梳棉机技术进步和技术创新

本文阐述了60年来梳棉机的巨大进步,剖析了分梳元件改进、整机加速、锡林分梳区扩展、刺辊分梳板、锡林固定盖板、棉网清洁器等的改进和创新,以及自调匀整、在线检测、加装预牵伸等方面的技术进步,并提出进一步改进方向和途径。

This article presented the improvement of carding machine for six decades, especially development on carding elements, speed of complete machine, taker-in carding plate, stationery flat for cylinder, crosrol web cleaner and innovation of autoleveller, on-line detection, and so on. Finally, the author put forward some suggestions on further improvement of carding machine.

从20世纪50年代至今 60 年来,梳棉机取得了十足的发展和进步。梳棉机产量从50年代的 5 ～ 10 kg/台・h增加到当前的 50 ～ 100 kg/台・h,最高可达 150 kg/台・h,是传统棉纺主机中增加最大的设备之一。梳棉机按标准线密度(20S)的万锭配台数从以前的 40 台左右减少为目前的 5 ～ 10 台。由于梳棉机产量的提高,使清梳联成为成熟的技术并大量推广。目前一套清梳联仅需配置 5 ～ 10 台梳棉机。同时生条质量也有显著的提高,重量不匀率从原先的 4% ～ 5% 减小至 2.5% ～ 3.5%。生条的棉结、杂质和条干不匀率也有明显的改善,并且生条的定量可以提高,生条中的纤维伸直平行度有所改善。现代梳棉机在道夫后面加装预牵伸装置,可以实现用生条直接在转杯纺纱机上纺成细纱或者节省 1 道并条直接纺纱。

本文剖析和论述现代梳棉机 60 年来的主要技术进步和技术创新。

新型梳理元件的采用

梳棉机梳理元件 — 金属针布的采用是梳棉机高产优质的重大进步。它解决了传统弹性针布容易充塞纤维、针布起浮造成棉网棉结杂质变异以及需要定时抄针、产生轻条等一系列问题,并为化纤纺纱创造了条件和基础。目前金属针布已形成多种系列,能按纺纱线密度的不同,纯棉、化纤混纺、化纤纯纺;不同细度和长度的纤维以及不同性能纤维和各种产品要求,配置不同规格、尺寸的梳针密度、梳针工作角、针齿高度、基部宽度,不同齿形的锡林道夫针布和刺辊锯条、盖板针布。

在60年代,盖板针布由传统圆形钢丝针布被异形(三角形、扁圆形等)钢丝的半硬性针布取代;近年来已开发不同针密、不同截面、不同植针方式(普通型、横密型、花纹型)和排列(单列、双列)的系列金属针布供不同产品使用。但底布仍采用特殊弹性体,尚属弹性针布范畴。

刺辊齿条已从嵌入式发展为自锁式,以保证高速运行安全。锯齿设计不同前角,以适应纺制化纤使用较小前角的需要。为了减少纺棉时对纤维的损伤,并强化穿刺分梳作用,全针刺型刺辊已投入使用。

梳棉机整机加速

梳棉机整机加速体现了梳棉机基础技术的进步。梳棉机锡林速度已从过去的 150 ～ 200 r/min加速到 400 ～ 600 r/min,其表面线速度已达 2 000 m/min以上。整体加速提高了梳棉机分梳、除杂效能,直接导致产量的增加和质量的改善。

锡林分梳区的创新和扩大

锡林分梳区的创新和扩大,对梳棉机高产优质起着关键作用。锡林分梳区是指刺辊与锡林至锡林与道夫一段弧长内的分梳区域。

传统的老梳棉机锡林与分梳区仅有刺辊与锡林的线分梳和回转盖板与锡林的面分梳,因此存在梳理不足的问题,刺辊转移至锡林的筵棉存在较多未被梳开的棉束,导致盖板分梳负荷太大,且容易损伤纤维和形成棉结。传统回转盖板除杂作用较差,基本没有除尘功能,盖板分梳后的棉层平行伸直度较差。鉴此经过很多从业人员的反复研究,目前较一致的创新和改进如下。

(1)在梳棉机后部(刺辊和锡林间)加装固定盖板和有除杂、去尘作用的棉网清洁器,使梳棉机增加预分梳作用和除尘、杂功能。

(2)在梳棉机前部(盖板和锡林间)加装梳针密度较大的固定盖板和棉网清洁器及兼有气流负压控制的棉网清洁器,使梳棉机增加精分梳作用和除尘、杂作用,并改善输出生条的弯钩和提高纤维的平行伸直度。

