宽幅梳棉机的应用和维护保养

朱中华,严旭新,卢 陵

(卓郎(常州)纺织机械有限公司,江苏 常州 213200)

0 引言

梳棉机是纺纱的核心设备,其特有的松解纤维、除杂、均匀和成条功能,是其他纺纱设备无法替代的[1]。为了提高纱线质量,业内一直致力于对梳棉机的研究,使其近些年得到快速发展,尤其是进入21世纪后,更高效、智能的宽幅梳棉机研发成功,极大提高了梳理质量和生产效率[2-3]。笔者将重点介绍宽幅梳棉机的发展、应用及维护保养。

1 宽幅梳棉机的发展历程

1.1 梳棉机的发展

1764年,英国人James Hargreaves发明了“Spinning Jenny”,即珍妮纺纱机,它是一种手动操作的梳棉机。1775年,英国人Richard Arkwright发明了“Water Frame”,这是一种利用水力驱动的梳棉机(见图1),大幅提高了生产效率,真正实现纺纱工厂化,促使纺织业快速发展。

图1 早期梳棉机

从图1可以看出,早期梳棉机的主要结构由机架、锡林、道夫及盖板等组成。之后的100年梳棉机并没有太大发展,直到20世纪中期,梳棉机及相关技术开始迅速发展,其结构原理未改变,还是以三滚筒(锡林、道夫、刺辊)加盖板等组成,但各部件在安全性、电气应用、传动机械、梳理器材及控制系统方面有较大改变。现代梳棉机的结构示意如图2所示。

图2 现代梳棉机结构示意

由图2可知,现代梳棉机相比早期梳棉机有了很大不同,先进的设计元素增多,符合流行趋势。虽然核心原理与早期梳棉机相同,但随着新技术、新材料、新器材及安全技术的运用,梳棉机的产质量大幅提高。主要做了以下改进：① 增加锡林滚筒转速提高除杂能力,抬高锡林滚筒位置增大梳理面积;② 回转盖板骨架采用铝合金材质,减少盖板针布变形;③ 采用高性能金属针布齿条减少针布变形;④ 增加多样式的分梳板及吸尘系统提高除尘效果等。

21世纪,梳理工序在棉结与短绒、梳理与转移这2个固有矛盾的基础上,又增加了新的挑战。随着原料越来越复杂、产质量要求提高,传统行业需与高端技术人才、设备迭代更新相匹配。为解决固有矛盾和新挑战,促使梳理设备进一步发展,相关梳棉机制造企业研发了更高产、更智能化的宽幅梳棉机。

1.2 宽幅梳棉机的定义和发展

梳棉机的幅宽是梳理工艺的重要参数,二百多年来,传统梳棉机(如特吕茨施勒公司的TC 03～TC 10型、立达公司的C50～C51型、卓郎公司的JSC230型)的梳理幅宽为1020 mm、锡林直径为1290 mm。进入21世纪,随着新器材的发展和高效工艺的使用,使幅宽增加成为可能。

2008年瑞士立达公司首次推出1500 mm幅宽、锡林直径为814 mm的C60型宽幅梳棉机;2011年德国特吕茨施勒公司推出1280 mm幅宽、锡林直径为1290 mm的TC 11型宽幅梳棉机。随后常州卓郎、青岛宏大、郑州宏大等国内制造商相继推出宽幅梳棉机。表1为部分宽幅梳棉机参数对比。

表1 部分宽幅梳棉机参数对比

由表1可以看出,最新机型的梳棉机幅宽都大于1.2 m,我们暂且将幅宽超过1.2 m的梳棉机称为宽幅梳棉机;其一般都叠加了智能化装置,具备高效、智能的特点。

2 宽幅梳棉机的结构设计要点

梳棉机幅宽增加到1.2 m以上,虽然幅宽只增加20%～50%,但元件精度和相对隔距要求不能变,这对零件刚度、稳定性提出更高要求。新材料的应用、新结构的设计、高性能的梳理器材和传感技术的应用,确保了宽幅梳棉机的精度及隔距要求。

2.1 喂棉箱的均匀喂棉

就梳棉机喂棉箱而言,下棉均匀性十分重要。对梳棉机喂棉箱原有下送风和上送风结构进行CAE流体分析,发现都存在涡流现象。宽幅梳棉机喂棉箱风道通过调整送风口位置、增加收缩和扩散等结构设计,下棉均匀顺畅。

