一种新型干丝绵机喂绵机构的研制

2013-07-25邱国祥王先燕胡智明孙际祥郭定国

中国蚕业 2013年1期

邱国祥王先燕胡智明孙际祥郭定国

(1广东省蚕业技术推广中心，广东广州 510640; 2澧县丝绸厂，湖南澧县 415500)

丝绵不仅保暖、轻柔、弹性良好，而且具有良好的卫生保健功能，故有“纤维皇后”之美称，是高档棉衣、棉被的理想填充料，近年来丝绵生产在国内得到迅猛的发展［1－2］。

生产桑蚕丝绵的原料之一是蚕种场生产蚕种的副产品——种茧的削口茧。由于蚕种场制种的需要，种茧须经削口后取出蚕蛹用于制种，所以削口茧的丝都是断的，无法采用湿拉丝绵的机械拉制丝绵，传统的方法是用削口茧手工制成丝绵。20世纪80—90年代，广西、江苏等省(区)先后研制出单个大、小滚径的干丝绵机，这类丝绵机结构简单、加工维修容易，比手工制丝绵提高工效10～20倍［3］。2003—2005年中国农业科学院蚕业研究所与湖南省蚕桑科学研究所共同研究与开发的“CS02型丝绵机”，其生产的丝绵不仅手感柔软，保持了蚕丝纤维具有的轻盈、膨松弹性好、保暖性强等特点，而且单台生产率达7.0～7.5 kg/h，是国内同类机型台时产量的 2.26 ～2.34 倍［4－5］，大幅度提高了劳动生产率。但目前干丝绵机的喂绵机构一般采用1对渐开线齿形齿轮轴对滚夹送精干绵，这种结构存在着开松不完全，绵坯内残存蛹衬、削口茧盖及小型整茧，机架腹腔内有落绵等问题，须人工清理或2次或多次喂入加工，并且存在茧丝缠绕现象，需要一定的辅助工时进行清理，影响了生产效率和产品质量，难以适应丝绵加工规模化、优质化生产的需要。针对上述问题，我们从2008年开始对现行干丝绵机的喂绵机构进行了细致的研究与改进，“一种易于开松绵的喂绵机构”技术于2010年被国家知识产权局授予国家实用新型专利(专利号:200920236746.7)。

1 传统丝绵机喂绵机构的性能缺陷与成因

1.1 传统丝绵机喂绵机构结构与工作原理

传统丝绵机的喂绵机构(图1)是采用1对渐开线齿形齿轮轴对滚夹送精干绵。即把精干绵平铺在进料板上，开启动力，垂直安装的2个齿轮轴逆向旋转，其相互的啮合作用把精干绵运送到啮合线另一侧，被高速旋转的锡林针辊针抓取，丝绵被一层一层地绕在锡林针辊上，绕到预定厚度时，停机取出丝绵;循环往复。

1.2 传统丝绵机喂绵机构的性能缺陷与成因

1.2.1 丝绵质量差生产的丝绵有较多的蛹衬、削口茧盖及开松不完全的小个整茧。如图1所示，造成开松不完全的关键问题是精干绵的夹紧点(图1－4)到针辊针尖(图1－5)的距离L过大。其理论距离L≈R+δ(R－齿轮轴半径，δ－齿轮轴外圆公切线到针辊针尖的垂直距离)。

图1 传统喂绵机构的结构示意图

如果齿轮轴半径R越小，精干绵的夹紧点到针辊针尖的距离L就越小，越利于蛹衬、削口茧盖甚至有些小茧被抓取开松，绵坯中未开松的绵球个数就越少。谭徽树等［4］的试验结果表明:齿轮轴外径(直径)取46 mm较适宜。然而，当上齿轮轴(图1－1)、下齿轮轴(图1－2)的半径(R)的最小值为18 mm(直径36 mm)，上下齿轮轴的外圆公切线到针辊(图1－3)针尖的距离(δ)最小值为6 mm时，精干绵的夹紧点到针辊针尖的距离(L)最小值也有24 mm(L≈18+6)，而绝大部分蛹衬的平面尺寸为20～25 mm，削口茧盖的平面尺寸为10～15 mm。所以，有些蛹衬、削口茧盖甚至有些小茧，当被上下齿轮轴释放时，由于面积不够大，针辊的针尖还没来得及抓住这些蛹衬、削口茧盖或小茧进行开松，这些蛹衬、削口茧盖或小茧就被原封未动地夹在精干绵中而附着在针辊上，或者落在机架腹腔内［6］，从而导致在丝绵产品中混有未开松的精干绵块，严重地影响丝绵的品质;同时，若在机架腹腔内落绵，则需重新夹在精干绵中进行2次或3次喂入加工，严重地影响生产效率。

1.2.2 齿轮轴丝绵缠绕严重因加工时针辊高速旋转，使得在送绵口(图1－6)处形成向上的气流，同时上齿轮轴在针辊边也是向上旋转的，这就使得散落的丝绵很容易缠绕在上齿轮轴上，需要不断地进行清理，而耗费大量辅助工时，造成生产效率低下。

