國產(chǎn)針刺機(jī)的開發(fā)與傳動機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

國產(chǎn)針刺機(jī)的開發(fā)與傳動機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

由于其良好的滲透性、過濾性能和生產(chǎn)能力，針灸非織布具有良好的滲透性、過濾性能和生產(chǎn)能力，廣泛用于生產(chǎn)地板材料、過濾材料、建筑物防水材料、汽車零部件材料、革制板基質(zhì)、紙板毯子、紡織品毯子、純羊皮紙等。目前，針織布產(chǎn)量約占總支額的四分之一。又因針刺法具有加工工藝簡單、產(chǎn)品類型多且應(yīng)用領(lǐng)域廣、設(shè)備組合靈活方便、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn),針刺工藝仍是現(xiàn)在和將來快速發(fā)展、久盛不衰的一種最主要的非織造生產(chǎn)工藝。1針刺機(jī)主箱式結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)同質(zhì)競爭20世紀(jì)中葉針刺機(jī)誕生于英國,隨后德國、法國、奧地利等許多設(shè)備制造商開發(fā)出不同風(fēng)格的多種針刺機(jī)。20世紀(jì)80年代,儀征紡織機(jī)械廠研制成功我國第一臺高速針刺機(jī),針刺頻率最高達(dá)1200刺/min,隨后開發(fā)出多種型號和類型的針刺機(jī),相繼推向市場,帶動了國內(nèi)針刺設(shè)備的迅速發(fā)展。由于針刺設(shè)備的需求量和潛力較大,一批民營針刺設(shè)備制造企業(yè)也逐漸發(fā)展起來,從而進(jìn)一步推動了國內(nèi)針刺機(jī)的快速發(fā)展。國內(nèi)一些非織造布廠在同一時期引進(jìn)了Dilo和Fehrer公司的針刺設(shè)備,而國產(chǎn)的高速針刺機(jī)多數(shù)采用Fehrer公司的主軸箱式結(jié)構(gòu)。近年來國產(chǎn)針刺設(shè)備開始走出國門,同時國內(nèi)實(shí)力雄厚的非織造布生產(chǎn)商也引進(jìn)了一批國際先進(jìn)的針刺設(shè)備,用于提升針刺非織造布的品質(zhì),以便占領(lǐng)國際針刺非織造布的高端市場。這種相互間技術(shù)的溝通和交流,打破了國產(chǎn)針刺設(shè)備從誕生到現(xiàn)在一直沒有突破性發(fā)展的局面。國內(nèi)主要的針刺設(shè)備制造商紛紛開始收集技術(shù)資料,進(jìn)行試驗(yàn)性的技術(shù)發(fā)展。鑒于Dilo公司的針刺設(shè)備技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,并占據(jù)國際高端市場,國內(nèi)企業(yè)也在幾年前開始仿制并將產(chǎn)品投放市場。國產(chǎn)針刺機(jī)經(jīng)過20多年的發(fā)展,盡管主軸箱式的不同類型和不同用途的針刺機(jī)不斷完善和發(fā)展,但是這種機(jī)構(gòu)的針刺機(jī)的技術(shù)水平并沒有突破性提高。目前在實(shí)際運(yùn)行的生產(chǎn)線中,沒有針刺頻率高于1500刺/min的國產(chǎn)針刺機(jī),因主軸箱式的機(jī)構(gòu)受到結(jié)構(gòu)和國產(chǎn)材料等因素的限制,給針刺頻率的提高帶來一定的難度。近年來,國內(nèi)設(shè)備制造商的主要工作是優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計、完善針刺設(shè)備的性能以及電氣控制的革新。