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摘 要： 根据大容量筒子染色机的要求，设计了新型的染液换向装置。该装置与 “鹅颈型”换向装置相比，在结构、受力、使用性能、工艺以及成本等方面都有很大的优越性。
关键词： 筒子染色机；换向装置；设计。
【中图分类号】 TS193.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）10-0165-02
1.前言
我国于20世纪60年代涉足筒子染色技术，到70年代用于纺纱的筒子染色，90年代后飞速发展[1]。筒子染色机以其高效短流程、低能耗及排污少等特点，广泛用于色织针织行业。筒子染色机的换向装置形式较多，典型的有鹅颈管式、直角弯头式和阀门式[2]。70年代生产的小容量筒子染色机如MF241-100，其换向装置采用“鹅颈型”结构，通过连杆由一个气缸推动，性能比较可靠。但随着社会发展和人们生活水平的提高，小容量染色机已不能满足生产的要求，因此必须开发出大容量的筒子染色机，而原来的“鹅颈型”换向装置是采用垂直密封和悬臂结构，传递扭距大，不适用大容量染色机的换向。为此，设计了一种新型的换向装置，并与“鹅颈型”换向装置从结构、受力、机械性能、成本等方面进行了比较，具有很大的优越性。
2.新旧换向装置的比较
2.1 筒子染色机的换向装置的作用。
假设整个染笼只染一个大筒子纱，如图1为染色机的一个模型，染液循环方向为箭头方向，此时对于筒子纱，染液流向从内到外，这种染液循环方向称为正循环，小浴比只能用正循环，对于广泛应用的中浴比则要求染液正反交替变换方向（正反方向运行时间根据工艺要求而定），而这种功能由换向装置来实现。因此换向装置在染色机上具有重要的作用。
2.2 “鹅颈型”换向装置介绍。
如图2、图3、图4，其中图3为图2的仰视图，图4为图2的密封部分放大图，图2是正常工作状态位置，换向装置垂直安装，它主要由过滤网1、靴2、传动轴3、平盖4、气缸5、连杆6、泵的吸口接管7、泵的出口接管8等组成。其中靴是铸钢材料，它是“h”型结构。
换向过程是这样的：由气缸通过连杆，轴传动靴，使靴的下接口交替运动到两个极限位置，这两个极限位置正好与泵的进、出口相连，而靴的上接口始终与染笼的底平面接口相通，这样通过气缸的伸缩运动，变换染笼与泵的吸口或出口相连，实现染液的正反循环。
2.3 新型换向装置介绍。
如图5、图6它們是同一方向的视图，图5是剖视图。它主要由联接法兰1、垂直接管2、主缸3、小筒体4、泵出口接管5、阀板6、导流管7、四通管8、泵吸口管9、连接板10、轴11和两相同的气缸12等组成的。联接法兰1与染笼相通。
换向过程是这样的：当气缸处于图6工作位置时，阀板处于图5的位置，此事泵的吸口与染笼相通，泵的出口与筒体相通，这叫反循环，当两气缸同时反向运动后即实现染液换向，染液进行正循环。
2.4 两种换向装置的比较。
（1）从结构上分析：“鹅颈型”换向装置的大铸件靴，体积太大，占用主缸的空间多，显然浴比随着增大，浪费能源，并且还必须有一个机架来支撑主缸和换向结构，整个机器占地面积大。而新的“X型”换向装置基本上都集中在小筒体内，只有与染笼相联的垂直接管设在主缸内，相应浴比就小了。而且小筒体也起到了整台机器的支撑作用，结构紧凑，外形美观。
（2）从受力方面分析：“鹅颈型”换向装置与主缸体下封头通过法兰联接，因此染笼的整个重量都压在主缸底部法兰上，使主缸的受力情况变差，同时由于靴的重量大，气缸通过连杆传递的扭距也大，而且靴是铸钢件，大型铸件质量难以保证，组织不够紧密，因此在气缸的多次冲击下靴与密封垫的接触面易磨损，易泄漏。而新型的“X型”换向装置基本上采用焊接结构，整个染笼的重量都落在小筒体上，即落在底座上，相应主缸的受力情况就好对多了。而且换向阀板是由两个反向运动的气缸通过轴来传动，由于阀板体积很小，因此气缸的传递力距小。
