尹冬冬，姜立新

（金輪科創(chuàng)股份有限公司，江蘇 南通 226009）

0 引言

梳棉機是利用包覆在刺輥、錫林、道夫滾筒和蓋板骨架上的針布實現(xiàn)對纖維的梳理、均勻、混合，去除棉結(jié)、塵雜和短絨，并將纖維轉(zhuǎn)移的功能；主梳錫林、蓋板針布直接影響棉網(wǎng)、生條和成紗質(zhì)量［1］。

作為核心分梳元件之一的彈性蓋板針布（如圖1所示），是采用高碳低合金鋼絲截切彎成U形梳針，并通過植針工序使梳針穿過底布制作而成。梳針截面有圓形、三角形、雙凸形和扁平形等多種，彈性蓋板針布上的梳針平磨、側(cè)磨、壓磨后呈弧形刀口狀，并經(jīng)淬火熱處理，產(chǎn)品的針尖面平整、鋒利且耐磨［2］。

彈性蓋板針布的耐磨性主要以針布的使用壽命判斷，即以棉紡用戶在一定條件下的工作時間段（月或年）出現(xiàn)針布磨損而失效確定。

在“緊隔距、強分梳”梳理工藝條件下，不同原棉性狀與纖維負荷的變化，嚴重影響彈性蓋板針布針尖的鋒利度；隨著梳棉機的高速高產(chǎn)，更促使針布的磨損加快［3－4］。為了觀測和比較彈性蓋板針布的磨損狀態(tài)及程度，通過對磨損狀態(tài)進行測試分析，以便算出針布產(chǎn)品可能達到的使用預(yù)期，滿足不同用戶需求，則彈性蓋板針布快速磨損試驗儀的研制和應(yīng)用成為針布制造企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

圖1 彈性蓋板針布及截面形狀

1 儀器結(jié)構(gòu)與特點

在實際使用中，彈性蓋板針布是以棉纖維或化學(xué)纖維為梳理對象，長時間使用的針尖被磨損后造成棉條與成紗質(zhì)量下降。為研究針布磨損形態(tài)，筆者設(shè)計了彈性蓋板針布快速磨損試驗儀，采用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲模擬針布進行磨損研究，并收集和比較不同針布樣品之間的相對耐磨性。

彈性蓋板針布快速磨損試驗儀由主動放線機構(gòu)、張力調(diào)節(jié)機構(gòu)、試驗平臺、牽線機構(gòu)、收線機構(gòu)等組成。試驗時將彈性蓋板針布梳針樣品夾持固定后，在設(shè)定的時間、梳針夾z軸位移和鋼絲線速度下進行快速磨損試驗，完成后對梳針磨痕進行分析。

1.1 主動放線機構(gòu)

磨損試驗用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲為外購的成卷材料，其外徑為φ80 mm～φ150 mm；為了上、下料方便，采用料盤懸臂設(shè)計，還可以調(diào)節(jié)托盤高度。放料機構(gòu)設(shè)計為主動放料，由放線架和步進電機驅(qū)動兩部分組成。整個主動放料機構(gòu)單獨放置，與主機距離可以適當(dāng)加長。

放線架采用模塊化設(shè)計，選型后由自動化零件供應(yīng)商直接提供，以減少制造費用；加重的底盤可預(yù)防鋼絲盤過重時發(fā)生側(cè)傾。三相步進電機驅(qū)動，根據(jù)設(shè)定的主速度和張力傳感器的反饋信號確定放料速度：當(dāng)試驗的標(biāo)準(zhǔn)鋼絲張力過小時，減緩放料速度，反之則加快放料速度；使標(biāo)準(zhǔn)鋼絲持續(xù)地在一定的張力范圍內(nèi)進行工裝，保證磨損試驗的穩(wěn)定性。

1.2 張力調(diào)節(jié)機構(gòu)

每套張力調(diào)節(jié)機構(gòu)由張緊輪、位移傳感器、引導(dǎo)瓷環(huán)和砝碼組成，在磨損儀的主動放線機構(gòu)后和收線機構(gòu)前分別進行張力調(diào)節(jié)，并根據(jù)其位移傳感器反饋的信號調(diào)整放料步進電機和收線伺服電機的速度，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)鋼絲的拉力。

標(biāo)準(zhǔn)鋼絲在張力調(diào)節(jié)機構(gòu)中呈倒“幾”字走線，見圖2。3個張緊輪分別位于轉(zhuǎn)折處，下方的張緊輪固定在掛有砝碼的滑塊上，隨著直線導(dǎo)軌上下移動以帶動位移傳感器反饋位移信號；標(biāo)準(zhǔn)鋼絲的張力則通過調(diào)節(jié)張力機構(gòu)砝碼的質(zhì)量（0 g～60 g）進行控制。

圖2 張力調(diào)節(jié)機構(gòu)

1.3 試驗平臺

彈性蓋板針布試驗平臺由安裝架、梳針夾具和夾具調(diào)整臺組成，見圖3。

圖3 彈性蓋板針布試驗平臺

安裝架用于本機構(gòu)與主機面板聯(lián)接固定，自身帶有標(biāo)準(zhǔn)鋼絲調(diào)整臺，通過z軸滑臺控制標(biāo)準(zhǔn)鋼絲水平工作階段的位置和穿絲作業(yè)，并配置與標(biāo)準(zhǔn)鋼絲直徑相對應(yīng)的瓷管，同時為夾具調(diào)整臺提供安裝平臺。

