苎麻精干麻测试的制样机设计

　　摘要：苎麻纤维性能测试是评价苎麻纤维品质的重要手段，但由于精干麻存在很大程度的束丝和并丝，纤维分离度差，不能直接用于测试，必须先经过开松、制样。本文设计并研制了用于苎麻精干麻测试的制样机，并对其主要的工艺参数进行了优化.　
　　
　　关键词：苎麻精干麻；测试；制样机；设计
　　
　　1引言
　　
　　苎麻是中国特有的以纺织为主要用途的农作物，我国的苎麻产量约占全世界的90%以上，在国际上称为“中国草”[1]。纤维长度较长，一般为60mm～250mm[2]，可单纤维纺纱。纤维强度高、透气性好、湿强度大、延伸度小，并具有一定的防腐、防菌、防霉等功能，被公认为“天然纤维之王”[3]。随着人们生活水平的提高，市场消费追求“崇高自然、回归自然、返璞归真”的理念，人们更加重视环境保护，有机绿色环保产品将主导世界消费新潮流[4]，因此天然优质苎麻制品以其独特的性能与风格，越来越受到国内外消费者的青睐。苎麻精干麻即为苎麻原麻经生物或化学工艺脱胶后的麻纤维，其内在品质包括纤维细度（公制支数）、束纤维断裂强度、白度、硬条、并丝、残胶率、含油率等指标。
　　
　　本文设计并协同机械加工厂家研制出苎麻精干麻质量测试前的制样机，以便于对苎麻精干麻的纤维细度、束纤维断裂强度、白度、硬条、并丝等性能进行快速便捷的检测。
　　
　　2制样机的工作原理与结构设计
　　
　　2.1工作原理
　　
　　制样机的工艺简图如图1所示。精干麻切断成一定的长度，人工将一定量的切断麻均匀地平铺在喂给板1上，精干麻由一对沟槽罗拉2积极握持，上沟槽罗拉由弹簧加压与下沟槽罗拉啮合，因而能牢牢地握持住精干麻，并以沟槽罗拉的线速度向刺辊3喂入。刺辊的表面包覆着针布，刺辊表面的线速度远远超过喂给罗拉的线速度，送入的精干麻受到高速回转且转动惯量很大的刺辊的开松梳理，大部分的束丝、并丝被分离成单纤维的状态。经开松、梳理过的纤维在尘笼6的负压作用下吸附在其表面上，尘笼在电动机的带动作用下转动输出纤维网。

　　
　　2.2结构设计
　　
　　该机的总体机构主要由3部分组成：喂入部分、开松部分、输出部分。
　　
　　2.2.1喂入部分
　　
　　（1）喂给板
　　
　　喂给板采用长、宽、高为245mm×17mm×5mm，厚度为2mm槽形光滑铁板，采用人工喂入的形式，主要对纤维起托持作用。
　　
　　（2）沟槽罗拉
　　
　　由一对啮合地沟槽罗拉组成，主要技术参数：沟槽罗拉直径：D=57mm（外径），d=50mm（内
　　径）；
　　
　　沟槽罗拉转速：2.2r/min（27牙）；1.8r/min（33牙）；
　　
　　沟槽罗拉工作长度：168mm；沟槽数：30个。
　　
　　（3）定量
　　
　　考虑喂给板的长度、试验所用定量、开松效果，经反复试验定量13g为宜。
　　
　　（4）加压
　　
　　该制样机采用弹簧加压的形式于上沟槽罗拉，主要技术参数：
　　
　　弹簧外径：13mm；材料直径：2mm。
　　
　　有效圈数：14mm；弹簧节距：4mm。
　　
　　自由长度：5.8mm。
　　
　　加压大小：加压过大，则纤维损伤大；加压过小，纤维直接被刺辊抽走，最后经多次反复试验，加压在6圈左右为宜。
　　
　　2.2.2开松部分
　　
　　制样机的开松作用主要是由刺辊和喂给罗拉这个开松单元来完成的，所以刺辊的合理设计显得尤为重要，是该制样机设计的关键，外观结构如图2所示。
　　
　　（1）刺辊直径：D=135mm（金属裸体直径为130mm）；
　　
　　（2）刺辊工作长度：L=220mm；
　　
　　（3）刺辊转速：1316r/min、839r/min或1076r/min可调；
　　
　　（4）针布。

　　针布主要分为弹性针布和金属针布（见图3）。针布的型号、规格基本都是标准化，故可根据加工原料和工艺件的作用不同针对性地配套选择。针布的主要参数有：齿深、工作角、齿密等，其决定着针布的梳理、开松效果的好坏。工作角太小，梳理力强，开松效果好，但是对纤维损伤大，容纤量高，纤维转移差；工作角太大，则梳理、开松效果差。减小针布的齿深可明显提高针布的纤维转移能力和抗轧伤度，并能使纤维常处在针尖进行充分梳理和及时转移，提高梳理质量，但针齿过浅梳不透也会影响梳理效果。齿密直接决定着刺辊的梳理度D，梳理度大，则梳理力大，纤维也易损伤。

