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对高产梳棉机几个技术问题的探讨
杨巧云 ［苏拉（金坛）纺织机械有限公司］
0 前言
从弹性针布梳棉机到金属针布梳棉机，产量从开始的几千克发展到现在的100 kg，梳棉机产品结构发生了非常大的变化。现阶段，刺辊区分梳板、前后固定盖板的增加，大大改善了进入锡林区纤维束的结构，使锡林提速成为可能。顺向技术、多刺辊技术、多组固定盖板、多组棉网清洁器运用、控制技术、在线检测技术以及金属针布的发展和应用更是把梳棉机推向了一个精致、高速、高产、高稳定性的时代。
1 梳棉机结构的变化
1.1 喂入结构
从逆向到顺向是喂入部分的巨大变化。最早采用顺向喂棉技术的应该是瑞士立达的C4梳棉机。理论上讲，顺向喂棉应比逆向在短绒减少方面具有优势，而且顺向给棉，给棉板置于给棉罗拉上部，从机械结构，调整方式、调节的便利程度看，顺向给棉都不失为一种较为理想的结构。事实上，由于梳棉机生条质量的影响因素实在太多，只有经过用户厂家大量的统计数据才能反映出顺向和逆向的差异。从自身经历获取的数据和文献报道中得到的信息，目前没有真正的将两者在同等条件下进行大面积长期跟踪对比的指标数据。
值得一提的是如果将顺向给棉技术应用于传统成卷梳棉机，除杂和分梳效果反而会受到影响。因为传统方式梳棉机棉层前进的方向和受梳方向之间在给棉板鼻尖处有转折点，棉层进入刺辊分梳区时，给棉板鼻尖对棉层的阻碍使给棉罗拉与给棉板对棉层的握持更为充分，刺辊针布穿刺纤维后对棉层向下的撕扯会更细微、更均匀。而顺向喂棉则不同，由于棉层经过成卷机1500~2000 kg重的加压，棉层中纤维之间的抱合很紧密，如果顺向喂入，刺辊针布穿刺后，握持点和分梳点之间的棉层会随机被撕扯开来，而且，撕扯成大块的可能性很大，撕扯后棉块的大小离散程度会远大于逆向喂入方式。而清梳联筵棉本身较为松散，纤维束之间的抱合远较成卷小得多，刺辊分梳时带入分梳区的纤维相对较为均匀。所以，如果顺向喂棉用于成卷产品的话，必须增加给棉板与罗拉之间的加压力。这就带来另外一个问题，罗拉或给棉板在巨大压力下是否产生变形的问题。因此，任何一项新技术总是优劣势并存，只有充分了解其原理，才能真正将其功能用到极致。
1.2 刺辊区结构
梳棉机从单刺辊发展到多刺辊，目的主要有两个：一是工艺对除杂和开松的需要，二是在产量提高情况下，如何尽量减少主分梳区分梳元件的磨损，减少使用厂更换针布的成本和维护费用。
现阶段，为提高棉花的等级，轧花厂将加工工艺流程增长，将清花工序的开松、除杂作用移至轧花厂完成，而且由于棉花在轧花厂所受到的打击比清花工序更强烈，籽棉经过轧花厂的加工后，棉结、杂质、带纤维籽屑和疵点变得特别多特别小。在清花工序的开松、除杂过程中，由于这些疵点体积小、重量轻或夹杂在纤维中间，很难在清花工序中清除而转移到梳棉工序，这就加重了梳棉机开松、除杂、梳理负担。而对梳棉机来说，60%左右的除杂工作需要刺辊区完成。高产时仅靠单刺辊高速开松除杂，除了进一步造成纤维的损伤外，第一落杂区落棉量的控制和除杂效果的兼顾就很困难。这也是很多主机厂开始研究多刺辊的一个原因。
三刺辊由于其转速以一定比例增加，对纤维的预处理能力增强。从筵棉到锡林区，经过三个刺辊的分梳转移，除给棉罗拉到第一刺辊为顺向握持打击外，其余均为顺向、速度针密渐增的自由式打击。曾有过试验，单刺辊和三刺辊在转杯纺产量低时，纺纱指标没有太大差异，转杯需要清洁的周期没有差异。但高产时，三刺辊梳棉机的生条质量优于单刺辊，表现在转杯纺的积尘、断头次数、成纱的强力不匀都相对较少。三刺辊结构在产量很高时优势较为明显。
