智能化梳棉机配套梳理针布的设计思路

杨 岚

（陕西职业技术学院，陕西西安，710038）

梳棉机智能化是建立在自动化发展的基础上，包括自动检测、自动调整和自动控制，是减少用工、提高效率、稳定质量的有效措施，具有在线检测、自动控制、维护方便的特点。梳棉智能化设计从结构、维护、工艺调整、操作运转、专用工具、能耗等各方面都要统筹兼顾，采取各种手段技术创新，提高效率，尽可能为用户争取更大的效能。梳棉针布是梳棉机实现梳理的基础核心工艺器材，梳理针布的创新设计必须满足和适应梳棉机智能化发展要求，实现与智能化的相互促进和提升。

1 智能化梳棉机的特点

智能化梳棉机的主要特点是高速化、高产化、高效化和自动化，同时实现对梳理质量、工艺校正、前后联动等进行系统的反馈、检测和控制，满足无人工厂或者免维护工厂的需求。

智能化梳棉机是梳理工程信息化、数字化、自动化的最终目标，也是发展的必然趋势。作为核心基础的针布在适应方面还存在如下问题：针布的耐磨性不高，使用周期短，频繁更换，影响智能化梳棉机的正常运行；针布的维护过程对质量造成周期性的影响；针布的个别部位易磨损，造成梳理质量波动，影响智能化生产质量的稳定；适应多种纤维多组分梳理和适纺范围窄，改换品种需要更换针布，影响针布使用和生产效率；针布机械加工精度影响到智能检测和执行精度及正确性。

2 智能化梳棉机对梳理针布的要求

智能化梳棉机对针布的要求：免维护，适纺范围广，能够满足连续生产的要求，且在梳理过程中满足数字化技术发展专家系统的检测、反馈、执行的需要。智能化梳棉机对针布配套提出了高质量、高效率、高产量、免维护、适应自动化的要求，才能满足智能化的需求。

针布满足高速化的技术要点：必须控制锡林和道夫三角区的气流，减少落网和棉网的异常状态，提高转移率；高速输出时转移棉网的波动和质量的稳定，对针布提出了高转移、强控制的要求。

针布满足高产的技术要点：必须提升刺辊喂入时的开松效果，保证预开松，把精细梳理的负荷尽可能的减轻；高产，输入时喂入纤维的预开松排杂情况是否能实现喂入的连续性。对锡林、盖板、刺辊针布提出强化梳理、免维护、周期长、兼容性适纺范围广的要求[1]。

针布实现高质量的技术要点：保证锡林⁃盖板精细梳理区盖板的精度，同时尽可能的增加预分梳，从而实现高质量；梳理时的精细程度，对系统配套针布以及针布的周期稳定性提出了要求。

基于智能化条件下梳理针布创新设计目的之一，主要是为实现在线检测，自动控制，维护方便，为提供精准数据打好基础，其中对针布维护、生产环境、纤维原料、工艺设定、设备运行状态的适应和反馈提出了新要求。

3 智能化梳棉机配套梳理针布的研发和设计要点

3.1 梳理针布的光洁度设计

针齿齿身光洁度不好，易造成纤维损伤，在梳理过程中造成挂花，棉结增加；同时光洁度差的针布与纤维的摩擦因数大，在造成短绒增加的同时，降低针布使用寿命。

齿尖穿刺力差、存在毛刺造成挂花。在梳理过程中，与纤维最先接触的是针尖，齿尖穿刺力差，细小的毛刺就会造成挂花，对梳理效果影响十分明显[2]。这种现象在刺辊针布和锡林针布梳理过程中尤其明显。由于其速度高，细小的毛刺与纤维摩擦因数大，毛刺在控制少量的纤维之后，随时间的增加，纤维越聚越多，会形成大量的缠绕纤维，造成棉结大量增加。在梳理化学纤维和差别化纤维时，针布挂花对质量的影响非常明显，如图1所示。

