新型鋼絲圈成型機(jī)的設(shè)計(jì)

尹冬冬

(金輪藍(lán)海股份有限公司，江蘇 南通　226009)

?生產(chǎn)實(shí)踐

新型鋼絲圈成型機(jī)的設(shè)計(jì)

尹冬冬

(金輪藍(lán)海股份有限公司，江蘇 南通226009)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)鋼絲圈成型機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低的缺點(diǎn)，在摒棄傳統(tǒng)豎式、緊湊型的成型傳動(dòng)模式的基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，制造出新型鋼絲圈成型機(jī)；該機(jī)將原來(lái)的凸輪排并聯(lián)傳動(dòng)模式變更為以同步帶同軸傳動(dòng)為主的板式傳動(dòng)，各成型工序有機(jī)結(jié)合，通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)執(zhí)行模塊的零件，達(dá)到與之配套制造不同型號(hào)鋼絲圈的目的。指出：新型鋼絲圈成型機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)具備良好的柔性和靈活性，減少能量損耗穩(wěn)定性高，改善鋼絲圈質(zhì)量，能迅速實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格鋼絲圈間的切換，大大提高生產(chǎn)效率，降低操作人員的技能要求和勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：鋼絲圈；成型機(jī)；三軸聯(lián)動(dòng)；變頻器控制；板式傳動(dòng)

0引言

在紡織工程中，細(xì)紗機(jī)的任務(wù)是將粗紗紡成條干均勻、號(hào)數(shù)及捻度符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的細(xì)紗，主要對(duì)粗紗進(jìn)行牽引、加捻和卷繞成型等作用。

鋼絲圈作為細(xì)紗機(jī)的主要器材，有加捻和卷繞成型兩大作用。主要表現(xiàn)有：在適當(dāng)?shù)膹埩l件下將紗線卷繞到紗管上，并控制卷繞過(guò)程中紗線產(chǎn)生的氣圈；配合旋轉(zhuǎn)的紗管和前羅拉將捻度傳遞給紗線；以及在紗線卷裝結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的同時(shí)對(duì)紗線的表面纏繞速度進(jìn)行差異化的調(diào)整[1-2]。

在鋼絲圈制造工藝流程中，主要經(jīng)歷坯條拉制、成型和表面處理等工序，其中最重要的、也是確定產(chǎn)品型號(hào)的，是成型工序，由于鋼絲圈尺寸精度和質(zhì)量的一致性直接影響成紗效果，因此成型機(jī)的性能和制造精度決定其使用效果和壽命[3]。

1傳統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)狀

原鋼絲圈成型機(jī)是19世紀(jì)早期設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異形件多，對(duì)零件加工及裝配要求高，機(jī)件易損，維修工作量大，整個(gè)設(shè)備基本屬于純機(jī)械的單輸入多輸出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

傳統(tǒng)鋼絲圈成型機(jī)成型部件是由1個(gè)異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)主軸凸輪排完成鋼絲的送料、握持、截?cái)?、打孔、成型等?dòng)作，工作臺(tái)面豎立，結(jié)構(gòu)緊湊，各動(dòng)作時(shí)序由相關(guān)凸輪進(jìn)行調(diào)整并確定，各部分互相配合、協(xié)調(diào)工作，按照鋼絲圈的要求循環(huán)制造。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，鋼絲圈產(chǎn)品規(guī)格有近千種，當(dāng)型號(hào)間差異過(guò)大，如送絲長(zhǎng)度或者截面差距加大的情況下需要對(duì)原機(jī)臺(tái)中的許多相關(guān)零件進(jìn)行調(diào)換和調(diào)整，不僅對(duì)操作人員的技術(shù)有較高要求，而且輔助時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。且設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，凸輪副始終處于摩擦狀態(tài)，隨著凸輪動(dòng)程和受力不一，其磨損程度也不一，產(chǎn)品的成型質(zhì)量處于不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成更大浪費(fèi)。