另外,針刺機(jī)針布也引起各個公司的重視,不斷引進(jìn)吸收,出現(xiàn)了多種布針形式以滿足客戶的使用要求。國產(chǎn)針刺機(jī)的技術(shù)水平基本上處于同一檔次,可相比較的是設(shè)備制造品質(zhì)、方便使用程度及售后服務(wù)水平。國產(chǎn)無箱齒輪搖桿式的針刺機(jī),上個世紀(jì)只有少數(shù)針刺非織造布生產(chǎn)商在使用。設(shè)備制造商真正將其推向市場是在2000年之后,雖然此種針刺機(jī)的制造商在針板梁的定位機(jī)構(gòu)方面都有各自的特點(diǎn),采用了不同的機(jī)構(gòu)形式,但是整條針刺非織造布生產(chǎn)線的針刺頻率超過1500刺/min也同樣是困難的。2國內(nèi)針灸機(jī)的技術(shù)發(fā)展2.1高頻針刺機(jī)的設(shè)計隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用,國產(chǎn)針刺機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)性能已有很大提高,但其基本原理都是相同的,即通過偏心輪連桿機(jī)構(gòu)帶動裝有刺針的針板作上下往復(fù)運(yùn)動,來達(dá)到刺針對被加工的纖維網(wǎng)實(shí)施加固的目的。不同之處是針板和針板梁往復(fù)運(yùn)動的定位機(jī)構(gòu)上,在國內(nèi)的高頻針刺機(jī)的設(shè)計中主要有兩種機(jī)構(gòu)形式:一是采用主軸箱式(仿Fehrer產(chǎn)品),即把凸輪、連桿、推桿等零件包容在一個密閉的箱體內(nèi);二是無箱齒輪搖桿式(仿Dilo產(chǎn)品),即凸輪、連桿等零件暴露在機(jī)架內(nèi),針板梁的往復(fù)定位機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條定位形式。兩種機(jī)構(gòu)各有優(yōu)點(diǎn),平行發(fā)展,目前國內(nèi)針刺頻率在1000刺/min以上的針刺機(jī)多數(shù)采用主軸箱式。自國內(nèi)第一臺1200刺/min的針刺機(jī)誕生以來,其主軸箱機(jī)構(gòu)并沒有多大改進(jìn),開發(fā)的主軸箱主要有3種類型,但其內(nèi)部零件的尺寸卻基本一致。國產(chǎn)600刺/min以內(nèi)的低速針刺機(jī)技術(shù)相對成熟,設(shè)備運(yùn)行尚穩(wěn)定,可基本滿足部分非織造布生產(chǎn)商的需要。目前各針刺設(shè)備制造商的主要任務(wù)是攻克2000刺/min的針刺機(jī)技術(shù)以及在保證現(xiàn)有設(shè)備性能的前提下降低針刺機(jī)的成本。2.2鋁合金針板梁材料國產(chǎn)針刺機(jī)的針刺頻率沒有大的提高,一個很重要的因素是受材料的制約。目前國產(chǎn)針刺機(jī)用的材料多數(shù)為常用材料,只有個別零件采用了優(yōu)質(zhì)材料,如主軸、推桿、導(dǎo)向套、針板等。近年針板梁開始采用鋁合金材料,因其壁厚和外形比原來的針板梁大,所以自重基本與原來相當(dāng),僅僅是產(chǎn)品的整體感覺有所改觀,針刺頻率提升有限。要想提升針刺機(jī)的針刺頻率,有關(guān)零件需采用強(qiáng)度高、性能好、密度小的材料制造是關(guān)鍵問題。相關(guān)零件主要是指完成針刺往復(fù)運(yùn)動的有關(guān)零件,如連桿、推桿、針板梁等,主要目的是在保證性能穩(wěn)定可靠的前提下盡可能地減少其質(zhì)量。