高产梳棉机刺辊工作的一些理论分析

高产梳棉机刺辊工作的一些理论分析

张文赓  （东华大学）

0      前言

梳棉机刺辊部分工作对产质量有重要影响。首先它将喂入的棉卷或棉层进行握持分梳，使70%~85％的纤维(束)成为单纤维；棉束的平均重量降为每个0.1mg左右，使锡林盖板的分梳负担大为减轻。其次刺辊部分除去棉卷中的很大一部分杂质短绒。然后将较为清洁的纤维 (束)输送或转移给锡林。

梳棉机高速高产以后，刺辊部分的工作也相应提高并高速化，于是就产生一些实际与理论上的问题。

1      分梳问题

首先是对棉层的握持分梳产生了影响。棉层喂入量增多了，单位时间对棉层作用的齿数就应该增多。原先在低产时（10 kg，700 r/min）每一锯齿作用约一根纤维。当产量从10 kg提高到40~60 kg，即提高4~6倍，但刺辊速度不可能提高那么多，因为过高的刺辊速度使纤维损伤严重。锯齿分梳时，由于锯齿的厚度，每一锯齿直接打击在横向几根纤维上。这与针面分梳有很大的不同。现在一般实际运用的最高速度，当刺辊直经250 mm时为1200 r/min左右。

增加齿密可以增进分梳能力。但刺辊在刺入棉层时，由于棉层厚度，棉层深入锯齿的深度约为3 mm^［2］。这就限制了刺辊锯条的齿深。如以齿深不小于2.8 mm，齿密也只能在50齿/（25.4mm）^２左右。当产量为40 kg时，计算得每齿分梳1.7根纤维。如按现行自锁锯条AT5015，则齿密仅40，于是在刺辊1200 r/min时，每齿作用2.1根纤维。如果产量提高到60 kg则分别为2.5和3.2根纤维，即刺辊分梳能力降低了1~2倍。以三刺辊而言，第一刺辊为梳针辊，针密32 齿/（25.4mm）²，直径172.51 mm，仍以纤维5000 公支，平均长度25 mm计，则每齿分梳3.5根纤维。可见第一刺辊速度为1400 r/min时，分梳能力仍较差，要比低产时低2倍半左右。不及普通刺辊速度为1200 r/min时的分梳能力，差一倍。

如果第一刺辊转速降至1200 r/min，梳针密度为25齿/（25.4mm）²后，则每齿分梳5根纤维，比普通锯齿刺辊同速时低3倍左右。将刺辊直径增大到350 mm，用自锁式齿条，齿密40齿/（25.4mm）²，转速为1300 r/min，则40 kg时分梳1.4根纤维。齿密60齿/（25.4mm）²时可达到一根纤维。具体分析说明，从握持分梳讲，增大刺辊直径是比较优越的，三刺辊较差，但由于对纤维作用线速度较高，且L_S减小对纤维损伤不利。

在高产梳棉机中，不论何种结构，在刺辊部分都加装了分梳板和尘刀吸棉，以弥补握持分梳的不足。分梳板分梳作用是两针齿面对纤维（束）的分梳，是接触分梳，与握持分梳有质的区别，不能相提并论。握持分梳对纤维（束）分梳时，沿纤维长度起擦刮作用。因而分离纤维（束）与杂质，分梳板仅作齿尖的接触分梳，所以分梳作用差别很大。若单装分梳板时，后落棉少，除杂率低^［4］。

2      给棉方式问题

刺辊对喂给棉层的握持分梳作用与给棉的方式有直接的关系。上给棉或顺向给棉可以改善对棉层上下、表里各层纤维分梳作用的差异，也有利于自调匀整时对棉层厚薄的准确测定。至于对纤维的损伤是否较少要视具体结构而定。从目前的一些具体结构来看，棉层握持点至开始分梳点的距离L_s较小，不利于避免对纤维的损伤，分梳作用也显然较差。

