本文发表在2024年出版的第42期《梳理技术》杂志上，更多好文章期待您的投稿。投稿/赠阅咨询邮箱：shulijishu@geron-china.com或致电13862860500杨女士
摘要：为了探索提高梳棉机单机梳理效率，对梳棉机梳理区的结构设置进行了分析，认为传统梳棉机锡林表面积的利用率只有50%左右，形式上只是一种“半梳理”梳棉机。锡林表面积是宝贵的分梳资源，应当得到充分的利用，因此提出“全梳理”梳棉机概念，其基本形式为：抬高刺辊位置，缩小道夫直径，使刺辊和道夫处于梳棉机的同端，从而使梳理区域最大限度地覆盖锡林的表面，达到提高梳棉机的梳理效率的目的。“全梳理”梳棉机具有多项技术特点和优势，在架构相同的情况下，可以选择产量最大化或成本最小化两种不同尺寸的设计。“全梳理”梳棉机概念可以为梳棉机技术新的突破带来机遇。
关键词：梳棉机；梳理；锡林表面积利用率；“全梳理”；“C”字形梳理区架构
0.引言
在传统梳棉机的结构中，刺辊、锡林和道夫基本上是在水平方向从后向前依次排列。这样的形式导致锡林的梳理能力没有得到充分利用。锡林针齿每转过程中，仅在上半区，即从刺辊隔距点到道夫隔距点对纤维进行梳理，而在下半区，即车肚区域内，锡林针齿没有梳理作用，处于“怠工”状态。因此锡林的实际梳理负荷只有50%~60%左右。如果说梳棉机运行了8个小时，我们可以认为锡林针齿累计只梳理了4个小时左右。所以传统梳棉机可以说是一种“半梳理”状态梳棉机，显然这是一种不尽合理的结构。
从资源合理利用理念出发，如果将锡林表面怠梳区域开发转换为梳理区域，形成锡林针齿在每转过程中全程梳理，将对提高梳棉机工作效率，提升产能，改善产品质量等都有着重要意义。
1.“全梳理”概念梳棉机及形式
为了便于对梳棉机梳理区域进行研究和改进，在此引进“全梳理”概念。
1.1什么是“全梳理”
“全梳理”概念是指通过改变刺辊、道夫、盖板与锡林的相对位置以及分梳元件的尺寸或数量从而使得锡林表面最大限度地被梳理区域覆盖，基本消除锡林针齿存在的怠梳现象。
锡林表面是宝贵的分梳资源，“全梳理”旨在更充分、更合理地利用锡林表面，不浪费资源，为梳棉产能提升和质量改善挖掘潜力。
“全梳理”并不是狭义上一定要求锡林表面百分之百地成为梳理区。如在分梳件衔接区域设置少量过渡罩板是合理的，也是必须的。只要梳理区域占到锡林表面积达到85%以上，即可称为“全梳理”。
1.2“全梳理”的基本形式
本世纪以来，梳棉机通过抬高锡林中心，降低道夫和刺辊的位置，梳理区域得到了大幅度增加，梳棉机已经在朝着“全梳理”方向发展。特吕茨勒TC系列梳棉机梳理区域（图1）由28根工作盖板和多达28根固定盖板组成，梳理弧长最长2800毫米，梳理弧度达到249˚，梳理区占锡林表面积69%。
图1 TC系列梳棉机梳理区域
最新型的TC30i梳棉机（图2）梳理弧长达到了3190mm。由于锡林直径是1400mm，根据计算梳理弧度达到261˚左右，梳理区占锡林表面积73%左右。
图2 TC30i梳棉机
立达C系列小直径锡林梳棉机梳理区活动工作盖板32根，固定盖板总数可达8根（图3），梳理弧度约为280°，梳理弧长2000mm，占锡林表面积78%左右。
图3 C系列小锡林梳棉机梳理区域
最新型C81梳棉机梳理弧度达到了307˚，因为直径是1178mm，根据计算，C81梳理弧长应为3154mm左右。梳理区域占到锡林表面积85%左右（图4）。
图4 C81梳棉机梳理区域
1.3“全梳理”梳棉机架构探讨
目前梳棉机梳理区是一种“Ω”架构。在这种架构下，要实现“全梳理”的话，由于道夫和刺辊必须最大限度地接近，锡林中心位置势必会被抬得很高，这会对梳棉机维护保养操作造成不便，而且增加梳棉机运行的不稳定性。如要克服这些不利因素，需重新考虑梳棉机的架构，根据“全梳理”的特性合理设计梳棉机。