2.3主要的型鋼劃分現(xiàn)在國產(chǎn)針刺機(jī)的類型和品種已經(jīng)相當(dāng)齊全,低速針刺機(jī)和高速針刺機(jī)的機(jī)型系列都可滿足市場需要。根據(jù)針刺運(yùn)動的形式劃分,常用的機(jī)型有單板下刺、單板上刺、雙板下刺、雙板上刺、單板上下異位對刺、單板上下同位對刺、雙板上下同位對刺等。專用針刺機(jī)也在迅速發(fā)展,因其只能生產(chǎn)某種特殊類型的針刺非織造布,市場需求量相對較少,但其類型繁多,已形成獨(dú)立的分支系統(tǒng),其中相對要求較多的機(jī)型有條紋針刺機(jī)、起絨針刺機(jī)、提花針刺機(jī)和造紙毛毯針刺機(jī)等。3針刺設(shè)備的選用目前Dilo公司的針刺技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,其針刺機(jī)的針刺頻率已達(dá)到3500刺/min,并成功推出頻率為2000刺/min的橢圓軌跡針刺機(jī)。近年國內(nèi)引進(jìn)的先進(jìn)針刺設(shè)備主要以Dilo公司的產(chǎn)品為主。目前國內(nèi)針刺設(shè)備的代理商主要代理Dilo公司、NSC集團(tuán)和紐馬格集團(tuán)3家公司的產(chǎn)品,包括人們較為熟悉的Asselin和奧特發(fā)的鋪網(wǎng)機(jī)、Dilo和Fehrer的針刺機(jī)等。Dilo公司生產(chǎn)的超高速針刺機(jī),其針板梁采用了碳纖維復(fù)合材料。在針板方面,為了使纖維之間的纏結(jié)更有效,布面質(zhì)量更加完美,Fehrer公司設(shè)計出弧形的托、剝網(wǎng)板,效果良好。Dilo和Fehrer公司的針板針布都處于國際領(lǐng)先水平。為了改進(jìn)針刺機(jī)的性能和試驗(yàn)新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝,Dilo公司還建設(shè)了自己的試驗(yàn)工廠。4國內(nèi)針灸機(jī)的發(fā)展趨勢4.1其它新型復(fù)合材料現(xiàn)在很容易找到強(qiáng)度高、性能好、密度小的材料,但是應(yīng)用在針刺機(jī)上很難找到合作的生產(chǎn)廠家,因?yàn)橐笈可a(chǎn)用在針刺機(jī)上的有關(guān)零件還有一定難度。現(xiàn)在出現(xiàn)的如鋁基、鎂基、碳素纖維復(fù)合材料等新型復(fù)合材料的性能和強(qiáng)度都達(dá)到很高的水平,并已在汽車和飛機(jī)的相關(guān)零件上開始運(yùn)用,但尚未在其他領(lǐng)域廣泛使用,能生產(chǎn)的廠家有限。針板梁原來是由16Mn材料焊接而成,現(xiàn)在開始采用鋁合金材料拉制工藝制造,外形和強(qiáng)度比原來都有提高,但是質(zhì)量減少不多;連桿原來是鑄鋼鑄造而成,現(xiàn)在也開始采用鋁基復(fù)合材料;推桿原來的材料是38CrMoAl,因其承受的力比較復(fù)雜,強(qiáng)度要求高,尋找新材料要慎重。如果想提高針刺頻率,就必須尋找合適的輕質(zhì)材料。針板梁、連桿和推桿的強(qiáng)度和質(zhì)量直接影響主軸箱式針刺機(jī)的針刺頻率的提升。4.2針刺機(jī)的選用目前主軸箱式和無箱齒輪搖桿式兩種機(jī)構(gòu)的高速針刺機(jī)都已出現(xiàn)并各有亮點(diǎn)。筆者認(rèn)為主軸箱式針刺機(jī)比較適合國內(nèi)中小企業(yè)的使用、管理和維護(hù)。國產(chǎn)針刺機(jī)已經(jīng)開始采用鋁合金針板梁,并且配置有方便更換針板的氣囊加緊的定位機(jī)構(gòu),但針刺頻率提高不大。