滚筒印花机的结构和工作过程

滚筒印花是采用表面刻有凹版(阴纹)或凸版(阳纹)花纹的铜辊进行印花的。所以,滚筒印花机又叫铜辊印花机。刻有花纹的铜辊简称印花滚筒。阳纹主要用于毛条印花,阴纹主要用于棉、涤/棉和化纤等织物的印花。按铜辊排列的形式,可分为辐射式、立式和倾斜式三种;按印花套色数可分为四色、六色、八色、十色;按只在织物的一面或同时在两面印花,可分为单面印花机和双面印花机。其中,常用的是八色辐射式单面滚筒印花机。
一、设备结构和工作过程
滚筒印花机必须与其他单元机和通用装置组成印花联合机,如图8-1所示。它主要由进出布装置、印花车头、热风预烘机、烘筒烘燥机、传动装置等组成。

1１进布装置
滚筒印花机的进布装置分为衬布进布和白布进布装置。衬布进布采用紧式,白布进布多采用松式,以超喂的形式喂入,使织物以布环的形状悬挂,用光电管控制进布超喂辊的速度,保证白布呈松弛状态进入车头,使织物张力一致,达到优良的印制效果。无衬布印花机只设白布进布装置。
2１印花车头
印花车头是滚筒印花联合机的核心部分,主要由机架、花筒、承压滚筒(也叫承压辊)、加压机构、给浆装置、对花装置及传动装置等组成,如图8-2所示。习惯上把进布喂入点的一面称后车,出布一面称前车。
(1)机架:机架俗称墙板,用来承载承压辊、花筒、花筒加压机构、给浆装置等的重量。由灰口铸铁铸造,左右各一块,下部装在两块横置的底板上,上部有横梁做撑挡连接,中空,呈放射形,均匀地排列着两对压布辊轴承座及多对花筒轴承箱。中央滑道为承压辊轴承座。
(2)承压辊:承压辊是一个铸铁制成的空心辊,装在承压辊轴承座上,转动丝杆,可使承压辊上下移动。承压辊轴芯较长,轴头两端伸出机架外,一端装有拉刀装置,另一端活套一只花筒中心齿轮,该齿轮与各只花筒上的齿轮啮合,传动各只花筒,承压辊又由花筒摩擦传动,从而避免花筒间周长的误差累积。

承压辊的直径一般为750～1350mm,由套色决定。套色越多,直径越大。如四色印花机的承压辊直径为750mm,而八色印花机承压辊的直径为1050mm。承压辊的直径一般以小为宜,因为直径小,在同样压力下单位面积的受压就大,有利于印制精细花型。另外,直径小,体积、重量亦小,有利于安装和调试。
承压辊表面应具有一定的弹性,才能使花纹印制清晰。为此,有的在铸铁辊外面包以12～22层麻经毛纬的毛衬布,叫毛衬布承压辊,有的在铸铁辊表面浇铸一层均匀的橡胶,叫橡胶承压辊。
使用毛衬布承压辊印花时,毛衬布外面要套一层表面光洁、厚度与硬度均匀的无接头环形橡胶衬布,以辅助毛衬布的弹力,保护毛衬布,遮盖毛衬布的粗糙表面及接头印。为防止印花色浆渗透沾污橡胶衬布,在橡胶衬布与印花织物之间垫有幅度比花筒稍宽的棉或涤纶衬布,叫印花衬布。习惯上称毛衬布、橡胶衬布和印花衬布为“三布”。
为节约工业用布,降低消耗,现在除1600型印花机外,大都使用橡胶承压辊代替“三布”印花,即采用无衬布印花。橡胶承压辊胶层厚10～15mm,硬度为HSA94～96。要求胶面平整、耐压和耐化学腐蚀。橡胶承压辊易被渗透的色浆沾污,用橡胶承压辊直接印花,必须用如图8-3所示的洗除色浆装置清除残留在承压辊表面的色浆,避免沾污印花织物。它不适宜印制套色较多和大面积花纹的花样及稀薄织物。

(3)花筒:花筒是由铜锌合金(含铜97.5%～98%,含锌2%～2.5%)用离心法浇铸而成的空心圆筒,装在花筒轴承座上。
花筒的结构如图8-4所示。花筒内孔为锥孔,锥度为1∶288,与相应锥度的花筒轴匹配,花筒内孔有凸形长键,轴上有凹形键槽,两者紧密配合,以保证相对稳定。花筒轴用45 钢制成。
装花筒时,常在花筒内孔与轴外圆间垫衬纸片,再用花筒拆机横向加压,把轴压入筒内,使其固定。

