国产梳棉机的技术发展与展望

倪敬达 任光业

（1.江南大学，江苏无锡，214122；2.青岛宏大纺织机械有限责任公司，山东青岛，266101）

梳棉是棉纺工艺流程中的关键工序之一，梳棉机也被称为纺纱工艺的“心脏”。在梳理过程中，梳棉机将纤维束分梳成单纤维，纤维被均匀混和，并清除尘杂疵点和短绒，其对成纱质量和生产成本都有决定性的影响。我国从新中国建立初期就开始了梳棉机的研制工作，曾多次组织相关科研院所、高校及企业进行梳棉机的联合攻关，实现了国产梳棉机从无到有、从弱到强的发展历程。进入21 世纪以来，以研发JWF 系列新型梳棉机为代表的设备制造企业，紧跟国际先进梳棉机工艺结构和制造技术，进行了大量的工艺技术创新和专项工艺试验，取得了巨大的进步。

1 国产梳棉机的发展历程

国产梳棉机经过了70 多年的创新发展，形成了第一代至第四代梳棉机，梳棉机产量由5.5 kg/h提高到了180 kg/h，锡林速度由178 r/min 提高到580 r/min。

1.1 第一代梳棉机（11 系列梳棉机）

1950 年，原青岛纺织机械厂以日本丰田、英国泼拉脱梳棉机为基础，设计试制了1181 型弹性针布梳棉机，型号包括1181、1181A、1181B、1181C、1181D、1181E、1181F、1182 及改公制后的A181C。其中，1181E 型和1181F 型梳棉机产量相对较高。

第一代梳棉机的主要技术特征：棉卷喂入，采用弹性针布，斩刀剥棉，小卷装，万锭需要配梳棉机40 台以上，工人换卷劳动强度较大［1］。其中，原青岛纺织机械厂生产的1181A 型梳棉机锡林速度180 r/min，产量5 kg/h～6 kg/h［2］。

1.2 第二代梳棉机（A 系列梳棉机）

1958 年，原纺织工业部根据纺织工业发展的需要，在青岛成立了高产梳棉机研究试验工作组，开展了高产梳棉机的研究设计和制造生产工作，研发的梳棉机型号包括A184、A185、A186、A187、A189、A190A、A186C、A186D、A186E、A186F等［3-4］，开创了我国研究、制造高产梳棉机的新纪元。

1983 年至1988 年生产的A186D 型梳棉机主要特点：从提高刚性、提高安装精度、多用滚动轴承、简化传动机构、利于提高运转稳定性等方面改进设计结构；增加吸尘装置，改善质量与劳动条件（如车肚棉吸罩）；用双速电机传动道夫代替无级变速箱，增加离心开关，以连锁刺辊道夫工作速度；改用三角带传动圈条器，减少噪声、振动和齿轮磨损；选用质量好的元器件，运转稳定可靠，并配光电自停装置，防止事故；盖板曲轨作淬火处理，延长使用寿命；改进安全罩，便于清洁工作。

第二代梳棉机的主要技术特征：开始配用金属针布，三罗拉或四罗拉剥棉，加大卷装，增加吸尘、落棉等措施，单台梳棉机产量可达15 kg/h～20 kg/h。

1.3 第三代梳棉机（FA 系列梳棉机）

1984 年，原青岛纺织机械厂联合国内一些纺织研究院所、高校和企业承担了棉纺FA 系列梳棉机的设计试制任务，在对梳棉机各单元部件进行试验研究的基础上，吸取了国际先进技术，设计开发了FA201 型梳棉机。此后，在此基础上设计开发了FA201A、FA201B、FA203、FA231 等型号梳棉机。同时，原山东胶南纺机厂设计开发了FA202、FA202B、FA204、FA206、FA208 等型号梳棉机，江阴机械厂设计开发了FA212、FA212B、FA213、FA218、FA219 等型号梳棉机。1991 年，原郑州纺织机械厂承担了国家“八五”重点科技攻关项目“开清梳联合机”的研制，在消化吸收国外DK715、DK740、C4、DK803、DK903 等型号梳棉机的基础上，设计开发了FA221、FA223、FA224、FA225 等型号梳棉机。