2新型設(shè)備結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

新型鋼絲圈成型機(jī)的設(shè)計(jì)，摒棄傳統(tǒng)豎式、緊湊型的成型傳動(dòng)模式，將原來(lái)的凸輪排并聯(lián)傳動(dòng)模式變更為以同步帶同軸傳動(dòng)為主的板式傳動(dòng)，各成型工序有機(jī)結(jié)合，通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)執(zhí)行模塊的零件，達(dá)到與之配套制造不同型號(hào)鋼絲圈的目的。這種板式多運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)是一種以垂直面進(jìn)行機(jī)構(gòu)疊加設(shè)計(jì)的技術(shù)，可以降低設(shè)備對(duì)厚度方面的限制，通過(guò)高度方向的擴(kuò)充降低設(shè)備占地率，提高車間的利用率。

新型鋼絲圈成型機(jī)按照坯條進(jìn)給的方向及工序分為放料工位、送絲工位和成型工位，由各工位組成單獨(dú)的結(jié)構(gòu)部件系統(tǒng)，如圖1所示。

1—放料工位；2—送絲工位；3—成型工位。圖1　新型鋼絲圈成型機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1放料工位

放料工位負(fù)責(zé)將鋼絲圈的原料——坯條盤(可含料盤)按卷料順序進(jìn)行主動(dòng)放料，并根據(jù)坯條進(jìn)給(消耗)情況進(jìn)行適時(shí)放料，保證坯條盤不松散。放料工位由料盤、放料電機(jī)、同步帶傳動(dòng)、導(dǎo)料輪和傳感器等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2a)所示。

a)　　　　　　　　b)　1，5—放料電機(jī)；2—導(dǎo)料輪；3—料盤；4—傳感器；6—同步帶。圖2　放料工位結(jié)構(gòu)

放料工位的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2b)所示，配有減速機(jī)的電機(jī)通過(guò)不同齒數(shù)的同步帶輪進(jìn)行二次減速，動(dòng)力的輸出端配有料盤安裝座，以此驅(qū)動(dòng)放料。為了避免坯條卷直徑減少對(duì)送料的影響，采用電機(jī)間歇運(yùn)動(dòng)配合送料，其間歇時(shí)間由傳感器組件和變頻器進(jìn)行控制，其控制流程為：變頻放料→觸發(fā)停止傳感器→停止→觸發(fā)放料傳感器→變頻放料。

2.2送絲工位

送絲工位由主從動(dòng)牽料輪、隨動(dòng)壓輪、壓板、走絲座、電機(jī)傳動(dòng)件等組成，如圖3a)所示，負(fù)責(zé)將來(lái)自放料工位中的坯條進(jìn)行定長(zhǎng)送絲。

送絲工位采用柔性間斷送絲技術(shù)(恒速送料)，這種技術(shù)能適應(yīng)高速送料，利用被送體(坯條)與主、被動(dòng)輪間的摩擦力進(jìn)行無(wú)縫鏈接的間歇運(yùn)動(dòng)送料，可實(shí)現(xiàn)送料速度即時(shí)可調(diào)并與通過(guò)間歇時(shí)間差實(shí)現(xiàn)與主傳動(dòng)實(shí)時(shí)同步的功能。

送絲工位傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3b)所示，方箱齒輪減速電機(jī)直聯(lián)主動(dòng)牽料輪并通過(guò)同步帶帶動(dòng)從動(dòng)牽料輪進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)，隨動(dòng)壓輪在壓簧作用下將鋼絲圈坯條頂向牽料輪(合金輥)，并沿著走絲座進(jìn)給。當(dāng)鋼絲圈坯條受阻后，隨動(dòng)壓輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)并被坯條下壓微小位移造成坯條與牽料輪處于打滑狀態(tài)，使兩者間的壓力為零，則驅(qū)動(dòng)力(摩擦力)為零，坯條停止進(jìn)給。

