新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)及其性能特征

顧 磊 趙 奕 靳向煜 胡 永 喬國華

1. 東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心， 上海 201620;2. 浙江王金非織造布股份有限公司， 浙江 長興 313100

隨著非織造行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)非織造材料的面密度、強(qiáng)力均勻性和混合均勻程度等方面的要求越來越高，因此，改善非織造材料的質(zhì)量非常有必要。鋪網(wǎng)機(jī)結(jié)構(gòu)差異很大，其對(duì)纖網(wǎng)質(zhì)量有很大的影響，并間接影響著整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，對(duì)最終產(chǎn)品的物理及力學(xué)性能起著關(guān)鍵性作用[1]。

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)是在傳統(tǒng)駝峰式交叉鋪網(wǎng)機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過創(chuàng)新改良而來的。本文將通過介紹其基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行路徑、鋪網(wǎng)方式等內(nèi)容，展現(xiàn)新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的優(yōu)勢及價(jià)值。

1 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

1.1 基本結(jié)構(gòu)

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由喂入裝置、U型緩沖裝置、鋪網(wǎng)裝置和傳送裝置等組成。

每條網(wǎng)簾(39、40)均由輕質(zhì)羅拉牽引，并已在調(diào)試過程中進(jìn)行了預(yù)加載，可確保生產(chǎn)過程中網(wǎng)簾不會(huì)出現(xiàn)太大的搖擺及振動(dòng)。網(wǎng)簾采用抗靜電的特殊PVC涂層織物制成，可避免鋪網(wǎng)過程中摩擦產(chǎn)生靜電[2]。網(wǎng)簾的高度和傾角可根據(jù)鋪網(wǎng)厚度進(jìn)行調(diào)整。上部及下部的小車在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中完全采用低摩擦驅(qū)動(dòng)，可確保鋪網(wǎng)工序平穩(wěn)高速運(yùn)行，同時(shí)也避免了高摩擦帶來的靜電吸附纖網(wǎng)現(xiàn)象。

1、2—進(jìn)網(wǎng)簾偏轉(zhuǎn)輥；3、17、25、28、45、47、49—驅(qū)動(dòng)輥；4—齒形軋網(wǎng)輥；5—清潔輥；6、7、8、9、10、11、13、15、18、21、22、 24、27、31、34、36、46—偏轉(zhuǎn)輥；14、35—樞轉(zhuǎn)軸；16、29—清潔帶；19、30—張緊裝置；12、20—張緊輥；23—連桿； 26、44— 齒帶；32—導(dǎo)輥；33—進(jìn)料臂；37—鋪網(wǎng)臂；38—吸風(fēng)管道；39—第二網(wǎng)簾；40—第一網(wǎng)簾； 41、42—鋪網(wǎng)小車；43—上滑 架；48、50—壓網(wǎng)簾偏轉(zhuǎn)輥；51—輸出網(wǎng)簾；52—下滑架；53、54—左、右壓網(wǎng)碳簾圖1 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意

1.2 技術(shù)參數(shù)

表1羅列了新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。圖1所示的進(jìn)料臂(33)和鋪網(wǎng)臂(37)處于收回的狀態(tài)，兩臂形成的角度約30°；若處于伸出狀態(tài)，則兩臂形成的角度約130°。

表1 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)運(yùn)動(dòng)分析

2.1 運(yùn)行路徑分析

梳理機(jī)輸出的單層纖網(wǎng)經(jīng)網(wǎng)簾傳送至新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的喂入裝置：

(1) 在入口處，纖網(wǎng)先由第一網(wǎng)簾(40)托持傳送，齒形軋網(wǎng)輥(4)對(duì)蓬松的纖網(wǎng)進(jìn)行充分的軋壓以排出纖網(wǎng)內(nèi)的空氣，減少纖網(wǎng)中纖維的運(yùn)動(dòng)空間。

(2) 纖網(wǎng)通過2個(gè)小型偏轉(zhuǎn)輥(6)與第二網(wǎng)簾(39)匯合，接下來纖網(wǎng)由雙網(wǎng)簾夾持并以近45°的方向向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入U(xiǎn)型緩沖裝置。