FA201 型梳棉机主要特点：产量30 kg/h～40 kg/h，锡林速度330 r/min～360 r/min，刺辊速度800 r/min～930 r/min；抬高锡林，增大锡林有效分梳面积；增设分梳板及固定盖板，以加强预梳和整理分梳；采用0.56 mm 小踵趾差盖板，提高锡林盖板间分梳效能；采用新型JT71A 型和JT68A 型锡林道夫针布；采用新型三罗拉剥棉；采用新型传动，主电机装有离心块式摩擦离合器，用张力尼龙平皮带传动锡林，刺辊、道夫采用双速电机，结构简单实用；全机吸尘系统机上四点连续吸，每台设有单机滤尘箱，总风量1 500 m3/h，机下车肚花和滤尘箱网花由机外吸尘系统间歇吸，其风量3 000 m3/h 左右；全机设有多种安全自停装置；安全罩有半封闭和全封闭两种供用户选用［5］。

第三代梳棉机主要技术特征：适用于22 mm～76 mm 的纤维，用棉箱或棉卷喂入，产量20 kg/h～80 kg/h，抬高锡林，增大锡林有效分梳面积；增设分梳板及固定盖板；采用0.56 mm 小踵趾差盖板，方向反转；采用新型三罗拉剥棉；全机吸尘系统机上连续吸；全机设有多种安全保护措施。

1.4 第四代梳棉机（JWF 系列梳棉机）

以JWF 系列梳棉机为代表的第四代梳棉机的发展分两个阶段。第一个阶段是在消化吸收TC03、C60、MK6 等型号梳棉机的先进技术并结合我国研究高产梳棉机经验的基础上，推出了JWF1201、JWF1202、JWF1203、JWF1204、JWF1205、JWF1206、JWF1207 等型 号高产梳棉机；这些机型虽然达到了高产高速的目标，但在可靠性、稳定性、智能化等方面相对于国际一流梳棉机还有一定的差距，处于跟随国外高产梳棉机先进技术水平阶段。第二个阶段是随着我国科技水平的不断发展，声、光、电、气、变频传动、伺服电机、计算机、在线检测及智能调整等新技术广泛应用于高产梳棉机设计上，不断提高了梳棉机的可靠性、稳定性，保证了生产流程的连续、平稳运行［6］；其代表机型有青岛宏大纺织机械有限责任公司的JWF1211 型、JWF1213 型、JWF1217 型梳棉机和郑州宏大新型纺机有限责任公司的JWF1216 型、JWF1218 型梳棉机。这些梳棉机的整体技术水平已经达到了国际先进水平，并且在生条棉结、短绒等核心技术质量指标和对色纺、差别化纤维等纺纱品种的适应性方面达到了国际领先水平，整体上已经可与国际一流高产梳棉机并驾齐驱。

JWF1217 型梳棉机的主要特点：单机最高出条速度可达450 m/min；采用整体铸造的锡林、道夫及锡林墙板，稳定性好，热膨胀系数小，确保设备在高速高产的状态下分梳工艺隔距的稳定性和精确性；梯形机架，结构简单，支撑性强，精度高，隔距稳定；锡林进一步抬高，梳理弧长3 m，工作幅宽1.3 m，梳理面积3.9 m2；活动盖板数量增加到108 根，参与分梳的活动盖板数量增加到38 根，锡林盖板隔距调节点增加至9 处；固定盖板前10后10，棉网清洁器前3 后3；锡林—道夫、锡林—刺辊、道夫—三罗拉、给棉罗拉—刺辊均采用摆动式隔距调节方式；采用大直径给棉罗拉，加强对纤维握持，刺辊采用单独变频电机传动，给棉采用伺服电机控制；采用四位一体自调匀整系统；全方位的智能安全防护措施，采用锡林接针保护、梳理区温度监控、金属检测等防护功能，全方位提升梳棉机安全性能；可自动检测和统计各电机的耗能和负载情况、各部位针布器材使用周期，并显示报警信息、生条粗细节和不同长度生条的重量不匀率等［7］；可配置棉结、落杂、锡林盖板隔距在线检测等智能化装置。

第四代梳棉机的主要技术特征：最高产量180 kg/h；进一步抬高锡林，梳棉机幅宽增加到1 200 mm、1 300 mm 和1 500 mm，增大了锡林有效分梳面积；增设棉网清洁器和增加固定盖板配置数量，可根据原料特性选择棉网清洁器和固定盖板数量；锡林、刺辊、活动盖板、道夫、大压辊、圈条器等采用单独变频器或伺服电机控制，工艺调节更灵活；全机吸尘系统流线型设计，可对不同位置落棉分别进行回收，降低生产成本；全方位的智能安全防护措施，确保设备更安全；设长、短片段混合环自调匀整装置，智能化程度高；能耗、生条条干、粗细节、针布寿命自动统计等功能已经成熟；可以选配刺辊落棉、棉结、锡林盖板隔距等在线检测智能化技术。

