基于ABAQUS的锡林盖板针齿角度与梳理效果关系研究.pdf
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1、第 51 卷 第 11 期2023 年 11 月Cotton Textile Technology基于 ABAQUS的锡林盖板针齿角度与梳理效果关系研究孟亚勇 韩贤国 曹继鹏 张明光(辽东学院,辽宁丹东,118003)摘要:为更好发挥针布的梳理作用,提高梳棉机主分梳区的分梳效能,针对梳棉机梳理机构工作过程的不可视性,利用 UG 软件对梳棉机主分梳区主要部件进行建模,通过 HYPER MESH 软件进行分机构网格划分,采用 ABAQUS 显示动力学模块对梳棉机主分梳区工作状态进行仿真分析。通过优选针齿角度,模拟纤维在梳理过程中的运动状态,得到梳理前后及过程中纤维受力及纤维长度的变化结果。试验结果
2、表明:锡林与盖板针齿工作角分别在 30、18组合时,对纤维的梳理效果最优。基于 ABAQUS的梳理效果分析,为生产实践中根据纤维的特性和种类合理选择锡林和盖板针齿的工作角提供了有益的参考。关键词:梳理;锡林;盖板;纤维长度;有限元分析;模拟仿真中图分类号:TS104.2 文献标志码:A 文章编号:1000-7415(2023)11-0060-05Study on the relationship between tooth angle of cylinder flat and carding effect based on ABAQUSMENG Yayong HAN Xianguo CAO J
3、ipeng ZHANG Mingguang(Liaodong University,Dandong,118003,China)Abstract In order to make card clothing play better carding effect and improve the carding efficiency in the main carding area,aiming at the invisibility of the carding mechanism during working process of carding machine,the main parts o
4、f carding machine in the main carding area were modeled by UG software,and the carding mechanism was divided by HYPER MESH software.The ABAQUS display dynamics module was used to simulate the working state of the carding machine main carding area.By selecting angle of needle teeth,motion state of fi
5、ber during carding was simulated,and the changes of fiber force and fiber length before&after and during carding were obtained.The experimental results showed that the carding effect was the best when the working angle of cylinder and flat needle was 30 and 18 respectively.The analysis of carding ef
6、fect based on ABAQUS provides a useful reference for selecting working angle of cylinder and flat needle teeth according to the characteristics and types of fibers in production practice.Key Words carding,cylinder,flat,fiber length,finite element analysis,simulation随着科技的不断进步,梳棉机向着高速高产高质量的方向发展,如 TC19
7、i型智能梳棉机最高产量已经达到 180 kg/h、C80 型梳棉机理论产量已经达到 300 kg/h1,除了机械精度的提高带来梳棉机的高速高产,梳理针布也起着至关重要的作用。在棉纺梳理机构中,锡林和盖板的配合对产品的影响是非常关键的。评价锡林针布和盖板针布这一主分梳区的梳理效果关键是看其对应针布的配置以及对原料和生产条件的适应程度。针齿角度的改变不仅对纤维的控制力有影响2,与纤维的受力情况也密切相关34。目前对梳理区的研究方法还比较陈旧,多数是通过试验来说明针齿梳理的效果。在梳理力的研究中,通常都是利用电机功率的变化来推测出梳理力的大小,这个方法在测量梳理力时,得到的是这段时间内纤维平均受到的