（3）从机械性能上分析：对于“鹅颈型”换向装置，由于单个气缸传递的扭矩大，因此气缸容易损坏，加上整个换向装置采用垂直密封，比水平密封难以保证，因此换向装置容易泄漏，而“X型”换向装置，由于整个结构合理，因此机械性能良好，主要表现在以下三个方面：
①密封效果好。换向装置采用水平密封，密封垫采用耐高温耐酸碱的硅橡胶。
②水洗时对筒子纱的保护。通过中压式的两位五通阀控制气缸的运动，当水洗时，两位五通处于中位，此时阀板处于中位（即水平位置），筒子纱的内外腔同时进水，以免单向进水冲毛筒子纱。
③由于阀板同时受两气缸的作用，且气缸的气口处装有节流阀，因此整个换向动作灵活平稳。
（4）从加工工艺上分析：由于“鹅颈型”换向装置中，靴为铸钢件，加工周期长，两个法兰为锻件，生产周期长且机加工精度要求高。而“X型”换向装置整个结构为焊接件，尽管机加工精度要求高，但是加工周期短。
（5）从成本上分析：以500公斤高温高压筒子染色机为例，若采用“鹅颈型”换向装置时，如图2中平盖4的厚度计算如下：
与平盖相联的主缸底部法兰如图7所示，按压力容器法兰标准JB/T4701-2000设计，按DN=800mm，PN=0.60MPa， 查表1得δ=40mm
因此采用“X型”换向结构省去了两个大法兰和两个大弯头，而且省去了大铸件“靴”，大大地降低了成本。
3.结论
设计了新型的染液换向装置，通过从结构、受力、使用性能、工艺以及成本等方面与 “鹅颈型”换向装置相比较，得出如下结论：新的“X型”换向装置降低了浴比，节约了能源，省去了两个大法兰和两个大弯头，降低了成本，而且性能可靠，外形美观。
参考文献
[1] 王玉琦.创新染纱技术实现节能减排[J].纺织导报，2010，（5）：91-94
[2] 刘江坚.新型染色机功能述评[J].针织工业，2004，（2）：63-65
[3] 宋阳 李戎 邹衡. 纱线筒子染色内—中—外色差分析[Z].针织·纱线染整实用新技术研讨会，2006，
[4] 张旺笋. 新型环保筒子纱染色设备及应用[Z].中国天然纤维论坛 ，2009，
关键词： 筒子染色机；换向装置；设计。
【中图分类号】 TS193.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）10-0165-02
1.前言
我国于20世纪60年代涉足筒子染色技术，到70年代用于纺纱的筒子染色，90年代后飞速发展[1]。筒子染色机以其高效短流程、低能耗及排污少等特点，广泛用于色织针织行业。筒子染色机的换向装置形式较多，典型的有鹅颈管式、直角弯头式和阀门式[2]。70年代生产的小容量筒子染色机如MF241-100，其换向装置采用“鹅颈型”结构，通过连杆由一个气缸推动，性能比较可靠。但随着社会发展和人们生活水平的提高，小容量染色机已不能满足生产的要求，因此必须开发出大容量的筒子染色机，而原来的“鹅颈型”换向装置是采用垂直密封和悬臂结构，传递扭距大，不适用大容量染色机的换向。为此，设计了一种新型的换向装置，并与“鹅颈型”换向装置从结构、受力、机械性能、成本等方面进行了比较，具有很大的优越性。
2.新旧换向装置的比较
2.1 筒子染色机的换向装置的作用。
假设整个染笼只染一个大筒子纱，如图1为染色机的一个模型，染液循环方向为箭头方向，此时对于筒子纱，染液流向从内到外，这种染液循环方向称为正循环，小浴比只能用正循环，对于广泛应用的中浴比则要求染液正反交替变换方向（正反方向运行时间根据工艺要求而定），而这种功能由换向装置来实现。因此换向装置在染色机上具有重要的作用。
2.2 “鹅颈型”换向装置介绍。
如图2、图3、图4，其中图3为图2的仰视图，图4为图2的密封部分放大图，图2是正常工作状态位置，换向装置垂直安装，它主要由过滤网1、靴2、传动轴3、平盖4、气缸5、连杆6、泵的吸口接管7、泵的出口接管8等组成。其中靴是铸钢材料，它是“h”型结构。