图1 齿尖不锋利毛刺挂花造成棉结疵点

在智能化条件下，这些问题不仅影响质量，同时也增加了检测负荷。智能化梳棉机的针布需要采用新型材料或表面处理技术，提高针齿光洁度，使用中不挂花，才能实现生产的持续性和稳定性，同时实现数据检测的精确性。

3.2 梳理针布的结构优化设计

智能化梳棉机不单单是硬件提高，其主要核心质量必须有保证。在针布梳理纤维过程中，针尖刺入纤维，工作面控制纤维，再与对应配置的针布进行相互作用实现梳理，从而使纤维充分分离。如果齿尖不锋利或齿尖过厚，刺入时会造成纤维损伤；同时，控制纤维的工作面太锋利，同样会造成纤维的损伤，增加短绒，造成成纱条干恶化、强力下降。特别是梳理部分干强大于湿强的纤维素纤维尤为明显。普通针布如果采用薄齿尖，锋利度增加，但是耐磨性明显下降，这对矛盾难以解决。智能化梳棉机配置的梳理针布设计时需要解决薄齿尖不耐用的问题，可以采用提高硬度的办法，兼顾梳理效果和使用寿命。采用薄齿尖，能够减少冲击，减少纤维损伤。锡林齿尖厚度由0.08 mm减少到0.04 mm，同时，对齿尖采取锥齿化处理，进一步减少对纤维的损伤，这对智能化梳棉机提高质量尤其重要。

3.3 梳理针布使用周期设计

高产梳棉机的梳理针布使用周期一般在800 t左右，淬火深度影响硬度和耐磨性，针布的硬度决定耐磨性和使用寿命。在针布加工过程中，针布的淬火深度和高度分为五点。通过回火淬火后，其淬硬区一般在针布的1/3处，齿尖的磨损度能够满足梳理需求，但是淬硬区0.3 mm～0.5 mm的工作面是针布磨损的重点，主要原因是其硬度低，造成耐磨度不够。此种磨损在金属梳理针布，部分工作角大的金属针布非常明显，磨损后使用周期缩短，棉结增加。

智能化梳棉机必须减少这种磨损，实现生产持续稳定状态。因此，必须采取满足弥补第二点硬度的要求，从而达到智能化梳棉机生产的稳定性。具体针布设计可以采用复合涂层技术处理针布，提高第二点的硬度，能够有效适应智能梳棉机的需要，经过涂层处理后第一点硬度由HV860～HV970增加到HV1100～HV1300，第二点硬度由HV780增加到HV960。

3.4 梳理针布无走熟期设计

针布的衰退周期一般分为渐成熟和渐衰退周期两种。渐成熟和渐衰退的区别是，开始逐步走向梳理的平稳期，最后衰退。渐衰退则是开始平稳，很快衰减[3]。由于针布在梳理过程中较快的磨损增加了更换针布的周期和数量。频繁的更换针布，不仅维护成本增高，还会造成梳理质量不稳定。图2为两类针布使用周期纺纱质量对比。

图2 不同针布使用周期对比图

智能化梳棉机的针布设计宜采用渐成熟设计，同时减少走熟期，质量稳定且延长了使用寿命。无走熟期设计，重点改善针布表面的粗糙度，减少针布淬火后的氧化皮，从而满足梳棉机智能梳理的需求。具体对比见图3和图4。

图3 有走熟期针布

图4 无走熟期针布

3.5 梳理针布防腐蚀性设计

金属针布在梳理染色纤维和部分化学纤维时，由于染色纤维中的酸碱残留和柔顺剂、消光二氧化钛以及抗静电剂，这些对针布腐蚀性很大，由此造成针布生锈腐蚀、磨损程度加剧。同时在一些加工静电严重纤维的车间内，相对湿度在70%以上，对针布的抗氧化防锈提出新的要求。智能化梳理针布必须满足可以不作任何特殊防护地裸处于常规环境中，在梳理染色纤维和消光剂的化学纤维、纤维素纤维，以及车间温湿度大的生产环境，能够有效降低对针布的腐蚀，延长使用周期[4]。