(3)为了扩大锡林分梳区的面积,必须适当减少回转盖板和工作盖板的根数。现代梳棉机回转盖板已从传统 110根左右减少为 80 根,工作盖板已从传统 40 根减少为 25 根左右,同时适当抬高锡林位置或放低道夫、刺辊的高度,扩大锡林与刺辊、道夫中心形成的分梳角,增加分梳角的弧长。新型梳棉机分梳角弧长均能达到 2 m以上。

(4)推行盖板倒转,增加分梳相对速度,该措施已在多数新型梳棉机上推行。

(5)采用小直径锡林,增加除尘杂、短纤的离心力。

F=2mv2/D,其中F — 表面纤维离心力,m — 锡林表层纤维质量,v — 锡林线速度,D — 锡林直径。

在相同的v时,F与D呈反比,因此较小直径锡林可以采用较高的离心力,去除纤维中的尘、杂和短纤维。小直径锡林受热膨胀率要比大直径小,据资料介绍 814 mm直径锡林比 1 290 mm直径要小 40%;因此设置隔距要正确,可以设置较小的隔距而不致碰针。小直径锡林能耗也低。然而小直径锡林对增加分梳区弧长不利,对纤维转移不利,因其转速高,易产生振动,对机械状态、润滑等要求较高。传统和目前多数梳棉机锡林直径为 1 290 mm,Rieter(立达)梳棉机锡林直径为 814 mm,Crosrol为 1 016 mm。各有利弊,有待实践验证。

给棉、刺辊部分的创新

给棉部分的革新

新型梳棉机采用棉层顺向喂入的上给式给棉板,如Rieter和Trützschler(特吕茨勒)等公司的新型梳棉机及我国FA225、JWF1201～1203梳棉机等;其分梳长度可以随意调节,不易造成纤维损伤。Trützschler梳棉机给棉板上方还设置琴键式感应板和感应杠杆,它按棉层的厚度变化产生波动,转化为电子信号,经微机处理后,调整给棉罗拉速度,实行棉层短片段自调匀整。

刺辊部分的改进

为了提高梳理和除杂作用,梳棉机采用三刺辊来代替单刺辊,除第一刺辊为握持分梳外,其他两个均为自由分梳,刺辊锯齿密度从稀至密,刺辊速度逐步增加;第一刺辊也有采用针辊的。国产JWF1203型采用双刺辊结构,实践反映多刺辊设计对化纤加工和转杯纺较合适,加工纯棉环锭纱易形成棉结及短绒。Rieter的C60型原先设计三刺辊,最近采用模块化设计,可方便转换成单刺辊。

刺辊下面取消小漏底,改为分梳板,并装有带吸风的除尘刀可调装置,可方便调节车肚落棉的多少。

梳棉机在线检测监控和自调匀整

自调匀整装置

国内外新一代梳棉机广泛采用自调匀整装置,改善长、中、短片段的重量不匀率。Trützschler系列梳棉机除检控棉层厚度的短片段自调匀整装置外,在出棉喇叭中安装位移传感器,调控喂给速度,匀整长片段棉条的不匀。Rieter新型梳棉机同样利用给棉板检测棉层厚度,调整给棉罗拉速度;在出条压辊处测量棉条厚度反馈给喂棉箱及匀整长片段不匀。Crosrol MK7梳棉机采用阶梯罗拉传感器,闭环式中、长片段自调匀整系统,中片段自调匀整可对 1 m片段的生条重量调控。

采用速度、安全、故障在线监控系统

Crosrol MK7梳棉机全机采用在线监控、报警与自诊断系统。设置刺辊防轧、防厚卷、锡林降速、盖板防噎、道夫返花、断头、超厚等多处安全和工艺的紧急自停装置,确保任何时间的安全和即时反应,把风险和损失降至最低。同时全机设置变频无级在线调速。

在线棉结检测装置

Trützschler TC系列梳棉机提供TC – NCT在线棉结检测装置。位于剥棉罗拉下方的数码相机传感器,以每秒约 20 次的频率对棉网照相,相机在一全封闭轨道中,沿机台工作宽度移动,通过分析软件可评估棉结、杂质和籽棉碎片,并绘出分布图。如预设质量限定值,一旦超限会自动停机。

在线精确调整隔距系统

Rieter C60、Trützschler TC系列等梳棉机均设计在机器运转状态下,可用手动或自动调整锡林 – 盖板、刺辊 – 除尘刀、刺辊 – 分梳板等隔距,实现在线工艺调整和监控。