换向过程是这样的：由气缸通过连杆，轴传动靴，使靴的下接口交替运动到两个极限位置，这两个极限位置正好与泵的进、出口相连，而靴的上接口始终与染笼的底平面接口相通，这样通过气缸的伸缩运动，变换染笼与泵的吸口或出口相连，实现染液的正反循环。
2.3 新型换向装置介绍。
如图5、图6它們是同一方向的视图，图5是剖视图。它主要由联接法兰1、垂直接管2、主缸3、小筒体4、泵出口接管5、阀板6、导流管7、四通管8、泵吸口管9、连接板10、轴11和两相同的气缸12等组成的。联接法兰1与染笼相通。
换向过程是这样的：当气缸处于图6工作位置时，阀板处于图5的位置，此事泵的吸口与染笼相通，泵的出口与筒体相通，这叫反循环，当两气缸同时反向运动后即实现染液换向，染液进行正循环。
2.4 两种换向装置的比较。
（1）从结构上分析：“鹅颈型”换向装置的大铸件靴，体积太大，占用主缸的空间多，显然浴比随着增大，浪费能源，并且还必须有一个机架来支撑主缸和换向结构，整个机器占地面积大。而新的“X型”换向装置基本上都集中在小筒体内，只有与染笼相联的垂直接管设在主缸内，相应浴比就小了。而且小筒体也起到了整台机器的支撑作用，结构紧凑，外形美观。
（2）从受力方面分析：“鹅颈型”换向装置与主缸体下封头通过法兰联接，因此染笼的整个重量都压在主缸底部法兰上，使主缸的受力情况变差，同时由于靴的重量大，气缸通过连杆传递的扭距也大，而且靴是铸钢件，大型铸件质量难以保证，组织不够紧密，因此在气缸的多次冲击下靴与密封垫的接触面易磨损，易泄漏。而新型的“X型”换向装置基本上采用焊接结构，整个染笼的重量都落在小筒体上，即落在底座上，相应主缸的受力情况就好对多了。而且换向阀板是由两个反向运动的气缸通过轴来传动，由于阀板体积很小，因此气缸的传递力距小。
（3）从机械性能上分析：对于“鹅颈型”换向装置，由于单个气缸传递的扭矩大，因此气缸容易损坏，加上整个换向装置采用垂直密封，比水平密封难以保证，因此换向装置容易泄漏，而“X型”换向装置，由于整个结构合理，因此机械性能良好，主要表现在以下三个方面：
①密封效果好。换向装置采用水平密封，密封垫采用耐高温耐酸碱的硅橡胶。
②水洗时对筒子纱的保护。通过中压式的两位五通阀控制气缸的运动，当水洗时，两位五通处于中位，此时阀板处于中位（即水平位置），筒子纱的内外腔同时进水，以免单向进水冲毛筒子纱。
③由于阀板同时受两气缸的作用，且气缸的气口处装有节流阀，因此整个换向动作灵活平稳。
（4）从加工工艺上分析：由于“鹅颈型”换向装置中，靴为铸钢件，加工周期长，两个法兰为锻件，生产周期长且机加工精度要求高。而“X型”换向装置整个结构为焊接件，尽管机加工精度要求高，但是加工周期短。
（5）从成本上分析：以500公斤高温高压筒子染色机为例，若采用“鹅颈型”换向装置时，如图2中平盖4的厚度计算如下：
与平盖相联的主缸底部法兰如图7所示，按压力容器法兰标准JB/T4701-2000设计，按DN=800mm，PN=0.60MPa， 查表1得δ=40mm
因此采用“X型”换向结构省去了两个大法兰和两个大弯头，而且省去了大铸件“靴”，大大地降低了成本。
3.结论
设计了新型的染液换向装置，通过从结构、受力、使用性能、工艺以及成本等方面与 “鹅颈型”换向装置相比较，得出如下结论：新的“X型”换向装置降低了浴比，节约了能源，省去了两个大法兰和两个大弯头，降低了成本，而且性能可靠，外形美观。
参考文献
[1] 王玉琦.创新染纱技术实现节能减排[J].纺织导报，2010，（5）：91-94
[2] 刘江坚.新型染色机功能述评[J].针织工业，2004，（2）：63-65
[3] 宋阳 李戎 邹衡. 纱线筒子染色内—中—外色差分析[Z].针织·纱线染整实用新技术研讨会，2006，
[4] 张旺笋. 新型环保筒子纱染色设备及应用[Z].中国天然纤维论坛 ，2009，