1.4“全梳理”梳棉机新架构的设想
为了改变“Ω”梳理区架构的短板，以锡林为基点，适当抬高刺辊位置，把道夫直径适当缩小并将其置于刺辊下方，使刺辊和道夫处于同一端，活动工作盖板根数与固定盖板根数可以得到大幅度增加。图5为这种“全梳理”梳棉机结构示意图，不妨称之为“C”字形梳理区架构“全梳理”梳棉机。
图5 “C”字形梳理区架构“全梳理”梳棉机
按照这样的架构，锡林不必抬高，因而不会额外影响维修保养操作的便利性和梳棉机的稳定性。将刺辊从锡林水平中心线的下方移到上方，可能争议不大。因为现在清梳联已经普及，棉层喂入一般都是通过棉箱自动喂入刺辊，刺辊抬高不会对喂棉产生较大的影响或妨碍。
将道夫直径适当缩小可能会引发较大争议，因为鲜有这样的先例。纤维从锡林向道夫转移的基本条件是针布和速度的配置，与道夫直径在一定范围内的大小变化没有很大的关联性。上个世纪五十年代，英国曾做过缩小道夫直径的实验，在当时的条件下，12英寸直径的道夫是可行的。当然如果采用较小直径的道夫，开发相应的配套针布以适应道夫曲率半径变化是必要的。
将道夫安装在刺辊的下方，则完全颠覆了常规的道夫位置，可能会引起很大的争议。如：空间变窄，能否方便挡车操作？棉网输出情况变化，能否顺利剥取棉网和集束成条？包卷道夫针布能否进行？等等，这一系列问题需要进一步论证解决。
现在梳棉机断头率很低，挡车工生头操作工作量已经大大减少，而且自动出条技术也已经成熟，因此道夫位置的变化对挡车工操作不会带来很大的不便。
道夫移到刺辊下方后，棉网输出由道夫下方输出变为上方输出，但针齿配置方式没有改变（图6），从原理上来说，剥棉罗拉的剥取作用不受影响。
图6 道夫位置变化后的棉网输出
关于道夫针布的包卷，因为道夫直径缩小，重量相应减轻，因此道夫可以方便地从机上取出，放到包刺辊机上进行包卷，这样就不用担心机上空间限制而影响包道夫针布。
2.“C”架构“全梳理”梳棉机的优势展望
“C”字形梳理区架构梳棉机可以给梳理和操作带来新变化。
2.1纵向梳理区域扩大到极限
“C”字形架构延伸和拓展了锡林梳理区域，使得梳理区域在纵向扩大到极致。相比于宽幅梳棉机横向增加梳理区域方法，纵向扩大梳理区域在梳理效果和经济效益方面具有更明显的优势。立达公司的C81梳棉机产品说明书上指出：“工作盖板数量为高产和优质奠定基础。梳理效果用有效梳理指数（ACI）表示，除了工作盖板外，梳棉机的工作宽度同样包含在此计算中。ACI是工作宽度（以米为单位）与工作盖板数量的乘积。ACI值越大，梳理效果就越好。最佳ACI值意味着梳棉机产量高，质量好。”立达公司计算的C81梳棉机ACI指数为40*1.5=60，但却没有将预分梳和后分梳固定盖板纳入计算。特吕茨勒公司则认为预梳理和后梳理对梳理质量具有重要贡献，因此他们更重视包括预梳理区、盖板工作区以及后梳理区的梳理弧长参数。TC19i梳棉机产品说明书中指出：“纤维在锡林上走过的路径越长，梳理质量越高。根据这一质量公式，TC19i以超过2.8m的梳棉长度确立了最佳品质的前提。除了理想的盖板条数量，也有足够的分梳板及清洁单元进行工作。”在新一代的TC30i机型上，锡林直径增大到1400mm，工作区活动盖板增加到38根，从而使梳理弧长增加到了3.1m。
以常规梳棉机锡林直径1290mm，机幅1000mm为例，“C”架构梳理区内活动工作盖板根数可以达到52根，固定盖板根数可以达到36根。活动盖板ACI指数为52，固定盖板ACI指数为36，梳理弧长可以达到3.6m，基本上达到甚至超过现有宽幅梳棉机的ACI指数和梳理弧长。
2.2改善高产梳棉机道夫棉网输出稳定性