2 国内外梳棉机的技术发展分析

近几十年来，国内外高产梳棉机技术得到了快速发展，出条速度已达到500 m/min，产量可达250 kg/h。各梳棉机制造企业为了满足纺纱企业不断提高的高速高产高质需求，进行了多方面研究和技术攻关，使梳棉机的工艺和结构实现了多项重大技术突破。

2.1 增加梳理面积

决定梳棉机梳理能力的是梳理面积，为了切实提高梳棉机的梳理面积，优化整机机构，从以下两个方面实现了突破［8］。一是纵向扩展，增加梳理弧长，抬高锡林，降低刺辊和道夫，锡林和刺辊、道夫两个切点的上部梳理圆弧度，从传统梳棉机的200°逐渐增加到300°；如瑞士立达公司的C80型梳棉机梳理圆弧度达到302°，梳理弧长达到3.11 m，比FA203 型梳棉机梳理弧长增加50%左右。二是横向扩展，增加梳理幅宽，工作幅宽从传统的1 m 增加到1.2 m、1.3 m、1.5 m；如C80 型和JWF1215 型梳棉机的工作幅宽均增加到了1.5 m。

2.2 给棉罗拉采用顺向喂入

梳棉机最早使用顺向给棉的是瑞士立达的C4 型梳棉机［9］，现在各主流梳棉机都采用顺向给棉喂入形式。顺向给棉的筵棉层握持喂入运动方向与刺辊回转方向一致，对纤维打击柔和，可防止纤维在此过程扭结及折转冲击后造成损伤，顺畅的喂入工艺也能满足梳棉机高产的喂入需求。

2.3 单刺辊和三刺辊配置

为了适应纺纱企业对各种原料和纱线品种的工艺需求，梳棉机单刺辊和三刺辊结构并存。单刺辊梳棉机占据主流，三刺辊梳棉机在中低质量要求、高产需求的纺纱品种中有一定的市场。德国特吕茨施勒公司的三刺辊梳棉机配置稍多，其他公司梳棉机配置较少。

2.4 前后固定盖板和棉网清洁器的运用

在增加的分梳弧长上，配置一定数量的固定盖板和棉网清洁器可提高梳棉机梳理度和排杂排短绒能力，这也是现代高产梳棉机技术进步的一个标志性技术。为了提高梳棉机的分梳效能和去除小杂短绒能力，各梳棉机都增加了固定盖板和棉网清洁器数量。例如：JWF1217 型梳棉机固定盖板最多可以配置前后各14 根，棉网清洁器最多可配置前后各3 个；JWF1216 型梳棉机固定盖板配置前10 根后8 根，棉网清洁器配置前2 个后3个［10］；特吕茨施勒TC15 型梳棉机固定盖板配置前12 根后12 根，棉网清洁器配置前3 个后3 个。

2.5 锡林直径的设定

锡林是梳棉机最核心的部件，主要的分梳、排杂、混和、转移功能都是在锡林与活动盖板、固定盖板、棉网清洁器、罩板、刺辊、道夫的相互作用下实现的。梳棉机锡林直径的大小直接影响分梳、除杂、除短绒、混和、转移等能力。有研究认为锡林直径在750 mm 至1 300 mm 间均可以达到良好的分梳效果［11］。从近几十年的实践看，1 290 mm直径锡林逐步成为主流。在过去的20 多年里，立达的C60 型和C70 型梳棉机一直坚持使用814 mm 直径锡林，在经过无数次优化改进后，最终在C80 型梳棉机上采用了1 200 mm 直径的锡林；英国Crosrol 公司一直坚持1 010 mm 直径锡林，离市场主流越来越远；坚持1 290 mm 直径锡林 的JWF1213、JWF1216、JWF1217、TC15等型号梳棉机，地位越来越稳固，已经牢牢占据市场的主流地位。

