弹性盖板针布快速磨损试验仪的研制

尹冬冬，姜立新

（金轮科创股份有限公司，江苏 南通 226009）

0 引言

梳棉机是利用包覆在刺辊、锡林、道夫滚筒和盖板骨架上的针布实现对纤维的梳理、均匀、混合，去除棉结、尘杂和短绒，并将纤维转移的功能；主梳锡林、盖板针布直接影响棉网、生条和成纱质量［1］。

作为核心分梳元件之一的弹性盖板针布（如图1所示），是采用高碳低合金钢丝截切弯成U形梳针，并通过植针工序使梳针穿过底布制作而成。梳针截面有圆形、三角形、双凸形和扁平形等多种，弹性盖板针布上的梳针平磨、侧磨、压磨后呈弧形刀口状，并经淬火热处理，产品的针尖面平整、锋利且耐磨［2］。

弹性盖板针布的耐磨性主要以针布的使用寿命判断，即以棉纺用户在一定条件下的工作时间段（月或年）出现针布磨损而失效确定。

在“紧隔距、强分梳”梳理工艺条件下，不同原棉性状与纤维负荷的变化，严重影响弹性盖板针布针尖的锋利度；随着梳棉机的高速高产，更促使针布的磨损加快［3－4］。为了观测和比较弹性盖板针布的磨损状态及程度，通过对磨损状态进行测试分析，以便算出针布产品可能达到的使用预期，满足不同用户需求，则弹性盖板针布快速磨损试验仪的研制和应用成为针布制造企业的当务之急。

图1 弹性盖板针布及截面形状

1 仪器结构与特点

在实际使用中，弹性盖板针布是以棉纤维或化学纤维为梳理对象，长时间使用的针尖被磨损后造成棉条与成纱质量下降。为研究针布磨损形态，笔者设计了弹性盖板针布快速磨损试验仪，采用标准钢丝模拟针布进行磨损研究，并收集和比较不同针布样品之间的相对耐磨性。

弹性盖板针布快速磨损试验仪由主动放线机构、张力调节机构、试验平台、牵线机构、收线机构等组成。试验时将弹性盖板针布梳针样品夹持固定后，在设定的时间、梳针夹z轴位移和钢丝线速度下进行快速磨损试验，完成后对梳针磨痕进行分析。

1.1 主动放线机构

磨损试验用标准钢丝为外购的成卷材料，其外径为φ80 mm～φ150 mm；为了上、下料方便，采用料盘悬臂设计，还可以调节托盘高度。放料机构设计为主动放料，由放线架和步进电机驱动两部分组成。整个主动放料机构单独放置，与主机距离可以适当加长。

放线架采用模块化设计，选型后由自动化零件供应商直接提供，以减少制造费用；加重的底盘可预防钢丝盘过重时发生侧倾。三相步进电机驱动，根据设定的主速度和张力传感器的反馈信号确定放料速度：当试验的标准钢丝张力过小时，减缓放料速度，反之则加快放料速度；使标准钢丝持续地在一定的张力范围内进行工装，保证磨损试验的稳定性。

1.2 张力调节机构

每套张力调节机构由张紧轮、位移传感器、引导瓷环和砝码组成，在磨损仪的主动放线机构后和收线机构前分别进行张力调节，并根据其位移传感器反馈的信号调整放料步进电机和收线伺服电机的速度，稳定标准钢丝的拉力。

标准钢丝在张力调节机构中呈倒“几”字走线，见图2。3个张紧轮分别位于转折处，下方的张紧轮固定在挂有砝码的滑块上，随着直线导轨上下移动以带动位移传感器反馈位移信号；标准钢丝的张力则通过调节张力机构砝码的质量（0 g～60 g）进行控制。

图2 张力调节机构

1.3 试验平台

弹性盖板针布试验平台由安装架、梳针夹具和夹具调整台组成，见图3。

图3 弹性盖板针布试验平台

安装架用于本机构与主机面板联接固定，自身带有标准钢丝调整台，通过z轴滑台控制标准钢丝水平工作阶段的位置和穿丝作业，并配置与标准钢丝直径相对应的瓷管，同时为夹具调整台提供安装平台。

夹具调整台由xy轴滑台、z轴滑台和倾角台等组成。xy轴滑台便于在平面范围内调整梳针夹具与标准钢丝的相对位置；z轴滑台在磨损试验时为磨削进给提供依据；倾角台对被试验梳针角度（植角＋动角）进行微调，使得磨损工作面初始状态水平放置。

