纺织水洗机械设备的进布处理装置的结构设计

绪论作为发展中国家的中国，是世界上最大的纺织品和服装生产国和出口国，纺织工业对我国经济增长起到推动作用。然而，纺织行业对环境污染严重，解决环境污染问题至关重要。近年来，各个纺织行业中的竞争公司与对手，无不以节能减排与环境保护为主题，去研究、开发新的机械设备，或者加以完善以前遗留下来的问题。在众多纺织机械设备中，各种机器不可或缺都有进布单元。下面我们将以纺织水洗机为例加以阐述。水洗机的作用比较广泛，在水洗过程中，主要有进布处理、浸碱处理、漂白处理等一系列水洗工艺。在进布前，大多数的未水洗布料都处于一种成卷态，要将它拉直平展，以及顺利的输送进水洗机械当中。虽然大部分水洗机上有进布单元，但是这也是整台机器仅有一次进布处理，而且布料进入机器里面，空间小，传动速度虽然不快，但还是难以对布料的表面进行观察。如果布料通过进布单元后还是出现不良现象，例如褶皱，不平顺等现象，那出来的成品布料还是有所缺陷。因此还是需要借助一些机械设备去完成布料在进入水洗机械设备前的第一次进布处理。1.1选题背景与意义1.1.1选题背景随着社会主义建设的不断加快，我们资源的消耗也在成倍的增加：天然气、石油等一系列一次能源都在加速消失。特别是水资源，虽然我们能够回收水资源，然后经过一系列水处理、过滤，以及化学反应，变成我们日常所需的水，但是其中也是消耗掉了不少水，也无法百分百回收利用我们的水资源。在纺织行业中，各类机械设备都以节能、环保的条件去生产，或者去改进。但往往还是有很多公司生产的机器不能实现环保，会污染水资源，以及污染大气。而且像很多纺织水洗机，前面的处理如果没有及时处理妥当，比如出现褶皱现象，没有对布料做柔性处理等一系列情况，会导致出来的成品布料不合格，从而继续进行水洗，严重浪费水资源。1.1.2研究意义随着经济增长以及人口的增加，工业废水、城乡生活污水排放量等不断增加，许多地方的可饮用水源受到了不同程度的污染，水中污染的有害化学含量严重超标。由于环境被各种有害污染的影响，人们开始重视水资源的重要性，消费者的用水观念正在发生根本性的变化。在工业生产过程中，有三种工业废物，即“废水”、“废气”和“废渣”。这些工业废物含有许多有害物质。如果不经过处理，大量排入环境，会造成空气、水、土壤、食品等环境污染，造成环境质量恶化。对于纺织制造行业，国家也严格指定了各项指标，大多数厂家都围绕节能减排去对自己的机械设备做出一系列改进。针对这一系列情况，我们也了解到这对缓解水资源匮乏有重要的意义，要合理的解决，高效处理好，不过多浪费水资源，能够使布料通过一次水洗，便能出成品布料。这不仅对水资源的有效利用，而且对时间、人工以及成本都有所减少。1.2现有市场各类进布装置图1.1前置导布辊部件图在纺织机械市场，大多数厂家也都考虑到在对布料进入机器前需要做的一些措施，例如退卷处理、柔性处理等，也对此诞生出一系列的进布处理装置。但其中有些价格的差异大小不同，对用户的需求也不尽相同，但对于结构而言都是大同小异的。现列举出市面上两种比较典型的进布装置。图1.2托布架组件图第一种进布装置可分成两部分来看。图1.1为前置导布辊部件图，利用大概6根导布辊，通过自身的旋转去对布料进行各种环绕以及伸展，来摆脱缠绕状态以及褶皱状态；图1.2为托布架组件图，利用斗状托布架来堆置伸展开来的布料，以及利用后置的导布辊再次对布料进行柔性处理，最后再输送入机器。图1.3进布装置外观图第二种进布装置如图1.3和图1.4所示，可分成两部分来看。图1.3为进布装置外观图，利用2根导布辊，前面部分支架起到对布料的一个牵引，并通过导布辊自身的旋转去对布料进行各种环绕以及伸展，来摆脱缠绕状态以及褶皱状态；图1.4为托布架组件图，利用斗状托布架来堆置伸展开来的布料，最后再输送入机器。