2.6 活动盖板的转向和根数

活动盖板与锡林的梳理区是梳棉机的最核心梳理区［12-13］，它不仅决定了梳棉机的梳理能力，还在除杂、混和等方面起到决定性作用。活动盖板核心工艺是根数和回转方向。活动盖板相对锡林运动方向方面，反转是现在的主流，基本上没有争议。工作盖板根数多少最好，是梳理界最有争议的话题，从梳棉机近几十年的发展情况看，大的趋势是先从多变少，又从少变多。主流梳棉机制造企业新推出的新型梳棉机都增加了活动盖板数量，如JWF1217 型梳棉机配置108 根活动盖板（38 根工作盖板），立达C80 型梳棉机配置116 根活动盖板（40 根工作盖板），特吕茨施勒在2023 年意大利米兰ITMA 国际纺织机械展览会推出的概念机TC30i 型梳棉机配置了108 根活动盖板（38 根工作盖板）。

2.7 在线检测技术的进步

新型传感技术、自动控制技术、变频、伺服调速技术等在梳棉机上的广泛应用，也是近几十年梳棉机技术进步的主要方面。这些技术不仅应用在自调匀整系统、气流控制等方面，还成功开发了棉结在线检测、锡林盖板隔距在线检测、落棉自动检测等智能化技术。目前自动统计分析实时棉结杂质数量、落棉量和质量、主要开松分梳隔距、能耗、生条定量、针布器材寿命等功能已经非常成熟。

3 梳棉机技术展望

3.1 关于工作幅宽

纺纱行业对梳棉机高质高产需求越来越高，宽幅化无疑是提高梳棉机梳理效果和产量的最直接途径。各梳棉机制造企业将会攻克1.5 m 幅宽带来的各种技术瓶颈问题，将其发展成为梳棉机的主流工作幅宽［14］。

3.2 活动盖板系统

活动盖板是利用率比较低的部件，实际参与分梳工作的根数只占到总根数的三分之一左右，大部分盖板是为了实现循环功能。如果能研发一种新型活动盖板循环机构，在工作盖板的基础上不增加活动盖板总根数或者少增加，将会大幅降低梳棉机制造成本，提高活动盖板的循环效率，简化活动盖板区机械结构，降低纺纱企业在活动盖板区的维护难度和成本。

活动盖板的根数近几十年的发展趋势是从多变少，近几年又有从少变多的趋势。笔者认为，在现在的纺纱原料、纺纱品种及技术质量要求等对高产梳棉机提出的高质高产需求下，应该进一步增加活动盖板根数，以提高分梳、排杂、排短绒能力，满足高产高质需求。

3.3 双区活动盖板工艺

现代高产梳棉机活动盖板主流是逆锡林旋转方向运行，这种方式能充分梳理纤维，除杂效率高，但产生的盖板花较多，有很多长纤维随盖板花一并排出，对节约用棉不利，比较适应纺纯棉品种。顺锡林旋转方向活动盖板工艺，分梳能力和除杂能力较差，但是分梳柔和，对纤维的损伤较小，盖板花量较少，对于纺化纤和各种差别化纤维有很好的品种适应性。活动盖板不管是顺锡林旋转还是逆锡林旋转，干净的盖板进入分梳区后被逐渐充塞，在15 根到20 根工作盖板位置会全部充塞，全部充塞后到离开分梳区这段路程分梳效果较差。在有限的梳棉机活动盖板区域，能否产生两次活动盖板分梳作用，实现更合理、更充分的分梳工艺过程，值得深入研究。

双区活动盖板工艺很好地实现了这个想法，进入端的活动盖板区倒转，强力分梳，高效除杂；出口端的活动盖板区正转，纤维在锡林盖板区实现第二次活动盖板分梳作用，进一步柔和开松分梳。两组活动盖板区的工作盖板都是从上向下运动，运转更平稳，阻力更小，活动盖板踵趾端头和曲轨的摩擦大幅减小，踵趾端头和曲轨的使用寿命大幅延长。这种双区活动盖板工艺在一些纺纱企业的A186G、FA201B 等型号梳棉机上进行了改造试验，取得了不错的效果［15］。高产梳棉机也可以在双区活动盖板工艺上做一些尝试，验证在高产高速情况下的工艺效果。

3.4 全固定盖板梳棉机

全固定盖板梳棉机的理念在20 世纪60 年代就有，但限于当时梳棉机和固定盖板技术的限制，没有开发成功。随着梳棉机棉网清洁器技术和双列齿固定盖板技术的快速发展，研发全固定盖板梳棉机也具备了技术条件。全固定盖板梳棉机具有落棉少、制成率高、维护和保养工作量小、棉耗少、器材更换更方便、无盖板清洁部件、彻底杜绝火警、无弹性针布消耗、节能等优势［16-17］，是梳棉机发展的一个方向。

