高速轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場和磨損規(guī)律研究.pdf

1、在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)中，轉(zhuǎn)杯是其核心的部件。轉(zhuǎn)杯的速度、形狀以及磨損狀況都會對成紗質(zhì)量造成很大影響，尤其是轉(zhuǎn)杯的磨損是轉(zhuǎn)杯紡機(jī)失效的主要原因之一，直接影響成紗的質(zhì)量、斷頭及生產(chǎn)效率，關(guān)系到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。紡杯不同部位的磨損特征和磨損機(jī)理是不同的，本次研究主要是針對轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁的磨損進(jìn)行的。本文首先使用fluent軟件仿真了轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)杯內(nèi)部空氣和纖維氣固兩相流的流動狀態(tài);然后運用有限元LS-DYNA模塊模擬了纖維粒子沖蝕轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁的動態(tài)過

2、程;最后對轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面微觀磨損形貌進(jìn)行電子顯微鏡拍照實驗，觀察了轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁不同位置磨損的差異性和磨損特征，從而驗證了流場和LS-DYNA數(shù)值分析方法的有效性。
　　 首先，選擇適合分析轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場運動的RNGκ-ε模型，利用fluent流體計算軟件分析了轉(zhuǎn)杯內(nèi)部纖維和空氣混合兩相流的運動情況，獲得了轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場的速度分布、靜壓力分布和纖維濃度分布圖。分析在不同入流速度、不同負(fù)壓、不同纖維濃度以及不同轉(zhuǎn)杯時，轉(zhuǎn)杯內(nèi)部總體和壁面的靜壓力

3、分布情況、兩相流流速分布狀態(tài)以及纖維的凝聚狀態(tài)。結(jié)果表明:轉(zhuǎn)杯內(nèi)部的負(fù)壓使混合兩相流從輸棉通道進(jìn)入轉(zhuǎn)杯內(nèi)部后，對與輸棉通道口正對的滑移面產(chǎn)生直接沖蝕，之后混合流在轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)的帶動下，沿著轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁做周向旋轉(zhuǎn)運動，并逐漸向凝聚槽匯集。因此，通過輸棉通道的傾斜角度和轉(zhuǎn)杯滑移面的角度尺寸，能夠得到混合流與轉(zhuǎn)杯滑移面的最大沖蝕角;通過兩相流流速分布可以獲得混合流的沖蝕速度。
　　 其次，在流場分析的基礎(chǔ)上，利用LS-DYNA有限元軟件，

4、仿真了混合兩相流對轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁的動態(tài)沖蝕磨損過程。在轉(zhuǎn)杯的不同位置，纖維粒子對轉(zhuǎn)杯的磨損機(jī)理是不一樣的。仿真結(jié)果表明:在輸棉通道口處，由于沖蝕角度大，磨損方式主要以凹坑狀的點蝕和材料剝落為主:在凝聚槽處，由于沖蝕角度小，纖維相對轉(zhuǎn)杯的速度大，磨損方式主要以犁削式的材料剝離為主。此外，凝聚槽處的磨損還包括纖維環(huán)與轉(zhuǎn)杯相互滑動摩擦，造成的擦傷式磨料磨損。其他位置的磨損形式是介于這兩者之間。同時通過LS-DYNA仿真的磨損過程和單元剝離狀態(tài)，預(yù)測

5、了轉(zhuǎn)杯的使用壽命。
　　 最后，利用電子顯微鏡觀察了轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁微觀磨損形貌。實驗結(jié)果表明:轉(zhuǎn)杯的磨損特征和LS-DYNA有限元分析以及fluent流體仿真得到的結(jié)果基本一致;轉(zhuǎn)杯凝聚槽的磨損最嚴(yán)重，磨損特征表現(xiàn)為溝痕狀;轉(zhuǎn)杯輸棉通道正對的滑移面，磨損方式最復(fù)雜，磨損特征表現(xiàn)為凹坑狀和溝痕狀相間;轉(zhuǎn)杯其他位置的磨損相對較輕，磨損方式相對簡單，磨損特征表現(xiàn)為淺劃痕狀和點蝕坑。最后，通過電鏡觀察了轉(zhuǎn)杯軸處的磨損狀態(tài)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)杯軸的磨損