各設(shè)備制造商的首要任務(wù)是在保證針刺設(shè)備性能逐漸提升的同時降低設(shè)備制造成本,其次才是開發(fā)更高頻率的針刺機(jī)。4.2.1單體雙軸雙板主軸箱的結(jié)構(gòu)主軸箱式針刺機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是參加針刺往復(fù)運(yùn)動的零件密封在一個箱體內(nèi),可以對相關(guān)軸承進(jìn)行不間斷的潤滑油潤滑和冷卻,最大的缺點(diǎn)便是推桿處存在漏油的可能。圖1為雙軸雙板式主軸箱的示意圖。由于主軸箱機(jī)構(gòu)固定同一個針板梁的兩個推桿之間的距離是0.6m,所以在設(shè)計針板的長度時都在1.2m左右,于是主軸箱式針刺機(jī)的主傳動和針板部分形成了分段式的設(shè)計。該設(shè)計形式存在以下問題:(1)主軸箱體積過大,加工、運(yùn)輸、裝配等均不方便;(2)兩個推桿間的距離固定,無法減少推桿的數(shù)量,同樣受主軸箱外形尺寸的限制,主軸箱的數(shù)量也無法減少,導(dǎo)致針刺機(jī)的成本無法降低;(3)主軸箱內(nèi)參與轉(zhuǎn)動的零件過多,提高了潤滑油的溫度,不利于推桿處潤滑油的密封;(4)主軸箱體的結(jié)構(gòu)存在不合理之處,不利于潤滑油的降溫;(5)支撐連桿的軸承支點(diǎn)平均數(shù)是1個,受力相對不均。針對以上問題,儀征市海潤紡織機(jī)械有限公司進(jìn)行了改進(jìn)主軸箱結(jié)構(gòu)的研究,確定了符合自己生產(chǎn)特點(diǎn)的單體小主軸箱(已申請技術(shù)專利)。圖2是其中之一的單體雙軸雙板主軸箱示意圖,與原有圖1所示的主軸箱相比,其顯著優(yōu)點(diǎn)為:(1)體積小,便于安裝和維修;(2)改進(jìn)了原有主軸箱的不合理結(jié)構(gòu),完善了主軸箱的功能;(3)模塊化設(shè)計,可以根據(jù)被針刺纖網(wǎng)的受力情況來確定主軸箱的配置數(shù)量,既能滿足高速針刺機(jī)的設(shè)計和使用要求,又能使針刺機(jī)的性價比更合理。單體主軸箱箱體的下部在兩導(dǎo)向套孔的中間留有空腔,其底面接近箱體的最低位,故該空腔能留出積蓄潤滑油的空間,目的是讓導(dǎo)向套內(nèi)的潤滑油能流回到這個空間,即起到降低推桿因摩擦而升溫的作用,也保證了箱體內(nèi)的油位低于油封的上平面。單體小主軸箱的低成本和高性能會給設(shè)備制造商和使用商帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益,所以單體小主軸箱是未來主軸箱式針刺機(jī)的發(fā)展趨勢。4.2.2針刺機(jī)主要采用模塊化組合設(shè)計,容易實(shí)現(xiàn)動設(shè)效齒輪搖桿式針刺機(jī)典型的機(jī)構(gòu)形式是Dilo公司的產(chǎn)品,其最大的特點(diǎn)是針板梁的定位采用齒輪齒條方式。這種結(jié)構(gòu)減少了針板往復(fù)運(yùn)動定位時的摩擦阻力,且其潤滑一般采用干油間歇壓力集中潤滑系統(tǒng),即定時注入潤滑脂,基本杜絕了漏油的可能。為了排除主軸軸承的摩擦熱量,連桿大頭處配有風(fēng)冷裝置,相應(yīng)的軸承處配有溫度傳感器,以便檢測溫度及時觀測軸承的工作狀態(tài),確保針刺機(jī)的潤滑系統(tǒng)運(yùn)行可靠。無箱齒輪搖桿式針刺機(jī)的針刺部件如圖3所示。機(jī)構(gòu)采用模塊化組合設(shè)計,便于設(shè)備的系列化設(shè)計;完成刺針上下往復(fù)運(yùn)動的零件包括連桿、橫梁、針板梁和搖臂等,外形結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,容易采用新型材料以減少相關(guān)零件的質(zhì)量,有利于針刺頻率的提高。