3.5 智能化方面的继续提升

棉结、杂质、落棉在线检测和智能调整技术，开松、分梳隔距实时在线检测和智能调整技术等智能化配置将继续不断完善，并作为标准配置推向市场。梳棉机的各项主要技术质量指标都可以实时在线检测统计，进行全时段无死角监控，不再需要实验室取样检测，减少试验人员的工作量，采集的数据也更充分、准确，确保纱线质量长期稳定。

3.6 模块化

当前纺纱企业各种差异化品种、色纺品种、小品种变化频繁，同时纺纱企业的维护、操作技术力量越来越薄弱，对维修方便、易维护、易操作的设备更加青睐。模块化的结构设计可以满足不同配置要求，如单刺辊三刺辊、顺逆向给棉、不同形式给棉罗拉、固定盖板齿条、胶圈和集束器导棉等模块化配置，可以方便纺纱企业根据原料和纺纱工艺频繁变化的需求，通过模块化更换功能部件快速实现配置变化，满足不同纺纱原料、纺纱品种和产量品质需求，提高市场竞争力。

3.7 自动生头技术

生头工作是现在梳棉机挡车工需要具备的一项基本技能。虽然现代高产梳棉机的断头率已经很低，生头的劳动强度对挡车工来说微不足道，但生头自动化对实现梳棉机全自动操作具有重要意义。辅助生头技术目前已经成熟，但是离自动生头还有一些技术需要突破。初开车时道夫和三罗拉区域自动接网、出条技术目前在国际上还是空白，需要重点突破。该技术一旦突破，就可实现一键自动生头，既能提高开车效率，减少挡车工的劳动强度，又可减少生条回花，降低棉耗。

3.8 圈条器增容技术

纺纱工艺要求圈条筒容量越大越好，减少挡车工推筒工作量，减少头道并条接头次数，提高成纱质量。前些年，圈条器增容的方向主要是增大条筒直径和高度，如直径1 200 mm、高度1 500 mm 条筒的应用，容量提高的同时，也带来了占地大、容易倒、不方便操作等问题。如何在不改变条筒直径和高度的情况下实现有效增容成为了行业课题。

针对该市场需求，青岛宏大纺织机械有限责任公司通过优化圈条曲线，在圈条的同时智能控制条筒运动等技术手段，实现了在相同规格的条筒里多储存30%～70%的生条；随着该技术的逐渐成熟和产业化推广，将很好地解决这个行业痛点。

3.9 梳并联技术

梳并联技术无需条筒，一定台数梳棉机通过导条机构直接将生条输送到并条机，使企业节省用工和空间，彻底解决换筒带来的生条质量波动，头道并条省掉了换筒衔接过程中的接头。梳棉条筒运输和头道并条接头工作将成为历史，不仅提升了纺纱企业的自动化程度，也为纺纱企业带来了新的工艺革新、质量提升、管理升级等多重效益，是纺纱设备发展工艺革新的方向。

目前，全球首套高产梳并联一体机已在武汉裕大华纺织有限公司连续稳定运转4 年时间，主要做纯棉转杯纺品种，解决了柔性储条、自动接头、变速匀整、清梳联智能供棉等一系列技术难题［18］。其可靠性、稳定性、品种适应性还需进一步提高，并扩大推广应用范围，实现产业化。

4 结语

国产梳棉机从第一代至第四代经历了70 多年的发展，围绕分梳区域、锡林道夫直径和速度、活动盖板数量和转向、给棉刺辊区域机构、剥棉机构、吸尘方式、自调匀整系统、棉结、杂质、落棉在线检测装置等方面进行反复设计试验，不断探索，实现了国产梳棉机高速、高产、高质的发展目标，同国际一流水平相比，实现了从跟跑到并跑的巨大进步。

国产梳棉机应保持核心技术质量指标和纺纱品种适应性优势，在保证高产高速和优秀技术质量指标的前提下，进一步提高可靠性、稳定性和易维护性。在棉结、杂质、落棉、主要分梳隔距、锡林接针、主分梳区温度、生条定量和条干等在线检测和智能调整方面，覆盖主流纺纱原料和纺纱品种，并实现产业化。国产梳棉机在全固定盖板梳棉机、双区盖板梳棉机、圈条器增容技术、高速梳并联技术、自动生头技术等方面，已经走到了国际同行的前面，要加快品种适应性验证试验，尽快实现产业化，实现对国际一流梳棉机的弯道超车。