2.3成型工位

成型工位由定長(zhǎng)切斷部件、彎曲成型部件和下料部件組成，負(fù)責(zé)對(duì)送絲工位上的鋼絲圈坯條進(jìn)行成型，如圖4所示。

a) b)1—隨動(dòng)壓輪；2，7—主動(dòng)牽料輪；3—走絲座；4，8—從動(dòng)牽料輪；5—壓板；6—電機(jī)傳動(dòng)件。圖3　送絲工位結(jié)構(gòu)

a)

b)1—定長(zhǎng)切斷；2—彎曲成型；3—下料。圖4　成型工位結(jié)構(gòu)示意

成型工位由一臺(tái)小型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，選擇三軸聯(lián)動(dòng)方式(凸輪與兩個(gè)偏心輪通過(guò)同步帶進(jìn)行同步運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖4a)所示)，同時(shí)通過(guò)右下偏心輪聯(lián)軸并帶動(dòng)立體連桿完成成型鋼絲圈的下料(如圖4b)所示)，傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。

1—三軸聯(lián)動(dòng)；2—異步電機(jī)；3—手輪。圖5　成型工位傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

安裝在機(jī)架的異步電機(jī)通過(guò)皮帶輪組減速后與手輪進(jìn)行直聯(lián)，并將動(dòng)力傳遞至左偏心輪，然后帶動(dòng)三軸聯(lián)動(dòng)(從左到右分別是左偏心輪、凸輪和右偏心輪；中間增設(shè)張緊輥)。

三軸聯(lián)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是能保證在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期成型工位內(nèi)各時(shí)序(定長(zhǎng)切斷—坯條夾持—彎曲成型—下料—定長(zhǎng)切斷)保持動(dòng)作一致性，簡(jiǎn)化邏輯控制，僅對(duì)各部件完成時(shí)序進(jìn)行微調(diào)。

2.3.1定長(zhǎng)切斷部件

定長(zhǎng)切斷部件由凸輪、搖臂、滑臺(tái)、切斷刀、關(guān)節(jié)軸承和左右擋板等組成。當(dāng)凸輪以設(shè)計(jì)速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)搖臂和關(guān)節(jié)軸承帶動(dòng)滑臺(tái)進(jìn)行周期性往返動(dòng)作，帶動(dòng)切斷刀對(duì)坯條進(jìn)行剪切和壓持。剪切下來(lái)的坯條長(zhǎng)度是通過(guò)切斷刀寬度或左右擋板間的距離來(lái)決定。

定長(zhǎng)切斷傳動(dòng)是整個(gè)成型系統(tǒng)的關(guān)鍵，將定長(zhǎng)、切斷和夾持三工序通過(guò)緊湊機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在利用左右擋板實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)功能的同時(shí)利用切斷刀凹槽的深度來(lái)保證切斷和夾持之間的時(shí)序差，其時(shí)序如圖6所示，是其它成型部件時(shí)序的基準(zhǔn)。

圖6　定長(zhǎng)切斷傳動(dòng)時(shí)序

在切斷時(shí)序中，虛線S1是切斷階段，即此時(shí)鋼絲圈坯條被切斷刀瞬時(shí)切斷；虛線S1以下是送絲階段，即切斷刀的高度沒(méi)有對(duì)坯條進(jìn)行阻攔，送絲工位可以正常進(jìn)給；虛線S2是壓持階段，即坯條已經(jīng)被切斷刀和成型桿壓成“∩”形，同時(shí)被兩者完全握持，為彎曲成型進(jìn)行準(zhǔn)備；在虛線S1和S2之間，逐漸完成對(duì)坯條的沖壓成型。

2.3.2彎曲成型部件

彎曲成型部件一共有兩組，由偏心輪、關(guān)節(jié)軸承、滑臺(tái)、成型刀等組成。當(dāng)偏心輪以設(shè)計(jì)速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)關(guān)節(jié)軸承帶動(dòng)滑臺(tái)進(jìn)行周期性往返進(jìn)給，帶動(dòng)成型刀對(duì)壓持的坯條進(jìn)行彎曲。彎曲的行程可以通過(guò)關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)序可以通過(guò)調(diào)節(jié)偏心輪的初始角來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要注意兩組彎曲成型部件初始狀態(tài)一致，其時(shí)序如圖7所示。