但近几年纱线质量提升较快，用户对棉结要求越来越严。这就使得棉纺厂在纺环锭纱尤其精梳纱时，梳棉机实际产量不会太高。产量50 kg以下时，三刺辊效果不很明显，短绒甚至还会高于单刺辊梳棉机。随着后固定盖板根数的增加，纤维的预分梳作用得到提高，如果使单刺辊结构优化、使得工艺调整便捷、上机工艺准确性提高，产量在70 kg/h以内时单刺辊梳棉机完全可以满足生产需要。
为适应不同的纺纱要求，未来梳棉机肯定单、三刺辊并存。目前立达、特吕茨勒梳棉机采用单、三刺辊结构。国内主机厂一直以单刺辊产品为主，对特别高产的转杯纺，才推荐使用三刺辊产品。
1.3 锡林直径
现在梳棉机的发展可以说进入多元化阶段。立达C60锡林直径最小，仅814 mm，最高速度达850 r/min。克罗斯洛尔MK6锡林直径1018 mm，锡林最高速度770 r/min。特吕茨勒、郑纺机、青纺机、苏拉（金坛）锡林名义直径1290 mm。最高速都不超过550 r/min。关于锡林直径的问题，国内很多专家发表文章，认为小锡林可以获得更好的生条质量。分析认为：锡林转速越高，锡林周围气流场强度越大，梳理作用越强。也就是说，小锡林比大锡林在高速高产时更有优势。因为采用小锡林后，在同等线速度条件下，小锡林的转速比大锡林高很多。随着锡林转速的提高，小锡林运转时离心力加大，更多的棉纤维能够参与固定盖板、活动盖板之间的梳理。而且由于离心力大，细小杂质、棉结、短绒更容易抛向活动盖板而被盖板排出。而且，在钢材热膨胀系数一定的情况下，小直径锡林热膨胀量小，隔距变动小，对稳定隔距非常有利。
理论如此。曾作过小锡林和大锡林的对比生产试验，从对比结果看，小锡林在生条棉结、短绒含量、生条杂质含量方面，都没有明显优势，相反，反而是传统设备结果更好些。对比成纱的条干、细节、粗节、棉结，小锡林条干和细节稍差，粗节和棉结差得很多，尤其在纺普梳产品时，小锡林棉结比大锡林多2倍。实际与理论之间存在较大差距。当然，不排除试验的局限性，有条件的厂家不妨做些对比试验。
小直径锡林必须解决好如下两个问题，方能达到最佳梳理效果。
（1）针布对纤维的握持及短绒问题。锡林直径减小后，为了保证纤维在两针面间正常的分梳和转移，锡林转速必须提高。转速提高后，离心力急剧增加，锡林针布对纤维的握持作用减弱，如果锡林不能很好地握持纤维，纤维在盖板区完全出于自由状态的话，纤维的相互揉搓肯定会使棉结增加；转速提高后，短绒的增加也不可避免。如大锡林在500 r/min以上，短绒的增加就非常明显，而小锡林转速一般高达700~800 r/min。而且锡林直径小，纤维在进入固定盖板、活动盖板间时，进出隔距相差大，纤维在针齿间穿行时受力的不均匀性更大。目前活动盖板宽度在33左右，针布宽度22.7 mm，大锡林时，活动盖板针布与锡林相切时，活动盖板踵趾差约为0.56 mm。小锡林时，活动盖板宽度没有改变，还保持盖板针布与锡林相切，活动盖板踵趾差约为0.86 mm（以直径814mm计算）。这样难免出现短绒增加的问题。
