精梳機分離羅拉傳動系統(tǒng)的棉型化纖加工特性分析

賈國欣 任家智

摘?要：為了獲知精梳機分離羅拉傳動系統(tǒng)的棉型化纖加工特性，對鉗板輸送須叢與分離羅拉的碰撞時刻、碰撞彎鉤長度進行了建模分析，對3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的碰撞參數(shù)進行了計算機編程計算。結(jié)果表明：相同精梳工藝條件下，傳動系統(tǒng)一的彎鉤長度最小;分離羅拉順轉(zhuǎn)定時越早，碰撞彎鉤長度越短。3種傳動系統(tǒng)的適紡最長纖維長度不同，傳動系統(tǒng)二的適紡最長纖維長度較短。3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的棉型天絲精梳試驗結(jié)果表明：傳動系統(tǒng)一的精梳條條干質(zhì)量好，傳動系統(tǒng)二的精梳落纖率較大。試驗結(jié)果與理論分析結(jié)論有良好的相符性。

關(guān)鍵詞：分離羅拉傳動系統(tǒng);棉型化纖;碰撞彎鉤;適紡纖維長度;落纖率;天絲：混紡織物

中圖分類號：TS114

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）02-0091-06

Abstract：In order to figure out the cotton type chemical fiber processing characteristics of detaching roller drive system of comber， modeling analysis is made on the collision moment and collision hook length between?the bundle conveyed by nipper and detaching roller， and collision parameters of three types of detaching roller driver system are calculated via computer programming. The results show that the hook length of drive system 1 is smallest in the same combing process; the earlier the forward motion timing of detaching roller is， the shorter the hook length is. The longest fiber length of spinnability of the three drive systems varies， and the longest fiber length of spinnability of drive system 2 is short. A combing experiment of cotton type Tencel of the three detaching roller drive systems indicates that the evenness quality of combing sliver of drive system 1 is excellent; and the noil rate of drive system 2 is high. The experiment results are well consistent with the theoretical analysis conclusions.

Key words：drive system of detaching roller; cotton type chemical fiber; collision hook; suitable fiber length; noil rate; Tencel; blended fabrics

作者簡介：賈國欣（1975-），女，石家莊人，副教授，碩士，主要從事新型棉紡工藝與設(shè)備方面的研究。

精梳可以排除化纖中梳棉難以排除的并絲、束絲等疵點，減少紗疵產(chǎn)生，能大幅度提高纖維的伸直度、平行度，提高紗線的光澤、手感，從而改善產(chǎn)品的風(fēng)格[1]。在紡織企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，精梳天絲短纖紗混紡織物質(zhì)量顯著高于普梳天絲短纖紗混紡織物，但天絲短纖在精梳加工中，易出現(xiàn)分離羅拉輸出纖維網(wǎng)橫條彎鉤現(xiàn)象，落纖率較大，可紡纖維流失現(xiàn)象，且不同的精梳機型，加工質(zhì)量存在較大差異。用于棉紡加工的棉型化纖，其切斷長度通常為38mm，劉允光等[2]認為加工長絨棉原料或采用較長給棉長度時，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時如果太遲，纖維須叢的前端就會撞擊在分離羅拉上，形成棉網(wǎng)橫條彎鉤，而順轉(zhuǎn)定時稍遲時，將產(chǎn)生新舊纖維叢不密合的現(xiàn)象，體現(xiàn)在新纖維叢前端翹出形成“魚鱗斑”狀態(tài)的棉網(wǎng)。劉榮清[3]、肖際洲等[4]認為，加工長纖維原料時，分離順轉(zhuǎn)定時可適當提早，不然分離開始時容易產(chǎn)生前彎鉤和“魚鱗斑”。王建華[5]通過動態(tài)高速攝影以及理論分析和計算機模擬等手段，得出棉網(wǎng)“魚鱗斑”是須叢抬頭不良所致。任家智等[6]認為，精梳機的速度提高后，一個工作周期內(nèi)各階段時間變短，被錫林梳理過的棉叢抬頭時問縮短，給新、舊棉叢的順利接合帶來很大困難，易產(chǎn)生棉網(wǎng)破洞、破邊及棉網(wǎng)接合不良等疵病。任家智[7]認為分離羅拉的運動規(guī)律與精梳機的適紡纖維長度密切相關(guān)，精梳機的適紡纖維長度關(guān)系到精梳工序的落棉率，落棉中可紡纖維的含量，精梳機型不同，適紡纖維長度不同。本文針對不同分離羅拉傳動系統(tǒng)，通過對鉗板輸送須叢與分離羅拉的碰撞建模分析，碰撞參數(shù)及適紡纖維長度范圍計算，分析分離羅拉傳動系統(tǒng)對棉型化纖的加工特性，并通過3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的天絲短纖精梳試驗進行檢驗，可為棉紡企業(yè)的棉型化纖精梳提供理論支持，為企業(yè)更好的使用精梳機提供技術(shù)參考。