现有高产梳棉机随着产量的不断增大，将使道夫下部的棉网负荷增大或输出速度加快。由于道夫下部承载动态棉网的能力受到重力作用，因此道夫针齿对棉网的握持和输送会受到影响，产生掉棉网现象。虽然现已加装了道夫下罩板对棉网进行托持，但这仍然成为制约梳棉高产的一大因素。“C”架构道夫从锡林上剥取棉网的方式，从传统的道夫底部输出改变为从道夫上部输出。这一棉网输出方式，消除了道夫承载动态棉网受重力作用的影响。无论是对于较厚密而慢速还是对于疏薄而快速的棉网，都能够顺利地转移、剥取和输送，杜绝道夫棉网下坠掉落。这可以有效提升梳棉机的运行稳定性，大大提高梳棉机对于产量、速度、定量、温湿度、纤维品种以及前部张力牵伸等工艺条件的适应性，改善生条条干水平，实现梳棉机高产高速制约因素和障碍的有效突破。
2.3结构优化便于梳棉机灵活设计
“C”字形梳理区架构可以使梳棉机在同样的机件尺寸情况下实现质量的改善和产量的提高，或者可以在同样的质量和产量条件下实现梳棉机的小型化。锡林直径可以有不同选择，可以从产量最大化和成本最小化两个出发点设计“全梳理”梳棉机。
2.3.1产量最大化
锡林的直径可以选择与传统锡林尺寸相同，分梳区回转盖板与固定盖板总根数可以达到80根以上（图7），可以显著增加锡林梳理面积，从而提高梳棉机梳理能力，有利于提升产能和生条质量。
2.3.2成本最小化
锡林直径也可以选择非传统的小直径尺寸。在保持传统的分梳区回转盖板与固定盖板数量的情况下，锡林直径可以明显减小，如选择直径为800mm左右，同时缩小刺辊和道夫直径，分梳区回转盖板与固定盖板总根数可以达到50根以上（图8）。梳棉机制造成本和加工难度明显降低，同时节约梳棉机占地面积。
2.4便利值车和维护操作
现有梳棉机值车要求挡车工必须经常检查后部喂入部分喂棉状况和前部输出状况，及时处理堵塞、积花或漏风等问题。“C”架构设计喂入和出条处于同一侧，挡车工不用经常兼顾梳棉机前后两端状况，只要在一端观察就可以了解梳棉机的喂入与输出状况。锡林直径缩小和锡林中心的下移，也都为梳棉机设备维护保养提供了便利。
2.5为多分区盖板技术开发提供空间
双区盖板技术应用在上个世纪就已经提出，“全梳理”梳棉机的梳理区的大幅度增加，锡林工作弧度的大幅度扩展，为双区或更多分区盖板技术的应用拓展了空间。多分区盖板技术应用可以大幅度增加活动盖板部分工艺设置的柔性，如2或3分区数、分区盖板的根数分配、各分区盖板针齿密度、各分区盖板运行转向和运行速度等，提供有利于产量、质量和纤维利用率等技术经济指标改善的选择。
2.6合理适应并条牵伸工艺，有利于梳并联推广应用
不以追求高产量为目标的小型化“全梳理”梳棉机，既满足纺纱工艺梳棉机与并条机配置比例的合理化，又可以满足梳棉机与并条机联合机组的整合设计和应用，开创梳并联合机组或清梳并联合机组技术应用的新途径。
2.7契合可持续发展理念
“C”字形梳理区架构可以合理优化梳棉机的梳理资源利用，提高梳棉生产效率，提升加工低等级原料的梳理能力，降低梳棉机制造成本，节约梳棉机占地面积，与梳棉机可持续发展方向相一致。
图7 产量最大化“全梳理”结构梳棉机
图8 成本最小化“全梳理”结构梳棉机
3.国外梳棉机架构设计专利介绍
上世纪50年代到70年代，梳棉机发展进入了高产梳棉机时代。欧、美、日等地区和国家的梳棉机制造商对梳棉机结构进行了大量的研究和开发，试验了多种形式以及不同尺寸和数量的梳理元件配置的机型，期望在高产和梳理质量上取得突破性进展。德国的梳理研究学者对这些设计专利进行了梳理和汇总（图9）。
图9 国外不同形式的梳棉机专利
图9a）是传统梳棉机架构，活动盖板总数106~110根，工作区盖板42~45根。
图9b）是Platt公司制造的氧化铝砂粒罩板梳棉机，活动盖板针布由砂粒取代。通过砂粒的摩擦对纤维进行梳理（美国专利号2879549）。
