寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

(1. 廣東省無(wú)紡機(jī)械工程技術(shù)研究中心，汕頭，515065；2. 汕頭三輝無(wú)紡機(jī)械廠有限公司，汕頭，515065)

針刺法是非織造布生產(chǎn)中產(chǎn)量最高、應(yīng)用范圍最廣的一種生產(chǎn)方法，而針刺機(jī)是針刺法生產(chǎn)線中的主要關(guān)鍵設(shè)備，其幅寬和針刺頻率影響非織造布的產(chǎn)量和質(zhì)量，負(fù)載能力則影響非織造布的應(yīng)用范圍。因此，在同等的噪聲和振幅且不泄油的情況下，幅寬、針刺頻率和負(fù)載能力是衡量針刺機(jī)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的針刺機(jī)一般幅寬在4 m以內(nèi)，針刺頻率低于1 200次/min，使用三角針，主要用于生產(chǎn)負(fù)載比較小的皮革基布、汽車(chē)內(nèi)飾材料、服裝輔料和短纖土工布等。如果要生產(chǎn)寬幅(7.2 m以上)長(zhǎng)絲土工布和油氈基布，或是要使用叉形針生產(chǎn)起絨地毯，或是要生產(chǎn)加筋機(jī)織布的過(guò)濾材料，則國(guó)產(chǎn)針刺機(jī)的針刺頻率一般只能在900次/min以下，并且噪聲和振動(dòng)都超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

長(zhǎng)絲土工布和油氈基布與短纖土工布和油氈基布比較，具有面密度小、斷裂強(qiáng)力高和頂破強(qiáng)度大等特點(diǎn)，近年來(lái)長(zhǎng)絲土工布和油氈基布發(fā)展迅速，因而對(duì)寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)的需求量大增；隨著汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，起絨地毯的應(yīng)用越來(lái)越普及，因而對(duì)寬幅高負(fù)載高針頻起絨針刺機(jī)的需求量也越來(lái)越大；隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高，特別是對(duì)PM2.5的嚴(yán)格控制，對(duì)過(guò)濾材料的要求提高，因而對(duì)高負(fù)載針刺機(jī)的需求量越來(lái)越大。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)絲土工布和油氈基布等市場(chǎng)的需要，研發(fā)幅寬7.2 m以上的寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)正適時(shí)宜。

1 針刺機(jī)的結(jié)構(gòu)

普通針刺機(jī)由于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般都是使用大直徑的偏心輪+通軸的形式，采用整體式機(jī)架。機(jī)架比較矮小，整機(jī)質(zhì)量較輕，輸入輥或輸出輥的直徑較小且與機(jī)架連成一體，結(jié)果造成支撐主軸的軸承位無(wú)法保證處于同一平面上，主軸安裝后直線度變差，聯(lián)軸器噪聲變大并易磨損。因此，普通針刺機(jī)的幅寬無(wú)法太寬，針刺頻率提高不了，只能生產(chǎn)負(fù)載較小的非織造布。圖1是SUDNP02A-0400(雙針區(qū))正刺機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要解決好幅寬過(guò)長(zhǎng)的加工精度積累誤差問(wèn)題、設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡量問(wèn)題和高速運(yùn)行時(shí)零部件產(chǎn)生的熱變形問(wèn)題。直線度和平面度要求偏心機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)直徑要小，慣性就小，所以必須使用曲軸+分段連接的形式，采用分層式機(jī)架。機(jī)架比較高大，整機(jī)質(zhì)量較重，輸入輥或輸出輥的直徑較大且與機(jī)架分開(kāi)獨(dú)立。這樣，即使支撐曲軸的軸承位無(wú)法保證絕對(duì)處于同一平面上，各段曲軸安裝后直線度雖然變差，但由于聯(lián)軸器的徑向和軸向具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，所以聯(lián)軸器噪聲仍然較小、不易磨損。機(jī)臺(tái)的幅寬隨著曲軸段數(shù)的增加而加大，針刺頻率自然也就可以提高，負(fù)載能力也大。圖2是寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)SUDNP05A-0720(雙針區(qū)高針頻)正刺機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

1——主軸； 2——半軸； 3——錐度套； 4——主軸軸承座； 5——飛輪聯(lián)軸器；6——半軸軸承座； 7——12B5皮帶輪； 8——平衡輪； 9——針梁連桿； 10——推桿；11——推桿導(dǎo)套； 12——針梁； 13——植針板； 14——刺針； 15——托網(wǎng)板；16——?jiǎng)兙W(wǎng)板； 17——輸入輥Ф200； 18——輸出輥Ф200； 19——托床； 20——托床螺旋升降器；21——?jiǎng)兙W(wǎng)板螺旋升降器； 22——?dú)饽遥?23——?jiǎng)悠胶廨唸D1 SUDNP02A-0400(雙針區(qū))正刺機(jī)結(jié)構(gòu)

