1　 铸铁盖板与铝合金盖板主要性能差异1.1　 材质差异长期以来,梳棉机上的活动盖板骨架是整体化铸铁结构,由于铸铁实心结构,盖板骨架的重量偏重,大曲轨运行时摩擦力大,需较大的功率.目前在新型梳棉机系列中,盖板由铝质的盖板骨架、马氏体不锈钢的左盖板接头和右盖板接头组装而成,如图1 所示.1.2　 重量差异铸铁盖板质量为 3.30kg ,铝合金盖板质量为1.44kg ,比铸铁盖板轻 1.86kg ,是铸铁盖板质量的43.64% .1.3　 几何形状差异为了增强骨架的强度,防止弯曲变形,铸铁盖板铁骨的纵截面呈倒“ T ”形 [11 ] ,横截面两端高度为28.00mm ,中间为 38.00mm ,铁骨呈“弓”形;为提高抗绕强度,铝合金盖板纵截面呈矩形上方加三角形,高度比铸铁盖板最高点位置增加 13.10mm ,横向高一致,见图 2 .对比图 2 中铸铁与铝合金盖板可知,两者纵向底部的两端铣口高度均不相等.铸铁盖板踵面端,盖板高度为 9.67mm ,铣口为 1.70mm ,趾面端盖板高度为 9.95mm ,铣口为 1.14mm ;同理,铝合金盖板踵面端盖板高度为 9.46mm ,铣口 1.70mm ,趾面端盖板高度为 9.73mm ,铣口 1.14mm .两者的踵面和趾面高度差值均是 0.56 mm ,称为踵趾差.铸铁盖板的踵趾面之间通过圆弧连接,当踵趾面与大曲轨摩擦而产生磨损,磨损后踵面和趾面与大曲轨接触面会增大;而铝合盖板踵趾面底部都是矩形,磨损后踵趾面与大曲轨间的摩擦接触面可基本保持不保.注: 1􀆱 铝合金盖板骨架;2􀆱 马氏体不锈钢接头.图 1　 铝合金盖板结构图 2　 盖板骨纵向示意2　 运行状态分析在两台同种机型梳棉机进行对照试验, A 机台的大曲轨上安装新的铸铁盖板,B 机台的大曲轨上安装铝合金盖板,所有的针布型号相同,工艺参数统一.A 和 B 两机台同时运行 16 个月后,对盖板传动功率、盖板磨损情况及生条和成纱部分指标进行测试对比.2.1　 试验方法及内容试验中使用的测试机型为 FA201B ;在功率测􀅱8 7􀅱　 纺织设备第 28 卷 试中,使用功率表对梳棉机的功率进行测定;在磨损测试中,在两台梳棉机中随机各抽取 10 块盖板,测定踵趾面高度;在棉结测试中,每台车随机取 10 段,用目光检测棉结数;在成纱质量测试中,对细纱的条干和强力进行检测.2.2　 功率比较在同机台上测试铝合金盖板和铸铁盖板空载运行时功率 P 0 ,然后卸下盖板传送带,测试盖板滑动停止时的功率 P 0 ′ ,则盖板功率 P = P 0 - P 0 ′ .测试得,铝合金盖板功率 P B 为 0.053kW ,而铸铁盖板功率 P A 为 0.109kW ,则 P A =2.06 P B .铝合金盖板的接头材质为马氏体不锈钢,在无润滑情况下,与大曲轨的摩擦因数为 0.17~0.18 ,铸铁盖板与大曲轨的摩擦因数为 0.15 .根据功率计算式,理论驱动盖板运动所耗功率 P T 的计算见式(1 ).由于盖板在曲轨上做匀速运动,因此盖板运行的驱动力 F 等于所需克服的盖板与曲轨之间的摩擦力 f ,得关系式( 2 ).摩擦力 f 的计算见式( 3 ).P T = FV(1 )F = f(2 )f = μ N(3 )式中:F 为盖板运行驱动力, N ; V 为盖板运行速度,m / s ; f 为盖板与曲轨间摩擦力, N ; N 为盖板与大曲轨之间的正压力,N ;μ 为踵趾面与大曲轨间摩擦因数.由式(1 ) - 式( 3 )得,铸铁盖板的理论功率 P TA是铝合金盖板的理论功率 P TB 的 1.91~2.02 倍,实测功率与计算相比差异在 1.98% ~7.85% .