一種應用于梳棉機機架的新型材料

黃苗苗

青島紡織機械股份有限公司(中國)

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一種應用于梳棉機機架的新型材料

黃苗苗

青島紡織機械股份有限公司(中國)

介紹了一種可應用于制備梳棉機機架的新型材料——鋼纖維樹脂混凝土材料，并將其與制備梳棉機機架的鑄鐵材料進行對比。研究表明,鋼纖維樹脂混凝土材料的力學性能和制備工藝均明顯優(yōu)于鑄鐵材料，是梳棉機機架制備中一種值得研究和推廣應用的新型材料。

梳棉機； 機架； 鋼纖維樹脂混凝土； 鑄鐵

紡紗生產(chǎn)中，梳棉機是前紡設備的核心單元機，用于對棉、化纖及混紡纖維進行梳理，對棉團進行開松、混合、分梳和除雜，使其伸直成單纖維狀態(tài)。梳棉機的工作狀態(tài)直接影響紗線的質(zhì)量，進而影響企業(yè)的效益。隨著紡織產(chǎn)業(yè)技術和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，人們對梳棉機的精度、速度與效率提出了更高的要求，這促使紡織機械制造商不斷對梳棉機進行設計改進和材料優(yōu)化。近年來，青島紡織機械股份有限公司已逐步對梳棉機機架結構進行優(yōu)化，機架結構進一步改善的可挖掘潛力較小，而應用新型材料將是提高機架性能的一大突破點。

1 梳棉機機架及其作用

梳棉機機架作為梳棉機重要的支撐部件，支撐著梳棉機的錫林、道夫與刺輥等關鍵部件(圖1)，是整臺梳棉機設備穩(wěn)定高效工作的基礎。梳棉機機架的性能關系到整臺梳棉機設備的性能。目前中國生產(chǎn)的梳棉機機架主要采用鑄鐵鑄造成型，但近年來，也有少數(shù)紡織機械制造商采用鋼板焊接的形式制備。

2 新型材料的選擇及性能對比

結合機床行業(yè)進行分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外已有許多將鋼纖維樹脂混凝土作為機床支撐件的原材料，并逐步替代鑄鐵等材料的研究。鋼纖維樹脂混凝土具有很好的阻尼性能和良好的熱穩(wěn)定性，并且在精度、吸震性能及與其他零部件的整合性等方面都有很大的優(yōu)越性，可大大提高機床的整體性能[1]?；谶@些特性，本文將主要介紹鋼纖維樹脂混凝土材料的性能，并與目前常用的梳棉機機架原材料——鑄鐵進行性能對比，探討將其應用于梳棉機機架的可行性。

圖1 FB231C型梳棉機機架示意圖

2.1 鋼纖維樹脂混凝土的選擇

材料性能是梳棉機機架設計選材的主要依據(jù)，材料性能主要包括密度、熔點、穩(wěn)定性、強度、硬度及塑性等。目前普遍應用的鋼纖維樹脂混凝土的密度為2.3×10-6～2.8×10-6kg/mm3。本文選擇密度為2.5×10-6kg/mm3的鋼纖維樹脂混凝土材料為梳棉機機架原材料，材料的其他性能如表1所示。

表1 鋼纖維樹脂混凝土機架材料的性能參數(shù)

2.2 材料性能對比

早期檢驗設備零部件的設計可行性時，通常僅簡單地設定壓力作用于其重心，并根據(jù)材料力學方法計算零部件所能承受的最大應力和最大變形量，再分別與材料的許用應力和許用變形進行比較，最后結合實踐經(jīng)驗，依次決定最終的設計參數(shù)，因此計算結果的準確性不高。從力學性能方面看，反映機架性能的最主要的因素是機件的固有頻率及其模態(tài)振型。固有頻率的計算式如式(1)所示。

(1)

式中：f0——固有頻率，Hz；

k——物體勁度系數(shù)，N/m；

m——物體的質(zhì)量，kg.

目前，機件結構性能分析主要采用數(shù)值分析法。根據(jù)梳棉機機架的特性，分別將鋼纖維混凝土材料的性能參數(shù)(表1)和鑄鐵的密度ρ(7×103kg/mm3)、彈性模量E(120 MPa)等參數(shù)輸入ANASY有限元軟件進行模擬分析。為有效對比鋼纖維樹脂混凝土機架與鑄鐵機架的性能差異，計算了兩種機架在低階頻率范圍內(nèi)的前5階固有頻率，結果如表2所示。其中，1階振動是沿X軸方向的彎曲振動，2階振動是沿Y軸方向的彎曲振動，3階振動是沿X軸方向的扭曲振動，4階振動是沿Y軸方向的扭曲振動，5階振動是沿Z軸方向的扭曲振動。

表2 不同材料機架的固有頻率及差值 Hz

機架的固有頻率越高，越不易產(chǎn)生共振。梳棉機錫林的快速轉動是機架振動的主要成因。由2表可以看出，鋼纖維樹脂混凝土機架各階的固有頻率明顯高于鑄鐵機架的固有頻率，可知鋼纖維樹脂混凝土機架產(chǎn)生共振時的錫林轉速將大于鑄鐵機架產(chǎn)生共振時的錫林轉速，因此鋼纖維樹脂混凝土機架明顯優(yōu)于鑄鐵機架，即采用鋼纖維樹脂混凝土機架可大大提高梳棉機的生產(chǎn)效率和設備穩(wěn)定性。

3 制備工藝對比

以鑄造方式成型的梳棉機機架，澆鑄溫度需高達900 ℃，且生產(chǎn)周期長、能耗大，弊端顯而易見。采用鋼板焊接機架方式也面臨著生產(chǎn)周期長、機架易變形，完工后沒有有效的去應力方法等缺點。

鋼纖維樹脂混凝土的澆鑄溫度僅約40 ℃，一般不超過50 ℃。與鑄鐵相比，鋼纖維樹脂混凝土在機架制造過程中可顯著降低能耗，不僅節(jié)省了金屬原材料，還大大節(jié)約了能源。且鋼纖維樹脂混凝土完全可以在普通常溫車間進行澆鑄，其工藝過程簡單，生產(chǎn)周期也相對較短。此外，鋼纖維樹脂混凝土可消除振動，良好的吸振性能是普通鑄鐵的6～8倍；比熱容是鑄鐵的1.5～2.0倍，具有更好的熱穩(wěn)定性，導熱系數(shù)僅為鑄鐵的1/2[2]。因此，采用新型材料鋼纖維樹脂混凝土制備梳棉機機架，理論上將可顯著提高梳棉機機架的整體性能。

4 結語

梳棉機機架對梳棉機整機的穩(wěn)定運行起著關鍵作用。本文介紹了鋼纖維樹脂混凝土材料的特性，并對鋼纖維樹脂混凝土機架與鑄鐵機架的固有頻率進行了對比。研究表明，鋼纖維樹脂混凝土材料的力學性能明顯優(yōu)于鑄鐵材料，并且在制備工藝方面，鋼纖維樹脂混凝土材料也明顯優(yōu)于鑄鐵材料。因此，鋼纖維樹脂混凝土是梳棉機機架制備中一種值得廣泛研究并推廣應用的優(yōu)良材料。

[1] 于英華,胡曉軍,徐平．鋼纖維樹脂混凝土在機床基礎件中的應用[J]．煤礦機械，2003(6)：21-23．

[2] 張鵬程．新型梳棉機機架的結構、材料優(yōu)化仿真分析研究[D]．青島：青島科技大學，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