1?須叢與分離羅拉碰撞模型

長絨棉及棉型化纖在精梳時經(jīng)常出現(xiàn)分離羅拉輸出纖維網(wǎng)橫條彎鉤現(xiàn)象（圖1），研究發(fā)現(xiàn)這是鉗板輸送須叢的頭端碰撞分離羅拉所致（圖2）。

1.1?鉗板輸送須叢與分離羅拉碰撞時刻

精梳機的下鉗板做前后擺動運動，在前擺過程中將錫林梳理過的纖維須叢送向做定軸回轉(zhuǎn)運動的分離羅拉，鉗板輸送須叢與分離羅拉接觸時，如果分離羅拉的運動線速度小于鉗板的前擺速度，則須叢頭端與分離羅拉表面發(fā)生碰撞，形成橫條彎鉤。假設(shè)鉗板輸送須叢頭端與分離羅拉的碰撞點為分離羅拉后邊緣，建立鉗板輸送須叢與分離羅拉的碰撞模型（如圖3），O為鉗板擺軸，O1為錫林軸，O2為張力軸，鉗板擺軸正反擺動，驅(qū)動四連桿機構(gòu)前后擺動，固連在連桿上的下鉗板2前后擺動，將給棉羅拉握持的須叢送向分離羅拉。以鉗板擺軸O為坐標原點，建立如圖3所示的坐標系，據(jù)文獻[8]建立鉗板擺動機構(gòu)的運動模型，編制計算機程序，可計算出精梳機一個工作周期內(nèi)，鉗板握持點P的位置（XP，YP）。

設(shè)鉗板外須叢頭端C的位置坐標為（Xc，Yc），據(jù)棉紡精梳給棉工藝過程分析可知[9]，鉗板前擺至分離接合開始階段，后退給棉的須叢頭端位置坐標Xc的計算如式（1）：

式中：B為分離隔距，mm;A為給棉長度，mm。

前進給棉的須叢頭端位置坐標Xc的計算式為式（2）：

式中：K為給棉系數(shù);XA為給棉過程中給棉羅拉輸出的棉層長度，mm。

分離羅拉6的位置固定，大小確定，設(shè)分離羅拉6的中心坐標為（Xd，Yd），分離羅拉的半徑為Rd（mm），當鉗板外須叢頭端C到達分離羅拉后邊緣時，即Xc=Xd-Rd時，鉗板送來的須叢與分離羅拉碰撞。

1.2?碰撞彎鉤長度

鉗板輸送須叢與分離羅拉后邊緣接觸時，如果分離羅拉的順轉(zhuǎn)線速度大于等于鉗板前擺速度，則須叢的頭端不會形成彎鉤，反之，須叢會形成頭端彎鉤，彎鉤從須叢頭端碰撞分離羅拉后邊緣時開始形成，至鉗板前擺速度與分離羅拉順轉(zhuǎn)線速度相同時結(jié)束，此過程形成的彎鉤長度L（mm）計算如式（3）：