圖7　彎曲成型時(shí)序

在彎曲成型時(shí)序中，虛線S3和S4是成型刀的兩個(gè)極限位置，其中S3是成型完成臨界點(diǎn)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)軸承的長(zhǎng)度設(shè)定，但S3和S4的絕對(duì)值之和是恒定的，由偏心輪的偏心距決定。該時(shí)序的初始相位θ=0，根據(jù)定長(zhǎng)切斷時(shí)序來(lái)調(diào)整偏心輪的初始角。

2.3.3下料部件

下料部件與彎曲成型采用垂直聯(lián)動(dòng)技術(shù)(在二維方向上的連桿傳動(dòng))，這是一種運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換技術(shù)，它克服平面連桿的不足，通過(guò)立體連桿產(chǎn)生與主傳動(dòng)對(duì)應(yīng)的副傳動(dòng)并保持兩者的運(yùn)動(dòng)時(shí)序。

下料部件由偏心輪、關(guān)節(jié)軸承、搖板、下料桿和下料針等組成。該部件的偏心輪與彎曲成型部件的右偏心輪同軸，通過(guò)關(guān)節(jié)軸承帶動(dòng)搖板改變方向使下料桿產(chǎn)生前后周期性往返運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)下料針對(duì)鋼絲圈半成品進(jìn)行下料。下料行程可以通過(guò)關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)序可以通過(guò)調(diào)節(jié)偏心輪的初始角來(lái)實(shí)現(xiàn)，其時(shí)序如圖8所示。

圖8　下料時(shí)序

下料時(shí)序和彎曲成型時(shí)序一樣，S5、S6臨界點(diǎn)和初始相位θ=0值也通過(guò)相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，保證與定長(zhǎng)切斷工序進(jìn)行匹配。

上述3個(gè)時(shí)序在設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)前通過(guò)模板進(jìn)行初始設(shè)定，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的鋼絲圈產(chǎn)品型號(hào)選擇相應(yīng)的執(zhí)行模塊(切斷刀和成型桿組件等)進(jìn)行安裝，通過(guò)產(chǎn)品試制進(jìn)行微調(diào)，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

該設(shè)備可以根據(jù)需方要求在送絲工位和成型工位間預(yù)設(shè)沖孔工位，滿足部分鋼絲圈“開(kāi)天窗”的功能需求，其時(shí)序與定長(zhǎng)切斷工位保持一致，實(shí)現(xiàn)“四軸聯(lián)動(dòng)”。

3結(jié)語(yǔ)

新型鋼絲圈成型機(jī)，充分減少傳動(dòng)鏈，簡(jiǎn)化機(jī)械構(gòu)造，通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)軸承，使傳動(dòng)系統(tǒng)具備良好的柔性和靈活性，減少能量損耗，同時(shí)能提高設(shè)備的穩(wěn)定性，改善鋼絲圈產(chǎn)品質(zhì)量，尤其能迅速實(shí)現(xiàn)各種鋼絲圈產(chǎn)品之間的切換，大大提高生產(chǎn)效率，降低操作人員的技能要求和勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

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Design of a New Protoyping Machine of Travelers

YIN Dongdong

(Geron Blue Ocean Co.,Ltd.,Nantong 226009,China)

Abstract:As to the problems with the conventional prototyping machine of travelers such as complex structure and low precision,a new prototyping machine of travelers is developed,dumping the traditional products of vertical and compact modes through the systematic design.The new product is dominated by synchronous belt driving coaxial plate transmission instead of the original cam row parallel transmission mode.The prototyping mechanism is organically combined by adjusting the parts related to the implementation of the module for manufacturing different types of travelers.It is pointed out that the new prototyping machine is of good flexibility and agility and has the high stability of performance,reducing energy loss,improving the quality of travelers,and more,the product can rapidly realize the traveler switching of all kinds,greatly improving the production efficiency,simplifying operating skill and reducing labor intensity.

Key Words:traveler;prototyping machine;tri-axis integration;inverter control;plate driving

收稿日期：2015-09-19

作者簡(jiǎn)介：尹冬冬(1979—)，男，江蘇啟東人，工程師，主要從事紡織用梳理器材設(shè)備和彈性針布的產(chǎn)品研發(fā)。

中圖分類號(hào)：TS103.82+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9634(2016)03-0014-04

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-27 18∶31

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.

20151027.1831.002.html