(3) 在U型緩沖裝置處，纖網(wǎng)通過連桿(23)上的偏轉(zhuǎn)輥(7)后，轉(zhuǎn)向約180°向上運(yùn)動(dòng)至偏轉(zhuǎn)輥(10)。在這一運(yùn)動(dòng)過程中，第二網(wǎng)簾(39)不斷給纖網(wǎng)施加壓力，一方面將纖網(wǎng)內(nèi)部空氣完全擠出，另一方面使纖網(wǎng)緊貼于第一網(wǎng)簾(40)，防止纖網(wǎng)飄動(dòng)。

(4) 在偏轉(zhuǎn)輥(10)處，第二網(wǎng)簾(39)位于外側(cè)，第一網(wǎng)簾(40)位于內(nèi)側(cè)，兩者共同作用不斷擠壓纖網(wǎng)，使纖網(wǎng)貼附于網(wǎng)簾上，防止纖網(wǎng)在后續(xù)的進(jìn)料臂(33)和鋪網(wǎng)臂(37)上發(fā)生移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)輥(10、11)位于U型緩沖裝置的一側(cè)固定布置，它們是U型緩沖裝置的重要部件，控制著網(wǎng)簾高速平穩(wěn)地運(yùn)行，并對(duì)纖網(wǎng)的夾持及夾持壓力形成重大影響，確保纖網(wǎng)傳送。

(5) 纖網(wǎng)通過偏轉(zhuǎn)輥(10)后，繼續(xù)由網(wǎng)簾夾持向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入進(jìn)料臂(33)，然后經(jīng)樞轉(zhuǎn)軸(35)運(yùn)動(dòng)至鋪網(wǎng)臂(37)。樞轉(zhuǎn)軸(35)連接著進(jìn)料臂(33)和鋪網(wǎng)臂(37)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)控制著兩臂的鋪展和閉合。此外，為防止網(wǎng)簾在進(jìn)料臂(33)和鋪網(wǎng)臂(37)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)顫抖，特在進(jìn)料臂(33)和鋪網(wǎng)臂(37)上都安裝了若干個(gè)導(dǎo)輥(32)。

(6) 當(dāng)夾持的纖網(wǎng)到達(dá)鋪網(wǎng)臂(37)的下端時(shí)，網(wǎng)簾松開并卸下纖網(wǎng)。纖網(wǎng)經(jīng)鋪網(wǎng)小車(41、42)和上滑架(43)橫鋪在輸出網(wǎng)簾(51)上。上滑架(43)和鋪網(wǎng)小車(41、42)左右移動(dòng)。其中，鋪網(wǎng)小車(41、42)在齒帶(44)上運(yùn)動(dòng)，而齒帶(44)由偏轉(zhuǎn)輥(46)和驅(qū)動(dòng)輥(45)控制。接著，上滑架(43)和下滑架(52)會(huì)快速拖動(dòng)碳簾覆蓋住纖網(wǎng)，以快速消除纖網(wǎng)中靜電吸附的影響，防止纖網(wǎng)發(fā)生漂移[3]。

(7) 自卸下位置處開始，第一網(wǎng)簾(40)和第二網(wǎng)簾(39)的路徑分開。第一網(wǎng)簾(40)由鋪網(wǎng)臂(37)、進(jìn)料臂(33)返回，通過偏轉(zhuǎn)輥(15)到達(dá)驅(qū)動(dòng)輥(17)。因網(wǎng)簾與纖維間存在靜電吸附現(xiàn)象，故鋪網(wǎng)臂(37)中部兩側(cè)安裝了吸風(fēng)管道(38)，對(duì)返回的網(wǎng)簾進(jìn)行一定的清理。但部分纖維會(huì)與網(wǎng)簾孔相嵌，不易吸取，所以在偏轉(zhuǎn)輥(15)與驅(qū)動(dòng)輥(17)之間還加裝了移動(dòng)式清潔帶(16)。清潔帶(16)兩端也有吸風(fēng)管道。清潔帶(16)將第一網(wǎng)簾(40)上吸附的纖維清掃后帶到兩端，由吸風(fēng)管道(38)吸走。第一網(wǎng)簾(40)離開驅(qū)動(dòng)輥(17)后，經(jīng)偏轉(zhuǎn)輥(18)到達(dá)張緊輥(20)處，然后經(jīng)近180°轉(zhuǎn)向向上運(yùn)動(dòng)。氣動(dòng)張緊裝置(19)通過增壓或減壓控制張緊輥(20)。最后，第一網(wǎng)簾(40)經(jīng)過固定安裝在連桿(23)上的偏轉(zhuǎn)輥(8)返回至喂入裝置。第二網(wǎng)簾(39)由鋪網(wǎng)臂(37)、進(jìn)料臂(33)返回后，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)輥(28)、張緊輥(12)到達(dá)偏轉(zhuǎn)輥(11)，然后經(jīng)固定安裝在連桿(23)上的偏轉(zhuǎn)輥(24)后返回至U型緩沖裝置。其中，驅(qū)動(dòng)輥(28)、清潔帶(29)、張緊輥(12)、張緊裝置(30)，與驅(qū)動(dòng)輥(17)、清潔帶(16)、張緊輥(20)、張緊裝置(19)功能相似。