L=LD+LS（3）

式中：LD為分離羅拉倒轉(zhuǎn)階段形成的彎鉤長度，mm;LS為分離羅拉順轉(zhuǎn)階段形成的彎鉤長度，mm。

分離羅拉倒轉(zhuǎn)階段形成的彎鉤長度LD的計算如式（4）：

式中：VP為鉗板前擺速度，mm/s;t1為碰撞開始時刻，分度;t2為分離羅拉順轉(zhuǎn)時刻，分度。

分離羅拉順轉(zhuǎn)階段形成的彎鉤長度LS的計算如式（5）：

式中：Vf為分離羅拉線速度，mm/s;t3為分離羅拉順轉(zhuǎn)線速度與鉗板前擺速度相同時刻，分度。

2?不同分離羅拉傳動系統(tǒng)碰撞參數(shù)

由上述模型分析可知，影響須叢與分離羅拉碰撞時刻的因素有：給棉長度、給棉方式、分離隔距（落棉隔距）;影響碰撞彎鉤長度的因素主要有鉗板前擺速度及分離羅拉線速度。當前市場上的主流精梳機型，鉗板機構(gòu)的傳動模式及構(gòu)件的關(guān)鍵尺寸相同，因此，當精梳給棉工藝相同時，鉗板前擺速度一致，而分離羅拉的傳動系統(tǒng)，機型不同連桿機構(gòu)中構(gòu)件的關(guān)鍵尺寸不同，分離羅拉的運動規(guī)律不同，因此，不同的精梳機，同工藝同原料生產(chǎn)時，其分離羅拉輸出纖維網(wǎng)的橫條彎鉤現(xiàn)象不同。據(jù)文獻[10]可知，相同的精梳機型，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時不同，分離羅拉的運動曲線將發(fā)生平移，須叢與分離羅拉碰撞階段的分離羅拉線速度改變，輸出纖維網(wǎng)的橫條彎鉤現(xiàn)象不同。

有3種機型的3種分離羅拉傳動系統(tǒng)（平面連桿機構(gòu)與輪系的結(jié)合），運用文獻[11]中的機構(gòu)運動分析解析方法，分別建立3種傳動系統(tǒng)的運動建模，將模型編制計算機程序，經(jīng)程序計算其分離羅拉的運動線圖分別如圖4和圖5所示。依據(jù)文獻[8]精梳機鉗板擺動機構(gòu)運動模型，上述須叢與分離羅拉碰撞模型，編制計算機程序，可計算出不同分離羅拉傳動系統(tǒng)，不同分離羅拉順轉(zhuǎn)定時下須叢與分離羅拉碰撞時刻（彎鉤形成開始時刻）、須叢與分離羅拉同速時刻（彎鉤形成結(jié)束時刻）及須叢頭端彎鉤的最大長度。

前進給棉，給棉長度4.3 mm，落棉隔距9 mm，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時分別為14.0、14.5、15.0分度時，3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的碰撞關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

由表1可知，分離羅拉傳動系統(tǒng)改變，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時變化，對須叢碰撞彎鉤的形成時刻沒有影響，彎鉤的形成時間都為13.7分度，這是因為碰撞彎鉤形成時刻的影響因素為給棉長度、給棉方式、落棉隔距及分離羅拉的位置和大小，分離羅拉位置相同、直徑相同，在給棉長度、給棉方式、落棉隔距等工藝相同時，碰撞時刻即彎鉤形成開始時刻相同。由表1可看到，采用上述3種傳動系統(tǒng)時，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時不同，彎鉤形成的結(jié)束時刻不同，順轉(zhuǎn)定時推后時，彎鉤形成的結(jié)束時刻延后，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時每推后0.5個分度，彎鉤形成的結(jié)束時間大約推后0.4～0.5個分度;采用上述3種傳動系統(tǒng)時，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時不同，須叢頭端彎鉤長度不同，當順轉(zhuǎn)定時由14.0分度推后至14.5分度時，須叢頭端彎鉤變長，但增長幅度較小，當順轉(zhuǎn)定時由14.5分度推后至15.0分度時，須叢頭端彎鉤長度增大，增加長度約為0.8 mm。表1中的3種傳動系統(tǒng)，在相同的工藝下，碰撞彎鉤的結(jié)束時間不同，須叢的頭端彎鉤長度不同，傳動系統(tǒng)一的彎鉤形成結(jié)束時刻最早，須叢的頭端彎鉤長度最小。