該技術(shù)的潛在價值在于整個主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計可應(yīng)用到橢圓軌跡針刺機(jī)的方案中,相信不久國產(chǎn)簡易的橢圓軌跡針刺機(jī)將會面世,這是無箱齒輪搖桿式針刺機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展方向。5新針灸機(jī)的介紹5.1特殊配重方式的主傳動機(jī)構(gòu)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的操作經(jīng)驗(yàn),性能穩(wěn)定、故障率低的中速針刺機(jī)能很好地滿足針刺土工布生產(chǎn)的工藝要求。如果一條幅寬6.8m的土工布生產(chǎn)線配置3臺針刺頻率超過1000刺/min的主軸箱式針刺機(jī),其價格要超過200萬元人民幣,設(shè)備的投資成本很大。儀征市海潤紡織機(jī)械有限公司獨(dú)立開發(fā)了滿足土工布生產(chǎn)工藝的新型中速針刺機(jī),設(shè)備成本比高速針刺機(jī)降低很多,但其機(jī)械性能沒有降低。新型中速針刺機(jī)的針刺頻率能達(dá)到800刺/min,出布速度1~6m/min,可變頻調(diào)速,無需地腳安裝,運(yùn)行平穩(wěn)。該機(jī)型采用特殊配重方式的主傳動機(jī)構(gòu)如圖4所示。該傳動機(jī)構(gòu)的要點(diǎn)是:(1)主傳動采用單軸單板式,外加副軸分擔(dān)平衡;(2)針板梁的提升和定位采用傳統(tǒng)的推桿滑套式結(jié)構(gòu);(3)潤滑部分采用儀征市海潤紡織機(jī)械有限公司成熟的間歇式集中供油系統(tǒng);(4)支撐連桿的機(jī)構(gòu)采用Dilo式的兩軸承對稱分布的形式,能加強(qiáng)連桿處受力的可靠性。該新型中速針刺機(jī)應(yīng)用主、副軸對轉(zhuǎn)的平衡方法,平衡原理如圖5所示。用零件D來平衡零件C的一階力的大部分,用零件E來平衡零件D剩下的水平力和由其產(chǎn)生的垂直方向的力。國產(chǎn)低速針刺機(jī)的頻率不能提高的原因是其平衡方案一直采用單軸平衡法,沒有副軸及圖5所示的零件E,僅用零件D來平衡C等零件運(yùn)動時產(chǎn)生的力。一般有兩種解決方法:一是只用零件D來完全平衡零件C引起的一階力,這時由零件D引起的上下方向的力無法消除,機(jī)器往往會左右擺動;二是用零件D來平衡零件C引起的一階力的大部分,這時由零件D引起的水平方向的力無法消除,機(jī)器往往會上下劇烈振動。為了機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn),一般都采用加固的方法將機(jī)器固定在地基上,以保證機(jī)器的正常工作。但是寬幅針刺機(jī)的固定就比較困難,因?yàn)闊o論是采用以上兩種方法中的哪一種,產(chǎn)生的力都相當(dāng)大,所以寬幅針刺機(jī)的針刺頻率基本上都很低。而新型中速針刺機(jī)用增加副軸對轉(zhuǎn)的平衡方案解決了原有低速針刺機(jī)配重平衡的兩種弊端,雖然設(shè)備成本有所增加,但其運(yùn)行更加平穩(wěn)、受力更加合理,從而機(jī)械性能等得到大幅提升。5.2主軸箱式針刺機(jī)為了將國產(chǎn)針刺機(jī)的針刺頻率提升至2000刺/min,儀征市海潤紡織機(jī)械有限公司設(shè)計了一種能夠承受高載荷且受力分布更合理的單體小主軸箱,結(jié)構(gòu)如圖6。設(shè)計的高速針刺機(jī)選擇主軸箱機(jī)構(gòu)的原因是,高速齒輪