新花筒的周长为440～450mm。花筒可重复使用,当刻制新花纹时,可车去筒面旧花纹,磨光后再雕刻新花纹。当花筒的周长小于350mm时,则不可再使用。每套花样的各只花筒的周长必须相等,允许误差±0.1mm。花筒雕刻后须在筒面镀铬,以提高其硬度和光洁度,增加其耐磨性和耐腐蚀性,以延长使用寿命,防止筒面不光洁造成印花疵病。通常,按织物前进方向顺序,依次给花筒编号,喂入处为1#,其余类推。
(4)花筒加压机构:加压机构通过花筒轴两端轴承对花筒施加压力。为了使印制图案清晰,左右印浆均匀,施加压力大小必须适当,施压太轻,印出的图案颜色就浅,甚至露底,太重则会模糊失真,还会额外地增加动力损耗,加剧零件磨损。通常粗线条、大花纹的花筒和作为光版的压辊用轻压,细线条、云纹和雪花的花筒用重压。线压力范围为100～600N/cm,常用200～400N/cm。随花筒长度的不同,每只花筒的总压力可达2×104～8×104N。此外,加压机构还应满足如下工艺和操作要求:
①既能集中控制花筒和轴承座的进退,又能分别准确调节左右两边的压力大小。
②加压系统应富有弹性,当布的接头通过压点或轴有弯曲时,能起缓冲作用,减少压力波动。
花筒加压方式很多,有丝杆加压、重锤杠杆加压、气压加压和液压加压等。
a.丝杆加压:老式印花机的首末两号花筒常用丝杆加压,结构如图8-5所示。由于套筒螺母用滑键定位在机架上不能转动,旋动丝杆加压时,使花筒表面与承压辊表面相压。当压力逐渐增大时,螺母受反力向后退,使套在螺母后的弹簧受压,从而借弹簧的弹力通过套筒螺母和调节丝杆加压于花筒。弹簧在印花时能起到缓冲作用,压力的大小决定于弹簧压缩力,花筒卸压时将丝杆反转即可。
b.重锤杠杆加压:老式印花机除首末两号花筒以外,其余的花筒均采用重锤杠杆加压,如图8-6所示。它是通过一套复式杠杆,利用重锤重量来施压的,加卸压原理同弹簧加压机构,仍然靠弹簧起缓冲作用。

以上两种加压机构结构简单,易于制造和维修,弹簧可起缓冲作用,但为手动操作,压力没有指示,且使用一定时间后,工作状态不够稳定,因此目前多改用流体加压。这样,不仅提高了机械化程度,减轻了劳动强度,而且各花筒两边的压力都可通过压力表集中指示,为提高印花质量创造了良好条件。
c.气体加压机构:图8-7所示是薄膜气室式气压加压装置。它是用压缩空气直接作用于气膜,经一级杠杆放大压力,由丝杆加压于花筒轴承上实现的。此机构结构简单,但仍需要转动丝杆调节花筒压力,故很少使用。

d.油压加压机构:如图8-8所示为花筒油压加压系统。由叶片泵输出的中压级压力油,经减压阀和单向阀,进入大蓄能器油箱。当换向阀处于加压位置时,压力油经PA通道分别进入输向各花筒加压油缸的油路。印花时,开启截止阀,压力油进入小蓄能器和油缸C室,使花筒压向承压辊,当压力达到所需值时,关闭截止阀,油缸的工作不受其他油路的影响,并因小蓄能器的作用而稳压。卸压时,先开启截止阀,再将换向阀转至卸压位置,则油缸中的压力油回流入油箱,油缸活塞杆将花筒拉离承压辊。
e.气液联合加压机构:M172型八色印花机采用气液联合加压系统,加压原理如图8-9所示。加压时,600～700kPa的压缩空气经减压阀、总阀,进入转阀向气、油压转换器中的油施压,加压的油经手动换向阀输向各号花筒,此时,转阀处于加压位置,油路a、b接通,完成加压。当手动换向阀处于低压位置时,PA接通,压力油经环阀进入油缸的D室,向花筒加压;换向阀处于高压位置时,PB接通,压力油进入增压器的下部,增压后由上部输出,经换向阀的OA油路和环阀进入油缸的D室,向花筒加压。当花筒的左右压力达到所需值时,关闭环阀,使加压油路稳定。卸压时,将转阀转至卸压位置,此时,a与c、b与d分别接通,压缩空气将气油压转换器中的油压进辅助油缸的C室,通过OA油路使增压器的活塞下降复位,再开启环阀,将手动换向阀置于低压位置,气油压转换器中的油进入油缸的E室,使D室的油返回气油压转换器中,油压降为零,花筒卸压。
(5)给浆装置:给浆装置由浆盘、给浆辊、刮浆刀和除纱刮刀等组成,如图8-10所示。每只花筒配备一套给浆装置。