2.2 后部给棉板结构

给棉部件的作用不仅是均匀握持给棉,还承担了检测棉层厚度的功能。原梳棉机给棉板固有频率低,其截面结构见图3a)。

a) 原给棉板 b) 宽幅给棉板图3 给棉板截面结构

宽幅梳棉机给棉板通过提高给棉系统的固有频率实现高响应,同时可以过滤掉棉层转移过程中的虚假信息,以保证检测准确性;其采用特殊材料增加强度和韧性,确保有金属和硬物经过时不崩口。低惯量、高响应宽幅梳棉机给棉板截面结构见图3b)。

根据给棉系统固有频率的计算公式：

(1)

式中：

ωn——棉板系统固有频率;

K——棉板等价扭转弹簧刚性系数;

J——棉板惯性矩。

由试验可知,原给棉板等价扭转弹簧刚性系数为414.5,棉板惯性矩为0.85;故原给棉系统的固有频率为：

由试验可知,宽幅给棉板等价扭转弹簧刚性系数为948.4,棉板惯性矩为0.021;故宽幅给棉系统的固有频率为：

根据控制理论,给棉系统定长控制最小频率为33.40 Hz,按式(1)计算得原给棉系统固有频率为3.52 Hz,宽幅给棉系统固定频率为33.82 Hz,达到控制要求的最小频率。给棉系统固有频率提高,能更好地响应短时间内的棉层变化,宽幅给棉板检测准确,自调匀整效果更好。

2.3 回转盖板骨架

锡林盖板区是梳棉机的核心梳理区,锡林与盖板间的隔距稳定性尤为重要。宽幅梳棉机一般使用钢制锡林筒体,锡林滚筒包卷金属针布齿条后的齿尖平整度不大于0.02 mm,因此锡林与盖板隔距的稳定性取决于盖板针布的平面度。细长件盖板骨架一般为铝合金拉拔件[4],经有限元分析得出,温度变化对铝合金盖板骨架的影响较大,温升为10 ℃时,盖板骨架的最大变化量可达0.10 mm。

盖板针布通过边夹与盖板骨架联接,盖板边夹的材质通常是钢,热膨胀系数小,铝合金盖板骨架热膨胀系数大;高速运行的梳棉机,盖板区温升为10 ℃时,盖板上拱变形量为0.10 mm～0.15 mm,严重影响梳理质量。图4为原盖板骨架截面示意。

图4 原盖板骨架截面示意

宽幅梳棉机采用抗热弯高强度铝合金盖板骨架(见图5),即在盖板骨架的肩部设置与边夹一致的材料预应力件;加工时预加应力,目的是在温度变化时抵消盖板针布边夹材料及在铝合金盖板骨架生产过程中温度梯度导致的弯曲。

图5 抗热弯铝合金盖板骨架示意

2.4 自动检测和调整装置

宽幅梳棉机配置多种检测装置,主要有给棉金属检测、刺辊落棉检测、锡林金属检测、温度检测、粗细节检测、盖板隔距检测等,确保机器运行安全。

3 宽幅梳棉机的应用

Autocard SC6型宽幅梳棉机自2019年进入全球市场后,已在各种场景下有了实际应用。宽幅梳棉机分梳面积增加,分梳能力增强,增大了纤维喂入量和输出量,提高了产能[5]。在实际生产中,可根据产能、原料和品种质量要求,制定对应的宽幅梳棉工艺,充分发挥宽幅梳理优势。以下为Autocard SC6型宽幅梳棉机的应用实例。

3.1 涡流纺粘胶

涡流纺品种对纤维梳理度和伸直平行度要求比较高,Autocard SC6型梳棉机幅宽为1.38 m,有效梳理面积为4.2 m2,梳理效果提升,工艺调整后可高质高产。苏州某企业选用Autocard SC6型梳棉机,生产涡流纺R 14.58 tex纱,原料采用线密度为1.33 dtex粘胶纤维,生条定量为7.6 g/m,出条速度为255 m/min,产量为116.3 kg/h,成纱质量见表2。

