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JSC326型梳棉机的开发及应用

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本文阐述了JSC326型梳棉机方案确定、主要结构特点及关键技术分析,介绍了产品试制过程中解决的关键问题,跟踪了JSC326型梳棉机纺JC 14.6 tex品种的生条和成纱质量。试纺结果表明, JSC326型梳棉机在抬高锡林、加大幅宽、增加固定盖板和棉网清洁器后,生条的产量和质量都有明显提高。
随着清梳联技术在我国的普及推广,棉纺厂对高产梳棉机的产量和生条质量均提出了更高的要求。新型梳棉机的研究均向着优质、高产的方向发展。优质主要解决梳棉机的分梳性能,满足越来越高的质量要求。其途径包括:增加固定盖板和棉网清洁器,提高零部件的制造精度和上机工艺准确性等。高产的解决办法包括:提高出条速度、加大生条定量等。如何研发出更加贴近市场,能够给客户带来更好性价比的产品,是设备研发者的使命。卓郎(金坛)在清梳联领域已经有几十年的生产经验,通过对市场的大量调查及研究,结合我公司自身加工能力,我们认为梳棉机出条速度的提高以不超过400 m/min为限。在不影响分梳质量的情况下,加大机幅宽度是提高生条定量的有效途径,这也是我们在研发新产品JSC326型梳棉机的原则。那么,增加固定盖板根数,该如何配置棉网清洁器,幅宽由1020mm增加到多少是确定JSC326型梳棉机方案的基础。
1  JSC326型梳棉机方案的确定
1.1 幅宽的确定
加大幅宽后,活动盖板是最有可能产生问题的零件。因为活动盖板是细长杆件,精度要求高,刚性强度对分梳质量的影响很大。经过反复的实际论证和反复的理论计算,并考虑运输集装箱的宽度和人工维护设备时的便捷性,我们确定产品幅宽加大到1280 mm最为合理。
1.2 锡林中心确定
每家公司的锡林中心高度设计依据各有不同。以锡林直径1286mm不变为基础,固定盖板和棉网清洁器位置能够互换为原则,尽量多的固定盖板配置是我们的宗旨。在不影响设备安装调试为底限,兼顾锡林墙板的刚性和加工方法,对锡林区进行了预排,选择了最佳的锡林抬高高度,最优的锡林、道夫、刺辊组合。
1.3 给棉方式的确定
梳棉机最早采用顺向给棉的机型为立达公司八十年代产品C4型梳棉机,其理念是可以减少纤维的损伤。短绒问题一直是清梳联要解决的难题,曾有业内人士说过:短绒问题某种程度是纺织厂的灾难性问题。虽说不无夸张,但的确说出了纺织厂对短绒问题的无奈。立达C4之后的所有产品C50、C51、C60、C70;特吕茨勒从90年代的产品DK803以后所有产品DK903、TC03、TC5、TC11等等;国内郑纺机、青纺机等主机厂新一代产品也都采用顺向给棉结构。可以说,顺向给棉已经成为梳棉机发展的潮流。同时,在前几年的产品中,顺向给棉技术已经在我公司产品中得到应用。因此,在讨论JSC326型梳棉机方案时,对顺向给棉技术的采用得到了大家的一致认同。
1.4 刺辊区结构
考虑到安装维护的便捷性,对刺辊组件进行模块化设计是重要的设计思路。根据国内目前原棉情况,考虑到机采棉数量占比越来越大的现实,机采棉含杂相对人工采棉多且杂质难以清除的特点,拟采用单刺辊和三刺辊两种结构形式,首先设计单刺辊结构,试制完成后再设计三刺辊结构,增加刺辊的排杂效果。
根据以上分析,加大幅宽,采用顺向给棉、单刺辊,加大分梳面积与配置灵活性等被确定为现阶段研究的重点。
2 JSC326型梳棉机的主要结构特点及关键技术的分析
2.1 阶梯型机架刚性好