梳针夹具由夹具底座、夹具框架、定位钕磁、定位合金片和压板等组成，如图4所示。

图4 梳针夹具

弹性盖板针布的梳针被吸附在钕磁块上，侧面靠两个定位钕磁的间隙进行定位，尖部与定位合金片进行接触并完成定位功能，与夹具底座形成一个封闭空间。梳针被钕磁和定位磁板磁化并主动通过针尖与定位合金片进行接触，减少两者的间隙。

梳针定位后旋转蝶形螺母，通过紫铜压板进行固定；当启动磨损试验时，通过夹具调整台中z轴滑台将梳针下移（下移量固定并进行标准化），使之受到标准钢丝向上的压力加速二者的磨损，如图5所示。梳针受压时，由于针尖受到倾斜的定位合金片阻止其上抬和振动，使整个梳针被约束并在磨损试验中和标准钢丝形成仅有的一个磨痕，便于后期进行相对耐磨度数据收集和分析。

图5 试验平台原理示意

1.4 牵线机构

牵线机构采用直流无刷电机对标准钢丝进行牵引，设计速度为8 m／min～15 m／min，经初始阶段速度缓慢上升后维持设定速度，确保磨损速度恒定。为防止标准钢丝在驱动时打滑而导致实际运行速度低于额定速度，在驱动轮和从动轮中增加嵌槽并用标准钢丝往复缠绕形成多重“X”状大包角以增加驱动阻尼，如图6所示。为进一步增加牵料机构的稳定性，在钢丝驱动端（出口）增加一组张力调节机构，防止标准钢丝松弛或在驱动轮嵌槽内跳动，同时也为收线电机提供张力反馈信号。

图6 牵线机构

1.5 收线机构

收线属于弹性盖板针布快速磨损仪的最后一道工序，收线机构负责将已磨损的标准钢丝进行收卷；该机构中还有一个摆线电机，配合收卷电机进行动作。收卷电机的速度随着收线轮外径和摆线往返次数进行变化，同时与前道的张力调整部件进行配合，通过张力的信号反馈进行微调。

2 磨损流程与测试

弹性盖板针布由梳针和底布制成，具有一定的韧性，对整条针布进行磨损试验不现实，可以抽取一定数量的梳针样本进行分析。

由于梳针体积和质量较小，可通过上述的梳针夹具进行夹持固定。因为在制造和提取过程中梳针的植角和工作角容易发生变化，为避免影响磨损数据的准确性，应在夹持前对实际角度进行修正后按照实测结果调整倾角台。设定磨损仪的磨损时间和额定速度等参数后开机，当标准钢丝实际速度达到额定速度后，在夹具调整台中进行z轴进给进入磨损试验阶段；当达到磨损时间后，设备自动停机、报警，提示操作人员进行下料、检测和采集相关数据。

在接触过程中，标准钢丝和弹性盖板针布梳针这对摩擦副由于受到法向应力和切应力的反复作用，必然引起表层材料塑性变形而导致表面硬化，最后在梳针指定处出现初始磨痕，然后随着磨损时间的增加磨痕逐渐加大加深，测试结束后样品经放大如图7所示。

图7 样品磨损情况（200×）

对比试样的磨痕面积或磨痕深度判断其相对耐磨性，虽然这与弹性盖板针布实际工作环境有一定的偏差，但是我们比较的是相对耐磨性，能客观反应产品相对使用寿命。

3 结语

弹性盖板针布磨损试验仪通过模块化设计及磁性材料的应用，不仅具有智能化特性，且对针布磨损形态观测、比照、判定快速高效，操作维护方便，为判定弹性盖板针布耐磨性和改进工艺、指导生产、提高弹性盖板针布品质、方便用户选用，提供科学依据。

［1］许鉴良，陈丽珍，陈文龙.针布磨损对梳理工艺的影响［J］.纺织学报，1984，6（3）：7－10.

［2］姜立新.新型高产梳棉用盖板针布设计与研制［J］.梳理技术，2005（11）：60－63.

［3］费青.梳理针布的磨损及其与梳理质量的关系［J］.棉纺织技术，1997，25（9）：10－15.

［4］林吉曙.高耐磨梳理机用齿条的研究［J］.纺织器材，1998，25（2）：21－23.