圖2具體展示了新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的不同狀態(tài)，可以清晰地看出：當(dāng)進(jìn)料臂(33)及鋪網(wǎng)臂(37)處于收回狀態(tài)時(shí)，上托架位于輸出網(wǎng)簾(51)的左上方，下托架位于輸出網(wǎng)簾(51)的右下方。隨著進(jìn)網(wǎng)臂(33)及鋪網(wǎng)臂(37)慢慢地向外伸出，上托架開始向右側(cè)移動(dòng)，下托架也開始向左側(cè)移動(dòng)。在兩臂來回運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，輸出網(wǎng)簾(51)也以同樣的移動(dòng)速度輸出。下滑架(52)與輸出網(wǎng)簾(51)由牽引鏈連接[4]。

(a) 鋪網(wǎng)狀態(tài)一

(b) 鋪網(wǎng)狀態(tài)二

(c) 鋪網(wǎng)狀態(tài)三

(d) 鋪網(wǎng)狀態(tài)四圖2 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)運(yùn)動(dòng)示意

2.2 U型緩沖裝置分析

鋪網(wǎng)臂(37)帶動(dòng)纖網(wǎng)鋪層時(shí)需不斷地做加速、減速、停止等運(yùn)動(dòng)，而喂入裝置會(huì)保持恒定的速度，這就需要U型緩沖裝置對(duì)纖網(wǎng)和網(wǎng)簾進(jìn)行改變。U型緩沖裝置配有安裝框架，主要包括連桿(23)、齒帶(26)、第一網(wǎng)簾(40)、第二網(wǎng)簾(39)、偏轉(zhuǎn)輥(7、8、10、11、24、27)及驅(qū)動(dòng)輥(25)等。

圖3 U型緩沖裝置運(yùn)動(dòng)

當(dāng)鋪網(wǎng)臂左右移動(dòng)加減速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥(3)保持恒定速度，驅(qū)動(dòng)輥(17、28)實(shí)現(xiàn)加減速度，驅(qū)動(dòng)輥(25)帶動(dòng)連桿(23)向上移動(dòng)；當(dāng)鋪網(wǎng)臂到達(dá)兩端停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥(3)依舊保持恒定速度，驅(qū)動(dòng)輥(17、28)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輥(25)帶動(dòng)連桿(23)向下移動(dòng)(圖3)。需要注意的是，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輥(17、28)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一網(wǎng)簾(40)會(huì)繼續(xù)由驅(qū)動(dòng)輥(3)傳動(dòng)，加之緩沖架上的偏轉(zhuǎn)輥(7、24)是由輕質(zhì)金屬材料制成的，所以在網(wǎng)簾的拖曳下，偏轉(zhuǎn)輥(7、24)依然能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，確保儲(chǔ)網(wǎng)工序不斷進(jìn)行。

2.3 鋪網(wǎng)方式分析

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件，體積大，質(zhì)量也大，且運(yùn)行速度較高，因此很容易產(chǎn)生較大的慣性力。鋪網(wǎng)小車(41、42)往復(fù)鋪網(wǎng)運(yùn)動(dòng)(圖4)，上下滑架(43、52)和輸出網(wǎng)簾(51)驅(qū)動(dòng)輥上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟停頻繁。如啟停階段加減速時(shí)間沒有控制好，則很容易造成鋪網(wǎng)小車(41、42)在兩端換向時(shí)發(fā)生纖網(wǎng)超喂現(xiàn)象，從而影響纖網(wǎng)的均勻度。

