全自動(dòng)發(fā)條洗發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種應(yīng)用于發(fā)制品發(fā)條后處理的全自動(dòng)發(fā)條洗發(fā)機(jī)成套設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)設(shè)計(jì)的清洗機(jī)、蒸油罐、運(yùn)輸機(jī)械手、自動(dòng)加助劑系統(tǒng)、水回收循環(huán)系統(tǒng)、傾倒罐六部分組合在一起，實(shí)現(xiàn)了發(fā)條后處理工藝的機(jī)械自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：葉輪；清洗機(jī)；液體流向；機(jī)械手；計(jì)量泵

目前，全世界60%的發(fā)制品在中國(guó)生產(chǎn)，其主要原材料是人頭發(fā)、動(dòng)物毛發(fā)、化學(xué)纖維等[1]。發(fā)制品成品主要分為假發(fā)頭套、發(fā)條、特種發(fā)三大類。從頭發(fā)制作成發(fā)飾品成品，要經(jīng)過(guò)上百道工序的加工處理，發(fā)制品生產(chǎn)總的工序一般分為前處理、打發(fā)、三聯(lián)機(jī)、后處理、包裝等幾個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都包含數(shù)十道加工工序。發(fā)制品生產(chǎn)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，縱觀國(guó)內(nèi)外的假發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，90%的生產(chǎn)工序都是純手工作業(yè)。

發(fā)條后處理是發(fā)制品制作的關(guān)鍵工序之一，工藝過(guò)程包括泡次氯酸鈉、洗滌劑清洗、泡冷燙精和氨水、清水清洗、泡油劑、蒸油、清水清洗。其中泡次氯酸鈉、泡冷燙精氨水、泡油劑都是在高溫下的化學(xué)處理（65-75 o C），蒸油則是在85 o C的高溫下進(jìn)行，其余洗滌過(guò)程是在50 o C左右的清水中進(jìn)行處理。整個(gè)處理工序流程長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，用人多，有害的工作環(huán)境下需純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)。這就需要達(dá)到改善品質(zhì)、節(jié)能減排、提高效率、降低人工成本的目的。

1.全自動(dòng)發(fā)條洗發(fā)機(jī)概述

全自動(dòng)發(fā)條洗發(fā)機(jī)由清洗機(jī)部分、蒸油罐、運(yùn)輸機(jī)械手、自動(dòng)加助劑部分、水回收循環(huán)系統(tǒng)和傾倒罐六部分組成。其中，清洗機(jī)部分，蒸油罐、自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)械手、自動(dòng)加助劑部分是完成發(fā)條后處理工藝的關(guān)鍵部件，本文將依次對(duì)其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理進(jìn)行詳細(xì)闡述[2]。

2.清洗機(jī)機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理

清洗機(jī)主要用來(lái)進(jìn)行泡次氯酸鈉、洗滌劑清洗、泡冷燙精和氨水、清水清洗4種工序。

2.1清洗機(jī)紗籠

清洗機(jī)紗籠的設(shè)計(jì)借鑒了傳統(tǒng)散纖維染色機(jī)紗籠的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[3-4]，特別注意到了發(fā)條后處理過(guò)程發(fā)條易打結(jié)纏繞的特性，設(shè)計(jì)了具有如下特點(diǎn)的紗籠：

2.1.1將紗籠的多孔底板加裝了70mm長(zhǎng)、稀疏適宜的固定鋼針，稱作下針，下針垂直于多孔板表面，用于固定發(fā)條，使水流在正反沖洗發(fā)條的過(guò)程中，避免發(fā)條相互運(yùn)動(dòng)而纏繞打結(jié)。

2.1.2紗籠的上蓋固定在清洗機(jī)外桶上，便于機(jī)械手自動(dòng)抓取紗籠，同時(shí)，上蓋起到壓緊紗籠的作用。上蓋分為上下兩層，上層起密封液體作用，下層為多孔板，多孔板上加裝了45mm長(zhǎng)、稀疏適宜的鋼針，稱作上針，上針垂直于上蓋下層的多孔板表面，使水流在正反沖洗發(fā)條的過(guò)程中，避免發(fā)條相互運(yùn)動(dòng)而纏繞打結(jié)。

2.1.3為了使液體均勻通過(guò)紗籠的圓形多孔底板，防止液體走短路而影響發(fā)條的處理效果，在紗籠多孔底板的下面設(shè)計(jì)了一個(gè)多孔分流板，分流板與紗籠多孔底板的距離約為40mm左右，相互平行，分流板上的微孔在向四周散布的過(guò)程中，其直徑逐步變大。

