小型往復(fù)式索緒機(jī)設(shè)計(jì)與分析

孫再俊 江文斌 戚文興

摘 要：為滿足繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的繭質(zhì)檢定需求，解決現(xiàn)有繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)存在的問(wèn)題設(shè)計(jì)了小型往復(fù)式索緒機(jī)。根據(jù)索緒機(jī)工作原理分別介紹了小型往復(fù)式索緒機(jī)的傳動(dòng)部分、往復(fù)擺動(dòng)部分和緒絲交接部分。對(duì)影響索緒效率、緒絲量的主要因素分別作了具體分析，通過(guò)機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算和分析得到小型往復(fù)式索緒機(jī)索緒參數(shù)的調(diào)節(jié)方法和其與索緒效率、緒絲量的關(guān)系。結(jié)果表明，小型往復(fù)式索緒機(jī)做到了體積小、索緒參數(shù)可調(diào)、操作方便的特點(diǎn)，完全滿足繭質(zhì)檢定的要求。

關(guān)鍵詞：索緒;繭質(zhì)檢定;索緒效率;緒絲量

中圖分類號(hào)：TS142.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）05-0085-05

Abstract：In order to meet the needs of cocoon quality inspection institutions. Solve problems existing in existing machines. According to the requirements of cocoon quality inspection designed the small brushing machine. This paper introduces the working principle and parameter calculation of the transmission mechanism， reciprocating swing mechanism and thread connecting mechanism of a small reciprocating thread machin. Analyzed the main factors influencing thread efficiency and thread quantity are analyzed. According calculation to get ther elationship between the efficiency and the amount of thread of the small reciprocating reciprocating brushing machine.The results show that the small size， adjustable parameters and convenient operation of the small reciprocating machine can fully meet the requirements of cocoon quality inspection.

Key words：Brushing; Cocoon quality inspection; Brushing efficiency; Amount of thread

繅絲是生絲加工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，是根據(jù)生絲規(guī)格要求，將若干根繭絲從繭層中順次離解、抱合成生絲的加工過(guò)程[1]。在繅絲過(guò)程中，從煮熟繭、落緒繭、無(wú)緒繭表面索出緒絲稱為索緒，是補(bǔ)給有緒繭保證繅絲生產(chǎn)的一個(gè)重要的工藝過(guò)程[2]。索緒機(jī)構(gòu)和工藝對(duì)索緒效率、緒絲量有較大影響，索緒效率和緒絲量控制在合理范圍內(nèi)才能保證有緒繭的補(bǔ)給以及出絲率。出絲率越大，制絲企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本就越低。因此，合理的索緒機(jī)構(gòu)和工藝能有效提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增加企業(yè)的利潤(rùn)[3-4]。

制絲企業(yè)在購(gòu)買原料繭時(shí)，出售方需提供由繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的繭質(zhì)檢定報(bào)告，為制定生產(chǎn)計(jì)劃、制定生產(chǎn)技術(shù)措施和設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝等提供依據(jù)。繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)有繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)是由主電機(jī)直接控制，索緒機(jī)工作時(shí)，索緒盤擺動(dòng)速度、索緒體擺動(dòng)角度、索緒周期內(nèi)（開始索緒到下一次索緒開始）索緒盤往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)固定不變，對(duì)不同品質(zhì)的蠶繭只能用預(yù)先固定好的索緒工藝進(jìn)行檢驗(yàn)，無(wú)法選取適合的索緒工藝以控制索緒效率和緒絲量[5-6]。本文設(shè)計(jì)了小型往復(fù)式索緒機(jī)，由減速電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。在索緒時(shí)可通過(guò)改變索緒盤擺動(dòng)速度、索緒盤擺動(dòng)角度、索緒周期內(nèi)索緒盤往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)索緒效率和緒絲量以求找到最適合被檢測(cè)蠶繭的索緒工藝。繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行繭質(zhì)檢驗(yàn)時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)小型往復(fù)式索緒機(jī)參數(shù)得到最佳索緒工藝進(jìn)而得到更準(zhǔn)確的繭質(zhì)檢定報(bào)告，為制絲企業(yè)提供可靠的生產(chǎn)依據(jù)。

小型往復(fù)式索緒機(jī)主要由傳動(dòng)部分、往復(fù)擺動(dòng)部分、緒絲交接部分組成。各工作部分由減速電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)[7]，首先進(jìn)行索緒，索緒完成之后進(jìn)行緒絲交接。下面根據(jù)索緒機(jī)工作順序作具體介紹。

1 傳動(dòng)部分

1.1 小型往復(fù)式索緒機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

減速電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)部分將動(dòng)力分別輸出到往復(fù)擺動(dòng)部分和緒絲交接部分。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖1所示。