圖4 鋪網(wǎng)運(yùn)動(dòng)

因此，為盡量縮短上下滑架和輸出網(wǎng)簾的運(yùn)動(dòng)加減速時(shí)間，新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)的鋪網(wǎng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用S曲線加減速控制方式，其主要包括加加速、減加速、勻速、加減速和減減速等5個(gè)階段，如圖5所示，其中S為移動(dòng)距離，V為移動(dòng)速度，a為加速度，j為加加速度(即加速度的變化率)[5]。通常，當(dāng)進(jìn)棉速度為80 m/min時(shí)，加減速時(shí)間宜盡量控制在200 ms以內(nèi)。但加減速時(shí)間也不宜過短，否則機(jī)件運(yùn)動(dòng)沖擊力過大，運(yùn)行同樣不穩(wěn)定，這對(duì)鋪網(wǎng)速度和纖網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)都有很大的影響[6]。

圖5 S曲線加減速控制方式(T1為加加速時(shí)間,T2為減加速時(shí)間,T3為勻速時(shí)間,T4為加減速時(shí)間,T5為減減速時(shí)間,Vs為鋪網(wǎng)小車最高速度，V0為鋪網(wǎng)小車最低速度)

3 新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)優(yōu)勢

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)采用了更加穩(wěn)固的機(jī)架結(jié)構(gòu)和更加合理的鋪網(wǎng)運(yùn)動(dòng)模型，避免了傳統(tǒng)鋪網(wǎng)機(jī)在高速運(yùn)動(dòng)過程中纖網(wǎng)的抖動(dòng)、收縮和兩邊超喂的現(xiàn)象。其運(yùn)動(dòng)主要包括平動(dòng)和擺動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)的復(fù)合對(duì)鋪網(wǎng)質(zhì)量十分關(guān)鍵。

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)從入口到疊放完全采用雙網(wǎng)簾夾持的傳送方式，最大限度地降低了纖網(wǎng)在運(yùn)行過程中受空氣紊流的影響，同時(shí)纖網(wǎng)在縱向和橫向產(chǎn)生變形及壓縮堆積等現(xiàn)象減少。此外，由于網(wǎng)簾存在儲(chǔ)存功能，故纖網(wǎng)在經(jīng)過鋪網(wǎng)兩端換向減速的偏轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)依然能持續(xù)不間斷地保持輸出，確保鋪疊纖網(wǎng)的厚度與面密度。纖網(wǎng)在各轉(zhuǎn)角處及折返處均有導(dǎo)軌引導(dǎo)，可確保初始的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)和均勻度保持不變。

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)結(jié)合Profi-Line CVI質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、U型緩沖裝置及S曲線加減速控制方式，使得纖網(wǎng)在折返周期中可獲得同步高速和高精度緩沖，能大幅減少鋪網(wǎng)小車到達(dá)邊緣時(shí)因速度變化而產(chǎn)生兩邊超喂的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)無折皺換向鋪疊，確保纖網(wǎng)密度均勻并運(yùn)行平穩(wěn)[7]。

新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)在進(jìn)料臂和鋪網(wǎng)臂上增加了若干個(gè)導(dǎo)輥引導(dǎo)網(wǎng)簾，保證了纖網(wǎng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中依然能夠平穩(wěn)運(yùn)行且不會(huì)出現(xiàn)推擠壓縮現(xiàn)象。此外，該鋪網(wǎng)機(jī)還合理設(shè)置了牽伸輥的數(shù)量、隔距及速度，減小了纖網(wǎng)在牽伸和固結(jié)過程中的橫向張力，避免了纖網(wǎng)橫向收縮的加重。

4 結(jié)語

綜上，新型非織造高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)綜合性能優(yōu)越，能在保證纖網(wǎng)的強(qiáng)力均勻、厚薄均勻的前提下，實(shí)現(xiàn)非織造材料的高速高產(chǎn)。該鋪網(wǎng)機(jī)為我國高速高產(chǎn)鋪網(wǎng)機(jī)一直存在的鋪網(wǎng)不均勻問題提供了一個(gè)很好的解決方案。