黃苗苗

青島紡織機(jī)械股份有限公司(中國)

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一種應(yīng)用于梳棉機(jī)機(jī)架的新型材料

黃苗苗

青島紡織機(jī)械股份有限公司(中國)

介紹了一種可應(yīng)用于制備梳棉機(jī)機(jī)架的新型材料——鋼纖維樹脂混凝土材料，并將其與制備梳棉機(jī)機(jī)架的鑄鐵材料進(jìn)行對比。研究表明,鋼纖維樹脂混凝土材料的力學(xué)性能和制備工藝均明顯優(yōu)于鑄鐵材料，是梳棉機(jī)機(jī)架制備中一種值得研究和推廣應(yīng)用的新型材料。

梳棉機(jī)； 機(jī)架； 鋼纖維樹脂混凝土； 鑄鐵

紡紗生產(chǎn)中，梳棉機(jī)是前紡設(shè)備的核心單元機(jī)，用于對棉、化纖及混紡纖維進(jìn)行梳理，對棉團(tuán)進(jìn)行開松、混合、分梳和除雜，使其伸直成單纖維狀態(tài)。梳棉機(jī)的工作狀態(tài)直接影響紗線的質(zhì)量，進(jìn)而影響企業(yè)的效益。隨著紡織產(chǎn)業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，人們對梳棉機(jī)的精度、速度與效率提出了更高的要求，這促使紡織機(jī)械制造商不斷對梳棉機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)和材料優(yōu)化。近年來，青島紡織機(jī)械股份有限公司已逐步對梳棉機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善的可挖掘潛力較小，而應(yīng)用新型材料將是提高機(jī)架性能的一大突破點(diǎn)。

1 梳棉機(jī)機(jī)架及其作用

梳棉機(jī)機(jī)架作為梳棉機(jī)重要的支撐部件，支撐著梳棉機(jī)的錫林、道夫與刺輥等關(guān)鍵部件(圖1)，是整臺梳棉機(jī)設(shè)備穩(wěn)定高效工作的基礎(chǔ)。梳棉機(jī)機(jī)架的性能關(guān)系到整臺梳棉機(jī)設(shè)備的性能。目前中國生產(chǎn)的梳棉機(jī)機(jī)架主要采用鑄鐵鑄造成型，但近年來，也有少數(shù)紡織機(jī)械制造商采用鋼板焊接的形式制備。

2 新型材料的選擇及性能對比

結(jié)合機(jī)床行業(yè)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外已有許多將鋼纖維樹脂混凝土作為機(jī)床支撐件的原材料，并逐步替代鑄鐵等材料的研究。鋼纖維樹脂混凝土具有很好的阻尼性能和良好的熱穩(wěn)定性，并且在精度、吸震性能及與其他零部件的整合性等方面都有很大的優(yōu)越性，可大大提高機(jī)床的整體性能[1]。基于這些特性，本文將主要介紹鋼纖維樹脂混凝土材料的性能，并與目前常用的梳棉機(jī)機(jī)架原材料——鑄鐵進(jìn)行性能對比，探討將其應(yīng)用于梳棉機(jī)機(jī)架的可行性。

圖1 FB231C型梳棉機(jī)機(jī)架示意圖

2.1 鋼纖維樹脂混凝土的選擇

材料性能是梳棉機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)選材的主要依據(jù)，材料性能主要包括密度、熔點(diǎn)、穩(wěn)定性、強(qiáng)度、硬度及塑性等。目前普遍應(yīng)用的鋼纖維樹脂混凝土的密度為2.3×10-6～2.8×10-6kg/mm3。本文選擇密度為2.5×10-6kg/mm3的鋼纖維樹脂混凝土材料為梳棉機(jī)機(jī)架原材料，材料的其他性能如表1所示。

表1 鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架材料的性能參數(shù)

2.2 材料性能對比

早期檢驗(yàn)設(shè)備零部件的設(shè)計(jì)可行性時(shí)，通常僅簡單地設(shè)定壓力作用于其重心，并根據(jù)材料力學(xué)方法計(jì)算零部件所能承受的最大應(yīng)力和最大變形量，再分別與材料的許用應(yīng)力和許用變形進(jìn)行比較，最后結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，依次決定最終的設(shè)計(jì)參數(shù)，因此計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性不高。從力學(xué)性能方面看，反映機(jī)架性能的最主要的因素是機(jī)件的固有頻率及其模態(tài)振型。固有頻率的計(jì)算式如式(1)所示。

(1)

式中：f0——固有頻率，Hz；

k——物體勁度系數(shù)，N/m；

m——物體的質(zhì)量，kg.