8、力,对 于 单 根 纤 维 在 细 节 上 的 变 化 是 看 不 到的56。针齿角度的改变,对于纤维梳理力的影响应用技术基金项目:辽宁省应用基础研究计划项目(2022JH2/101300010)作者简介:孟亚勇(1990),男,在读硕士研究生;曹继鹏,通信作者,教授,收稿日期:2023-06-18】【60第 51 卷 第 11 期2023 年 11 月Cotton Textile Technology是难以量化的,有限元分析软件的出现为梳理可视化提供了理论基础和参考7,对针布的合理选配有重要参考意义。1 主分梳区的工作原理在梳棉系统中,主分梳区主要由锡林部分和盖板部分组成,锡林和盖板上的针布
9、是主分梳区的核心部件,其作用主要是梳理、均匀和混和纤维,纤维在两种针布之间反复交替转移,纤维时而向针齿外部、时而向针齿内部进行变化,通过梳理力、离心力及挤压力等作用,实现了纤维的分梳8。盖板在工作时有正转和反转两种情况,但锡林盖板区的纤维都以转移分梳和接触分梳两种分梳方式工作,由于锡林与盖板间的线速比非常大,盖板反转时后区盖板纤维层负荷大,前中区稍小,进口处几乎没有负荷。盖板速度对梳理作用影响很大,低速时纤维在工作区上交替回程少,纤维梳理时间变短,高速时纤维回程长,停留在梳理工作区的时间长,梳理作用就会增加,但如果速度过高,棉结和落棉也会增多9。如何优化锡林与盖板分梳区的有关工艺参数显得尤为必
10、要。2 试验数据确定及计算有关研究10指出,梳理度和梳凝算式是可以用来衡量锡林及盖板配置对纤维梳理程度的重要指标。梳理度一般用纤维根数和针布齿数的数量来体现,其计算方法包含两种:利用纤维的公制支数和单根纤维在梳理过程中受到的平均齿数来计算。一般情况下,企业工艺设计用纤维公制支数计算,针对针布选型时选用单根纤维所用齿数来计算。当锡林上有负荷时,其梳理度 C 值的计算方法11如式(1)所示。C=N nc L Pro NB(1)式中:Pro 为生条产量(g/min);N 为一圈锡林表面总齿数(齿);L 为纤维平均长度(m);NB为纤维公制支数(m/g);nc为锡林速度(r/min);为道夫转移率(%
11、)。孙鹏子12 64曾对生条产量做过统计,国外新型梳棉机出条速度最多可以达到 400 m/min,在相同产量下出条极限速度不会超过 416 m/min,国产梳棉机出条产量一般在 350 m/min以下。道夫转移率的大小对梳棉质量有很大影响,当转移率过小时,纤维会梳理过度,造成纤维损伤及增加短绒;转移率过高,梳理效果会受到影响。王学元13曾对此做过研究,得出梳棉机道夫转移率应根据原料具体情况控制在 5%15%,但随着梳棉机产量的提高,通常高产梳棉机道夫转移率控制在 15%25%,甚至在某些高配置梳棉机上道夫转移率可以达到 30%14。锡林速度对纤维的棉结杂质有较大影响,有学者曾做出试验12 65
12、,认为锡林加工棉纤维的极限速度超过 530 r/min 会严 重 损 伤 纤 维,其 一 般 速 度 在 150 r/min500 r/min15。纤维公制支数是衡量纤维细度的重要指标,一般其数值在 5 211 m/g7 547 m/g。根据 GB 1103.12012 棉花 第 1部分:锯齿加工细绒棉 中的规定,28 mm 为棉纤维长度标准,大于这个标准的纤维才适用于纺纱,我国新疆棉纤维长度级主要分布在 28 mm29 mm 之间,最长可以达到 32 mm16。孙鹏子12 65曾对梳棉机幅宽做过统计,20世纪末梳棉机幅宽一般在1 016 mm,随后国内梳棉机也有了 1 216 mm 和 1
13、500 mm 两种幅宽规格,最新梳棉机采用了 1 280 mm 的幅宽。总体上,锡林宽度一般在1 016 mm1 500 mm,当 前 锡 林 直 径 常 见 的 有 814 mm、1 016 mm 和1 290 mm,根据梳棉常用锡林针布型号得知,锡林针布针齿密度范围一般在 246齿/(25.4 mm)2993齿/(25.4 mm)2,根据锡林直径及宽度和针齿密度,通过计算可以得到一整圈锡林针齿个数,一般在 2 515万齿23 753万齿。为确保试验方案的可行性及具有实际参考价值,本 次 模 拟 试 验 相 关 参 数 设 定 如 下:Pro 为400 g/min,N 为 2 515 万齿,
14、NB为 5 700 m/g,L 为0.028 m,nc为 450 r/min,为 9%。求出锡林有负荷时每根纤维需要 12.5齿。3 梳理机构 UG建模及网格划分UG 是一个集 CAD/CAM/CAE 功能于一体的软件系统,其建模功能强大,随着机械制造技术的发展,对计算机设计软件的要求越来越严格,UG 的应用也越来越广泛。梳理机构建模是利用UG 软件为锡林针齿、盖板针齿及纤维进行建模,针布的类型均采用匀密型17。在建模中,会用到UG 软件的画图、拉伸、求和及阵列等功能。由于真实锡林和盖板针布针齿数量太多,这里采用缩】【61第 51 卷 第 11 期2023 年 11 月Cotton Texti
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