机上磨针装置

Rieter IGS – Top机上磨盖板装置安装在回转盖板上方,藉盖板的抬起与磨辊接触,磨砺针尖,再经刷辊刷光。IGS – classic对锡林来回磨砺。盖板针布在使用寿命期内可磨砺 100 多次,锡林针布可磨砺 400 次,可延长寿命 10 % ～ 20%。Trützschler棉梳机提供机上磨盖板和锡林道夫磨针装置作为选购件。

增加生条定量,安装预牵伸装置,实行梳并联或减少并条道数

传统梳棉机的工作宽度在 1 m左右,Rieter C60梳棉机增加为 1.5 m,对机件精确度和安装精度等提出了较高的要求;在梳理速度和喂入定量不变的条件下,相当于产量和生条定量增加 50%,而单位长度棉层梳理次数几乎不变,因此对生条棉结、杂质的影响似乎不大。生条定量加大后,该机在输出部分加装 3 对气压加压的罗拉,并设置自调匀整系统。

输出条子经 3 倍左右的牵伸,可降低定量,改善生条的平行伸直度,从而可将并条机由传统的 2 道改为 1 道,或取消并条。据介绍输出速度 700 ～ 800 m/min。

Trützschler TC系列梳棉机在圈条器上方设置 3 对罗拉,通过其下面的喇叭口传感器实行自调匀整。牵伸倍数约 3 倍,输出速度 500 m/min。MARZOLI C系列梳棉机也有类似的预牵伸装置,可缩减一道并条或干脆取消并条,特别适用于转杯纺纱,可取得可观的经济效益。

大条筒和自动落筒

50年代,一般使用直径 254 mm的条筒,随后有所增大,A186型直径加大为 400、600 mm,现代梳棉机一般采用直径为 600 ～ 1 000 mm的大筒。条筒增大,棉条容量增加,可提高劳动生产率,减少落筒和棉条接头;但随着不停机自动落筒的相应推广,条筒直径加大的意义似乎有所降低,而且条筒过大会增加电耗和运输的不便,且增加占地面积。另据介绍Trützschler推荐的矩形条筒,棉条容量可增加 1 倍。

完善的吸风排杂系统

新型梳棉机实现全机封闭,无尘屑逸出,并有多吸点排尘、杂系统,可将落棉分类输出处理、回用,使车间含尘量大大降低,可达到我国纺织厂车间的含尘浓度在 5 mg/m3以下的要求。

推广有效的节电措施

新型梳棉机推行无编码器的调控伺服电机、无碳刷变速电机,采用多电机独立驱动,变频调速。广泛采用齿形带传动、取消耗能大的齿轮和链轮传动等节电措施,单位产量的能耗比传统梳棉机有所降低。

结构设计和机器原材料创新

Rieter梳棉机采用人体工程学的设计理念,将全机分成刺辊、盖板、道夫 3 个模块,使安装、维护十分方便。Crosrol采用先进的“A型”组合式机架结构,能有效地隔离内外应力对分梳隔距的影响,对实现锡林高速和紧隔距极为有利。

Trützschler TC系列梳棉机推行MAGNOP钕磁磁力盖板条代替传统铝制盖板条,可提高安装精度,改善生条质量,取消储存盖板及运输成本。铝合金盖板已广泛替代传统的铸铁盖板。针布、锯条已普遍采用合金钢耐磨材料。

吸棉风管采用更为耐磨的PETG塑料代替ABS材料,并使用SNAPLOCK新颖咬合系统,安装方便,不会漏气。

结语

(1)建国 60 年来,我国梳棉机取得了巨大的进步。目前技术水平已接近国际先进水平,但仍有相当差距。设计最高产量与先进的Trützschler TC 07、Rieter C60等机型比较相差达 50% ～ 70%。

(2)主要差距是创新理念不够、自主知识产权很少,尚处于借鉴阶段,必须在消化、吸收国外先进技术的基础下,博采众长、融合提炼、以我为主、开拓创新、发扬特色,走自我发展的路子。建议开展产、学、研三结合,积极开展梳棉新工艺、新技术、新设备、新材料的研发,培植新型生产企业和品牌产品,立足于国内外市场。

(3)现代梳棉机若干创新项目,如刺辊分梳板、锡林前后固定盖板、棉网清洁器、自调匀整等可以对老机进行改造升级,以提高产量和质量。

参考文献

[1] 刘荣清. 棉纺在线检测的发展和展望[J]. 纺织导报,2007(12):71-76.