图1.4托布架组件图其中，两者的相同点很明显，其一便是这个斗状托布架，大致形状相同，但是第一种是用到不锈钢抛光板去制作，安装较为方便，使用效果也不错，使布料能够顺滑的落入到托布架中，更重要的是，其托布斗前面有一根类似打布辊的辊筒，其形状被拆分成二段式导布辊，能有效的使布料进一步延伸进水洗机。然而此装置的制造成本较为昂贵，其中导布辊的的直径过大，虽然对布料起到很好的拉伸处理，但可以简化其结构。第二种进布中的白色条状物为铁氟龙条，也是起到布料能顺滑的落入托布架中，虽然成本比第一种较低但是其安装繁琐，而且其在机器运作过程中，所扬起的灰尘也未能隔绝地上灰尘，容易使布匹二次污染。不像第一种进布装置中的托布斗采取密闭状态。另外，与第一种进布装置相比其辊筒结构简约，数量少，制造成本低，对一些小型作坊较友好。另外，两者对成卷状的布料不大友好，其中大多数布料都装在其固定的布料车中，无法对布料进行类似退卷处理的一系列操作。1.3选题研究内容以及思路首先，结合前两种介绍的进布装置，进行适当分析，做出一个较为合理的方案。其次，对于一些重要的组件进行设计、计算以及分析，配合进布装置的结构，去选择合适的安装位置。最后，运用一些AutoCAD以及Solidworks等其他绘图软件，对进布装置进行绘图以及建模，还原其真实性。2新型进布装置的构建2.1方案的确立综合上述所介绍的两款进布装置，也清楚了他们的优点以及缺陷，我们将结合两款进布装置上面的一些优势，去设计一款能够对成卷状布料的一个退卷处理，以及对布料进行柔性处理的进布装置。如图2.1所示，这是新型进布装置的前视图，其中1是退卷装置，主要由链轮传动组件带动其中4根导布辊的转动，使成卷状布料退卷；2是机架组件，主要起到主体支撑作用；3是托布架，呈斗状，主要进行布料的堆置，等待送入水洗机；4是同步带组件，主要将退卷后的布料导入到托布架当中，重要的是起到柔性处理，很好的将布匹进行伸展。图2.1新型进布装置前视图2.2退卷装置如图2.2所示为进布装置中的退卷装置，其主要由活动挡板1、固定支架2、链轮传动组件3以及导布辊组件4组成。主要通过链轮传动来带动此装置中4根导布辊的转动，使布料退卷，进一步通过同步带组件去进行下一步处理。此装置中，其由于空间限制，链轮传动的空间较为紧凑。另外，对于布料的固定，除了8根导布辊的，利用活动挡板在方管的限制下，去限制布料的位置左右偏移，保证布料不会立即松散，对后续的处理造成一定的影响。此外，其淘汰掉普通布料车，成为一种自带运输功能的退卷装置。下面开始进行对链轮的计算分析。图2.2退卷装置2.2.1电机的选型已知导布辊的长度约为，其为空心的，截面半径为，导布辊的辊壁，布料的传动速度约为，不锈钢316材质的密度约为。载荷变化不大，空载启动。1.电机的类型按设计要求及工作条件选用MTD37系列三相异步减速电机，底脚安装斜齿轮结构，电压。表2.1为此类型减速电机的选型表。表2.1减速电机选型表电机机座号Modelsize4级Class46级Class68级Class8(KW)(r/min)(KW)(r/min)(KW)(r/min)630.121390————0.181390————710.2513900.18900——0.3713900.25900——800.5513900.379000.186900.7513900.559000.2569090S1.114000.759100.3769090L1.514001.19100.556901002.214201.59400.757003.014201.17002.电动机功率以及转速一根导布辊的重量：(2.1)一根导布辊的体积：(2.2)链条工作拉力：(2.3)电机输入总功率：(2.4)传动总效率：(2.5)电机输出功率(2.6)导布辊工作转速：(2.7)电机的转速范围：(2.8)由公式(2.1)-(2.4)，得电机工作所需的输入总功率。