3.6 梳棉机针布免维护功能设计

梳棉机配套针布的保养维护也十分重要。现代高产梳棉机还配备了精调盖板⁃锡林隔距、在线自动磨针体系（自动磨锡林、盖板针布）、盖板隔距调整系统，精度很高；自动磨盖板既磨针尖又磨侧面，使其保持原有针布的锋锐外形。自动磨针不仅能根据需要磨砺针布锋锐度，而且包括针的侧磨技术，使针布能保持原状，从而提高锡林⁃活动盖板梳理能力。

高产梳棉机在道夫下方安装棉结在线监测系统，可根据棉结量的变化情况，由计算机在线调整盖板隔距、除尘刀位置，并可自动对针布进行磨针。目前，高速梳棉机磨针过程中无需停车，由计算机控制锡林和盖板自动在线磨针，与人工磨针相比，可以节约时间80%，此外还延长针布使用寿命20%左右，产量提高20%。

这种磨针系统需要具备检测功能、反馈功能、分析功能、调节执行功能、磨针系统等，运行过程相对较为复杂，在针布的复磨过程中容易造成对纱线质量的污染。因此，智能梳棉机的针布设计必须免维护，将磨针系统的功能和检测功能用于对质量的检测上面去，更利于智能梳棉机的发展和推广。

3.7 锡林盖板针布满足隔距在线自动调整

梳理过程中，打开纤维间的横向联系主要是通过分梳，分梳的关键是分梳件之间保持适当的隔距，“紧隔距，强分梳”是梳理质量稳定的核心。在具体实践中“紧隔距，强分梳”包含两种含义：一是梳理隔距点隔距越小，品质越高；二是精确调节盖板隔距，在精准隔距条件下实现分梳，是获得最高清洁度和最少棉结量的决定性因素[5]。

各梳理元件之间的隔距对梳理效果以及纱线质量有十分重要的影响。通常是设置在静止状态，或者说是在冷车状态下进行的。由于设备在运转过程中的动态变化（如离心力、温度升高），实际分梳隔距会发生轻微改变。智能化梳棉机设有生产变量监控装置：如碰针监控器，能最安全地保证不发生碰针；隔距优化设置，能进行准确的参数设定，保证最佳的纱线质量；运行状态分析，设定控制的先决条件；隔距片，快速准确调整、校准隔距，可在线设置。

智能化梳棉机锡林⁃盖板隔距校准和检测的工作原理是：在起动锡林前，执行一次功能检测→在达到锡林的额定转速后，执行基准测量→接通输棉装置后，检测系统执行基准测量→机器热车后，执行基准测量→在梳棉机停机和重启后，重新执行上述步骤。

在这种情况下，对锡林和盖板的平整度要求很高，微小的隔距差异就会造成问题和故障。因此，盖板平整度要保证在0.010 mm，锡林针布包卷后的平整度要保证在0.019 mm以内的精度，运行后的温差形变不大于0.030 mm，才能满足智能梳棉机的需要。

目前，影响免维护的因素主要是锡林针布、盖板针布、锡林辊体、盖板骨架精度等，实现智能化生产必须提高这些部件的精度。设计中可采用磁力超强的钕磁体，针布条通过磁力固定于盖板骨上。盖板和针布上的黏合剂及补偿层可降低单个盖板骨间的公差，纱线质量由此得到改善。当将传统的针布安装于盖板骨上时，针布条不可避免地存在着不同程度的变形。要使针布变得平整，还需进行打磨操作，而使用高精度钕磁盖板，打磨工序即可省去[6]。

锡林针布采用“矮，浅，尖，薄，密，小”的设计特点，密度大[965齿/（25.4 mm）2]、工作角较大（50°）、基厚（均为0.4 mm）、针高矮齿高均较小的配置（2.0 mm，1.7 mm），以加强对纤维的分梳。采用新型的大平顶齿针、尖齿平顶结合、直齿锡林针布，保证平整度，保护纤维和梳理效果兼顾，同时满足智能化梳理的需要。