表2 涡流纺R 14.58 tex纱成纱指标

3.2 赛络集聚纺

山东德州某纺织厂选用Autocard SC6型宽幅梳棉机生产9.72 tex赛络集聚纺纱,其原料采用奥地利兰精公司细旦莫代尔,线密度为1.0 dtex,纤维长度为34 mm,生条定量为5.3 g/m,出条速度为160 m/min,产量为50.8 kg/h。在清梳总落棉率为2%时,成纱管纱指标见表3。

表3 赛络集聚纺9.72 tex纱成纱指标

3.3 气流纺

Autocard SC6型宽幅梳棉机非常适合气流纺的高产需要。土耳其某客户原料含杂率较高,为12%,通过采用Autocard SC6型宽幅梳棉机,并通过提高锡林转速、调整落杂长度等工艺,解决了落杂与分梳问题。该客户生产气流纺19.44 tex纱,生条定量为6.8 g/m,出条速度为320 m/min,产量为130.5 kg/h,成纱质量指标见表4。

表4 气流纺19.44 tex纱成纱指标

3.4 环锭纺

环锭纺对梳理质量的要求较高,宽幅梳棉机能在梳理质量达到要求的前提下提高产量。山东某客户生产环锭纺C 19.44 tex纱,原料采用新疆细绒棉,生条定量为6.95 g/m,出条速度为223 m/min,产量为93 kg/h,成纱质量指标见表5。

表5 环锭纺C 19.44 tex纱成纱指标

3.5 生产再生环保纱线

意大利Fil.bi公司是欧洲再生环保纱线的重要企业,生产多种再生棉混纺纱,产品均达GRS纺织服装全球回收标准(Global Recycle Standard)。该公司选用Autocard SC6型宽幅梳棉机并配置MTA(超短片段匀整),省去并条工序,梳棉条直接进入气流纺纱机;所纺再生环保纱线质量优良,应用于T恤衫、针织运动布、裤子、衬衫等众多纺织面料。

原料为30%毛+25%再生棉+40%涤纶+5%废棉,生条定量为7.2 g/m,出条速度为263 m/min,产量为113.6 kg/h,生产53 tex品种的成纱质量指标见表6。

表6 意大利再生环保纱成纱指标

4 宽幅梳棉机的维护保养

在维护保养方面,宽幅梳棉机实现了数字化智能控制和按需保养。传统梳棉机一般按周期维修,如每月1次小平车,每2个月1次大平车;无论梳棉机实际状况如何,都需全部拆装1遍,这是因为传统梳棉机难以定位。宽幅智能梳棉机通过传感器、变频器等设置,实现开关门故障监测、气压监测、转速监测、落棉监测、电流监测、金属探测及质量指标监测等,使维保更加精准,实现按需维保、及时应对。

4.1 Predata系统的应用

卓郎云Predata系统使梳棉设备实现了互联互通,所有信息可方便地呈现在各种终端(电脑、车间看板和手机等)。Predata系统囊括了梳棉机的生产状况、工艺设定、质量情况、故障报警信息、单机信息和产线总览等;不论何时何地,都能第一时间发现或预判故障,使维护保养更精准,管理更简单。

4.2 针布的保养

设置合理的设备维护周期,设置系统定期提醒,根据系统提醒结合棉条质量对针布修磨或保养,能提高针布使用寿命及棉条质量。一般用油石珩磨机修磨锡林、道夫针布,用机上磨盖板机修磨盖板。

4.3 定期查阅质量页面

通过定期查阅Predata的负载页面,查看各驱动电机电流,分析判断各电机工作状态是否良好、原料梳理转移是否异常。设备故障时,屏上信息条显示故障信息,进入故障显示界面,故障信息显示日期、发生时间、原因及如何处理;故障解除之后,屏上指示灯由亮变暗,视为故障解除,进入正常生产。

4.4 加强日常巡回

需定期检测维护设备传动系统、检测感应系统。检查滤尘管道清洁、梳棉通道挂花、皮带张力、各电机温升、各传感器设定等是否变动。

5 结语

宽幅梳棉机从结构设计、智能检测控制及自动调整、器材稳定性方面都能适应高速高产的要求。因结构、器材、自动化及互联网技术的加持,宽幅梳棉机实现了数字化智能控制、按需维护保养等。相较传统梳棉机,设备管理也更为简洁和精准。在纺织行业逐步向高质高产发展的时期,宽幅梳棉机作为纺纱核心设备,满足了新时代纺纱要求,为纺纱行业带来了更高效益。