回转式针梳机研发.doc

回转式针梳机研发一、立项的背景和意义针梳机广泛应用于精梳毛纺、绢纺、麻纺和化学纤维纺纱的制条和前纺工艺过程，具有改善纤维松解平直状态和纤维条结构均匀程度(包括条干均匀、重量均匀和混和均匀) 的作用。20世纪初，交叉式针梳机由于分梳和控制纤维条的性能优于开式针梳机而渐被广泛采用，机械速度也成倍提高。20世纪40年代以后，针梳机发展很快，螺杆针梳机针排击落次数已达到每分钟2000余次,前罗拉输出速度达到每分钟200米以上，并普遍采用了自动落球或自动换筒、牵伸自调匀整、喂入与输出断头自停、梳箱与罗拉自动清洁、吸尘和罗拉自动加压卸压等装置，提高了劳动生产率，改善了劳动条件。20世纪50年代以后，相继创制出用链条带动针排的链式针梳机和用凸轮带动针排的回转式针梳机，大大提高了针排运动速度和前罗拉速度，使产量提高、噪声降低、梳箱结构简化。当今的针梳机应着重于向高速、高产、低噪声发展，对毛条有梳理能力的螺杆式、链条式、齿辊式和回转式针梳机各有特点，后3种型式的出条速度一般都在200 m /m in以上甚至更高，且噪声较低，但链条式和齿辊式针梳机在工艺上的弊端是牵仲区前隔距较大，而目梳针脱离纤维层时产生圆弧运动，对条干有影响。通过生产对比分析，回转式针梳机完全可以取代毛纺中各道螺杆式针梳机，且可加工任何纤维，不但产量有大幅度的提高，而且毛条的质量指标均可同螺杆式针梳机媲美，甚至更好。只是在加工短而细的细特羊毛时，特别是用于前纺后几道时，需仔细选择。目前，螺杆式针梳机在我国还是主要的针梳设备，回转式针梳机都是从国外进口，因此，开发回转式针梳机，提高理条和制条各道工序生产效率势在必行。我国是纺织品生产及出口大国，浙江省是纺织品生产大省，绍兴是中国著名的纺织基地，因此纺织设备的设计与制造对我国和浙江省具有重大意义。现在，纺织设备产品市场的竞争日益激烈，为了提高市场竞争力，缩小与国际之间的差距，各企业必须不断开发新产品，提高产品质量、性能，在这种需求下，开发回转式针梳机意义突出；再者，高质高产针梳机的开发，为进一步开发联合针梳机、开发一体化毛纺设备打下基础。回转式针梳机与螺杆式针梳机相比主要有以下特点。 (1) 高速高产。回转式针梳机的针板打击次数最高可达6600次/分，这相当于喂入罗拉速度为60m/min左右，而螺杆式针梳机针板打击次数最高只能达2000次/分(相当于喂入罗拉速度为1 8 m/min，而这2种机型的牵伸差不多，这样回转式针梳机的出条速度和产量可能是螺杆式针梳机的3 4倍。 (2) 回转式针梳机凸轮上的各块针板是以微弧形状脱开纤维的对纱条有一定的扰乱作用，但它的针板在离开毛层时是逐渐同纤维脱开，不象螺杆式针梳机的动作那样剧烈。(3)转式针梳机的最小前隔距为 27 mm，这和螺杆式针梳机差不多，利于加工较短纤维。(4)回转式针梳机的梳理工作区短，仅为130 mm，而螺杆式针梳机可达234 mm，这对梳理不利。(5)噪音小，运转平稳。据测定，螺杆式针梳机速度在133140 mm/min时的噪音与回转式针梳机速度为286 mm/min时相同，均为90 dB。基于以上原因，开发回转式针梳机非常及时与必要。二、国内外研究现状和发展趋势当前，针梳机的进步主要体现在驱动方式非螺杆化，采用链条、针辊和推杆等方式，也体现在设备的机电一体化方面，如采用多电机传动、电脑控制自调匀整及工艺参数的设定方面。