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现代梳棉机梳理线速度与产能的探讨
倪远
（上海东飞现代纺织技术研究所）
0 概述
在棉纺流程中，梳棉工序是加工纤维单纤维化的重要环节，故梳棉机一直被称为棉纺生产的“心脏”，而梳棉机的锡林应该是心脏中最重要的部分。
现代梳棉机的设计不断朝着“在保证梳理质量的前提下提高产能”的方向发展，因此在挖掘梳理能力和潜力方面，除了增加梳理针齿密度、优化针布规格、附加梳理元件、增大梳理面积、提高梳理精度外，锡林速度依然是大范围影响梳理度和梳理品质的重要参数。
按照梳理度的表达式，在其他条件不变的情况下，梳理速度越高，不影响梳理度的梳理产量也越高。或者说，在梳理度和其他条件不变的情况下，梳理产量正比于梳理速度。
近年来，梳理速度的应用具有增大的趋势，这一方面是设备和梳理部件设计制造水平的提升提供了硬件条件，另一方面是工艺上为了适应产能提升的一种需要。梳理速度增大应用的进展，既需要观念的改变，又必须具有配套的工艺技术手段。
1 梳理线速度对梳理的影响
在长时间、大范围应用相同的梳棉机锡林直径（1290 mm≈50 in）的情况下，习惯上以锡林每分钟转速（r/min）表示或比较梳理速度，但在锡林直径多元化的今天，梳理速度应以锡林线速度（m/s）作为计算和比较的基础。
表1是国际上3种典型锡林直径的高产梳棉机在国内运行的梳理速度。
梳理线速度的增大除了可以在增加产能的情况下保持梳理度，另外在梳理机理方面，以下三个因素是梳理线速度影响梳理品质所必须考虑的：
一是梳理强度，在其他工艺参数不变的情况下，梳理线速度越大，对纤维的梳理强度也越大；
二是锡林附面层气流，梳理线速度增大时，附面层气流强度和流量增大；
三是梳理介质的离心力，梳理线速度增大时，工作介质受到的离心力增大。
梳理强度是指梳理元件对纤维的动态作用力，梳理强度与锡林线速度成正比例关系。因此线速度增大容易造成对纤维的损伤，必须相应调整其他工艺参数加以平衡。如适当增大梳理隔距可以大幅度降低实际梳理强度，梳理强度与梳理隔距的倒数成指数比例关系。
锡林附面层气流的方向可以分解为切向和法向，实际气流的矢量为两个方向气流的合成。其中切向气流的量值取决于锡林线速度，法向气流的量值决定于离心力，其既与线速度相关又与锡林直径相关。在相同的锡林线速度情况下，较小的锡林直径法向气流的量值较大。
梳理介质包括工作介质和梳理区的空气。梳理介质受到的离心力，也是既与线速度相关又与锡林直径相关。在相同的锡林线速度情况下，较小的锡林直径梳理介质受到的离心力较大。
梳理线速度增大应用的实践，必须综合考虑上述因素对梳理品质的影响，合理调整梳理隔距和气流控制，平衡产能、短绒增长率和产品结杂等产质量因素，在保证梳理质量的前提下提高设备产能。
2 梳理线速度增大应用的影响因素
梳棉机锡林线速度增大应用的问题，一直是棉纺行业一个敏感的课题，这有纺机设计制造方面的因素，也有纺纱工艺、设备方面的因素。
分析这三个方面的因素如下。
一是纺机设计制造方面。梳棉机的锡林是纺厂旋转设备中直径最大的筒体，也是除了环锭纺钢丝圈外运转线速度最高的部件。其在筒体材料方面如横向抗弯强度和弹性系数、温度影响因素、时效变形参数等等；在设计制造方面如筒体设计的横向结构、加工精度、静态和动态平衡精度等等都会影响锡林的极限速度。虽然梳棉机产品样本上标有一个上限速度，但纺机厂商不推荐使用较高的锡林速度是各有缘由的。况且锡林的高速应用也是有条件的，这需要纺厂工艺设备技术管理方面的技术支持。
二是纺纱工艺管理方面。一般认为高速梳理会损伤纤维，所以即使有了能高速运行的设备，依然不贸然使用高速。确实，传统的经验不断地告诉我们，高速梳理会损伤纤维增加短绒率。高效工艺在这方面有了一定的突破，只要运用好有关的梳理工艺，高速高产不但不增加短绒率，反而合理利用气流的柔性梳理更有利于改善品质。