因为摩擦力与正压力成正比,因此铝合金盖板较铸铁盖板重量大幅减轻后,盖板与大曲轨摩擦力得到显著减少,所需驱动力也随之下降.2.3　 踵趾面高度测试为了测量方便,分别测绘踵趾面到顶端的距离,如图 3 和图 4 所示.h 2 ( 9.67mm )和 H 2 ( 9.46mm )、h 4 ( 9.95mm )和 H 4 ( 9.73mm )的高度不变,踵趾面在大曲轨上摩擦运行,产生磨损使 h1 和 H 1 、 h 3 和H 3 减小,磨损后铸铁和铝合金的踵趾面高度分别:铸铁:踵面高 = h2 - h 1趾面高 = h4 - h 3图 3　 铸铁盖板铝合金:踵面高 = H 2 - H 1趾面高 = H 4 - H 3图 4　 铝合金盖板2.4　 测试数据采集表 1 和表 2 分别为铸铁盖板和铝合金盖板踵趾面高度运行 16 个月后测试数据,h 2 、 h 4 和 H 2 、 H 4 高度值不受滑动磨损的影响,视为定值.表 1　 铸铁盖板踵趾面磨损量序号h 1 / mm9.67- h 1踵面高/ mmh 3 / mm9.95- h 3趾面高/ mm1 7.93 1.74 8.33 1.622 7.94 1.73 8.41 1.543 8.00 1.67 8.35 1.604 8.05 1.62 8.34 1.615 7.67 2.00 8.42 1.536 7.73 1.94 8.49 1.467 7.79 1.88 8.25 1.708 7.91 1.76 8.33 1.629 7.75 1.92 8.36 1.5910 8.03 1.64 8.26 1.69平均7.88 1.79 8.35 1.60CV % 1.72 7.55 0.86 4.52踵趾差/ mm0.19磨损/ mm0.09 0.46表 2　 铝合金盖板踵趾面磨损量序号H 1 / mm9.46- H 1踵面高/ mmH 3 / mm9.73- H 3趾面高/ mm1 8.07 1.39 8.54 1.192 7.88 1.58 8.49 1.243 7.85 1.61 8.21 1.524 7.99 1.47 8.73 1.005 7.39 2.07 7.93 1.806 7.59 1.87 8.41 1.327 7.70 1.76 8.45 1.288 7.75 1.71 8.60 1.139 7.37 2.09 8.25 1.4810 7.82 1.64 8.34 1.39平均7.74 1.72 8.40 1.34CV % 3.02 13.62 2.70 16.97踵趾差/ mm0.38磨损/ mm0.02 0.20􀅱9 7􀅱　 第 3 期和杉杉 等:梳棉机不同材质的活动盖板使用性能分析 纺织设备 2.5　 盖板踵趾面磨损分析由于有踵趾面高度相差 0.56mm ,因此每根盖板与锡林针布间的隔距入口及趾面大,出口踵面小,如图 5 ( a )所示. PP′ 为大曲轨位置, FF′ 为盖板针布针尖平面位置,CC′ 为锡林针布齿尖平面位置, a 为入口隔距,b 为出口隔距.从表 1 和表 2 测试数据来看,活动盖板踵趾面与大曲轨摩擦时,趾面磨损分别为 0.46mm 和 0.20mm ,踵面磨损为 0.09mm 和0.02mm ,两种盖板的趾面磨损均大于踵面.比较两种盖板磨损情况,铸铁盖板踵面磨损是铝合金盖板的 4.73 倍,趾面磨损量是铝合金盖板的 2.34 倍.以磨损量而言,铝合金盖板如果要达到与铸铁盖板相同的磨损量,所需时间是铸铁盖板的 2.34 倍(趾面)或 4.73 倍(踵面),因此,其使用周期将至少提高至 2倍.这与盖板接头部分的材料耐磨性相关,马氏体不锈钢耐磨性优于铸铁.