目前，機(jī)件結(jié)構(gòu)性能分析主要采用數(shù)值分析法。根據(jù)梳棉機(jī)機(jī)架的特性，分別將鋼纖維混凝土材料的性能參數(shù)(表1)和鑄鐵的密度ρ(7×103kg/mm3)、彈性模量E(120 MPa)等參數(shù)輸入ANASY有限元軟件進(jìn)行模擬分析。為有效對比鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架與鑄鐵機(jī)架的性能差異，計(jì)算了兩種機(jī)架在低階頻率范圍內(nèi)的前5階固有頻率，結(jié)果如表2所示。其中，1階振動(dòng)是沿X軸方向的彎曲振動(dòng)，2階振動(dòng)是沿Y軸方向的彎曲振動(dòng)，3階振動(dòng)是沿X軸方向的扭曲振動(dòng)，4階振動(dòng)是沿Y軸方向的扭曲振動(dòng)，5階振動(dòng)是沿Z軸方向的扭曲振動(dòng)。

表2 不同材料機(jī)架的固有頻率及差值 Hz

機(jī)架的固有頻率越高，越不易產(chǎn)生共振。梳棉機(jī)錫林的快速轉(zhuǎn)動(dòng)是機(jī)架振動(dòng)的主要成因。由2表可以看出，鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架各階的固有頻率明顯高于鑄鐵機(jī)架的固有頻率，可知鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架產(chǎn)生共振時(shí)的錫林轉(zhuǎn)速將大于鑄鐵機(jī)架產(chǎn)生共振時(shí)的錫林轉(zhuǎn)速，因此鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架明顯優(yōu)于鑄鐵機(jī)架，即采用鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架可大大提高梳棉機(jī)的生產(chǎn)效率和設(shè)備穩(wěn)定性。

3 制備工藝對比

以鑄造方式成型的梳棉機(jī)機(jī)架，澆鑄溫度需高達(dá)900 ℃，且生產(chǎn)周期長、能耗大，弊端顯而易見。采用鋼板焊接機(jī)架方式也面臨著生產(chǎn)周期長、機(jī)架易變形，完工后沒有有效的去應(yīng)力方法等缺點(diǎn)。

鋼纖維樹脂混凝土的澆鑄溫度僅約40 ℃，一般不超過50 ℃。與鑄鐵相比，鋼纖維樹脂混凝土在機(jī)架制造過程中可顯著降低能耗，不僅節(jié)省了金屬原材料，還大大節(jié)約了能源。且鋼纖維樹脂混凝土完全可以在普通常溫車間進(jìn)行澆鑄，其工藝過程簡單，生產(chǎn)周期也相對較短。此外，鋼纖維樹脂混凝土可消除振動(dòng)，良好的吸振性能是普通鑄鐵的6～8倍；比熱容是鑄鐵的1.5～2.0倍，具有更好的熱穩(wěn)定性，導(dǎo)熱系數(shù)僅為鑄鐵的1/2[2]。因此，采用新型材料鋼纖維樹脂混凝土制備梳棉機(jī)機(jī)架，理論上將可顯著提高梳棉機(jī)機(jī)架的整體性能。

4 結(jié)語

梳棉機(jī)機(jī)架對梳棉機(jī)整機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。本文介紹了鋼纖維樹脂混凝土材料的特性，并對鋼纖維樹脂混凝土機(jī)架與鑄鐵機(jī)架的固有頻率進(jìn)行了對比。研究表明，鋼纖維樹脂混凝土材料的力學(xué)性能明顯優(yōu)于鑄鐵材料，并且在制備工藝方面，鋼纖維樹脂混凝土材料也明顯優(yōu)于鑄鐵材料。因此，鋼纖維樹脂混凝土是梳棉機(jī)機(jī)架制備中一種值得廣泛研究并推廣應(yīng)用的優(yōu)良材料。

[1] 于英華,胡曉軍,徐平．鋼纖維樹脂混凝土在機(jī)床基礎(chǔ)件中的應(yīng)用[J]．煤礦機(jī)械，2003(6)：21-23．

[2] 張鵬程．新型梳棉機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)、材料優(yōu)化仿真分析研究[D]．青島：青島科技大學(xué)，2014.

A new-type material applied to carding machine frame

HuangMiaomiao

Qingdao Textile Machinery Co.，Ltd.， Qingdao/China

Steel fiber resin concrete materials which could be applied to manufacturing the carding machine frame were introduced and compared with the cast iron material used for the carding machine frame. The research result showed that the mechanical property and preparation technology of the steel fiber resin concrete material were superior to the cast iron material significantly, and the steel fiber resin concrete material was a new-type material which was good enough to be adopted in further research and application in carding machine frames.

carding machine； frame； steel-fiber polymer concrete； cast iron