三是纺纱设备管理方面。担心锡林的高速运行会带来负面因素，如安全性、机件使用寿命等。安全性方面首先是对设计制造的不放心，其次是对运转操作管理上的不放心。如在轴承使用寿命方面，好多同行都害怕锡林轴承会早衰，其实锡林轴承的极限速度为数千转，如果动平衡精度高的话，在1000转以内的运行速度对轴承来说是没有问题的。还有高速梳理对锡林针布的寿命影响问题。这里有计算和实践两个方面的情况需要说明：一是计算针布使用寿命或针布梳理成本是以针布累计梳理产量计量的，而非仅以使用时间长短来衡量。锡林线速度增大、梳理产能增加后针布计算寿命即累计梳理产量不会缩小。二是长时间实践应用已证实锡林线速度增大、梳理产能增加后，合理配置梳理工艺平衡梳理强度，反而可以有效延长针布使用寿命。
基于纺纱工艺设备方面的这些因素，虽然有的先进梳棉机机型能运行在标称高速的上限范围，但不是每个纺机厂都敢于推荐，也不是每个棉纺厂都敢于使用的。
另外，对锡林速度问题的探讨，不应与重型机器设备能以更高速运行来取向比较，锡林的筒体由于自重、惯性等希望是薄壁的、机架结构是便于拆卸，也不可能做成十分坚实、整机是相对可移动的、装置的基础部分不能有特殊的要求，有的梳棉机还适于在楼板结构的地坪上使用，所以无论筒体结构、机器架构、基础固定还是运转工况等都与重型设备没有可比性。
对于锡林筒体的制造精度问题，梳棉机虽然不是精密设备，但锡林～道夫间最小隔距如以4 英丝计即0.1 mm，对应锡林和道夫圆整度公差、锡林和道夫动态径向跳动，和工作温度对锡林道夫筒体隔距的影响，在高速下需要保持一定的动态隔距甚至至少不接针，也不是件小事。在棉纺工艺设备的应用条件和工况中，一般都留有一定的余量，那要求锡林道夫两者的最大动态累积误差为多少是允许的呢？毕竟高速应用时锡林线速度是在40 m/s左右的状态下运行的。如果没有设计制造等方面的技术基础作保证，纺机厂商就不会轻易推荐棉纺用户去尝试高速、棉纺厂更不愿承担高速可能带来的风险。
因此，综合地看，梳棉机锡林线速度不仅仅是设计制造与应用的理念问题，更是一系列的技术问题。
用发展的眼光来看，梳棉机锡林线速度无论是在设计制造还是在工艺应用等方面仍然是一个具有继续探讨价值的参数。当然锡林线速度是会有极限的，这个极限应该不在于设计与制造，而在于工艺、在于我们所加工的介质——纤维。如果没有工艺上的突破，可以推测，最终，锡林线速度将受限于纤维的长度和单强。
3 梳棉机增速增产的实践
为了探索挖掘梳棉机的产能潜力，证实锡林增速增产对成纱品质的影响，下面的数据是专项试验，并在此基础上长时间实践应用。
表2为某高产梳棉机增大锡林线速度与产能试验的数据，试验品种JC18.2 tex，ECC针布，锡林针布密度为860齿/（25.4mm）2。试验原则：遵循同原料、同机台、同眼、同锭，同一流程的纺纱工艺试验原则。
对表2数据分析如下：
（1）方案二与方案一比，在锡林和盖板线速度提高15％、出条速度和台时产量不变的情况下，成纱条干水平无显著变化，短小细节虽小幅增加，但粗节（+35％/+50％）有着不同程度的减少，特别是千米棉结（+140％/+200％）改善率达23%～33％。由于增加了锡林工作区的梳理度、增大了盖板排结杂能力以及增大了锡林与刺辊之间的线速度比，有利于纤维从刺辊向锡林的转移，因此千米棉结的改善率大于锡林线速度的提高率。
（2）方案三与方案二比，在锡林和盖板线速度不变、出条速度和台时产量提高36％的情况下，千米棉结（+140%/+200%）恶化率约为30%～40％，这是由于产量提高后，梳理度有所降低的缘故，千米棉结的增长基本上与产量的提高成正比。
（3）方案三与方案一比，在锡林和盖板线速度提高15％、出条速度和台时产量提高36％的情况下，梳理能力与之相匹配，成纱线密度品质未见显著性差异，说明梳棉机锡林线速度增大后生产能力方面具有超比例的潜力和余量。
