响，纱线仅以自身重力压在导纱件工作面，摩擦产生的纱线张力增量为ΔTl：
ΔTl=f·q·l （2-2）
式中：f——纱线对导纱器的摩擦系数；
q——纱线线密度；
l——纱线长度。
如果包围角较大，纱线对导纱件的包围摩擦引起的纱线张力增量ΔT2可用欧拉公式进行计算：
ΔT2=T0（efθ-1） （2-3）
式中： T0——初始张力；
f——摩擦系数；
θ——摩擦包围角。
实际上纱线在行进过程中受到空气阻力和导纱件摩擦力的交替作用，精确计算非常繁杂。一般来说，引纱长度越长、经过的导纱部件越多、对导纱部件的包围角越大，纱线受到的摩擦阻力就越大，附加张力也就越大。
4.筒子位置对纱线张力的影响 筒子在筒子架上有上、中、下层和前、中、后排等不同位置，筒子在筒子架上的位置不同，其引纱长度和对导纱部件的包围角会有差异。筒子架上纱线张力的分布规律为：后排筒子引出的纱线张力较大，前排筒子引出的纱线张力较小；上层和下层筒子引出的纱线张力较大，中层筒子引出的纱线张力较小。这是因为后排筒子的引纱长度大于前排筒子，经过的导纱件多；而上、下层筒子引出的纱线对筒子架和车头之间的导纱件有较大的包围角。
（二）均匀整经片纱张力的措施
1.采用集中式换筒 筒子的退绕直径对纱线退绕张力影响很大，特别是加工粗特纱线和高速整经的情况下应当尽量采用集中换筒方式整经。集中换筒是一次性更换全部筒子，这样在整经过程中可以保证所有筒子的退绕直径基本一致，因而退绕张力均匀一致。集中换筒对络筒有定长要求，以保证换到筒子架上的所有筒子具有相同的初始卷装尺寸，并可减少筒脚纱的数量。
2.分段分层设置张力装置 处于不同位置的筒子，选用不同的垫圈重量，旨在平衡筒子位置对张力的影响，以期获得均匀的片纱张力。分段分层配置张力垫圈的原则是前排重、后排轻，中层重、上下层轻。应该指出，分段分层数越多，片纱张力差异越小，但管理也越不方便。
分段分层数应视筒子架规格及产品类型而定，有矩形分段法和弧形分段法两种。矩形分段法比较简单，一般前后分成3～5段，上下分成3层，从而构成9、12或15个区段，在每个区段中设置相同的张力参数。弧形分段法略显复杂，管理也不方便，但片纱张力更加均匀。如图2-24所示将筒子架分成4个弧段分别设置张力装置，片纱张力不匀率显著降低。为了加强管理，对不同重量的张力垫圈上涂上不同颜色，以示区别。
一些新型高速整经机只对筒子架进行前后分段，每段张力参数可以集中控制与调节。
图2-24 弧形分段设置张力装置
3.合理穿入伸缩筘 纱线在穿伸缩筘时，不同部位会形成不同的摩擦包围角，引起不同的附加张力。纱线合理穿入伸缩筘既要达到片纱张力均匀，又要兼顾操作方便，穿法简单。
（1）分排穿法。如图2-25所示，将筒子架上引出的纱线从前排开始，由上层到下层依次按排从伸缩筘中央向外顺序穿入。特点是引纱距离短的前排经纱穿在中部，对筘齿的包围角大，而后排经纱穿在边部，对筘齿的包围角小，起到均匀片纱张力的作用。分排穿法的纱线层次较为清晰，断纱不易与邻纱纠缠，但引纱操作不太方便。
（2）分层穿法。如图2-26所示，将筒子架上引出的纱线从上层（下层）开始，依次按层从伸缩筘中央向外顺序穿入。分层穿法的纱线层次清晰，引纱操作方便，但上、下层纱片对筘齿的包围角差异较大，增加了纱线张力差异，且断纱容易与邻纱纠缠。
图2-25 分排穿法
图2-26 分层穿法
4.适当增加筒子架到车头之间的距离 增大筒子架到整经机头的距离，可以减少纱线进入伸缩筘的过度曲折，减少对纱线的摩擦，均匀片纱张力，也可以减少经纱断头卷入经轴的现象。但距离过大，设备的占地面积要增大，同时也会增加挡车工处理断头时的行走距离。一般筒子架与机头之间的距离为3.5m左右。