梳棉機技術進步和技術創新

本文闡述了60年來梳棉機的巨大進步,剖析了分梳元件改進、整機加速、錫林分梳區擴展、刺輥分梳板、錫林固定蓋板、棉網清潔器等的改進和創新,以及自調勻整、在線檢測、加裝預牽伸等方面的技術進步,并提出進一步改進方向和途徑。

This article presented the improvement of carding machine for six decades, especially development on carding elements, speed of complete machine, taker-in carding plate, stationery flat for cylinder, crosrol web cleaner and innovation of autoleveller, on-line detection, and so on. Finally, the author put forward some suggestions on further improvement of carding machine.

從20世紀50年代至今 60 年來,梳棉機取得了十足的發展和進步。梳棉機產量從50年代的 5 ～ 10 kg/臺?h增加到當前的 50 ～ 100 kg/臺?h,最高可達 150 kg/臺?h,是傳統棉紡主機中增加最大的設備之一。梳棉機按標準線密度(20S)的萬錠配臺數從以前的 40 臺左右減少為目前的 5 ～ 10 臺。由于梳棉機產量的提高,使清梳聯成為成熟的技術并大量推廣。目前一套清梳聯僅需配置 5 ～ 10 臺梳棉機。同時生條質量也有顯著的提高,重量不勻率從原先的 4% ～ 5% 減小至 2.5% ～ 3.5%。生條的棉結、雜質和條干不勻率也有明顯的改善,并且生條的定量可以提高,生條中的纖維伸直平行度有所改善。現代梳棉機在道夫后面加裝預牽伸裝置,可以實現用生條直接在轉杯紡紗機上紡成細紗或者節省 1 道并條直接紡紗。

本文剖析和論述現代梳棉機 60 年來的主要技術進步和技術創新。

新型梳理元件的采用

梳棉機梳理元件 — 金屬針布的采用是梳棉機高產優質的重大進步。它解決了傳統彈性針布容易充塞纖維、針布起浮造成棉網棉結雜質變異以及需要定時抄針、產生輕條等一系列問題,并為化纖紡紗創造了條件和基礎。目前金屬針布已形成多種系列,能按紡紗線密度的不同,純棉、化纖混紡、化纖純紡;不同細度和長度的纖維以及不同性能纖維和各種產品要求,配置不同規格、尺寸的梳針密度、梳針工作角、針齒高度、基部寬度,不同齒形的錫林道夫針布和刺輥鋸條、蓋板針布。

在60年代,蓋板針布由傳統圓形鋼絲針布被異形(三角形、扁圓形等)鋼絲的半硬性針布取代;近年來已開發不同針密、不同截面、不同植針方式(普通型、橫密型、花紋型)和排列(單列、雙列)的系列金屬針布供不同產品使用。但底布仍采用特殊彈性體,尚屬彈性針布范疇。

刺輥齒條已從嵌入式發展為自鎖式,以保證高速運行安全。鋸齒設計不同前角,以適應紡制化纖使用較小前角的需要。為了減少紡棉時對纖維的損傷,并強化穿刺分梳作用,全針刺型刺輥已投入使用。

梳棉機整機加速

梳棉機整機加速體現了梳棉機基礎技術的進步。梳棉機錫林速度已從過去的 150 ～ 200 r/min加速到 400 ～ 600 r/min,其表面線速度已達 2 000 m/min以上。整體加速提高了梳棉機分梳、除雜效能,直接導致產量的增加和質量的改善。

錫林分梳區的創新和擴大

錫林分梳區的創新和擴大,對梳棉機高產優質起著關鍵作用。錫林分梳區是指刺輥與錫林至錫林與道夫一段弧長內的分梳區域。

傳統的老梳棉機錫林與分梳區僅有刺輥與錫林的線分梳和回轉蓋板與錫林的面分梳,因此存在梳理不足的問題,刺輥轉移至錫林的筵棉存在較多未被梳開的棉束,導致蓋板分梳負荷太大,且容易損傷纖維和形成棉結。傳統回轉蓋板除雜作用較差,基本沒有除塵功能,蓋板分梳后的棉層平行伸直度較差。鑒此經過很多從業人員的反復研究,目前較一致的創新和改進如下。

(1)在梳棉機后部(刺輥和錫林間)加裝固定蓋板和有除雜、去塵作用的棉網清潔器,使梳棉機增加預分梳作用和除塵、雜功能。

(2)在梳棉機前部(蓋板和錫林間)加裝梳針密度較大的固定蓋板和棉網清潔器及兼有氣流負壓控制的棉網清潔器,使梳棉機增加精分梳作用和除塵、雜作用,并改善輸出生條的彎鉤和提高纖維的平行伸直度。

