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多擋快換繞絲機的設計

發布人:杜康集團 來源:杜康集團 www.jzdhme.live更新日期: 2018-08-30 13:47:05

多擋快換繞絲機的設計

塑料編織布以其在干濕狀態下均能保持良好的強度性能而被廣泛應用于包裝行業,由其做成的塑料編織袋價格低廉、抗拉強度優異,是塑料薄膜、紙質和棉質等包裝材料無法比擬的。塑料編織布作為外皮,與薄膜、紙材及其它緩沖材料復合使用更進一步拓展了其在包裝領域的使用范圍[1—2],近年來米、面、細糧等食物包裝也逐步采用編織袋。目前國內從事編織袋生產的企業粗略估算達數千家[3],其生產工藝和設備基本上是進口或模仿國外的,其中以引進日本技術居多。由于模仿中對工藝技術消化吸收不夠,致使國內編織布質量與日本的相比還有較大差距。其中織布的前道工序扁絲[4]卷繞對織布工序影響最大,扁絲卷繞不良可能直接導致編織布不平整、漏洞、起皺,甚至抗拉強度降低。

繞絲機是扁絲卷繞工序的核心設備,每條編織袋生產線需安裝繞絲機數十臺甚至數百臺,每臺進口繞絲機價格達2~3萬元人民幣。扁絲寬度有多種規格,進口繞絲機只能一種機型對應一種寬度規格。為適應市場的多元化需求,編織袋生產企業要么建設多條生產線,要么對每一種絲帶都配備相應的繞絲機。前一種方式雖然生產比較方便,但投資極其巨大,每一條生產線要1000萬元左右。后一種方式雖然能節約不少投資,但是每更換一個品種時就要換裝繞絲機,生產上極不方便。由于國內繞絲機生產企業沒能有效解決一機多用問題,而且其設備繞出來的絲錠凹凸不平、起皺,卷繞直徑一般不宜超過80 mm,而進口設備卷繞直徑可達200 mm以上。卷徑大不僅使編織布接頭少,而且大大減少織布工序的換絲錠頻率,提高生產效率。例如:直徑80 mm的絲錠可供織布1 h,則200 mm絲錠可供織布8~10 h,其對生產效率及工人勞動強度的影響可見一斑。文中的設計采用手動快速換擋機構,可快速鎖定卷繞參數,不僅解決了一機多用問題,大幅減少生產輔助時間,而且卷繞質量接近日本設備的水平,造價遠低于進口設備。

1 編織布生產流程[3]及繞絲原理
吹塑后的塑料薄膜按規定寬度分切,分切后的每一根絲被牽引卷繞在一臺繞絲機的卷筒上,卷筒轉速在800 r/min左右,張力控制機構根據吹塑機出膜速度自動控制卷筒轉速,見圖1—2。

圖1 編織布生產流程
Fig.1 The production flow chart of piastic woven cloth

分切后的編織絲寬度一般為2.1~5.0 mm[6],生產企業根據市場需要一般分3種:寬度2~3 mm稱為窄絲,3~4 mm稱為中絲,4~6 mm稱為寬絲,厚度一般為0.02~0.05 mm[6—7]。厚度由生產企業按面密度等標準要求通過吹塑工序自行掌控。

圖2 扁絲繞絲機
Fig.2 The principle schematic diagram of the Winding Machine

2 卷繞要求
扁絲在卷筒上卷繞情況見圖3。扁絲在卷筒上呈螺旋狀卷繞。螺距較大時,扁絲繞多層后不易坍塌,利于織布機放卷[8],但螺距過大會導致絲帶擰勁起皺。實踐表明,上述規格的窄絲螺距在25 mm左右、中絲螺距在20 mm左右、寬絲螺距在15 mm左右時,卷繞較為理想,放卷也較為順利。同時,為了使卷繞面平整,還必須讓扁絲均勻地沿卷筒軸向排列,螺距間的空擋也要均勻排滿,并且使后一層與前一層錯位疊壓,錯位疊壓卷繞使卷材牢固緊密。扁絲在卷筒上的錯位疊壓情況見圖4。