查资料显示，取滚子链传动的传动效率，轴承效率，由公式(2.5)和(2.6)，得电机的输出功率。根据链传动得常用传动比范围，故，由公式(2.7)和(2.8)，得电机转速的可选范围。3．电机型号的确定如表2.1所示，由算出的电机的各个参数数据，可知我们选用的电机机座号为80，选用4级减速电机。则选定型号为MTD37-80N4，其额定功率为，同步转速为，满载转速为。2.2.2滚子链传动设计计算此退卷装置中，总共有8根导布辊，居于中间的四个导布辊起传动作用，另外四根导布辊其牵引作用，故1个链轮安装于电机上，为主链轮；4个链轮安装于四根导布辊上，为从动轮。它们都是双排链轮，起到两两相互传动的作用，使退卷装置平稳运行。已知电机功率，布料的传动速度约为，,各链轮之间的中心距。传动比：(2.9)链轮转速：(2.10)修正功率：(2.11)链条节数：(2.12)链条系数：(2.13)链条长度：(2.14)链条速度：(2.15)有效圆周力：(2.16)如资料图2.3和2.5所示，由齿数，可查得，图2.3工况系数图2.4滚子链承载能力图图2.5小链轮齿数系数由公式(2.10)和(2.11)，得，。如资料图2.4所示，可知链条得链号为08B，可查得链条节距：由公式(2.13)-(2.16)，可得链条节数，链条长度，链条速度，有效圆周力。由，可知此传动为低速链传动。2.2.3滚子链链轮基本参数和主要尺寸计算图2.6链轮基本参数和主要尺寸已知双排链轮齿数，配用链条的节距，配用链条的滚子外径，配用链条的排距，。分度圆直径：(2.13)齿顶圆直径：(2.14)(2.15)(2.16)齿根圆直径：(2.17)最大齿根距离：(2.18)齿侧凸缘直径：(2.19)其中内链板高度由公式（2.3)-(2.19)，得分度圆直径，齿顶圆直径：，齿根圆直径，最大齿根距离，齿侧凸缘直径。2.2.4滚子链传动的润滑润滑对于链轮的传动是十分的关键且重要的，长期不对链条与链轮进行维护，会导致其生锈以及严重损坏等，进而影响整个装置的运行。合理的润滑方式能够极大的减缓链条与链轮之间的碰撞磨损，进而去延长它们之间的使用寿命。由于此链传动属于中载型传动，对链轮以及链条的磨损频率较低，故定期在链条的从动边的内外链板间隙处进行刷油或者加油，建议每班次维护一次。2.3同步带装置如图2.7所示，该传动装置为同步带传动装置，此装置主要由大带轮1，小带轮2以及同步带3组成。与之对接的是两根导布辊，与大带轮对接的是直径200的导布辊，与小带轮对接的是一根打布辊。通过同步带传动的两根导布辊，直径200的导布辊将布料提拉上来，绕过自身之后，由于重力影响布匹沿着打布辊经过，之后落入托布斗中。其中，打布辊起到一种推布作用，由于同步带传动使自身加速转动，对布料的不断的击打，从而对布料实现一个柔性处理，使布料完全舒展开来，为后续进入水洗机械中进行水洗具有很好的效果。图2.7同步带传动装置2.3.1电机的选型已知导布辊的长度约为，其为空心的，截面半径为，导布辊的辊壁，布料的传动速度约为，不锈钢316材质的密度约为。载荷变化不大，空载启动。1.电机的类型按设计要求和工作条件选用MTPA47-B5系列三相异步减速电机，空心轴斜齿轮结构，电压380V。表2.2为此类型减速电机的选型表。表2.2减速电机选型表电机机座号Modelsize4级Class46级Class68级Class8(KW)(r/min)(KW)(r/min)(KW)(r/min)630.121390————0.181390————710.2513900.18900——0.3713900.25900——800.5513900.379000.186900.7513900.559000.2569090S1.114000.759100.3769090L1.514001.19100.556901002.214201.59400.75700314201.17002.