机架结构由钢板、矩形钢等材料焊接而成,机架两侧各有四个调节螺钉用以校正机架上平面水平,确保锡林的安装。为验证机架的刚性,采用有限元分析方法,验证了机架结构设计的可靠性。具体分析如下: 
JSC326型梳棉机机架材料选用Q235-A,其质量密度为7.9 kg/m3,弹性模量为2.06×1011 Pa,泊松比为0.3,屈服强度极限为350 MPa。
机架下的8个螺栓和垫铁共同构成8个支脚支撑于地面。作用于机架上的载荷主要分布在剥棉区、道夫区、锡林区和刺辊区。因锡林区所承受载荷较其他区大很多,同时机架还受到锡林皮带的拉力,所以在机架静力结构分析中,只取主要的锡林区进行应力分布及变形计算,载荷仅取机架所承受的锡林区所有零部件的重力及锡林大皮带的拉力进行计算。
总载荷F = G + FL, F为机架的锡林区所承受的总载荷,单位N;G为锡林部件、圆墙板、活动盖板的总重力,单位N;FL为锡林皮带的拉力,单位N。
载荷重力部分G =GX + 2GY + 84GH +GE, GX为锡林的重力;GY为圆墙板的重力;GH为活动盖板的重力;GE为间接或直接安装于圆墙板上其他零件的重力。运用SolidWorks的模型分析功能得到各部件的质量:锡林部件约为1144 kg;圆墙板约为260 kg;单根活动盖板约为4 kg;间接或直接安装于圆墙板其他零部件的质量约为450 kg。由此得出机架所受到的锡林区的重力载荷G为2450 kg,即24500N。
锡林皮带的拉力FL= Pd × 1000/V,Pd为电机工作功率,稳定工作时的功率取为4 kW;V为皮带的线速度,根据锡林转速及皮带轮的半径,算得线速度为12.5 m/s。由此得出皮带拉力约为320 N。
从上述计算结果可知,机架所受到锡林区的重力载荷远大于锡林皮带的拉力,皮带拉力对计算结果的影响很小,所以令F = G。
首先对机架进行位置约束,由于机架是靠8个对称的托脚支撑于底面,因此需在机架底部8个托脚上设定固定约束,以限制其X,Y,Z方向上的移动。接着在机架的锡林区施加压力载荷PY,载荷均匀作用在锡林两侧,每侧的作用区域长和宽分别为0.72 m和0.1 m,因此总受力面积为0.072 m2,进而得到压力为3.4 MPa。
在分析模块中完成各项定义后,插入应力结果图解及位移变形结果图解,进行求解分析。在静力学计算中,主要关注机架在垂直方向的挠曲,机架位移变形结果如图3所示。综合各变形处的最大变形量为0.048 mm,由此得出机架平均每米的变形量小于0.02 mm,符合设计要求。
最大应力为24.5MPa,满足机架材料的屈服强度极限。
综上分析,JSC326型梳棉机新型焊接机架经整体时效处理,整体刚度好,变形小,安装面精度高,保证各部件的安装精度,完全满足工艺使用要求。
2.2 喂棉箱与梳棉机给棉均采用顺向喂棉机构
在清梳联流程中,棉结与短绒的产生除了与打击元件结构形式有关以外,与棉流的喂入形式也有非常重要的关系。采用顺向喂入时,棉流或筵棉的运动方向与打手、刺辊的运动方向一致,可减少短绒的产生。梳棉机给棉部分除对筵棉弹性加压外,分梳长度可以根据纤维长短进行调整,对纤维打击柔和,有效减少对纤维的损伤程度。
2.3 刺辊区第一落杂区长度可机外调节
刺辊区承担梳棉机60%以上的除杂功能,历来是各主机厂研究的重点。JS C326型梳棉机刺辊下部采用可调除尘刀座+预分梳板结构。第一除尘刀安装在铝合金拉拔结构的除尘刀座上,并可机外调整该除尘刀座,使其绕刺辊中心转动,以改变第一落杂区长度。因此改型机具有工艺适应性强、落棉控制精确、调整方便可靠的特点。其难点在于对调节灵活性与除尘刀隔距一致性要求很严,除尘刀无论绕刺辊中心旋转到任何位置,除尘刀与刺辊隔距要保持不变,因此加工制造精度、安装要求很高。刺辊下的两块分梳板,可改善刺辊梳理效果,减轻锡林盖板的梳理负担。第二落杂区长度也可调,能适应不同纤维品种的排杂需求。