图 5　 盖板针面与锡林隔距及受力示意　　 在盖板与锡林同向转动时,从图 5 ( b )可知,盖板针面受切向力 R 踵 和 R 趾 ,这两个力都产生以 O 点为支点的力矩,使盖板向逆时针方向做圆周运动,因此趾面受力大于踵面,导致趾面磨损大,符合测试结果 [12 G 13 ] .综上,铝合金盖板使用铝合金作为骨架,减轻了盖板骨的重量;盖板接头由于选用马氏体不锈钢,耐磨性优于铸铁.3　 生条及成纱质量对比3.1　 对比试验两台梳棉机用同一只纯棉花卷各做成生条,在并条、粗纱和细纱同眼同锭纺制各 10 只 C18tex 纱,做生条棉结和成纱质量对比,测试结果见表 3 、表 4和表 5 , A 为铸铁盖板, B 为铝合金盖板.表 3　 生条棉结测试结果对比盖板棉结/(粒􀅱 g-1 )1 2 3 4 5 6 7 8 9 10平均CV / %A 48 76 64 60 60 64 54 68 68 70 63 12.19B 66 60 52 70 62 58 64 60 48 60 60 10.11表 4　 成纱外观质量对比盖板条干CV / % CV b / %-50% 细节/(个􀅱 km-1 )+50% 粗节/(个􀅱 km-1 )+140 棉结/(个􀅱 km-1 )+200 棉结/(个􀅱 km-1 )+280 棉结/(个􀅱 km-1 )+400 棉结/(个􀅱 km-1 )A 17.60 4.00 20 110 1386 232 56 16B 17.22 3.17 24 111 1381 230 59 15表 5　 成纱强力测试结果对比盖板强力/ cN1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16平均CV / %A 233 235 192 244 265 164 225 215 203 233 170 240 227 255 257 236 221.75 11.11B 236 173 248 213 204 180 216 238 219 227 260 227 217 222 262 206 224.63 13.04􀅱0 8􀅱　 纺织设备第 28 卷 　　 从表 3- 表 5 结果可见,铝合金盖板生条棉结为 60 粒/ g ,较铸铁盖板少 3 粒/ g ,降幅 4.76% ;生条的棉结 CV 值由 12.19% 降低至 10.11% ,因此铝合金盖板的生条棉结离散度更小,质量相对更稳定.对比细纱质量,铝合金盖板组的条干 CV 由 17.60% 降低至 17.22% ,条干优化 2.16% ,管间变异系数 CV b优化 20.75% .成纱棉结除 +280% 高于铸铁盖板以外,其他棉结好于铸铁盖板.铝合金盖板的平均细纱断裂强力为 224.63cN ,较铸铁盖板提升 1.30% .针对以上试验结果,进一步作了梳理力测试分析.两种盖板同工艺同品种,在机器运转时,分别测试锡林、盖板空车运转时功率,喂入筵棉后开始梳理时的功率,然后将测试功率换算成梳理力和折成单纤维的平均梳理力,得到锡林、盖板区总的梳理力近似计算式 [14 ] :∑ R =( N - N 0 ) ×999.6V(4 )式中:∑ R为锡林、盖板区总梳理力, N ;N 为喂入纤维运转时锡林、盖板消耗的功率,kW ; N 0 为空车运转时锡林、盖板消耗的功率,kW ; V 为锡林线速度, m / s ;1kW =999.6N 􀅱 m / s .利用 Excel 图表分析功能,将测试数据绘制成曲线,如图 6 所示,并计算平均梳理力,变化 CV 值,铝合金盖板平均梳理力为 29.00N ,最大值 33.20N ,最小值 22.42N , CV 值 9.44% ;铸铁盖板平均梳理力为27.83N ,最大值 49.70N ,最小值 14.29N , CV 值34.95% .