1——平衡輪； 2——半軸軸承座； 3——驅(qū)動(dòng)側(cè)半軸； 4——NU2218軸承座； 5——飛輪聯(lián)軸器； 6——(曲軸)聯(lián)軸飛輪； 7——曲軸； 8——針梁連桿； 9——耦合器； 10——聯(lián)軸； 11——銷軸； 12——Ф45推桿；13——Ф45推桿導(dǎo)套； 14——SU100×50氣缸； 15——控制側(cè)半軸； 16——對(duì)滾齒輪；17——50#升降器； 18——50#升降器支架座； 19——80#升降器； 20——機(jī)腳墊(口300帶槽)；21——F25散熱器； 22——針梁； 23——植針板； 24——主皮帶輪12B5；25——主電機(jī)； 26——電機(jī)皮帶輪10B5； 27——針板銷釘； 28——托床； 29——墊高機(jī)腳圖2 SUDNP05A-0720(雙針區(qū)高針頻)正刺機(jī)結(jié)構(gòu)

2 寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新

要制造寬幅又能高針頻，且能承受大的負(fù)載的針刺機(jī)，在制造技術(shù)上必須有別于傳統(tǒng)針刺機(jī)，因此在機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)、材料選配、部件選型、加工工藝與加工精度、自動(dòng)化控制等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

(1)采用優(yōu)質(zhì)厚型碳鋼板焊接而成的三層式機(jī)架，以提高剛性與承載能力。機(jī)架必須經(jīng)回火爐高溫定型處理，徹底消除其內(nèi)應(yīng)力，使得各部件的安裝部位經(jīng)過(guò)精密加工后永不變形。

(2)托床和剝網(wǎng)板的升降器的絲桿、蝸桿經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，提高絲桿與螺母螺紋的配合精度和蝸輪上下蓋板間隙的精度，以使絲桿在升降過(guò)程中沒(méi)有軸向與徑向竄動(dòng)；提高托床的剛性，在升降器間增加了支撐機(jī)構(gòu)，從而提高承載能力與抗沖擊能力。

(3)針梁為二段式，采用合金鋼經(jīng)熱處理精密加工而成，做到質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，并能確保植針板同步，防止針梁接頭處產(chǎn)生接痕。

(4)植針板采用擠壓成形的輕質(zhì)高強(qiáng)鎂合金材料上澆鑄聚氨酯(PU)層，采用氣囊?jiàn)A緊方式，裝卸植針板迅速容易，同型植針板具有互換性。托網(wǎng)板和剝網(wǎng)板采用合金鋼板，經(jīng)熱處理并表面拋光鍍硬鉻，板面永不生銹，內(nèi)孔光滑無(wú)毛刺。植針板、托網(wǎng)板和剝網(wǎng)板全部經(jīng)數(shù)控機(jī)床鉆孔加工，對(duì)中誤差≤0.5 mm。托網(wǎng)板、剝網(wǎng)板分別可電控升降，設(shè)有專用刻度尺顯示(含針道)與自動(dòng)限位防撞裝置，能防止刺針碰到孔壁而斷針，植針板也不易變形。

(5)剝網(wǎng)板的入口側(cè)采用特殊結(jié)構(gòu),托網(wǎng)板的入口側(cè)與成網(wǎng)簾的被動(dòng)輥的上表面盡量靠近，以使其不致阻擋纖網(wǎng)，并減少纖網(wǎng)的牽伸。

(6)輸出側(cè)配輸送機(jī)，采用大直徑壓輥、獨(dú)立機(jī)架、獨(dú)立傳動(dòng)、軌道移動(dòng)式，工作高度可調(diào)，被動(dòng)壓輥與主動(dòng)壓輥采用下傾斜排列以增大布的包角，由可調(diào)式氣缸控制壓輥開(kāi)啟與調(diào)節(jié)壓力，主動(dòng)輥與被動(dòng)輥之間的間隙可調(diào)，解決了寬幅時(shí)對(duì)布握持力不均的問(wèn)題。

(7)正常停車(chē)時(shí)，針梁和植針板能自動(dòng)回到上止點(diǎn)(預(yù)刺機(jī)和正刺機(jī))或下止點(diǎn)(倒刺機(jī))位置，并采用氣動(dòng)式剎車(chē)裝置鎖定；當(dāng)按下緊急停止按鈕時(shí)，主軸電機(jī)尋找上止點(diǎn)或下止點(diǎn)，并在2.5 s內(nèi)剎車(chē)停止，防止刺針處在針道中被布拉斷。