夾具調(diào)整臺由xy軸滑臺、z軸滑臺和傾角臺等組成。xy軸滑臺便于在平面范圍內(nèi)調(diào)整梳針夾具與標(biāo)準(zhǔn)鋼絲的相對位置；z軸滑臺在磨損試驗時為磨削進給提供依據(jù)；傾角臺對被試驗梳針角度（植角＋動角）進行微調(diào)，使得磨損工作面初始狀態(tài)水平放置。

梳針夾具由夾具底座、夾具框架、定位釹磁、定位合金片和壓板等組成，如圖4所示。

圖4 梳針夾具

彈性蓋板針布的梳針被吸附在釹磁塊上，側(cè)面靠兩個定位釹磁的間隙進行定位，尖部與定位合金片進行接觸并完成定位功能，與夾具底座形成一個封閉空間。梳針被釹磁和定位磁板磁化并主動通過針尖與定位合金片進行接觸，減少兩者的間隙。

梳針定位后旋轉(zhuǎn)蝶形螺母，通過紫銅壓板進行固定；當(dāng)啟動磨損試驗時，通過夾具調(diào)整臺中z軸滑臺將梳針下移（下移量固定并進行標(biāo)準(zhǔn)化），使之受到標(biāo)準(zhǔn)鋼絲向上的壓力加速二者的磨損，如圖5所示。梳針受壓時，由于針尖受到傾斜的定位合金片阻止其上抬和振動，使整個梳針被約束并在磨損試驗中和標(biāo)準(zhǔn)鋼絲形成僅有的一個磨痕，便于后期進行相對耐磨度數(shù)據(jù)收集和分析。

圖5 試驗平臺原理示意

1.4 牽線機構(gòu)

牽線機構(gòu)采用直流無刷電機對標(biāo)準(zhǔn)鋼絲進行牽引，設(shè)計速度為8 m／min～15 m／min，經(jīng)初始階段速度緩慢上升后維持設(shè)定速度，確保磨損速度恒定。為防止標(biāo)準(zhǔn)鋼絲在驅(qū)動時打滑而導(dǎo)致實際運行速度低于額定速度，在驅(qū)動輪和從動輪中增加嵌槽并用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲往復(fù)纏繞形成多重“X”狀大包角以增加驅(qū)動阻尼，如圖6所示。為進一步增加牽料機構(gòu)的穩(wěn)定性，在鋼絲驅(qū)動端（出口）增加一組張力調(diào)節(jié)機構(gòu)，防止標(biāo)準(zhǔn)鋼絲松弛或在驅(qū)動輪嵌槽內(nèi)跳動，同時也為收線電機提供張力反饋信號。

圖6 牽線機構(gòu)

1.5 收線機構(gòu)

收線屬于彈性蓋板針布快速磨損儀的最后一道工序，收線機構(gòu)負責(zé)將已磨損的標(biāo)準(zhǔn)鋼絲進行收卷；該機構(gòu)中還有一個擺線電機，配合收卷電機進行動作。收卷電機的速度隨著收線輪外徑和擺線往返次數(shù)進行變化，同時與前道的張力調(diào)整部件進行配合，通過張力的信號反饋進行微調(diào)。

2 磨損流程與測試

彈性蓋板針布由梳針和底布制成，具有一定的韌性，對整條針布進行磨損試驗不現(xiàn)實，可以抽取一定數(shù)量的梳針樣本進行分析。

由于梳針體積和質(zhì)量較小，可通過上述的梳針夾具進行夾持固定。因為在制造和提取過程中梳針的植角和工作角容易發(fā)生變化，為避免影響磨損數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)在夾持前對實際角度進行修正后按照實測結(jié)果調(diào)整傾角臺。設(shè)定磨損儀的磨損時間和額定速度等參數(shù)后開機，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)鋼絲實際速度達到額定速度后，在夾具調(diào)整臺中進行z軸進給進入磨損試驗階段；當(dāng)達到磨損時間后，設(shè)備自動停機、報警，提示操作人員進行下料、檢測和采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

在接觸過程中，標(biāo)準(zhǔn)鋼絲和彈性蓋板針布梳針這對摩擦副由于受到法向應(yīng)力和切應(yīng)力的反復(fù)作用，必然引起表層材料塑性變形而導(dǎo)致表面硬化，最后在梳針指定處出現(xiàn)初始磨痕，然后隨著磨損時間的增加磨痕逐漸加大加深，測試結(jié)束后樣品經(jīng)放大如圖7所示。

圖7 樣品磨損情況（200×）

對比試樣的磨痕面積或磨痕深度判斷其相對耐磨性，雖然這與彈性蓋板針布實際工作環(huán)境有一定的偏差，但是我們比較的是相對耐磨性，能客觀反應(yīng)產(chǎn)品相對使用壽命。

3 結(jié)語

彈性蓋板針布磨損試驗儀通過模塊化設(shè)計及磁性材料的應(yīng)用，不僅具有智能化特性，且對針布磨損形態(tài)觀測、比照、判定快速高效，操作維護方便，為判定彈性蓋板針布耐磨性和改進工藝、指導(dǎo)生產(chǎn)、提高彈性蓋板針布品質(zhì)、方便用戶選用，提供科學(xué)依據(jù)。

［1］許鑒良，陳麗珍，陳文龍.針布磨損對梳理工藝的影響［J］.紡織學(xué)報，1984，6（3）：7－10.

［2］姜立新.新型高產(chǎn)梳棉用蓋板針布設(shè)計與研制［J］.梳理技術(shù)，2005（11）：60－63.

［3］費青.梳理針布的磨損及其與梳理質(zhì)量的關(guān)系［J］.棉紡織技術(shù)，1997，25（9）：10－15.

［4］林吉曙.高耐磨梳理機用齒條的研究［J］.紡織器材，1998，25（2）：21－23.