下面是某高产梳棉机在高速下又一次成纱测试数据及其分析报告，全流程采用高效纺纱工艺，梳棉机针布为ECC，针布已使用寿命约为150吨产量。
纺纱品种为JC17.4 tex（34 Ne针织用纱供三枪集团）；锡林线速为 41.5 m/s；锡林盖板隔距为10，8，8，8，10(0.001 in）；出条线速为120 m/min；生条定量为6.4 g/m；梳棉机产量为46 kg/h。
成纱测试数据见表3。
分析结论：
（1）本试验为梳棉机高速梳理的纤维须条，其梳理线速度达41.5 m/s，是目前国际上纺制高品质精梳棉纱的梳棉机中线速度最高的生产工艺之一。
（2）梳棉机采用生条定量6.4 g/m（32 g/5m）、台时产量46 kg，是目前纺制高品质精梳棉纱的梳棉机中定量和产量较高的生产工艺。
（2）在梳棉机高产、重定量和采用高效工艺的情况下，JC17.4 tex成纱多项测试指标都远远优于JC185 tex Uster 2001公报5％水平，充分体现了高速梳理的性能和高效工艺带来的出乎意外的品质改善。
4 锡林线速度与梳棉机产能等级的讨论
从现状看，国内外梳棉机中标称高产梳棉机的型号较多，但什么是高产梳棉机，以什么参数来判定梳棉机的产能是业界所关注的事。笔者认为可以以梳棉机实际可应用的锡林线速度来判定较为方便。因为，在梳棉机有关梳理的参数中，锡林线速度和针布密度是两个最重要的参数，锡林线速度直接而且大范围地影响到梳理度和梳理能力，相对来说针布密度的可选范围较小且改变也不方便。目前多数梳棉机实际使用的锡林线速度不超过32 m/s、台时产能达不到40kg。以直径为50 in的锡林来计算，锡林转速低于460 r/min且较难提升，依据梳理技术的发展现状，这样的梳棉机应该不能称为高产梳棉机。
同时，梳棉机设计和实际可应用的锡林线速度值，也基本上与梳棉机整体功能结构设计、选材和制造精度等相关，可以比较综合地反映梳棉机的整体水平，因此采用锡林线速度来衡量梳棉机产能，具有一定的现实意义。当然，具体以多少线速度来划分产能等级，可以作进一步探讨。
表4为梳棉机产能等级划分表（以标称机幅1000 mm计，如机幅大于1000 mm，适纺产量按比例增加），作为一种探索，供业界参考，并期望作进一步完善。
5 结语
与棉纺梳理机械产能最密切关联的因素之一是梳理速度，梳理速度应以锡林线速度来表征。
梳理线速度对梳理机理主要有三方面的影响：即梳理强度、锡林附面层气流、梳理介质的离心力。
梳理线速度的增大应用受制于纺机的设计制造、纺纱工艺、设备管理和工艺观念等方面因素。
实践已经证实，在合理的工艺条件下，提升梳理线速度，可以在不影响品质的情况下有效提升梳棉机产能。
作为探索，提出了一种梳理线速度与梳棉机产能及其产能等级衡量的方法，用作梳棉机产能等级划分的参考。
设备与工艺的创新在不断进步中，梳理线速度增大应用的进展，既需要观念的改变，又必须具有配套的工艺技术手段。
注：曹小华先生为本文作出了贡献，在此表示谢意。
参考文献：
［1］曹小华, 倪远.现代纺纱设备高效工艺的实践与探索［Ｊ］.棉纺织科技,2003.
［2］刘古立.第十届上海国际纺织工业展览会技术分析报告［R］.棉纺清梳部分,2003.10.
［3］倪远.第十一届上海国际纺织工业展览会技术分析报告［R］.棉纺清梳部分,2005.10.
［4］倪远.棉纺高效工艺和梳理技术的探索与应用［Ｊ］.上海纺织科技，2006（1）:4－9.
［5］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（1）:4－6.
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