(8)采用曲軸式結(jié)構(gòu)，整機(jī)經(jīng)精密動(dòng)平衡處理，高負(fù)載高針頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不泄油、發(fā)熱小、振動(dòng)微、噪聲低、不晃動(dòng)，無(wú)需特殊地基處理，并且能耗低，主軸電機(jī)實(shí)際耗能不到額定功率的一半。

(9)使用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)先進(jìn)可靠，畫(huà)面美觀易懂。由一臺(tái)觸摸屏作為上位機(jī)，顯示針刺機(jī)的輸出輥線速度與機(jī)臺(tái)間的牽伸率、針刺頻率、步進(jìn)量、針刺深度、針刺密度、針道寬度、刺針使用次數(shù)和時(shí)間等，同時(shí)對(duì)針刺機(jī)組進(jìn)行單機(jī)或整組同步控制，在切換按鈕選擇"連接紡絲"時(shí)也可以由前面的紡絲設(shè)備對(duì)針刺機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)、停止與速度調(diào)節(jié)，使得針刺機(jī)組與紡絲設(shè)備實(shí)現(xiàn)全線同步聯(lián)動(dòng)，以保證在停機(jī)過(guò)程、啟動(dòng)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程布面質(zhì)量的一致性。

3 寬幅高負(fù)載高針頻針刺機(jī)在長(zhǎng)絲油氈基布上的應(yīng)用

用幅寬7.2 m高負(fù)載高針頻針刺機(jī)生產(chǎn)滌綸長(zhǎng)絲土工布和滌綸長(zhǎng)絲油氈基布時(shí)，其工藝流程是：

紡絲→成網(wǎng)簾→SUDNP05A-0720(雙針區(qū)高針頻)正刺機(jī)→SUUNP05A-0720(雙針區(qū)高針頻)倒刺機(jī)→SAM0206C-0720儲(chǔ)布機(jī)→SUSFW10B-0720(縱切橫切)卷取機(jī)→基布。

汕頭三輝無(wú)紡機(jī)械廠有限公司在寬幅高針頻起絨針刺機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)兩年的技術(shù)攻關(guān)，生產(chǎn)出了幅寬7.2 m高負(fù)載高針頻針刺機(jī)組，并應(yīng)用于滌綸長(zhǎng)絲油氈基布和土工布的生產(chǎn)。經(jīng)使用廠家連續(xù)生產(chǎn)驗(yàn)證，該機(jī)臺(tái)及其生產(chǎn)的滌綸長(zhǎng)絲油氈基布具有以下特點(diǎn)。

(1)特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在針刺200 g/m2以上的滌綸長(zhǎng)絲纖網(wǎng)時(shí)，針刺機(jī)振動(dòng)微、噪聲低、溫升小、不晃動(dòng)。經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在針刺頻率1 500次/min下生產(chǎn)215 g/m2滌綸長(zhǎng)絲產(chǎn)品時(shí)，推桿沒(méi)有泄油現(xiàn)象，機(jī)器三個(gè)坐標(biāo)方向振幅遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，機(jī)身溫度小于55 ℃，噪聲小于88 dB，機(jī)臺(tái)能耗小于35 kW·h，同比降低35%以上。

(2)特殊的曲軸機(jī)構(gòu)。負(fù)載時(shí)針刺頻率高，可達(dá)1 500～1 600次/min，步進(jìn)量小(約8～10 mm)且不致斷針，故障率低，線速可達(dá)12 m/min以上，滿足了長(zhǎng)絲連續(xù)生產(chǎn)和高產(chǎn)量的要求。

(3)特殊的針刺結(jié)構(gòu)。特殊的針刺結(jié)構(gòu)使得200 g/m2制品的橫縱向斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、熱穩(wěn)定性等物性指標(biāo)均優(yōu)于215 g/m2同類產(chǎn)品，節(jié)省材料7.5%。按線速12 m/min、幅寬6.8 m計(jì)算,每天可節(jié)省原料1 760 kg，折合人民幣約2萬(wàn)元。

(4)滌綸長(zhǎng)絲油氈基布的布面平整、透氣性好，有利于與瀝青的結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

從幅寬、振動(dòng)、溫升、泄油和故障率等方面進(jìn)行比較，幅寬7.2 m高負(fù)載高針頻針刺機(jī)組的技術(shù)水平可與國(guó)外同類設(shè)備相媲美，而噪聲比國(guó)外設(shè)備低，并且生產(chǎn)的纖維制品的物性指標(biāo)超過(guò)同類設(shè)備的水平。該設(shè)備的性價(jià)比高，完全可以替代進(jìn)口設(shè)備，是生產(chǎn)寬幅滌綸或丙綸長(zhǎng)絲針刺產(chǎn)品的最佳選擇。