4 智能化梳理针布的有关问题

4.1 三刺辊的适纺性和兼容性

现代梳棉机通过增加刺辊的数量和速度，增加预分梳板、除尘刀以及落棉吸口等装置来提升刺辊的分梳和除杂作用。当单刺辊结构不能满足梳棉机高产状态下的开松要求时，三刺辊结构应运而生。通过采用不同排列结构、不同针齿形状及密度的3个刺辊渐进开松，能够有效解决刺辊开松过程中的棉束差异，可以满足梳棉机在高产状态下所需的开松要求。但是从生产使用效果看，高产梳棉机即使采用三刺辊结构，其开松效果也并非无限增大。第一刺辊采用针辊分梳，虽然能够减少纤维损伤，但是纺非棉纤维时，容易出现缠绕梳针的问题，阻碍了三刺辊的推广；其次，三刺辊的速度最高在2000 r/min，存在对纤维的损伤问题，同时棉流经过的路径较多，在此处减少棉结和短绒增长是一对矛盾。如何避免损伤三刺辊纤维，减少棉结增加，充分提高开松度，满足智能化条件下梳理的兼容性是今后需要解决的问题[7]。

4.2 高产量与多品种混合梳理技术的探讨

随着棉纤维、人造纤维、各种新型化学纤维、纤维素纤维的广泛应用，必然要求对梳棉机从结构上进行差异化配置，以满足不同特性原料的加工需求。色纺、差别化、多组分混纺批量小，品种多，翻改频繁，智能化梳棉机如何适应小批量生产，需要进一步探索。智能梳棉机开松流程中，不仅仅是单纤维混和，还出现了涤纶、粘胶、棉或者其他差别化纤维的混和，但是多种纤维的摩擦因数差异大，针布适应性需要提高。如何设计兼容性强的梳理针布，需要我们进一步的探讨和研究。

4.3 不同材质膨胀系数对质量的影响

随着梳棉机的不断发展，新型的材质不断运用，部分梳棉机采用了新型的铝材和钢板材质，有些梳棉机还采用了铝合金型材，不同的材质热胀系数不同，在工艺设定时存在冷车和热车的区分，在实际运用中，热胀系数对针布的影响程度需要进一步研究[8]。

4.4 梳棉机针布的研究展望

智能化梳棉机的普及和进步是今后的发展趋势。针布是梳棉机的关键梳理部件。以锡林针布为例，锡林针布在刺辊区域时，要尽可能将刺辊上的棉束转移剥取过来，保证抓取的纤维不被刺辊针布再次转移，要求针布对纤维的抓取牢靠度为100%；在活动盖板区域，为了保证分梳质量，要求锡林针布对纤维既要有一定的抓取度，又不能完全控制，让纤维可以在锡林和活动盖板之间完成数次交替分梳；在道夫区域，为了提高道夫一次转移率，要使锡林针布对纤维的抓取牢靠度尽可能低。同时随着梳棉机产量的增加，针布纤维负荷和容纤率增加，梳理度下降，这就对锡林针布提出了更高的使用要求。随着新材料、新工艺以及整体社会技术进步和协作水平的提高，针布齿形、针布密度、针布结构、针布材料、针布热处理方法和效果，锡林、道夫、盖板、给棉、刺辊、预分梳等针布兼顾发展，科学搭配等方面的细化研究会越来越深入。

5 结语

智能化梳棉机在经过多年研发后步入成长期，今后的发展方向是高速度、高质量、高产量、稳定可靠、自动化、智能化、模块化。梳理针布要满足耐磨度、免维护、兼容适纺范围广、智能化调整隔距、自动化检测等方面的技术要求，必须从梳理、智能、质量互动的角度研究创新，梳理针布才能满足智能化梳理的需要。