1、国外研究应用状况(1)NSC公司的GC30型链条针梳机出条速度达600m/min，采用多机电驱动，应用全电子伺服系统，触摸屏显示和工艺参数设定或远程设定，采用远程诊断、网络连接、数字传输。(2)OKK公司的HG-6II型针梳机点控箱和机械结构融为一体，全新的操作界面-彩色液晶触摸屏，中/英文双语系统，应用变频调速系统，操作简便、安全；应用PLC控制，引入数字通讯技术；下圈条盘由单独电机传动；清洁板间歇运动；新型导条架，毛条退绕张力自动调节。(3) OKK公司的8型针梳机包括HLE-8型、HE-8型、PBLE-8型，随配置不同，分推杆式和螺杆式两类，机头可互换。螺杆式:针板平均打击次数为1500-2000次/min(最高2200次/min),三线螺杆，罗拉输出速度100-200m/min,可牵伸3-15倍；推杆式：针板平均下落速度为6500次/min(最高8000次/min),三线螺杆，输出速度400m/min,最高500m/min。(4) 圣安德烈公司的SH系列针梳机SH系列针梳机包括SH22及SH24型的交叉式针辊，SH24型的针圈式和气泡式，SH22和SH24型的胶圈式和气泡式；有2-4根出条，每根出条单独对应一个独立的小型梳箱，条子直线行进。2、国内研究应用状况上海一纺机械有限公司生产的针梳机有FB423 、 FB432 、 FB442 型，吸收进口机优点，结合国情自行设计开发的新型针梳机，由喂入组件、主机组件和输出组件组成。 FB432 型针梳机配有机械式自调匀整装置。三种机器的主机机架、前罗拉、梳箱及主传动部件完全一致，通用性强、维修、操作方便。金鹰集团纺织机械总厂生产有B302、B303、B304、B305 、B306、B423、B432、B442、B452等，梳箱采取三线螺杆式，B423采取机械式自调匀整装置。经纬纺织机械股份有限公司生产的F23及F73系列针梳机。F73系列针梳机有F7332、F7332A、F7342、F7352、F7362机型，是天津纺织机械厂根据我国国情自行开发设计的用于麻纺的新一代针梳机。梳箱采用交叉式针板，双头螺杆传动，精确度较高。主传动为同步齿形带传动，变频调速，运转平稳，噪音低。常用出条速度80-120米/分，最大出条速度150米/分。其中F7342型针梳机配有机械式自调均整装置；全机采用PLC控制，接触屏具有显示牵伸倍数，出条速度、班产量等多种功能，自动化程度高。由张家港大成纺机有限公司设计生产的FBL/FXL型高效针梳机，用于精梳毛纺和制条工艺采用了变频器、PLC控制，触摸屏显示和各种故障自停，产品结构先进，机电一体化程度高，操作简便、安全。运行稳定，工艺调整方便，适纺性能好，针梳机工艺运行速度可达180-250m/min。实现了高速大容量，显著地提高了劳动生产率，满足了用户使用工艺和质量指标的要求。首创的环保型除尘式喂入架和圈条器，提高了出条质量，净化了生产环境。填补了国产链条式针梳机和国产高速精梳机的空白。3、纺织设备制造技术发展趋势(1)纺织机械应向柔性化方向发展。产品具有自适应性，能满足多种纤维、织物对织造工艺的要求，而且纺织机械能根据用户要求量身定制，努力扩大机械的工艺性能，适应市场对纺织品的变化需求。在产品设计中贯彻模块化的设计思想是实现柔性化的必要条件，机械部分、电气控制部分都可以采用模块化设计。(2)纺织机械应向数字化方向发展，提高机器智能化。以CPU为核心的工业控制器、以电力电子技术为基础的新型驱动技术的应用使得纺织机械的机电一体化水平大幅提高，改变了传统机械复杂的结构，使操作更加方便快捷。