浆盘用薄铜板或不锈钢薄板制成,可在机架上装卸,并可通过调节螺栓调节其位置。色浆可用齿轮泵或气动活塞泵从浆桶送至浆盘,并由浆盘上的小型液位控制器自动控制输浆量。
给浆辊由花筒轴端的齿轮带动或由花筒面摩擦带动。给浆辊转动时,把色浆传递给花筒,再借左右往复移动的刮浆刀刮去花筒表面多余的色浆,使色浆藏在花筒阴纹的斜线内,印到织物上形成花纹。给浆辊有猪鬃辊、棕毛辊、橡胶辊和尼龙辊等几种。由于猪鬃辊和棕毛辊都不能同时适应碱性和酸性色浆,且难洗净,易落毛,而橡胶辊不能有效地刷除嵌附在花筒斜纹线里的纱头、浆块和其他固体杂质,因此,普遍采用尼龙辊。

刮浆刀用高碳钢或不锈钢制成,即蓝钢刀和白钢刀两种。蓝钢刀性脆,白钢刀性韧,且耐化学腐蚀。为了增加刮浆刀片的刚性,在其背面再装入一片衬垫刀片。刀片的厚度,常用“隔距”号数来表示。号数越大,刀片越薄。常用刮刀号数为18^#～26^#,常用铜刀号数为24^#～26^#。刮刀的长度应比花筒长出30～35mm。为了保护花筒花纹和刮刀,充分发挥刮浆效用,印花时刮浆刀由拉刀装置带动,沿花筒轴向做往复运动。原来拉刀装置都由承压辊驱动,刮浆刀往复运动的频率随车速变化,对刮浆效果有不良影响,现均已改用单独电动机传动。
除纱刮刀,习惯称小刀,用黄铜或磷铜制成,故也称作铜刀,安装在花筒反转方向的前方,与刮浆刀相对,又叫做铜刀。除纱刮刀一般固定不动,用螺旋拉簧或重锤加压。它有两个作用:一是刮除附着于花筒上的纱头和绒毛等杂质,二是刮除粘附在花筒表面的残浆,避免产生嵌花筒印疵和减少传色。
(6)对花装置:在多套色印花时,各花筒花纹的相应部分,必须按标准花样要求保持精确的相对位置。因此,印花机必须有调节精度高、结构简单、性能可靠、操作方便灵活的对花机构。
花筒的调整形式如图8-11所示,包括压力调整、水平调整、横向调整和前后(按织物经向运行方向)方向调整等。后三种形式的调整确定了花筒的空间位置,直接影响对花精度。

①压力调整:压力调整即通过调节花筒轴承外侧花筒加压机构中的丝杆、重锤或调压阀等调节花筒两端的压力,使花筒左、中、右的线压力一致。或者调整前后花筒的压力,使织物在花筒间具有适当的张力。
②水平调整和横向调整:水平调整和横向调整是通过转动花筒轴承箱的水平调整螺杆和横向调整螺杆来实现的。花筒轴承箱的结构如图8-12所示。轴承箱安装在左右机架辐射型部位上,作为花筒轴的支承处。

水平调整即调整花筒两端的高低位置,使花筒达到水平,俗称上下对花。它通过旋转花筒轴承座水平调节螺杆,使轴瓦(或滚动轴承套筒)上下移动,使花筒水平微调完成对花,如图8-13(a)所示。
横向调整即调整花筒的轴向位置,又叫横向对花或纬向调整,是通过调节花筒左端或右端轴承箱中的横向调节螺杆推动铜轴瓦做左右移动,从而使花筒横向微调完成对花的,如图8-13(a)。另一种改进型横向对花装置只需在一端操作,结构如图8-13(b)所示。花筒轴的圆柱形轴承座上的凸块嵌在托板的方块3内,托板上连有不能转动的螺杆,套在螺杆上的调节螺母只能转动而不能沿螺杆6的轴向移动。转动螺母使螺杆发生轴向移动,从而使托板通过方块和凸块,带动轴承做横向移动,使花筒做横向调整,实现横向对花。
③前后方向调整:前后方向调整即调整花筒圆周方向的超前或滞后,也叫前后对花或周向对花。花筒前后方向的调整,实际上是通过旋转花筒的角度来实现的,而这种角度的调整又是通过花筒转速的变化来完成的,是一种动态的调整。常见的调整机构有电磁对花装置、电动对花装置和气动对花装置等几种。