圖3 扁絲卷繞示意
Fig.3 Spindling of flat yarn

圖4 扁絲疊壓示意
Fig.4 Staggering of flat yarn

從圖4可以看出,疊壓距離L與錯位距離S之和就是扁絲寬度。疊壓距離L過大,則導致架空高度h增大,不利于使卷繞面平整。L過小,則卷繞層緊密度下降,同樣不利于使卷繞平整。通過反復試驗表明,L占扁絲寬度的2/3到3/4為佳,即S占扁絲寬度的1/4到1/3。

3 新型繞絲機結構設計原理
該繞絲機通過手動快速換擋機構[9]使一臺設備可適應3類扁絲寬度卷繞的螺距要求,并可較為精確地保證疊壓距離,大幅提升卷繞質量,其結構原理見圖5。

圖5 多擋快換繞絲機工作原理
Fig.5 The working principle of the multi-position rapid conversion winding machine

在圖5中,電動機通過磁傳動副帶動收卷軸旋轉,張力機構(未畫出)通過扁絲張緊力調節[10]磁傳動副的對中度,從而改變收卷軸的轉速。收卷軸通過同步帶傳動過渡軸,過渡軸通過齒輪組Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ分別傳動排線主軸。其中齒輪2,3,5通過軸承空套在各自軸上。掛檔塊1[11]和掛檔塊2通過花鍵聯接分別裝套在排線主軸和過渡軸上,并能沿軸向移動。兩掛檔塊的軸向移動分別由掛檔手柄1和掛檔手柄2(手柄2未畫出)操縱。當掛檔塊2脫開,掛檔塊1壓向齒輪2,掛檔塊上的彈性銷軸會自動配入齒輪2的相應孔中。此時齒輪1帶動齒輪2,齒輪2通過掛檔塊1帶動排線主軸旋轉[12—13]。依此原理可獲得收卷軸與排線主軸的3種不同的傳動比,從而滿足3種扁絲的卷繞要求[8]。另外,從分切設備牽引過來的扁絲通過排線勾的往復運動卷繞在卷筒上。排線勾上設有滑塊并嵌入排線輥的螺旋槽中,排線輥通過滑塊帶動排線勾在排線導桿上軸向移動。當滑塊到達排線輥(見圖6)一端時會圓滑導入反向螺旋槽,并帶動排線勾返程,扁絲則在卷筒上反向卷繞,反向卷繞螺距與排列參數與正向卷繞相同。

4 傳動比的初步計算
從上述分析可知,3種規格扁絲有3種卷繞螺距要求,分別是15,20,25 mm,獲得這些螺距除了轉速因素外,還取決于排線輥導程大小。導程數據可自行設計,但需要較為復雜的動力學計算[14—15],這里采用進口產品數據。進口排線輥見圖6。

圖6 排線輥
Fig.6 The screw roller to control the winding movement of flat yarn

從圖6中可以看出,排線輥螺旋導程為66 mm,行程為198 mm,正反螺旋參數相同。據此初步傳動比計算如下:i寬=4.4,i中=3.3,i窄=2.64。

5 疊壓距離尺寸計算
首先以扁絲寬度3 mm為例進行分析計算,依據上述分析,寬3 mm的扁絲錯位排列距離S應在0.8 mm左右,其錯位排列情況見圖7。

圖7 錯位距離與卷繞起點的位置關系
Fig.7 The position relations between the stagger distance and the Winding starting point

要使第2層絲卷繞時與第1層絲保持一個錯位距離S,實際上就是第2層絲起繞點A點與第1層起繞點B點錯開角度β,β角越大則S越大。當A點在B點下方,則錯位距離S在左邊,見圖7。當A點在B點上方,則錯位距離S在右邊。當β角達180°時,S達到螺距t的1/2,因此應有下列比例關系:S∶t=β:360。