(3)為了擴大錫林分梳區的面積,必須適當減少回轉蓋板和工作蓋板的根數。現代梳棉機回轉蓋板已從傳統 110根左右減少為 80 根,工作蓋板已從傳統 40 根減少為 25 根左右,同時適當抬高錫林位置或放低道夫、刺輥的高度,擴大錫林與刺輥、道夫中心形成的分梳角,增加分梳角的弧長。新型梳棉機分梳角弧長均能達到 2 m以上。

(4)推行蓋板倒轉,增加分梳相對速度,該措施已在多數新型梳棉機上推行。

(5)采用小直徑錫林,增加除塵雜、短纖的離心力。

F=2mv2/D,其中F — 表面纖維離心力,m — 錫林表層纖維質量,v — 錫林線速度,D — 錫林直徑。

在相同的v時,F與D呈反比,因此較小直徑錫林可以采用較高的離心力,去除纖維中的塵、雜和短纖維。小直徑錫林受熱膨脹率要比大直徑小,據資料介紹 814 mm直徑錫林比 1 290 mm直徑要小 40%;因此設置隔距要正確,可以設置較小的隔距而不致碰針。小直徑錫林能耗也低。然而小直徑錫林對增加分梳區弧長不利,對纖維轉移不利,因其轉速高,易產生振動,對機械狀態、潤滑等要求較高。傳統和目前多數梳棉機錫林直徑為 1 290 mm,Rieter(立達)梳棉機錫林直徑為 814 mm,Crosrol為 1 016 mm。各有利弊,有待實踐驗證。

給棉、刺輥部分的創新

給棉部分的革新

新型梳棉機采用棉層順向喂入的上給式給棉板,如Rieter和Trützschler(特呂茨勒)等公司的新型梳棉機及我國FA225、JWF1201～1203梳棉機等;其分梳長度可以隨意調節,不易造成纖維損傷。Trützschler梳棉機給棉板上方還設置琴鍵式感應板和感應杠桿,它按棉層的厚度變化產生波動,轉化為電子信號,經微機處理后,調整給棉羅拉速度,實行棉層短片段自調勻整。

刺輥部分的改進

為了提高梳理和除雜作用,梳棉機采用三刺輥來代替單刺輥,除第一刺輥為握持分梳外,其他兩個均為自由分梳,刺輥鋸齒密度從稀至密,刺輥速度逐步增加;第一刺輥也有采用針輥的。國產JWF1203型采用雙刺輥結構,實踐反映多刺輥設計對化纖加工和轉杯紡較合適,加工純棉環錠紗易形成棉結及短絨。Rieter的C60型原先設計三刺輥,最近采用模塊化設計,可方便轉換成單刺輥。

刺輥下面取消小漏底,改為分梳板,并裝有帶吸風的除塵刀可調裝置,可方便調節車肚落棉的多少。

梳棉機在線檢測監控和自調勻整

自調勻整裝置

國內外新一代梳棉機廣泛采用自調勻整裝置,改善長、中、短片段的重量不勻率。Trützschler系列梳棉機除檢控棉層厚度的短片段自調勻整裝置外,在出棉喇叭中安裝位移傳感器,調控喂給速度,勻整長片段棉條的不勻。Rieter新型梳棉機同樣利用給棉板檢測棉層厚度,調整給棉羅拉速度;在出條壓輥處測量棉條厚度反饋給喂棉箱及勻整長片段不勻。Crosrol MK7梳棉機采用階梯羅拉傳感器,閉環式中、長片段自調勻整系統,中片段自調勻整可對 1 m片段的生條重量調控。

采用速度、安全、故障在線監控系統

Crosrol MK7梳棉機全機采用在線監控、報警與自診斷系統。設置刺輥防軋、防厚卷、錫林降速、蓋板防噎、道夫返花、斷頭、超厚等多處安全和工藝的緊急自停裝置,確保任何時間的安全和即時反應,把風險和損失降至最低。同時全機設置變頻無級在線調速。

在線棉結檢測裝置

Trützschler TC系列梳棉機提供TC – NCT在線棉結檢測裝置。位于剝棉羅拉下方的數碼相機傳感器,以每秒約 20 次的頻率對棉網照相,相機在一全封閉軌道中,沿機臺工作寬度移動,通過分析軟件可評估棉結、雜質和籽棉碎片,并繪出分布圖。如預設質量限定值,一旦超限會自動停機。

在線精確調整隔距系統

Rieter C60、Trützschler TC系列等梳棉機均設計在機器運轉狀態下,可用手動或自動調整錫林 – 蓋板、刺輥 – 除塵刀、刺輥 – 分梳板等隔距,實現在線工藝調整和監控。