a１电磁对花装置:如图8-14所示,直接与齿轮9啮合的齿轮1活套在齿轮1′的套轮轴上,齿轮1′与9之间装有过桥轮8,齿轮9与蜗杆4同轴。

正常运转时,电磁铁A、电磁铁B不通电,主轴10上的各齿轮的转速相等。需要对花时,按下按钮,电磁铁A或电磁铁B通电,吸住摩擦盘a或摩擦盘b,使齿轮1或1′停转,齿轮9转动或反转,通过周转轮系,使齿轮3和花筒齿轮14获得一个附加转速(增大或减少),从而使花筒与织物产生相对位移,达到前后对花的目的。位移大小与按钮的时间长短成正比。
电磁对花装置操作安全方便,能连续对花,但结构较复杂,性能不够稳定,目前已较少采用。
b１电动对花装置:又叫电差动对花装置,是目前普遍使用的对花方式,可分别进行前后对花和横向对花,如图8-15所示。
周向对花:由中心大齿轮传动的正齿轮2和蜗轮7,活套在主轴11上,正齿轮2和圆锥齿轮3连为一体,蜗轮7和圆锥齿轮5连成一体,圆锥齿轮3和圆锥齿轮5的齿数相等。圆锥齿轮4和圆锥齿轮6的齿数相等并活套于十字短轴12上,十字短轴(或转臂)与主轴11相连接,构成了一套周转轮系。圆锥齿轮5由0.25kW、1400r/min的三相异步电动机通过二级蜗轮副减速传动。

横向对花:由于万向联轴节右端嵌入主轴左端内,既能随主轴回转,又可沿主轴的轴向稍做左右移动。正常运转时,三相异步电动机不转。需要横向对花时,按下相关按钮,三相异步电动机17正转或反转,通过二级蜗轮、蜗杆减速器减速,传动外螺纹壳体,驱动万向联轴节带动花筒沿轴向稍做左右移动,达到横向对花目的。
电动对花装置能进行周向和横向连续对花,按钮集中控制,操作安全方便,但结构较复杂,占地面积大。
c１气动对花装置:图8-16所示是M172型印花机的气动对花装置原理图。齿轮1、2、3和转臂H构成周转轮系,齿轮4′、5′和4、5各构成一对同轴心线的不同轴齿轮。正常运转时,薄膜气室6′、6都不通压缩空气,齿轮4′、4和5′、5分别各由主轴上的齿轮3′和转臂H上的齿轮Z H传动而各自以一定的转速回转。周转轮系不起作用,齿轮1、3和转臂H按同一方向以相同速度绕OO′轴回转,齿轮2绕OO′轴公转但不自转。需要周向对花时,按下气阀,使气膜室6′或6通入压缩空气,将齿轮4′或4向左推,齿轮4′与5′或4与5的端面齿啮合,齿轮5′或5以4′或4的速度转动。通过转臂齿轮Z H 使转臂H得到一个附加转速,通过周转轮系使主轴OO′产生一个附加转速,从而实现周向对花。也可在停车时,转动手动齿轮7,调节花筒的周向位置,进行手动对花。
对花完成后,排出气室中的压缩空气,离合器脱开,花筒即可按正常运转速度印花。在图中K处装有弹力制动销,可防止惯性逃花。

气动对花装置结构较简单,制造较方便,对花气阀可集中控制,连续对花,对花稳定,但应加强对薄膜气室和轮系的维护保养。
(7)传动装置:印花联合机的传动,由于变速范围广(从“寸行”到120m/min),故一般都用交流整流子电动机,经减速器减速后,传动中心齿轮,再传动花筒,然后经被动的承压辊传动烘燥、出布等部分。即采用集体传动方式,如图8-17所示。
为了有利于印花和烘燥两部分的车速协调,现多改为中心齿轮轴通过链条传动烘燥部分,其间装有车速调节装置。此外,在烘燥部分还配有专用电动机单独传动,以便预热、清洗和处理故障。近年来,印花联合机各主要部分大都采用电磁转差离合器和直流电动机单独传动,自动同步调速,即多单元机单独传动的方式。