1.減速電機(jī);2.偏心軸;3.齒輪軸;4.偏心軸齒輪Z4;

5、14.雙聯(lián)錐齒輪Z5、Z14;6、13.雙聯(lián)齒輪（Ⅰ）Z6、Z13;

7、10.雙聯(lián)齒輪（Ⅱ）Z7、Z10;8.凸輪軸齒輪Z8;9.凸輪軸;

11、12.雙聯(lián)齒輪（Ⅲ）Z11、Z12;15.電機(jī)錐齒輪Z15;

16.主傳動(dòng)軸;17.主傳動(dòng)齒輪Z17

小型往復(fù)式索緒機(jī)主傳動(dòng)箱內(nèi)共分兩個(gè)傳動(dòng)路線，根據(jù)圖1所示，傳動(dòng)路線一：減速電機(jī)→主傳動(dòng)軸→齒輪傳動(dòng)→齒輪軸→偏心軸。

減速電機(jī)1作為動(dòng)力輸入帶動(dòng)主傳動(dòng)軸16轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)主傳動(dòng)齒輪Z17與偏心軸齒輪Z4的嚙合帶動(dòng)齒輪軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸3帶動(dòng)偏心軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)是該機(jī)構(gòu)索緒盤進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)的關(guān)鍵。

傳動(dòng)路線二：電機(jī)→主傳動(dòng)軸→電機(jī)錐齒輪→齒輪傳動(dòng)→凸輪軸。

此傳動(dòng)路線通過(guò)一套減速齒輪完成減速傳動(dòng)，電機(jī)錐齒輪Z15與雙聯(lián)錐齒輪Z14嚙合，雙聯(lián)錐齒輪Z14與雙聯(lián)齒輪（Ⅰ）Z13嚙合，雙聯(lián)齒輪（Ⅰ）Z6與雙聯(lián)齒輪（Ⅲ）Z12嚙合，雙聯(lián)齒輪（Ⅲ）Z11與雙聯(lián)齒輪（Ⅱ）Z7嚙合，雙聯(lián)齒輪（Ⅱ）Z10與凸輪軸齒輪Z8嚙合，其中Z5和Z14，Z6和Z13，Z11和Z12，Z7和Z10為雙聯(lián)齒輪，即轉(zhuǎn)速相同。通過(guò)上述齒輪的減速最終帶動(dòng)凸輪軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)周期則控制著索緒周期的大小。

1.2 小型往復(fù)式索緒機(jī)傳動(dòng)關(guān)系

2 往復(fù)擺動(dòng)部分

2.1 往復(fù)擺動(dòng)工作原理

往復(fù)擺動(dòng)部分位于箱體上側(cè)面，如圖2所示。

往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)由機(jī)構(gòu)1-13來(lái)完成。減速電機(jī)啟動(dòng)后通過(guò)位于箱體1內(nèi)的傳動(dòng)路線一帶動(dòng)偏心軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。偏心軸2帶動(dòng)聯(lián)結(jié)為一體的第一調(diào)節(jié)連桿3、調(diào)節(jié)螺母4、第二調(diào)節(jié)連桿5運(yùn)動(dòng)。并通過(guò)調(diào)節(jié)連桿樁頭6帶動(dòng)扇形齒輪9繞固定在支架13上的扇形齒輪樁頭8往復(fù)擺動(dòng)。與扇形齒輪9嚙合的索緒小齒輪10通過(guò)索緒軸12帶動(dòng)下方的索緒盤11作往復(fù)擺動(dòng)進(jìn)行索緒。

其中調(diào)節(jié)螺母4兩端由左旋和右旋螺紋組成。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母4可以調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)連桿3和第二調(diào)節(jié)連桿5之間的距離，調(diào)整連桿總長(zhǎng)，控制扇形齒輪8的往復(fù)擺動(dòng)區(qū)域，從而調(diào)節(jié)扇形齒輪8與索緒小齒輪10的嚙合區(qū)域，形成便于安裝和調(diào)節(jié)的扇形齒輪9的擺動(dòng)和調(diào)整系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)連桿5與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔7的連接位置可以改變扇形齒輪9的擺動(dòng)角度的大小，從而通過(guò)索緒小齒輪10、索緒軸12來(lái)改變索緒盤11的往復(fù)擺動(dòng)角度的大小。