因此，传统的干丝绵机的喂绵机构严重地制约了丝绵产品的质量和丝绵加工的劳动生产率，需要通过改进以提高丝绵生产效率和质量。

2 新型干丝绵机喂绵机构的设计及工作原理

2.1 新型干丝绵机喂绵机构的设计及组成

借鉴皮辊轧花机原理［7－8］，针对传统喂绵机构存在的夹紧点到针辊针尖的距离偏大，丝绵会缠绕齿轮轴等问题，将传统的1对渐开线齿形齿轮轴夹送的喂绵机构，改为单根锯齿形转轴与刀边板配合夹送的新型喂绵机构，使精干绵的夹紧点到针辊针尖的距离大大缩减，设计一种新型干丝棉机喂绵机构(图2)。主要机构包括刀边板(图2－2)、支架(图2－4)、锯齿形转轴(图2－3)、轴承和轴承座(图2－5)、弹簧(图2－6)、调节螺钉(图2－7)等零部件。

图2 新型干丝绵机喂绵机构的结构简图

2.2 主要零部件的特点与装配关系

2.2.1 主要零部件的特点刀边板:用厚度15 mm的中碳钢板制成刀边(图2－8)倒角15°，刀口做成R=0.5 mm的弧状，两端各有2个长圆孔。

锯齿形转轴:用中碳钢制成，轴工作段的外径ф为36 mm，铣上有36个锯齿形齿，齿顶锐角打圆(R=0.5 mm)，两端有轴承位，锯齿部位镀硬铬。

支架:用扁铁拼焊2个方框件，再用1块扁铁以螺钉连接成一体。

2.2.2 各零部件的装配关系一是刀边板用螺钉固定在支架上，高度可以调节。二是锯齿形转轴两端装上轴承，然后压入轴承座内。三是两轴承座装入支架两端的滑动槽内，依靠弹簧的压力使装在轴承座上的锯齿形转轴始终压在刀边板的倒角边(图2－9)上，压力的大小可通过调节螺钉进行调节。

2.3 有关参数的来源

δ值取6 mm:通过试验，针辊的钩形针在丝绵拉力作用产生变形的最大伸长量为5 mm，δ值取6 mm时，不仅针尖不会碰到刀边板，而且，满足了精干绵的夹紧点到针辊针尖的有效距离。

锯齿形转轴的外径36 mm:通过试验锯齿形转轴的外径36 mm，可满足刚度要求。

刀边板厚度取15 mm:通过试验刀边板的厚度取15 mm，可满足刚度要求。

2.4 新型干丝绵机喂绵机构的工作原理

由一块固定的刀边板(图2－2)和一根旋转的锯齿形转轴(图2－3)配合夹持精干绵送向针辊(图2－1)进行开松;为了降低喂绵口(图2－10)送绵阻力和提高锯齿形转轴的推绵效率，刀边板采用与精干绵摩擦系数小的材料碳钢(动摩擦系数f动≈0.4)制成，锯齿形转轴采用与精干绵静摩擦系数大的含铬的材质(静摩擦系数 f静≈1.5，碳钢表面镀硬铬)［9］;工作时精干绵可在锯齿形转轴的齿尖上形成包角，进一步增大了摩擦力，这样就保证了精干绵随轴转动，并沿刀边板滑动，顺利地被送到针辊的针尖边上。电机驱动锯齿形转轴转动，并将粘附在锯齿形转轴上的精干绵带到锯齿形转轴与刀边板之间的缝隙的喂绵口中;弹簧(图2－6)通过轴承座(图2－5)施加于锯齿形转轴一定的夹紧力，精干绵被夹紧并传送到喂绵口及刀边板外侧，同时干丝绵机的针辊转动到锯齿形转轴处，针辊的针尖及时抓住干丝绵进行开松，故开松完全。

3 新型干丝绵机喂绵机构的优点

3.1 开松完全、落绵少、产品质量提高

采用单根锯齿形转轴与刀边板配合夹送的新型干丝绵机喂绵机构，使精干绵的夹紧点到针辊针尖的距离大大缩减，使之小于包括蛹衬、茧盖及小个整茧等小型精干绵块的平面尺寸(一般大于10 mm);因为，此时原式L≈R+δ可变为L≈l+δ(l－刀边板前面至锯齿形转轴与刀边板的倒角边接触点间的距离，约为2 mm;δ－针辊针尖至刀边板前面的距离，最小值取6 mm)，则L≈2 mm+6 mm=8 mm。所以，丝绵开松完全，原料利用充分，绵坯中无未被开松的精干绵，不仅产品质量完美，而且大幅度提高上辊率和减少机架腹腔内的落绵。

3.2 不破坏丝绵的丝纤维

精干绵沿刀边板斜面滑动时间很短(每个锯齿与刀边板斜面压合时间小于0.5 s)，速度很低(V=20 mm/s)，产生的热量极少，不易烧坏丝绵;加上锯齿形转轴的齿多而密，从前一个齿与刀边板斜面顶压，过渡到后一个齿与斜面顶压时比较平稳，再加上将刀边板的刀口做成弧状、锯齿形转轴的齿顶锐角打圆，因而不会切断丝纤维。