磨针机是生产纺织梳棉机用弹性盖板针布的主要设备之一，用于将弹性盖板针布磨出锋利度，磨出平整度，磨针机运行的精度和稳定性直接影响到弹性盖板针布的平整度和锋利度。我公司对磨针机的研制十分重视，从1998年开始研制第一代多磨头磨针机以来，已经连续研制了三种型号的磨针机，本文就最新一代（第4代）磨针机作一简要的介绍。
1新一代磨针机的主要特点
图1磨针机的正面示意
图2磨针机的侧面示意
大滚筒的传动采用变频减速电机直接带动大滚筒，采用变频驱动的形式。该方案的优点是结构紧凑、传动效率高、大滚筒不受径向拉力。同时还具有：（1）降低设备启停时的电流冲击；（2）降低直接启动造成的突然的加减速对设备机构的影响，提高了设备的精度稳定性；（3）实现了高效率的无级变速能力，拓宽了设备的工艺灵活性。
由于大滚筒是一个高惯量部件，为了提高工作效率，在停车时采用能耗制动外加液压盘式制动器联合制动的方式。在高转速时采用能耗制动，将大滚筒的转速降低到一个较低的速度后，再启动机械制动。采用这种制动方式降低了高转速时机械制动产生的较大冲击。提高了设备精度稳定性。
上下磨头拖板的横移控制是通过直接安装在导轨头部的两台变频减速电机来实现的。具有结构简单紧凑、传动效率高，速度控制精度高。可根据工艺需要十分方便的改变速度配比。
在上下导轨的磨头拖板上安装的磨头具有平磨、粗侧磨、精侧磨、压磨等多功能磨头，可以在不停机的情况下一次磨完整卷针布。可以在线修磨头/磨片，大大提高了工作效率。原来老磨针机磨完一卷针布需要大约8个小时，采用新磨针机后，只需4个小时即可完成一卷针布的磨砺。磨头电机的驱动也全部实现了变频传动，可根据磨片的直径、粒度等情况选择不同的转速。提高了工艺控制的灵活性、精细度。
同时我们对磨头的进给控制也尝试性的采用了伺服进给，能遥控磨头的进给，提高了进给的精度，在紧急情况下可快速后退，保护了针布。
安装了自动纠偏装置。保证针布在磨砺时的游移距离小于20mm，有效地避免了针布游移造成的鱼鳞状花纹和尖劈角的左右不对称。
2主要传动部件的设计计算
磨针机滚筒直径2m、最大重量1.8t，最高转速28r/min。
2.1大滚筒的传动计算
2.1.1大滚筒传动功率计算
传动功率［1］：P=Mωα（1）
式中：ωα为角加速度；M为大滚筒的质量。
则传动功率：P1=1800×2.93=5.3kW
选用功率5.5kW的三相异步电机带动。
2.1.2制动转矩的计算
大滚筒的惯量为［2］：
J=(m/2)×(R20+R21)（2）
式中：J为转动惯量；m为滚筒质量；R0为滚筒内径；R1为滚筒外径。
计算得：J=1.4×107（kg/cm2）=1.4×103（kg/m2）
制动时，当从较高转速停止时，首先采用能耗制动。将大滚筒转速在6s内从28r/min降低到3r/min，则能耗制动的制动转矩为［3］：
根据经验公式和市场上的制动电阻规格计算和选择合适的制动电阻，选择75Ω/1kW的电阻。
当大滚筒转速低于3r/min时，直接采用机械制动。此时要求大滚筒能在1秒内迅速停止，则制动转矩为［3］：
制动盘直径900mm，选用两个制动钳，则每个制动钳制动力［4］为：
式中：F1为制动钳的制动力；M2为大滚筒的机械制动转矩；K1为安全系数；d为制动盘的直径。
根据市场上的成熟产品选择制动器。
2.2上下导轨的传动计算
丝杆螺母之间的摩擦系数取μ1=0.09；拖板与导轨均为铸件，滑动摩擦系数取μ2=0.3；拖板部分总重f1=1000kg，其他阻力忽略不计；最高转速nmax=28r/min，机械效率取η=0.5。
运动阻力［5］：
F2=μ2×f1×g=0.3×1000×9.8=3000N（5）
螺旋升角［6］：
λ=arctg［S/(π×d1)］=arctg［36/(3.14×54)］=11.98（6）
当量摩擦角［7］：
θ=arctg［μ1/cos(α/2)］=arctg［0.09/cos(30/2)］=5.33（7）
驱动转矩［8］：
M3=［d1×F2×tg(λ+θ)］/2=［54×3000×tg(11.98+5.33)］/2=25.3N·m（8）
驱动功率［9］：
上述各式中各字母的含义如下：S为丝杠导程；d1为丝杠直径；α为丝杠螺纹角度。
由于磨针工作时，产生的横向阻力无法计算，因此根据经验值和在现有机器设备上的实际测量，选择驱动电动机的功率。
3纠偏原理
在磨针机的一侧安装光电检测探头，见图3、4。
图3
图4
另外，在控制上，设置手动/自动切换开关。在手动模式下，仍然可以手动旋转调节丝杆。或者通过控制按钮，手动控制伺服电机张紧或放松。
通过在现场的不断摸索调试，得到了±10mm的控制精度。
4运行效果
新一代磨针机的设备实际安装调试精度达到了较高的水平，如大辊筒径向跳动小于0.01mm；导轨对大辊筒的平行度小于0.01mm；磨片套径向跳动小于0.01mm；导轨面中凸小于等于0.03mm。
采用新一代磨针机磨砺的针布也取得了较好的质量效果，如针布整卷平整度小于0.02mm，尖劈角圆弧曲率半径0.7~0.9mm，侧磨粗糙度Ra<0.4μm。
参考文献：
［1］成大先．机械设计手册［M］，第1卷．北京：化学工业出版社，1969：1－94．
［2］成大先．机械设计手册［M］，第1卷．北京：化学工业出版社，1969：1－101．
［3］ATV71变频器产品目录（06版）：66．
［4］成大先．机械设计手册［M］，第1卷．北京：化学工业出版社，1969：1－94．
［5］成大先．机械设计手册［M］，第3卷．北京：化学工业出版社，2005：4－33．
［6］成大先．机械设计手册［M］，第3卷．北京：化学工业出版社，2005：12－6．
［7］成大先．机械设计手册［M］，第3卷．北京：化学工业出版社，2005：12－6．
［8］成大先．机械设计手册［M］，第3卷．北京：化学工业出版社，2005：12－5．
［9］成大先．机械设计手册［M］，第3卷．北京：化学工业出版社，2005：12－5．
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