機上磨針裝置

Rieter IGS – Top機上磨蓋板裝置安裝在回轉蓋板上方,藉蓋板的抬起與磨輥接觸,磨礪針尖,再經刷輥刷光。IGS – classic對錫林來回磨礪。蓋板針布在使用壽命期內可磨礪 100 多次,錫林針布可磨礪 400 次,可延長壽命 10 % ～ 20%。Trützschler棉梳機提供機上磨蓋板和錫林道夫磨針裝置作為選購件。

增加生條定量,安裝預牽伸裝置,實行梳并聯或減少并條道數

傳統梳棉機的工作寬度在 1 m左右,Rieter C60梳棉機增加為 1.5 m,對機件精確度和安裝精度等提出了較高的要求;在梳理速度和喂入定量不變的條件下,相當于產量和生條定量增加 50%,而單位長度棉層梳理次數幾乎不變,因此對生條棉結、雜質的影響似乎不大。生條定量加大后,該機在輸出部分加裝 3 對氣壓加壓的羅拉,并設置自調勻整系統。

輸出條子經 3 倍左右的牽伸,可降低定量,改善生條的平行伸直度,從而可將并條機由傳統的 2 道改為 1 道,或取消并條。據介紹輸出速度 700 ～ 800 m/min。

Trützschler TC系列梳棉機在圈條器上方設置 3 對羅拉,通過其下面的喇叭口傳感器實行自調勻整。牽伸倍數約 3 倍,輸出速度 500 m/min。MARZOLI C系列梳棉機也有類似的預牽伸裝置,可縮減一道并條或干脆取消并條,特別適用于轉杯紡紗,可取得可觀的經濟效益。

大條筒和自動落筒

50年代,一般使用直徑 254 mm的條筒,隨后有所增大,A186型直徑加大為 400、600 mm,現代梳棉機一般采用直徑為 600 ～ 1 000 mm的大筒。條筒增大,棉條容量增加,可提高勞動生產率,減少落筒和棉條接頭;但隨著不停機自動落筒的相應推廣,條筒直徑加大的意義似乎有所降低,而且條筒過大會增加電耗和運輸的不便,且增加占地面積。另據介紹Trützschler推薦的矩形條筒,棉條容量可增加 1 倍。

完善的吸風排雜系統

新型梳棉機實現全機封閉,無塵屑逸出,并有多吸點排塵、雜系統,可將落棉分類輸出處理、回用,使車間含塵量大大降低,可達到我國紡織廠車間的含塵濃度在 5 mg/m3以下的要求。

推廣有效的節電措施

新型梳棉機推行無編碼器的調控伺服電機、無碳刷變速電機,采用多電機獨立驅動,變頻調速。廣泛采用齒形帶傳動、取消耗能大的齒輪和鏈輪傳動等節電措施,單位產量的能耗比傳統梳棉機有所降低。

結構設計和機器原材料創新

Rieter梳棉機采用人體工程學的設計理念,將全機分成刺輥、蓋板、道夫 3 個模塊,使安裝、維護十分方便。Crosrol采用先進的“A型”組合式機架結構,能有效地隔離內外應力對分梳隔距的影響,對實現錫林高速和緊隔距極為有利。

Trützschler TC系列梳棉機推行MAGNOP釹磁磁力蓋板條代替傳統鋁制蓋板條,可提高安裝精度,改善生條質量,取消儲存蓋板及運輸成本。鋁合金蓋板已廣泛替代傳統的鑄鐵蓋板。針布、鋸條已普遍采用合金鋼耐磨材料。

吸棉風管采用更為耐磨的PETG塑料代替ABS材料,并使用SNAPLOCK新穎咬合系統,安裝方便,不會漏氣。

結語

(1)建國 60 年來,我國梳棉機取得了巨大的進步。目前技術水平已接近國際先進水平,但仍有相當差距。設計最高產量與先進的Trützschler TC 07、Rieter C60等機型比較相差達 50% ～ 70%。

(2)主要差距是創新理念不夠、自主知識產權很少,尚處于借鑒階段,必須在消化、吸收國外先進技術的基礎下,博采眾長、融合提煉、以我為主、開拓創新、發揚特色,走自我發展的路子。建議開展產、學、研三結合,積極開展梳棉新工藝、新技術、新設備、新材料的研發,培植新型生產企業和品牌產品,立足于國內外市場。

(3)現代梳棉機若干創新項目,如刺輥分梳板、錫林前后固定蓋板、棉網清潔器、自調勻整等可以對老機進行改造升級,以提高產量和質量。

參考文獻

[1] 劉榮清. 棉紡在線檢測的發展和展望[J]. 紡織導報,2007(12):71-76.