图9c）是Zinser公司的专利。盖板梳理区放置的是18根固定盖板，锡林直径仅700mm。
图9d）是意大利Fratelli Bettoni公司的专利，活动盖板总数增加到244根， 90根在锡林上面，154根在锡林下面。上下梳理区内工作盖板总数达到97根。道夫位于刺辊上方。
图9e）是意大利Marzoli公司的专利。锡林上部是双区活动盖板，入口侧活动盖板是顺转，出口侧活动盖板是反转。锡林直径686mm，盖板宽度26mm。
图9f）是日本Osaka Kiko公司C.C.型OS梳棉机。锡林上部是双区活动盖板，通过一对工作辊过渡连接（日本专利号14587）。
图9g）是日本Osaka Kiko公司S.C.型OS梳棉机。锡林上部是双区活动盖板，按入口侧顺转，出口侧反转运行，双区中间通过一对工作辊以及一根单根工作辊过渡连接。
图9h）是日本的“超级梳棉机”。在刺辊和活动盖板之间有一对或二对互不相连的工作辊。Shinko Boki公司制造的“超级梳棉机”SBK型上是一对工作辊，活动盖板70到90根； Osaka Kiko公司的“超级梳棉机”是二对工作辊，活动盖板66根；丰田公司的CS型“超级梳棉机”是二对工作辊，活动盖板40到52根。
图9i）是日本Howa公司的梳棉机，双刺辊和活动盖板之间是2根工作辊过渡连接（日本专利号213289）。
图9j）在活动盖板与道夫之间有一对工作辊与活动盖板连接。
图9k）与图9j）类似，但工作辊与盖板不连接。
图9i)是日本Howa公司的CM型梳棉机。在刺辊和活动盖板之间有一对工作辊再加一根辊子与盖板相连。工作辊转速70rpm，转向与锡林相反。德国Ingolstad公司在刺辊和盖板之间是二对工作辊，但不与盖板连接，活动盖板总数64根，工作区盖板22根。在盖板和道夫之间有一根快速辊。
图9m）是日本Howa公司的CN型梳棉机。采用了三根分梳工作辊取代了活动盖板。刺辊下方加装两根分梳辊。锡林直径缩小到696mm，刺辊直径增加到338mm。
图9n）多道夫输出，一些道夫是小直径的。
图9o）为日本Howa公司用4对工作辊和1个快速辊取代了活动盖板。
图9p）日本Keyowa Kikai Seisa Kusyo公司的罗拉梳棉机采用预梳刺辊，3对柔和工作辊和2根分梳辊。
图9q）日本Okuma公司的CKT型梳棉机刺辊部分有1对工作辊和1根转移罗拉，3根工作辊和2对工作辊，并有1根快速辊。
图9r）以及图9s）是双联梳棉机，是美国Saco-lowell公司申请的专利。
4.结论
4.1 传统梳棉机的结构限制了锡林表面积的利用，浪费了宝贵的分梳资源。“全梳理”梳棉机的梳理结构通过刺辊、锡林、道夫的位置调整，优化了梳棉机技术结构，最大限度地挖掘了有效梳理面积，提高了锡林表面积利用率。“全梳理”梳棉机不仅对产能提升、质量改善创造了有利条件，而且为梳理装备和工艺技术发展提供了多种可能性。
4.2 在锡林筒体直径和宽度不变的情况下，锡林表面梳理面积的大幅度增加是“全梳理”梳棉机对现有技术的突破，通过梳棉机架构装备和工艺技术的创新，实现梳棉机综合性价比的提升。其一方面在制造成本相近的条件下为梳棉机实现更高产量和质量提供梳理保证；另一方面可以为因满足纺纱工艺技术需求而采取常规产能水平的梳棉机提供高性价比装备与工艺技术解决方案，从而为十四五行业发展规划重点项目梳并联及清梳并联技术的推进应用创造条件。
开展“全梳理”梳棉机的研发，可以为国产梳棉机赶超国际品牌开辟一个新的赛道。
参考文献
[1]刘古立, 倪远. 梳棉机结构的技术创新和发展展望[J]. 上海纺织科技，2009，37(4):4-6.
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