电动机功率以及转速一根导布辊的重量：(2.20)一根导布辊的体积：(2.21)链条工作拉力：(2.22)电机输入总功率：(2.23)传动总效率：(2.24)电机输出功率(2.25)导布辊工作转速：(2.26)电机的转速范围：(2.27)由公式(2.20)-(2.23)，得电机工作所需的输入总功率。查资料显示，取同步带传动的传动效率，轴承效率，由公式(2.24)和(2.25)，得电机的输出功率。根据链传动得常用传动比范围，故，由公式(2.26)和(2.27)，得电机转速的可选范围。3．电机型号的确定如表2.2所示，由算出的电机的各个参数数据，可知我们选用的电机机座号为71，选用4级减速电机。则选定型号为MTPA47-B5N4，其额定功率为，同步转速为，满载转速为。2.3.2同步带传动设计计算已知电机功率，布料的传动速度约为，小带轮的齿数，大带轮的齿数，采用特殊节距制，两个带轮的槽型均为T10，节距。由资料查得，工况系数。设计功率：(2.28)传动比：(2.29)小带轮节圆直径：(2.30)大带轮节圆直径：(2.31)带速：(2.32)初定中心距：(2.33)初定带得节线长度：(2.34)实际中心距：(2.35)其中(2.36)小带轮啮合齿数：(2.37)带宽：，其中(2.38)作用在轴上得力：(2.39)由公式(2.28)-(2.34)，得初定带的节线长度的范围为：。根据的范围，由资料可得，，。由公式(2.36)，得。根据得值，由资料可得，。由公式(2.35)-(2.39)，得实际中心距，带宽，作用在轴上得力。由特殊节距制规定得带宽范围，得带宽。2.4机架组件2.4.1机架的结构设计在考虑满足机架设计标准的前提下，需根据机架的不同用途和其所处的环境，考虑下列各个要求，并加以选择：机架的重量应该相对较轻，材料应当根据环境选择，并考虑成本；要设计出结构合理的机架，并且便于制造；合理的结构应当使机架上的零部件安装、维护、调整位置都方便；结构设计要充分合理，制造工艺要方便快捷，还应该使机架自身所受的正应力小，由温度等不良因素引起的变形应力小；抗振性能需要良好；要具有耐腐蚀性的性质，在后续的服务维护期限内少进行人工维护。根据前面对比的几款进布装置的机架构件，并且在考虑成本的情况下，可以模仿前者所做的类似机架。由于属于小型机械装置，故可以选择焊接机架。其结构要求较为简单且实用，生产周期也相对较短，大大的降低了生产成本。由于空间限制要求，不易过大，且一般水洗机的固定幅宽为，要比其数值大，如图2.8为机架模型图，取机架高度为，长度为，总幅宽为。机架主要由和的不锈钢304方管组成，方管的综合力学性能较好，焊接性以及冷，热加工性能和耐腐蚀性能都比较不错，具有良好的低温韧性。且对于整个机架的各个支架横截面而言，空心的矩形横截面在相同的材料情况下能够承受比实心横截面更大的弯矩，在支架截面中运用较多。其中4根立柱方管，两根长的立柱方管主要用来承受导布辊以及打布辊的支撑重量，而下方两根长的立柱方管，用来配合之间的横梁，来支撑托布斗，另外，两根长的立柱方管之间的横梁也是起到支撑托布斗的作用。图2.8机架模型图2.4.2Solidworks建模并进行Simulation静应力分析借助Solidworks软件的实体建模功能以及实体分析，采取自底向上的设计方法，对机架进行三维实体建模。运用Simulation对模型进行分析，由于计算机计算模型时间较长，可以简化机架中方管的圆角。由于去除圆角后，既不影响静应力分析，而且可以为后面的网格简化过程，减少模型分析的计算时间，如图2.9为机架的网格分析图。图2.9机架网格分析以4根立柱方管的底部为固定面，由于只受导布辊以及布料的正应力，在正常工作的条件下，属于正常的静力运动。因此，将其设置为静态分析便足够分析正确结果。