須叢與分離羅拉的碰撞彎鉤不但影響輸出纖維網(wǎng)外觀，還與精梳產(chǎn)品的質(zhì)量指標密切相關(guān)。由上述分析可知，加工長纖維原料時，應(yīng)采用傳動系統(tǒng)一，同時采用較早的分離羅拉順轉(zhuǎn)定時。

3?不同分離羅拉傳動系統(tǒng)適紡性參數(shù)

精梳機對纖維長度的適紡性是指精梳機加工纖維長度的范圍，它是精梳機的主要技術(shù)指標之一，將加工纖維長度的下限稱為精梳機適紡的最短纖維長度，上限稱為精梳機適紡的最長纖維長度。精梳機適紡的最長纖維長度與落棉隔距、分離羅拉運動曲線特性、錫林定位等因素有關(guān)，精梳機適紡的最短纖維長度應(yīng)由鉗口外棉叢長度及分離羅拉繼續(xù)順轉(zhuǎn)量決定[7]。

分離羅拉的傳動系統(tǒng)不同，其運動規(guī)律不同，對纖維長度的適紡性不同，依據(jù)適紡纖維長度的理論分析，得到錫林定位37分度，采用前進給棉工藝，給棉長度4.3 mm，落棉隔距8 mm，分離羅拉順轉(zhuǎn)定時14分度時，上述3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的適紡纖維長度如表2所示。

由表2可知，上述3種傳動系統(tǒng)的適紡最短纖維長度都為23.6 mm，但適紡最長纖維長度存在較大差別，傳動系統(tǒng)三的適紡最長纖維長度最大，傳動系統(tǒng)二的適紡最長纖維長度最小。適紡纖維長度的范圍與精梳落棉質(zhì)量、有效纖維的流失、精梳落棉率及成紗質(zhì)量有著密切關(guān)系。當加工纖維較長的長絨棉和棉型化纖時，傳動系統(tǒng)二的落棉率將會變大且落棉中可紡纖維的比例將增高。

4?試?驗

4.1?試驗原料及性能參數(shù)

紡紗原料為棉型天絲短纖，天絲小卷定量為64.52 g/m，小卷中20 mm以下的短絨含量（根數(shù)）為25.7%，5%長度（根數(shù)）為45.8 mm，平均長度（根數(shù)）為26.2 mm，平均線密度1.19 dtex，斷裂強度4.61 cN/dtex，斷裂伸長率8.23%，初始模量131.56 cN/dtex。

4.2?試驗方案

在同一臺精梳機上，分別采用3種不同的分離羅拉傳動系統(tǒng)，在紡紗原料及工藝相同的情況下，分別進行精梳加工，測試加工過程中的落棉率，并采用烏斯特ME100條干儀測試精梳條干指標、AFIS Pro2單纖維測試儀測試精梳條短絨率指標，具體試驗方案見表3。

4.3?精梳機主要工藝參數(shù)

精梳機各方案相同的主要工藝參數(shù)：精梳機速度350鉗次/min，前進給棉長度4.3 mm，錫林定位37分度，頂梳插入深度-0.5，頂梳齒密260齒/10 cm，錫林齒數(shù)25550齒，分離羅拉定時調(diào)節(jié)盤搭接刻度+1.5（分離羅拉順轉(zhuǎn)定時14分度），出條定量27 g/5 m。

4.4?試驗結(jié)果及分析

由表4可知：方案2的落纖率高于方案1和方案3，方案5的落纖率遠高于方案4和方案6，說明在落棉隔距相同的情況下，傳動系統(tǒng)二的落纖率較大，由前面適紡性參數(shù)計算可知，傳動系統(tǒng)二的適紡最長纖維長度為34.7 mm，在加工5%長度（根數(shù)）為45.8 mm的天絲小卷時，會造成長纖維流失，落纖率提高。傳動系統(tǒng)一和傳動系統(tǒng)三的適紡最長纖維長度都大于等于45.8 mm，因此兩者的落纖率較低，但由于傳動系統(tǒng)三的適紡最長纖維長度高于傳動系統(tǒng)一，因此方案3和方案6的落纖率分別稍低于方案1和方案4。