（2）转移率问题。由于小锡林速度高，其附面层气流比常规产品大，在向道夫转移过程中，如果气流不能很好排出，那么棉网质量肯定会受影响。因此，采用小锡林时，锡林道夫三角区必须增加吸口，而且，道夫要采用深齿隙针布。同时，为保证足够的转移率，使纤维顺利从锡林针面转移到道夫针面，锡林道夫转移区长度就应该和大锡林相同，基本保持不变，就需要加大道夫直径。如立达锡林由C51的1290 mm减小为C 60的814 mm时，道夫直径由C 51的500 mm加大到C60的680 mm。
锡林直径并不是决定纺纱质量的最主要因素，无论大直径还是小直径锡林，只要产品结构合理、工艺配置准确，针布选用合适，现场管理到位，纺纱质量都应该能够保证。
1.4 机幅宽度
最早增加机幅的为立达的C60梳棉机，机幅由1000 mm增加到1500 mm。国内郑纺机、青纺机先后在2008年、2010年上海ITMA展览会上展出机幅为1200、1500 mm的梳棉机。C60面世之时，大家认为宽幅化有可能是梳棉机未来发展的趋势：当锡林线速度、针布齿数、使用原料（即纤维根数）相同条件下，可以在梳理度不变的情况下，增加梳棉机产量，而且由于采用宽幅结构，集棉时必须有皮圈结构，从棉网外层到内层又是一次混合过程，对提高生条的质量非常有益。本人认为，短时间内不能成为主流，原因有以下4点。
（1）对主机制造厂，如果机幅增加10%~20%，现有加工设备可能勉强使用，但如果增加30%以上，现有加工设备大多不能满足使用。
（2）对配套件厂，金属针布的生产问题不会太大，但活动盖板植针、磨针设备需要重新更换或增加。这只能是少数有能力的厂家适当增加机台满足少量需求。同时管理成本相应会增加。
（3）对使用厂，如果是新建厂，可以直接使用宽幅产品，磨刷盖板机、包盖板机等辅机都要宽幅设备。对老厂改造，如果增加宽幅产品，磨刷盖板机、包盖板机等已有辅机不能同时满足老机和新机需要，势必也要增加辅机投入。
（4）对使用维护，梳棉机是精细设备，转动件速度高，锡林区各部分隔距较小，各元器件的精度要求高，稳定性要好。由于机幅增加太多，工人在调整隔距时中间点很难查到。只能通过保证两边隔距要求进而间接保证整个幅宽隔距。
1.5 前后固定盖板及棉网清洁器
前后固定盖板和棉网清洁器对纺纱质量的影响已经有很多同行作过试验和研究。新型梳棉机为提高锡林区的分梳效能，都把增加固定盖板和棉网清洁器作为主要手段。如特吕茨勒TC03，正常纺棉时固定盖板数量前12根后6根，棉网清洁器为前3后3；立达C60梳棉机固定盖板根数为前2后4，棉网清洁器为前2后2；国内郑纺机JWF1204采用前8后6固定盖板，前2后3棉网清洁器；青纺机JWF1209前8后10固定盖板，前3后3棉网清洁器；苏拉（金坛）JFA228前4后4固定盖板，棉网清洁器前2后2。试验表明，后固定盖板数量和针齿的锋利度对成纱的影响比前固定盖板敏感。后固定盖板的预分梳作用使进入锡林、盖板主梳理区的纤维束减少；均匀锡林针面负荷、改善锡林盖板间的梳理条件，为减小锡林盖板隔距创造了条件。固定盖板加棉网清洁器的结构能够排除一些杂质和短绒，但对带纤维籽屑的排除效果仍不大。对带纤维籽屑的排除仍主要通过活动盖板区来实现。笔者曾做过全固定盖板加吸口的试验，生条中带纤维籽屑的清除效率只有30%。经过清花工序的开松混合除杂，再经过刺辊区的开松和除杂，纤维束的质量已经减小很多，能通过离心力和吸风方式清除的杂质已经大部分清除，而带纤籽屑大部分尚未清除，此时如果增加太多的固定盖板，由于固定盖板本身没有容纤能力，反而会将带纤籽屑击碎，对清除带来更大不便。后棉网清洁器主要在消除锡林区外溢气流的同时排除被固定盖板分离出来的一些结杂。因此，后固定盖板在纺棉时不能配置太多，且一定要和棉网清洁器配合使用才能达到理想效果。而前固定盖板区的作用是提高棉网的清晰度，使纤维排列更趋一致。进入前固定盖板区的纤维，已经过活动盖板区的分梳、大部分短绒和带纤维籽屑已经被活动盖板带出，很小部分短绒和小杂仍浮在锡林表面，必须及时清理。从试验收集的前棉网清洁器落物看，落物以短绒和细小尘杂为主。经过前固定盖板对纤维的整理，纤维的单向一致性更好，生条中短绒含量得到有效控制。