2.2清洗機(jī)葉輪

清洗機(jī)葉輪首先要保證液體循環(huán)量和循環(huán)壓力滿足工藝處理的要求，其次考慮如何與清洗機(jī)體的循環(huán)管路相匹配，液體能正反循環(huán)，且正反循環(huán)的壓力穩(wěn)定，最后考慮如何降低制作費(fèi)用、減小清洗機(jī)外形尺寸。結(jié)合以上幾點(diǎn)設(shè)計(jì)選擇了混流式水泵葉輪。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)，最終選擇葉片數(shù)為5片，葉輪直徑為144mm，葉輪輪轂直徑為65mm，葉片出口安放角β=30o 。

2.3液體流向

清洗機(jī)紗籠中液體的循環(huán)方向是垂直于紗籠多孔底板做上下循環(huán)流動(dòng)，既垂直于平鋪發(fā)條的上表面上下流動(dòng)[5]。就保證了液體能均勻反復(fù)沖洗平鋪的發(fā)條層，由于有上下鋼針的固定，發(fā)條不能發(fā)生徑向位移，就不會(huì)出現(xiàn)沖洗死角和液體走短路現(xiàn)象，使發(fā)條在上下針的非重疊區(qū)內(nèi)做局部震蕩運(yùn)動(dòng)，增加洗滌效果和均勻性。

2.4清洗機(jī)桶體

清洗機(jī)桶內(nèi)裝有微孔直接加熱盤管，對(duì)液體加熱；清洗機(jī)桶上裝有溫控計(jì)，當(dāng)桶內(nèi)液體加熱到設(shè)定溫度，溫控計(jì)通過(guò)控制程序關(guān)閉蒸汽氣動(dòng)角閥；清洗機(jī)桶上還裝有浮球式液位計(jì)，液位計(jì)的磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)與控制程序相連，當(dāng)桶內(nèi)液位上升到設(shè)定高度時(shí)，液位計(jì)通過(guò)控制程序自動(dòng)關(guān)閉氣動(dòng)角閥，切斷進(jìn)水管路。

3.運(yùn)輸機(jī)械手機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理

機(jī)械手做兩軸運(yùn)動(dòng)，既X向和Z向運(yùn)動(dòng)[6-7]。X向的運(yùn)動(dòng)速度為300mm/s，總行程7.2m；Z向的運(yùn)動(dòng)速度為250mm/s，總行程0.7m。根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)速度和行程，將機(jī)械手X向的傳動(dòng)設(shè)計(jì)為齒輪齒條傳動(dòng)，伺服電機(jī)做驅(qū)動(dòng)，上下雙線性導(dǎo)軌做導(dǎo)向，線性導(dǎo)軌規(guī)格為35mm；Z向采用同步帶滑臺(tái)模組作為提升機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)做驅(qū)動(dòng)。

4.蒸油罐機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理

蒸油罐內(nèi)的加熱裝置采用微孔盤管，盤管上的微孔直徑為1mm，微孔中心軸線方向與蒸油罐體的軸線呈45o夾角。微孔是為了更好的霧化加熱蒸汽，微孔的45o斜向下夾角是為了避免蒸汽直接噴向發(fā)條而損傷發(fā)條、利于蒸油罐體底部的凝結(jié)水排出。罐體上有一管口與蒸汽安全閥相連，安全閥的開(kāi)啟壓力調(diào)為小于0.1Mpa，保證為非壓力容器。蒸油罐體上安裝有PT100，PT100將根據(jù)設(shè)定的溫度，通過(guò)控制程序控制蒸汽自動(dòng)角閥的開(kāi)合。

5.自動(dòng)加助劑系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

自動(dòng)加助劑系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)是計(jì)量泵的選型，它關(guān)系到助劑計(jì)量精度和設(shè)備成本的控制。本系統(tǒng)選擇了機(jī)械隔膜計(jì)量泵，通過(guò)控制程序控制氣動(dòng)角閥及計(jì)量泵，將助劑打入清洗機(jī)中。

6.結(jié)論

發(fā)條后處理是假發(fā)行業(yè)的關(guān)鍵工序之一，全自動(dòng)發(fā)條洗發(fā)機(jī)在自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)上獲得突破創(chuàng)新，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工作業(yè)，能夠?yàn)榘l(fā)制品行業(yè)帶來(lái)革命性的改變，將改變工作環(huán)境、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，但是否能優(yōu)化簡(jiǎn)化設(shè)備，尚需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]中商情報(bào)網(wǎng).2012-2013年中國(guó)假發(fā)絲行業(yè)市場(chǎng)研究與投資預(yù)測(cè)報(bào)告.報(bào)告編碼：MW226372.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8.

[3]王濟(jì)永.小浴比染色的技術(shù)與設(shè)備.中國(guó)紡織工業(yè)技術(shù)進(jìn)步研究報(bào)告[C].2006.

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[6]李晶.工業(yè)機(jī)械手定位方式及定位誤差的幾個(gè)影響因素.《中國(guó)科技教育.理論版》.2012年第1期.

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作者簡(jiǎn)介：

孫天星（1973.08.14-），男，許昌恒源發(fā)制品股份有限公司研發(fā)事業(yè)部機(jī)械研發(fā)總工程師。