對比方案1、方案2和方案3的質(zhì)量指標可知，在落棉隔距相同的情況下，傳動系統(tǒng)一的條干CV值最小，同理對比方案4、方案5和方案6也可以得到相同的結(jié)論。由前面碰撞彎鉤分析可知，在相同的工藝下，傳動系統(tǒng)一的碰撞彎鉤長度最小，傳動系統(tǒng)二和傳動系統(tǒng)三的碰撞彎鉤長度相近，經(jīng)分離牽伸沒有完全伸直的碰撞彎鉤會形成精梳條中的粗節(jié)，影響精梳條的條干CV值。碰撞彎鉤長度長，在牽伸中越不易完全伸直，因此，傳動系統(tǒng)二和傳動系統(tǒng)三的條干CV值大于傳動系統(tǒng)一的。

方案1、方案2和方案3的精梳條短絨率相近，方案4、方案5和方案6的精梳條短絨率相近，說明在相同的精梳工藝下，3種傳動系統(tǒng)的精梳條短絨率相近。由表2可知，在相同的精梳工藝下，3種傳動系統(tǒng)的適紡最短纖維長度相同都為23.6 mm，表明20 mm以下的纖維理論上都可被排除，因此，3種傳動系統(tǒng)的精梳條中20 mm短絨率相近。

由試驗結(jié)果與分析可知，傳動系統(tǒng)一比較適合加工較長的纖維原料，不會造成長纖維的流失增加落纖率，而且碰撞彎鉤現(xiàn)象較輕，精梳條的條干質(zhì)量好。

5?結(jié)?論

化纖精梳中易出現(xiàn)輸出纖維網(wǎng)彎鉤、可紡纖維流失現(xiàn)象。對不同分離羅拉傳動系統(tǒng)的碰撞彎鉤參數(shù)及適紡性參數(shù)進行了計算，并進行了不同分離羅拉傳動系統(tǒng)的天絲短纖精梳試驗，結(jié)論如下。

a）棉型化纖精梳纖維網(wǎng)較多存在橫條彎鉤現(xiàn)象，且不同的機型橫條彎鉤現(xiàn)象不同，落纖率不同。

b）影響碰撞彎鉤的因素有給棉長度、給棉方式、分離隔距（落棉隔距）、錫林定位、鉗板前擺速度及分離羅拉線速度。

c）相同給棉工藝，不同分離羅拉傳動系統(tǒng)、不同分離羅拉順轉(zhuǎn)定時，碰撞彎鉤形成的開始時刻相同，結(jié)束時刻不同，須叢前端彎鉤的最大長度不同，傳動系統(tǒng)一的彎鉤長度最小;分離羅拉順轉(zhuǎn)定時越早，碰撞彎鉤長度越短。3種傳動系統(tǒng)的適紡最短纖維長度相同，適紡最長纖維長度不同，傳動系統(tǒng)二的適紡最長纖維長度較短。

d）3種分離羅拉傳動系統(tǒng)的精梳試驗結(jié)果表明，傳動系統(tǒng)一的精梳條條干CV值最小，條干質(zhì)量好，傳動系統(tǒng)二的精梳落纖率最大，可能存在有效纖維流失情況。試驗結(jié)果與理論分析結(jié)論有良好的相符性。

e）在建模分析過程中，有理想化的假設(shè)條件，例如鉗板輸送須叢的頭端均是與分離羅拉后邊緣發(fā)生接觸碰撞，忽略了碰撞彎鉤在分離牽伸過程中的伸直效應(yīng)，這些理想條件可能造成計算結(jié)果劣于對應(yīng)實際情況的現(xiàn)象（影響趨勢規(guī)律不會變），為了得到更貼近實際的數(shù)據(jù)，還需做進一步研究。

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