由排線輥結構和排線勾的運動規律可知,第2層絲開始卷繞是在排線勾第1層絲全程198 mm走完又全程返回后才能開始。由圖6可知,此時排線輥已旋轉6圈,按上述初定的傳動比,收卷軸已旋轉6i圈。如果6i是整數,則不會出現錯位尺寸S。如果6i后的小數點是10以內的等分數,則絲帶卷繞會在有限的往復循環后即出現完全重合。例如6i等于4.25圈,則同向第4層與第1層完全重合,此時螺距內尚未充滿,累高后必然坍塌。再如6i等于6.125圈,此時螺距內也未充滿,且同向的第8層與第1層完全重合。雖然對于寬絲帶卷繞時,由于螺距較小,螺距內能勉強充滿,但是因循環層數太少,僅僅8層(含反向卷繞層8層共16層)就出現完全重合。完全重合層即形成卷繞面上的高點。由于兩重合高點間相隔層數太少(厚度距離僅為0.3 mm左右),前一個高點對后層卷繞平整度的影響尚未淡化,新的高點又再次出現,就會造成卷繞面出現明顯凹凸不平。研究試驗表明,對于窄絲,6i的小數點的十分位是0或9,百分位和千分位保證β角的基本符合要求。萬分位不是0,卷繞質量均能滿足要求,當然萬分位后再有無限小數就更好[16]。另外,對于中絲和寬絲,因β角比較大,則6i的小數點的十分位和百分位保證β角基本符合要求,千分位不是0,最好也不是5,這樣就不會在很少循環后就出現完全重合。基于上述分析,繞絲機的三組傳動比設計見表1。

表1 3組傳動參數
Tab.1 Parameter of three sets of transmission

注:S值為“-”表示錯位距離在右邊。

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表1中的參數還可以根據用戶指定的扁絲尺寸進行特定的最優化設計,但因齒輪齒數只能是整數,且受中心距限制,所以傳動比只能接近理論值。若采用伺服驅動的電子齒輪[17],可使傳動比精準確定,但造價要增加2倍以上,且按上述參數設計的繞絲機經企業使用證明完全滿足實際需要,因此沒必要采用電子齒輪傳動。

6 結語
繞絲機繞絲質量受到傳動比、卷繞螺距、錯位距離等因素的影響,合理地設計這些參數和相應的機械傳動及部件是至關重要的。在總結了國內外繞絲機優缺點的基礎上,按上述參數設計了多擋快換繞絲機,并制作了2臺樣機。經過半年多的實踐證明,實用效果符合設計預期,受到用戶高度評價。該設計優越性主要表現在以下幾個方面。

1)卷繞面平整,排列整齊,不起皺,卷繞直徑可達200 mm以上,其質量參數接近進口設備水平。

2)功能強。通過快速換擋可適應多種規格絲帶卷繞,隨手扳動手柄完成更換,這一點進口設備和其他國內產品都不具備。

3)造價低。經測算如批量生產,每臺售價可在2500元以內,比進口設備便宜90%以上。

該設計雖在機械上包括張力機構都作了盡可能的完善工作,但收卷軸轉速的改變是通過磁傳動副對中度的變化來實現的,因電機與動磁盤質量較大,影響了動磁盤隨張力變化而偏轉的靈敏度,對于張力較小的窄絲收卷質量有一定影響,需進一步改進設計。


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Design of A Multi-Position Rapid Conversion Winding Machine

LIU Qi-zhou
(Anhui Vocational College of Electronics&Information Technology,Bengbu 233000,China)


ABSTRACT:To study the influence of by the screw pitch and the Stagger Distance on the spindle of flattended yarn quality,and to analyze the relationship among the transmission ratio,the screw pitch and the Stagger Distance,and to solve the problem of position conversion for different specifications of flat yarn in the production.Empirical data were obtained through repeated experiments,and the mechanism of Multi-Position Rapid Conversion was designed combining theoretical analysis,and the substantial structural transformation was implemented for the winding machine on the production line of plastic woven sack.An old winding machine could only be used by flat plastic yarn of one specification,while the new machine could be used by a variety of specifications through simple position change.The production efficiency and product quality were both significantly improved.Reasonable screw pitch and Stagger Distance were important for the quality of the spindle of the flattended yarn,and they could be effectively controlled by designing the transmission ratio to meet the requirements of different specifications of flat yarn.The practical problems could be effectively solved by the designed mechanism of Multi-Position Rapid Conversion.


KEY WORDS:winding machine;multi-position rapid conversion;stagger distance


中圖分類號:TB486


文獻標識碼:A


文章編號:1001-3563(2016)09-0098-05


收稿日期:2015-11-19


基金項目:安徽省高等教育振興計劃重大教學改革研究項目(2015zdjy188);安徽省卓越人才教育培養計劃(2014zjjh068)


作者簡介:劉齊舟(1969—),男,安徽明光人,安徽電子信息職業技術學院教師、高級工程師,主要研究方向為機械設計及制造。


本文地址:http://www.jzdhme.live/wine/1909.html 轉載自超星期刊

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