　　
　　依据傅云龙[5]对苎麻专用金属针布工艺性能研究，选定ZC-775和LZC-21两种型号的针布进行对比试验，具体针布规格如表1所示，并依据开松梳理效果以确定针布的型号。
　　
　　经试验：ZC-775型号的针布齿深，齿密小，工作角大，转移能力差，易充塞缠绕，且针布规格不符合的同时，存在较为严重的生锈。根据梳麻机锡林表面的纤维负荷分析和ZC-775针布的使用经验，选用LZC-21进行试验，其针布的齿深为lmm，总高为3mm，LZC-21针布除具有工作角小、齿密高、针齿浅等特征外，还减小了齿顶面积和齿背角，提高了针齿锋利度和抗轧强度。由肉眼直接观察可以看出：麻粒、并丝率新针布比ZC-775针布有明显减少。
　　
　　2.2.3输出部分
　　
　　该制样机采用一个尘笼作为输出机构。其主要技术参数为：
　　
　　（1）尘笼直径：D=130mm；（2）尘笼工作长度：L=200mm；（3）尘笼转速：2.3r/min。
　　
　　2.2.4动力部分
　　
　　沟槽罗拉和尘笼由电动机1通过皮带带动齿轮的转动而运动，刺辊由电动机2通过皮带带动齿轮而运动。沟槽罗拉上的齿轮可以更换。
　　
　　本设计中的两个电动机均采用YS系列电动机。YS系列电动机具有体积小、重量轻、起动转矩大、运行可靠、维护方便等特点。根据苎麻纤维特性，查阅机械设计实用手册，选取的电动机的参数[6]如表2所示。
　　
　　3制样机相关参数的确定
　　
　　制样机中喂给罗拉与刺辊之间速比、喂入长度、喂给罗拉与刺辊之间隔距对纤维的开松效果影响非常大。
　　
　　采用三因素三水平的正交试验方案（见表3所示）进行试验，制得的试样聘请专家进行肉眼感官评定，开松效果好的评分高，据此确定三个因子的最佳组合。
　　
　　因本例试验是三因素三水平的实验，且不考虑因素间的交互作用，故选用L9（34）正交表安排试验。正交试验方案和苎麻纤维开松效果的试验结果如表4所示。根据正交表可以得到苎麻纤维开松效果极差分析试验结果，如表5所示。
　　
　　由表5的极差分析可知，喂给罗拉与刺辊之间速比、喂给罗拉与刺辊之间隔距对苎麻开松效果影响程度都比较大。影响程度依次为：喂给罗拉与刺辊之间速比＞喂给罗拉与刺辊之间隔距＞喂入长度。最优工艺参数为A1C2B2。　　　　

　　
　　
　　对上述最优工艺再进行重复试验验证，并经测试专家鉴定，认为开松得到的试样已达到了测试要求。
　　
　　4总结
　　
　　本文设计并研制了用于苎麻精干麻测试的制样机，并对其主要的工艺参数进行了优化，确定了最佳工艺参数：喂给罗拉与刺辊之间速比确定为1316，喂给罗拉与刺辊之间隔距确定为0.787mm，喂入长度确定为140mm，定量为13g，针布为LZC-21型。
　　
　　试验表明：该机具有结构简单、体积小、操作方便、小样试验的结构特点，对纤维损伤小，开松效果较好，为对苎麻精干麻的纤维细度、束纤维断裂强度、白度、硬条、并丝等性能的测试制样提供了基础。
　　
　　参考文献:
　　
　　[1]梁月.苎麻简介[J].国际沙棘研究与开发,2012,10(2):37.
　　[2]成雄伟.我国苎麻纺织工业历史现状及发展[J].中国麻业科学,2007(29):77-79.
　　[3]郁崇文,张元明,姜繁昌.苎麻纱线生产工艺与质量控制
　　[M].上海:东华大学出版社,1997.
　　[4]饶洪斌,罗建民,詹茹英.苎麻产业如何做大做强[N].咸宁日报,2008-02-14(3).
　　[5]傅云龙.苎麻专用金属针布工艺性能研究[J].成都纺织高等专科学校学报,1997,10(14):1-7.
　　[6]吴宗泽.机械设计使用手册[M].北京:化学工业出版社，1999.
　　（作者单位：文开源，塔里木大学；蒋敏，国家苎麻产品质量监督检验中心；郁崇文，东华大学纺织学院）