2 高速高产梳棉机要解决的工艺问题
2.1 清梳联筵棉结构与成卷棉层结构的差异
纺纱过程是逐步完善纤维取向的过程。开清是将棉块变成棉束，梳棉是把棉束变成单纤维并具有一定的方向性。早期开清棉产品将开松除杂混合过的棉束制成棉卷供梳棉机使用。在制成棉卷过程中，都要经过尘笼的凝聚，由尘笼凝聚而来的棉层没有任何方向性。且为防止粘卷，棉卷输出时要经过巨大的压力加压。这样进入梳棉机的棉卷在刺辊开松过程中可以实现均匀喂入。而清梳联棉箱输出的筵棉棉层松散，纤维各向抱合力一致性差。而且由于前进方向与纤维排列方向的完全不同，使得进入刺辊区的纤维均匀性差，刺辊在打击过程中容易将纤维打断。这也是纺织厂普遍认为清梳联产品纺出的纱线短绒率较成卷高的主要原因之一。
2.2 高速高产时气流问题
在三罗拉输出区域，棉网会随着输出速度的提高，发生不同的变化。尤其在出条速度大于180 m/min时，剥棉罗拉和大压辊处出现棉网下垂，改变此区牵伸后，高速棉网转移顺畅，但低速生头就非常困难。分析认为：高速时旋转件产生气流对棉网的稳定输出有影响。目前解决此问题有两种办法，一是增加护罩，二是辊体单独控制，采用一定的速度跟踪比例。锡林和道夫下三角区间的气流相对难以控制。通过观测，有的三角区气流成涡流状，有的不很明显，气流控制不好，纤维在此扭结从而形成松散棉结。另外，纤维从锡林往道夫转移时经过握持点的变化，即原来由锡林握持，至隔距点附近，变为道夫握持，纤维向道夫转移有一定的随机性。据测定，道夫的转移率不到30%。在此过程中，锡林梳理完成的纤维不能保证完全转移过来就重新带回锡林盖板区，经历下一次的梳理，造成短绒增多。假如道夫能够像剥棉罗拉一样，将锡林表面梳理过的纤维完全转移过来，减少纤维反复受梳的机会，不知会是怎样的结果，不知道同行中有无作过此方面的试验，怎样判定重新转移至锡林区的纤维为未梳理好的纤维。
3 结束语
高产梳棉机产品结构较传统产品发生了很大变化。顺向喂棉、增加固定盖板和棉网清洁器根数等是当前高产梳棉机的通用技术。三刺辊结构在气流纺纱时具有优势。机幅增加是提高产量的一种解决办法。高速高产时的气流问题、清梳联棉箱输出筵棉结构与成卷棉层结构的不同等工艺问题值得大家深入研究。
参考文献：
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《梳理技术》创刊于2000年，由金轮针布公司和原上海纺科院部分老专家，在梅自强院士（已故）的指导下联合创办。黄锡畴、许鑑良、孙鹏子（已故）、周建平先后任主编。并拥有一支国内外学界权威、行业技术专家组成的编委队伍。《梳理技术》每期发行一万多份，读者覆盖高校、科研机构、纺织企业各层面。成为纺织行业梳理领域内公认的具有极高专业性、权威性的技术刊物。《梳理技术》的宗旨是助力纺织行业进步，致力于行业技术的突破与提升，积极倡导学术争鸣，为技术交流提供平台，坚持免费提供给读者的原则，愿与广大客户和各界朋友携手共创梳理技术美好未来！