2.2 索緒盤擺動(dòng)角度

索緒盤擺動(dòng)角度的大小與索緒效率和緒絲率緊密相關(guān)。在減速電機(jī)轉(zhuǎn)速一定的條件下，根據(jù)往復(fù)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)特征分析計(jì)算得到在第二調(diào)節(jié)連桿5與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔7不同連接位置時(shí)索緒盤的擺動(dòng)角度。按圖2所示的第二調(diào)節(jié)連桿5與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔7的連接位置進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。將上述偏心軸2與第一調(diào)節(jié)連桿3的空心圓柱體中心連線作為構(gòu)件1，中心距為l1;第一調(diào)節(jié)連桿3的空心圓柱體中心與第二調(diào)節(jié)連桿5的空心圓柱體中心連線作為構(gòu)件2，中心距為l2，扇形齒輪樁頭8與第二調(diào)節(jié)連桿5的空心圓柱體中心連線作為構(gòu)件3，中心距為l3;偏心軸2與扇形齒輪樁頭8的中心連線作為構(gòu)件4，中心距為l4，將其簡(jiǎn)化為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD及運(yùn)動(dòng)之后的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)A′B′C′D′。做出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量多邊形如圖3所示。圖3中原動(dòng)件L1即為構(gòu)件1，以恒定角速度ω1轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)位置由輸入角θ1及δ1決定。

根據(jù)圖2可知，每當(dāng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，扇形齒輪擺動(dòng)的角度為單方向能擺動(dòng)的最大角度。根據(jù)圖3，當(dāng)構(gòu)件1、構(gòu)件2在同一條直線上時(shí)，θ3取值最小。當(dāng)構(gòu)件1轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)，θ3取最大值。已知構(gòu)件1、構(gòu)件2在同一條直線上時(shí)，θ1=20°，則有δ1=200°，構(gòu)件的長(zhǎng)度：l1=5 mm，l2=149 mm，l3=49 mm，l4=150 mm。代入式（9）、式（10）、式（11）、式（12）中可得到索緒盤最大擺動(dòng)角度為θ4=221.79°。

上述方法適用于當(dāng)?shù)诙{(diào)節(jié)連桿5與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔7連接位置一定時(shí)，計(jì)算索緒盤擺動(dòng)角度。每改變一個(gè)連接位置（構(gòu)件3的長(zhǎng)度）則對(duì)應(yīng)一個(gè)索緒盤擺動(dòng)角度。由于索緒盤擺動(dòng)角度大時(shí)，索緒效率高、緒絲量多，影響出絲率;索緒盤擺動(dòng)角度小時(shí)，索緒效率低、緒絲量少，影響繅絲時(shí)有緒繭的補(bǔ)給。因此可通過(guò)改變第二調(diào)節(jié)連桿5與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔7的連接位置調(diào)節(jié)索緒盤11的往復(fù)擺動(dòng)角度，進(jìn)而改變索緒時(shí)的索緒效率和緒絲量大小。

2.3 索緒盤轉(zhuǎn)速

構(gòu)件1以角速度ω1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，這里將式（4）求導(dǎo)數(shù)，即可得到四桿機(jī)構(gòu)的速度矢量關(guān)系：

l1ω1ieiθ1+l2ω2ieiθ2=l3ω3ieiθ3（13）

等式兩邊同時(shí)乘以e-iθ2得：

l1ω1iei（θ1-θ2）+l2ω2iei（θ2-θ2）=l3ω3iei（θ3-θ2）（14）

按照歐拉公式展開，取實(shí)部得：

ω3=ω1l1sin（θ1-θ2）l3sin（θ3-θ2）（15）

進(jìn)而求得索緒盤轉(zhuǎn)速為：

n4=l1sin（θ1-θ2）i10，9l3sin（θ3-θ2）n1（16）

因構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速即為偏心軸的轉(zhuǎn)速，偏心軸通過(guò)傳動(dòng)路線一由減速電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所以由圖1可知：

n1=i4，17n（17）

將式（17）代入式（16）中可得：

n4=l1sin（θ1-θ2）i10，9i4，17l3sin（θ3-θ2）n=0.85n（18）

式中：θ2為構(gòu)件2的位置角度，根據(jù)式（6）消去θ1即可求得θ2=arctgB+l3sinθ3A+l3cosθ3;n、n1、n4分別為減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、構(gòu)件1轉(zhuǎn)速、索緒盤轉(zhuǎn)速;i4，17=Z17Z4=1.25。

由式（18）可知，索緒盤轉(zhuǎn)速在第二調(diào)節(jié)連桿與調(diào)節(jié)長(zhǎng)孔連接位置固定時(shí)，只與減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速有關(guān)。同樣的索緒盤轉(zhuǎn)速快則索緒效率高、緒絲量多;索緒盤轉(zhuǎn)速慢則索緒效率低、緒絲量少。因此可改變減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)索緒盤轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)索緒時(shí)索緒效率和緒絲量大小。

