一种应用于梳棉机机架的新型材料

黄苗苗

青岛纺织机械股份有限公司(中国)



一种应用于梳棉机机架的新型材料

黄苗苗

青岛纺织机械股份有限公司(中国)

介绍了一种可应用于制备梳棉机机架的新型材料——钢纤维树脂混凝土材料，并将其与制备梳棉机机架的铸铁材料进行对比。研究表明,钢纤维树脂混凝土材料的力学性能和制备工艺均明显优于铸铁材料，是梳棉机机架制备中一种值得研究和推广应用的新型材料。

梳棉机； 机架； 钢纤维树脂混凝土； 铸铁

纺纱生产中，梳棉机是前纺设备的核心单元机，用于对棉、化纤及混纺纤维进行梳理，对棉团进行开松、混合、分梳和除杂，使其伸直成单纤维状态。梳棉机的工作状态直接影响纱线的质量，进而影响企业的效益。随着纺织产业技术和生产工艺的发展，人们对梳棉机的精度、速度与效率提出了更高的要求，这促使纺织机械制造商不断对梳棉机进行设计改进和材料优化。近年来，青岛纺织机械股份有限公司已逐步对梳棉机机架结构进行优化，机架结构进一步改善的可挖掘潜力较小，而应用新型材料将是提高机架性能的一大突破点。

1 梳棉机机架及其作用

梳棉机机架作为梳棉机重要的支撑部件，支撑着梳棉机的锡林、道夫与刺辊等关键部件(图1)，是整台梳棉机设备稳定高效工作的基础。梳棉机机架的性能关系到整台梳棉机设备的性能。目前中国生产的梳棉机机架主要采用铸铁铸造成型，但近年来，也有少数纺织机械制造商采用钢板焊接的形式制备。

2 新型材料的选择及性能对比

结合机床行业进行分析发现，国内外已有许多将钢纤维树脂混凝土作为机床支撑件的原材料，并逐步替代铸铁等材料的研究。钢纤维树脂混凝土具有很好的阻尼性能和良好的热稳定性，并且在精度、吸震性能及与其他零部件的整合性等方面都有很大的优越性，可大大提高机床的整体性能[1]。基于这些特性，本文将主要介绍钢纤维树脂混凝土材料的性能，并与目前常用的梳棉机机架原材料——铸铁进行性能对比，探讨将其应用于梳棉机机架的可行性。

图1 FB231C型梳棉机机架示意图

2.1 钢纤维树脂混凝土的选择

材料性能是梳棉机机架设计选材的主要依据，材料性能主要包括密度、熔点、稳定性、强度、硬度及塑性等。目前普遍应用的钢纤维树脂混凝土的密度为2.3×10-6～2.8×10-6kg/mm3。本文选择密度为2.5×10-6kg/mm3的钢纤维树脂混凝土材料为梳棉机机架原材料，材料的其他性能如表1所示。

表1 钢纤维树脂混凝土机架材料的性能参数

2.2 材料性能对比

早期检验设备零部件的设计可行性时，通常仅简单地设定压力作用于其重心，并根据材料力学方法计算零部件所能承受的最大应力和最大变形量，再分别与材料的许用应力和许用变形进行比较，最后结合实践经验，依次决定最终的设计参数，因此计算结果的准确性不高。从力学性能方面看，反映机架性能的最主要的因素是机件的固有频率及其模态振型。固有频率的计算式如式(1)所示。

(1)

式中：f0——固有频率，Hz；

k——物体劲度系数，N/m；

m——物体的质量，kg.

目前，机件结构性能分析主要采用数值分析法。根据梳棉机机架的特性，分别将钢纤维混凝土材料的性能参数(表1)和铸铁的密度ρ(7×103kg/mm3)、弹性模量E(120 MPa)等参数输入ANASY有限元软件进行模拟分析。为有效对比钢纤维树脂混凝土机架与铸铁机架的性能差异，计算了两种机架在低阶频率范围内的前5阶固有频率，结果如表2所示。其中，1阶振动是沿X轴方向的弯曲振动，2阶振动是沿Y轴方向的弯曲振动，3阶振动是沿X轴方向的扭曲振动，4阶振动是沿Y轴方向的扭曲振动，5阶振动是沿Z轴方向的扭曲振动。

表2 不同材料机架的固有频率及差值 Hz

机架的固有频率越高，越不易产生共振。梳棉机锡林的快速转动是机架振动的主要成因。由2表可以看出，钢纤维树脂混凝土机架各阶的固有频率明显高于铸铁机架的固有频率，可知钢纤维树脂混凝土机架产生共振时的锡林转速将大于铸铁机架产生共振时的锡林转速，因此钢纤维树脂混凝土机架明显优于铸铁机架，即采用钢纤维树脂混凝土机架可大大提高梳棉机的生产效率和设备稳定性。

3 制备工艺对比

以铸造方式成型的梳棉机机架，浇铸温度需高达900 ℃，且生产周期长、能耗大，弊端显而易见。采用钢板焊接机架方式也面临着生产周期长、机架易变形，完工后没有有效的去应力方法等缺点。

钢纤维树脂混凝土的浇铸温度仅约40 ℃，一般不超过50 ℃。与铸铁相比，钢纤维树脂混凝土在机架制造过程中可显著降低能耗，不仅节省了金属原材料，还大大节约了能源。且钢纤维树脂混凝土完全可以在普通常温车间进行浇铸，其工艺过程简单，生产周期也相对较短。此外，钢纤维树脂混凝土可消除振动，良好的吸振性能是普通铸铁的6～8倍；比热容是铸铁的1.5～2.0倍，具有更好的热稳定性，导热系数仅为铸铁的1/2[2]。因此，采用新型材料钢纤维树脂混凝土制备梳棉机机架，理论上将可显著提高梳棉机机架的整体性能。

4 结语

梳棉机机架对梳棉机整机的稳定运行起着关键作用。本文介绍了钢纤维树脂混凝土材料的特性，并对钢纤维树脂混凝土机架与铸铁机架的固有频率进行了对比。研究表明，钢纤维树脂混凝土材料的力学性能明显优于铸铁材料，并且在制备工艺方面，钢纤维树脂混凝土材料也明显优于铸铁材料。因此，钢纤维树脂混凝土是梳棉机机架制备中一种值得广泛研究并推广应用的优良材料。

[1] 于英华,胡晓军,徐平．钢纤维树脂混凝土在机床基础件中的应用[J]．煤矿机械，2003(6)：21-23．

[2] 张鹏程．新型梳棉机机架的结构、材料优化仿真分析研究[D]．青岛：青岛科技大学，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