2.4 加大锡林区分梳面积,提高分梳能力、棉网清洁能力及分梳配置灵活性
锡林分梳工作区是将纤维束分解成单纤维、去除棉结和短绒的重要部位。目前,固定盖板的使用和活动盖板反向分梳技术,很大程度上提高了梳棉机的分梳性能和去除棉结的能力。现代梳棉机均在锡林区增加固定盖板方面想了许多办法:锡林中心抬高就是最有效的方法之一。根据我们在抬高锡林中心后的预排方案:固定盖板由目前的前四后六增加为前十二、后十二,并可依据所纺不同品种和工艺要求,灵活配置,充分和更加合理地发挥固定盖板的分梳作用,增强去除棉结能力。同时,棉网清洁器采用前三后三配置,进一步提高梳棉机的棉结、微尘及带纤维籽屑的去除率。
JSC 326型锡林筒体采用钢板卷制而成,经有限元分析,筒体内部沿长度方向被多个环形加强筋支撑,提高了锡林筒体的整体刚度,有效地保证了锡林包卷金属针布后在工作状态下锡林滚筒变形量小于0.01mm,满足了梳棉机锡林包覆针布后高精度高精度的平整度要求。
2.5  采用新型同步齿形带传动方式的铝合金活动盖板
活动盖板是梳棉机中最关键的分梳元件之一,对梳棉机的梳理作用至关重要。盖板基体的刚性、强度、精度是实现梳理质量的重要基础之一。活动盖板为细长杆件,挤压、加工、热处理等每一步都关系到精度问题。通过调研,我们与相关企业在铝合金的材质、热处理以及盖板接头(踵趾面)的固定办法及精度等方面联合攻关,并取得满意效果。铝合金盖板质量轻,拖动负荷小,盖板与同步带安装连接通过孔销配合完成,不需要任何工具就可方便拆装。
2.6 采取特殊手段,确保针布锋利度和延长使用寿命
为了保证针布平整度,传统做法是包好针布后进行磨削。我们认为这种方式危害巨大:针布针尖的热处理深度有限,磨削会减少热处理区针尖深度,降低针布寿命,而且由于磨削瞬间产生的高温会对淬火区针尖硬度产生影响并产生毛刺,影响梳棉机梳理质量,我们总结出了一整套针布包卷、盖板针布包覆及采用特殊手段修整局部高针的经验和办法,确保针布锋利度不受损害,又完全保证针布包卷和包覆精度,保证了用户利益不受损失。
2.7 改善道夫剥棉区结构,提高棉网转移能力
剥棉装置为三罗拉形式,剥棉罗拉包覆金属针布,JSC326型梳棉机与之前的三罗拉结构不同,上下轧碎辊中心连线与水平面的倾斜角度由75.5°改为85.5°,便于纺再生棉或气流纺时皮圈机构的选用。上下轧碎辊均配有刮刀,刮刀分别由两个小气缸单独驱动。刮刀可定期抬起。剥棉清洁辊和剥棉罗拉周围配置铝合金型材,有效防止道夫返花挤伤针布。
2.8 电气控制系统
电气控制系统不仅满足机械正常运行、控制工艺质量,而且力求操作人性化、参数设定方便,具有故障显示、故障处理、质量监控、多级密码管理等功能。工艺参数设置、班产设定、显示,直接在显示屏上进行。当设备出现故障时,显示屏上会提示出现故障的原因及解决措施。质量监控功能主要通过设定CV值的控制范围来实现,用户可根据生产纱线的要求适当增加或减小CV值的控制范围。
2.9 新型的清梳联喂棉箱
JSC371型棉箱是为JSC326型梳棉机专门设计的宽幅棉箱。上下双节棉箱采用压力传感技术,上棉箱根据压力变化,改变清棉设备给棉的快慢,下棉箱根据压力变化改变给棉罗拉的快慢,保证上下棉箱压力的稳定,从而保证输出筵棉的连续与稳定。
2.10 直线型自动换筒圈条器
为了适应不同用户的需求,我们分别开发了直径为600mm、900 mm、1000 mm的直线型自动换筒圈条器,其优点是占地面积小,换筒方便。换筒速度可以设定,断条机构简单可靠。