在基于成本的考虑下，在应用材料中选用不锈钢304号钢，其中，弹性模量，泊松比，密度，屈服强度。由于上述提到的主要起支撑的4根立柱，则选择外部载荷为2根长立柱方管以及2根横梁，以4根立柱方管的底部为固定面，施加的力，如图2.10为机架的载荷受力图。如图2.11为机架的静应力分析图。经过分析，当导布辊的重量以及布料的重量静置时，其应力的最大值为。另外，在4根立柱方管周围的其他方管，出现了一定程度下的应力集中，应力值在之间。由于机架的屈服强度，为保证机架正常支撑的安全可靠，选取安全系数为2.0，则机架的许用应力强度为。因此，模型分析得到的最大应力值未超过许用应力值，进布机架的结构满足设计要求。图2.10载荷受力图图2.11静应力分析图3使用说明3.1退卷装置的使用前面提到的退卷装置中具有退卷以及运输功能，故整个进布装置应加装脚轮，方便运输。一开始进布装置是将退卷装置与机架组件，通过螺栓紧固件进行装配结合，再加上脚轮的带动下，可以实现运输功能，且轻小、方便、快捷。当装置体积过大，对于运输搬运布料起到空间限制，或者运送过来的布料布成卷态，可以将退卷装置与机架组件分离，推动退卷装置去运输布料。此外，在对退卷装置以及机架组件进行拆卸分离时，应当取用备用的定向脚轮去安装在拆卸处（拆卸衔接底脚位置处已经拆分成两块底板，可各自搭配各自的定向脚轮）。在退卷装置中，有两块活动挡板，主要是限制成卷布料的偏移活动，通过调节活动挡板的紧固装置，可以调节其并配合对应各种幅宽条件下的成卷布料，实现稳态传动。3.2机架组件的维护机架组件中的托布斗是属于开放式，非封闭的屯布槽，故要定时定班次的进行清理。一方面是为了方便整理布料的状态，另外是为了对布料进行更大的拉升运动做准备。由于托布架面向布料的表面为抛光面，几乎无损布料的表面状态，故应定时的用水对其清理，两边的开口方便对水的排出，有助于清理。此外，同步带组件加装了保护罩，提高机器工作中的安全系数，防止人为进行破坏或者失误工伤。同步带以及链轮的润滑，应当在带轮与带之间或者链轮以链条的间隙处进行刷油或者加油，建议每班次维护一次。注意，此进布装置与水洗设备不能进行箱体结合，此装置属于单独的纺织水洗装置辅件，故只要进布装置的幅宽比例与配合的纺织水洗机械设备幅宽比例大致相同，即可进行接轨使用。

总结与展望结合开篇所说的两款进布装置，这一款进布装置的重点在于一个退卷装置，以及通过同步带传动对打布辊的推布柔性处理。首先，退卷装置的具体作用对于绝大部分成卷态布料是具有很好的退卷功能：中间4根动力导布辊起主要退卷动力，其余周围4根导布辊为固定、协助传动布料，起到很好的支撑作用。另外，在导布辊两边有两块活动挡板，主要是限制成卷布料的偏移活动，防止布料的打卷跑偏，起到很好的定位作用；之后来到同步带组件，利用同步带传动原理来带动两根导布辊的转动，同时调整了其中一根导布辊——打布辊的转动速度，通过打布辊结构形状的改变，可以对布料快速推布，实现对布料进行充分的柔性处理；到了最后的机架组件中的托布斗，主要对布料进行屯布处理，利用抛光板表面的抛光，可以对布料无损伤的进行拉动，也方便最后布料顺利的进入机器中去。比较前面两款其他厂家的进布装置，此进布装置的优点：第一，可以处理不同状态的布料。当输送过来的布料成卷状布料时，可以使用退卷装置对布料进行退卷之后，将其拉到下一步的柔性处理，无需人工去手动退卷布料，再将布料装进布料车，节约了劳动时间以及人力，相当的方便快捷。当然还有例外情况，便是非成卷状的布料，是通过布料车运输过来的，此时，可以将退卷装置与机架组件分离，推出退卷装置，再将布料车放置在进布装置前方，同样可以对布料进行柔性处理，实现对不同状态的布料进行妥善处理。第二，打布辊的结构更改，可以对布料快速推布，实现对布料进行充分的柔性处理，其实，此导布辊便是与第一种介绍的在