L_s这一距离不大容易准确计算，所以一般在手册上不提，容易被忽视。刺辊锯齿开始进入棉层时，Ls小则棉层较紧，直接打击的力也愈大。

握持分梳时，纤维的损伤，一是在开始刺入棉层时，二是锯齿进入棉层后对纤维（束）的作用力迅速增大。这个作用力或分梳力是由锯齿对纤维（束）的摩擦、伸直变形等产生。当纤维（束）上的作用力等于或大于纤维（束）与周围纤维的粘结力时，纤维（束）就被分离，分梳力也就迅速下降至纤维（束）加速所需的力，后者与棉纤维强力相比是很小的。所以纤维的损伤与纤维（束）间的粘结力有决定性的关系。在毛纺中尤为明显。在下给棉方式中，由于给棉板鼻尖使棉层弯折，因而在分梳力的作用下，产生棉层间的压力，使纤维（束）间的粘结力增强，纤维（束）所受分梳力也就增大。那么为什么要增加对棉层的压力呢？理由很简单，当棉层松散时，从中抽出一根单纤维，可能抽出一个棉束；抽取一个小棉束时，可能抽出一个较大的棉束。因为棉层结构不一，松的地方粘结力很小，容易分离，而松的地方往往是棉束与棉束间的空档，因而棉束容易分离。为了使分梳后单纤维的百分率较多，即增大分梳效能，必须增加一些对棉层的压力，使棉束之间的粘结力增大。由于棉束的纤维量多得多，所以在同样的压力下，棉束增加的粘结力比单纤维要多，从而使单纤维的分梳力即单纤维与相邻纤维间的粘结力，比棉束与周围纤维（束）的粘结力小，这就提高了分梳后单纤维的含量与分梳效能。只要所加的棉层压力不太大，使单纤维所受的分梳力不大于纤维的断裂强力，就没有损伤问题。一般情况下，这个条件即抽取单纤维的力不大于棉纤维的强力是容易达到的。不像毛纤维有毡缩现象使粘结力很大。在下给棉时还可以调节一些工艺条件以适当增减对棉层的加压与分梳力，如给棉板工作面长度、角度，给棉罗拉与刺辊中心相对位置以及鼻尖宽度，给棉板隔距等。原则上应首先调节L_s及弯折程度而不先调整给棉板隔距，后者直接影响分梳效能。过去有的进口老机为加工较长纤维，鼻尖宽度为5 mm。高速时分梳力大，应减少弯折产生的应力。

上给棉时，棉层从加压点喂出，逐渐成自由松散状态，不利于分梳。作者认为应该在机构设计上使加压点后退，让棉须在给棉罗拉上，躺卧一段距离或圆弧面。在分梳力的作用下，增加一些对棉层的压力。给棉罗拉表面也可以改为粒齿形以适应增加粘结力的要求，并增进对棉层的握持。罗拉与刺辊相切近的点可以设计在罗拉中心水平线下，该点至加压点的距离也作为工作面长度调节。这样L_s也可以增大到接近棉纤维平均长度的1/3。

3      刺辊直径问题

有的作者称刺辊小直径高速对分梳除杂有优越性。^［1，3］。这是对三刺辊的推崇。从上面的具体分析中，似乎应该是相反的。三刺辊中直径减小不是增加离心力，恰恰是减小离心力。试想第三刺辊转速2500 r/min其离心力比普通刺辊1200 r/min要大3倍左右。这样大的离心力使纤维束抛向分梳板齿内糊塞，形成云斑，分梳不良。所以三刺辊中减小直径是迫不得已。三刺辊中各个刺辊之间是剥取作用，并无分梳作用，也没有所谓牵引分离，而仅使棉束间距离增加。这与双刺辊不同。为了剥取干净，相邻两刺辊之间应有一定的速比，一般要大于1.4，否则剥不干净，就会有返回纤维，产生棉结与疵点。原先I ~II刺辊间速比较小，后来才回到1.5。由于这个原因，第三刺辊的速度高达2500 r/min，于是第三刺辊上纤维（束）的离心力比大锡林600 r/min时锡林上纤维的离心力还高约5倍。如果直径仍为250 mm，则锡林600 r/min时，两者速比仅为1.2，锡林400 r/min时为0.8，所以在向锡林转移的问题上也必须减小第三刺辊直径，使大锡林600 r/min时速比达到1.7。但在锡林400 r/min时速比仍只有1.1左右，须离心力帮助转移干净。锡林速度低于400 r/min则完全靠离心力转移是很难转移干净的。而且转移到锡林上的纤维趋向度差。

4      除杂方面

高产梳棉机时，根据上面的分析，杂质被梳落的几率减少。增加分梳板后落杂区相对减小，小漏底大多因防止糊塞而改成光板，使短绒的去除减少。于是改用增加除尘刀与吸棉的装置。

除杂的先决条件是杂质被梳落，并以离心力除去。在给棉板处以第一除尘刀附近下落的几率较多。其次在分梳板后，但较少。小漏底去除短绒是从附面层气流中，以高压喷出网眼，这与除尘刀阻断附面层厚度而除去，在机理上是不同的。后者可能除去较多，干扰好纤维的损失。

三刺辊的优点是减少纤维损伤，利用梳针分梳纤维，且增加了安装分梳板及尘刀吸棉的位置，部分补救了分梳除杂的缺陷。增大刺辊直径也有类似的效益。

目前实际生产试验的数据较少，因此除理论探讨外，还应在实际生产中予以比较得出有益的结论。

参考文献：

［1］孙鹏子.高产梳棉机工艺技术理论的研究［M］．东华大学出版社，2002．

［2］华东纺织工学院. 棉纺学（上）［M］.200－220．

［3］秦贞俊.高产梳棉机的技术进步［Ｊ］.梳理技术，2001年9月，总第3期：45－48 .

［4］费青.梳棉机附加分梳件的效能分析［Ｊ］.梳理技术，2001年9月，总第3期：39－44．