现代新型纺织机械普遍采用先进的电气、电子、电脑程序控制，如人机对话，在线控制技术等。 (3)纺织机械应向绿色环保的方向发展。纺织机械要实现“绿色制造”，就要最大限度地提高资源利用率，减少纤维浪费，降低毛羽量，减少飞花，减少染料用量，最大限度地降低成本，保证可持续发展。三、项目研究开发内容和技术关键及主要创新点1、分析毛纺工艺及回转式针梳机使用要求回转式针梳机由喂入、牵仲梳理和出条部分组成，牵伸梳理部分主要由后罗拉、中罗拉、上下对称配置的组回转式针板和前罗拉等机件组成。后罗拉、中罗拉和针板间主要为张力牵伸，其值可根据原料情况选择，针板和前罗拉为主牵伸，回转式针梳机的针板是借助两侧的特殊边盘(其上开有若干沟槽)，在边盘的沟槽内引导凸轮滑行前进的，针板在牵伸区中接近直线移动。2、回转式针梳机结构设计与研发（1）零件三维模型建立：利用Solidworks(或Pro/E、UG等)绘制三维零件图。（2）整机装配：利用造型软件本身的装配功能施加约束进行装配。（3）运动仿真：进行可视化仿真，包括动态干涉检查、运动仿真，观察各机构在工作过程中的变化情况。（4）动力学分析：将仿真得到的力作为边界载荷条件施加到关键机构与部件上，对其进行有限元分析，并对整机进行有限元分析，得出机构或部件在受力最大时刻的应力应变分布情况，为设计整机的连接方式、冲击振动及降低噪声、构件材料的选择等提供了可靠依据；优化与改进设计。3、研究回转式针梳机运动控制研究回转式针梳机牵伸率控制、针板运动控制（特别是边盘回转控制和边盘上沟槽形状设计）、毛条质量控制及实现方式。采取多电机驱动和变频调速控制，设计开发出基于PLC控制的整机控制系统。4、回转式针梳机样机制造与调试创新之处：关键部件创新，实现回转式针梳机的国产化；实现回转式针梳机机电一体化；在保证质量的同时，大幅提高针梳机的产量。四、项目预期目标制造出回转式针梳机样机，效率比螺杆式针梳机提高45倍，质量优于螺杆式针梳机。提高效率、提高质量，每台设备每年可为企业多赢利15万元。提高产品更新换代速度，并为其它纺织设备的设计提供参考依据。申请专利1项，发表论文2篇。五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解1、方案论证、总体设计市场、企业调研，搜集资料，详细论证，制定任务、目标，进行任务分解；对回转式工针梳机结构及控制方案进行研究、分析，设计出可行总体方案。2、回转式针梳机结构设计与研发（1）零件三维模型建立（2）整机装配（3）运动仿真（4）动力学分析3、研究回转式针梳机运动控制4、回转式针梳机样机制造与调试5、总结、改进及结题六、计划进度安排2011年6月1日 9月30日 总体方案设计论证、市场调研2011年10月1日 2012年1月31日 回转式针梳机结构设计与研发2012年2月1日 8月31日 回转式针梳机样机制造2012年9月1日 11月30日 设备调试与运行2012年12月1日 2013年3月31日 设备改进2013年4月1日 2013年5月31日 总结及结题验收 七、现有工作基础和条件 本科研团队具有很强的科研能力，既有多年从事纺织机械研发的高级工程师、从事机械设计与制造的专家，又有多年从事科研的高校教师。项目主持人曾主持绍兴市科技攻关项目针梳机虚拟样机设计与仿真，参与多项机械系统设计课题的研发工作；本团队成员参与设计的绢纺、麻纺细纱机获省市科技一等奖、开发玻璃雕刻机数控系统、机床数控化改造；发表过多篇制造工艺