3  主要技术参数
主要技术参数:输出生条定量3.5 g/m~9 g/m,总牵伸倍数70倍~130 倍,工作宽度1280 mm,生条输出最高速度350 m/min,最高产量150 kg/h,采用人工生头方式,生头时出条速度15 m/min~20 m/min,连续吸风风量约4000 m3/h,负压-860 Pa,梳棉机耗气量约1100NL/h。
4  产品试制过程中解决的关键问题
为保证样机试制的顺利,试制前,针对JSC326型梳棉机主要件精度要求高、技术难度大、加工关键点多、配套件质量要求高的特点,公司专门成立专项组,发挥集体智慧,对出现的问题及时解决。
针对刺辊区调节机构的精度要求,项目组共同分析研究,探讨如何进行装配工装设计,从源头保证安装的顺利进行。
针对活动盖板问题,项目组专题分析、试验不同结构盖板性能,并将试制样品进行耐高温、耐压试验。攻关时重点关注活动盖板运行的可靠性,解决盖板踵趾面与曲规间摩擦润滑问题,通过不同材料试验,选择了较为理想的方案。针对盖板两端销孔与同步带安装销的最佳配合尺寸问题,为确保孔销配合可靠,装拆方便,试制几种盖板销孔尺寸,选择了既满足配合需求,又能顺利安装的公差。 
阶梯型机架、加宽后锡林道夫的加工也是本项目研发的重点,这些零件的整体刚性必须保证,加工后的精度必须满足工艺要求。我们利用已掌握的钢板焊接技术、采用焊接柔性工装保证焊接质量,同时与高校加工行业的专家进行交流,了解相似零件的加工工艺、加工方法,从而一次加工成功。
抬高锡林中心后,锡林前后可排列更多固定盖板及吸口,进一步提高梳棉机单台产量,经空车及试运行一段时间后检测,其结构稳定性、噪声等都达到了比较理想的水平。
5  产品在纺精梳纱方面的生产实践
配棉:纯棉,平均等级2.8级,品质长度32.1mm;原棉含杂2.2%。
JSC326型梳棉机在纺JC14.6 tex、产量为45kg/h~50 kg/h时,成纱条干接近Uster公报5%水平,千米粗细节达到Uster公报5%到25%水平,千米棉结达到Uster公报5%水平,说明JSC326型梳棉机对纤维分梳的充分,对短绒的控制也较好,实现了高速高产。
JSC326型梳棉机在生产试验前期遇到了一些技术难题,如给棉部分信号检测机构不灵活,棉层信号反应迟钝;刺辊区第一吸口处落棉外溢,需经常清理;剥棉罗拉偶尔缠绕等。上述问题经局部改进,问题得到彻底解决。
JSC326型梳棉机经用户长期三班运转,生条质量稳定、成纱指标优异,深得用户信赖。
6  结论
JSC326型梳棉机具有工艺结构先进,加工精度高,产品稳定可靠,故障率低,操作维护简便的特点,显示屏各种参数显示和设置图形化,清晰明了,人机界面友好,便于挡车工操作。JSC 326型梳棉机已经向国家专利局申报了2项发明专利、2项实用新型专利、1项外观设计专利,其中实用新型和外观设计专利已获授权。2015年5月,受中国纺织机械联合会委托,中国纺织机械协会组织相关专家对JSC326型梳棉机进行了科技成果鉴定,与会专家通过纺纱现场的生条指标测试,审阅了技术资料,质询课题组成员相关问题后,一致认定JSC326型梳棉机整体达到了国际先进水平。
JSC326型梳棉机的成功开发,加速了我国装备制造业升级转型的步骤,实现了现代纺织企业优质、高产、节能、省工生产要求,使企业形成新的经济增长点,同时该机与进口同类机型相比具有更高的性价比,更加贴近中国国情和市场需要,能够是棉纺企业技术改造和设备升级换代的首选机型。

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