3 緒絲交接部分

3.1 緒絲交接工作原理

如圖4所示，動(dòng)力由減速電機(jī)通過(guò)位于箱體內(nèi)傳動(dòng)路線二傳輸?shù)酵馆嗇S和凸輪4上，凸輪4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)滾子3將交緒搖桿5輕微抬起并繞芯軸9順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度，與此同時(shí)搖臂1也被輕微抬起并繞搖臂樁頭2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度。交緒搖桿5上的交緒樁頭6將位于槽型座7上的索緒軸座8抬起，扇形齒輪和索緒小齒輪脫離嚙合，此時(shí)停止索緒，由索緒帚10通過(guò)緒絲11牽引煮熟繭12進(jìn)行緒絲交接。

1.搖臂;2.搖臂樁頭;3.滾子;4.凸輪;5.交緒搖桿;6.交緒樁頭;

7.槽型座8.索緒軸座9.芯軸;10.索緒帚;11.緒絲;12.煮熟繭

3.2 索緒周期內(nèi)索緒盤的往復(fù)擺動(dòng)

如圖4所示，凸輪4每轉(zhuǎn)一周記為一個(gè)索緒周期，當(dāng)凸輪4上的滾子3位于凸輪4中心孔的上方并與中心孔的連線為豎直直線時(shí)，滾子3開始將交緒搖桿5抬起，停止索緒，進(jìn)行緒絲交接。滾子3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到位于凸輪4中心孔的下方并與中心孔的連線為豎直直線時(shí)，滾子3與交緒搖桿脫離接觸，扇形齒輪與索緒小齒輪嚙合，開始索緒。凸輪4為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此索緒周期內(nèi)索緒時(shí)間為周期的一半。由式（1）可知凸輪軸轉(zhuǎn)速，則凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期為：

由式（21）可知，索緒周期內(nèi)索緒盤往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)與電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，與齒輪的傳動(dòng)比有關(guān)。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可替換齒輪為圖1中凸輪軸齒輪Z8，只需選取與雙聯(lián)齒輪（Ⅱ）Z10模數(shù)和壓力角相同的齒輪代替凸輪軸齒輪Z8，就可達(dá)到改變索緒周期內(nèi)索緒盤往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)的目的。往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)多則索緒效率高、緒絲量多，反之往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)少則索緒效率低、緒絲量少。因此可更換凸輪軸齒輪控制索緒效率和緒絲量大小。

4 結(jié) 語(yǔ)

小型往復(fù)式索緒機(jī)針對(duì)原繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)由獨(dú)立的減速電機(jī)直接傳動(dòng)，與原繭質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)配套使用替換原索緒機(jī)?？稍跈C(jī)器啟動(dòng)的情況下隨時(shí)關(guān)閉、啟動(dòng)索緒機(jī)。本機(jī)器最大的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)繭質(zhì)情況、工藝需要，綜合調(diào)節(jié)索緒盤轉(zhuǎn)速、索緒盤往復(fù)擺動(dòng)角度和索緒周期內(nèi)的索緒盤往復(fù)擺動(dòng)次數(shù)。在檢測(cè)結(jié)果不理想時(shí)亦可隨時(shí)調(diào)節(jié)索緒機(jī)工作參數(shù)，提高索緒效率、減少緒絲量、提高出絲率，得到更準(zhǔn)確的繭質(zhì)檢定報(bào)告。由于機(jī)器的體積較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此安裝和操作比較方便，很好地滿足了繭質(zhì)檢定小型化、個(gè)性化的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張孟麗，邢秋明，韓紅波，等.假捻機(jī)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)對(duì)生絲性能的影響[J].絲綢，2017，54（2）：6-10.

[2] 陳文興，傅雅琴，江文斌.蠶絲加工工程[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2013：99-113.

[3] 王小英.索緒工藝與繅折關(guān)系的探討[J].絲綢，2006（10）：24-26.

[4] 杭州紡織機(jī)械廠，杭州新華絲廠.自動(dòng)繅絲機(jī)理論與管理[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1985：164-205.

[5] 胥強(qiáng).加強(qiáng)蠶繭質(zhì)量檢驗(yàn)提高江蘇蠶繭質(zhì)量[J].絲綢，2003（9）：6-7，19.

[6] 王小英.立繅索緒“四定”與繅折有緒率的關(guān)系[J].高職論叢，2006（1）：12-15.

[7] 徐作耀.中國(guó)絲綢機(jī)械[M].北京：中國(guó)紡織出版社，1998：70-85.

[8] 戚文興.飛宇501型自動(dòng)繭質(zhì)檢定機(jī)小絡(luò)交機(jī)構(gòu)的分析[J].四川絲綢，2008（2）：27-28.

[9] 鄭文緯，吳殼堅(jiān).機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2012：35-64.

[10] 張洪，盧雙，方娟.全向床椅靠背機(jī)構(gòu)的仿真與有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2018，35（4）：15-20.