錫林金屬針布齒條齒型創(chuàng)新設(shè)計分析

陳玉峰，陸振挺

(1.光山白鯊針布有限公司，河南 光山 465450；2.項城市紡織有限公司，河南 項城 466200)

錫林金屬針布為梳棉機的高速、高產(chǎn)和高質(zhì)量提供了必要條件。目前，雖然梳棉機臺產(chǎn)量由約10 kg/h增加到180 kg/h以上，但梳棉質(zhì)量未達到理想效果。為滿足錫林金屬針布托持纖維不沉入齒底，提高錫林—蓋板梳理區(qū)的梳理效果，需設(shè)計不同齒型金屬針布齒條從不同的角度控制纖維，并兼顧梳理的高產(chǎn)量和高質(zhì)量。

1 錫林金屬針布齒條齒型發(fā)展現(xiàn)狀和種類

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

隨著梳理速度不斷提高，錫林金屬針布齒面負(fù)荷不斷增加，其齒條齒型設(shè)計時需考慮：良好的穿刺和握持纖維能力，使纖維處于齒尖與另一齒面進行分梳；纖維易于從齒面轉(zhuǎn)移、利于梳理；適當(dāng)?shù)凝X隙容纖量以及良好的釋放能力，以提高均勻混合作用；齒尖鋒利、齒部耐磨且光潔[1-2]。

“矮、淺、尖、薄、密、小(工作角余角)”的錫林金屬針布齒條，梳理時轉(zhuǎn)移和控制纖維的矛盾突出；且齒密、總高、角度、基部寬等都有極限值，因此，對齒條的幾何尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，使纖維既易轉(zhuǎn)移又強控制、不易沉入齒底，且轉(zhuǎn)移過程中有合理的阻力，以提高梳理效果。現(xiàn)有錫林金屬針布齒條的主要特點見表1。

表1 錫林金屬針布齒條的主要特點

1.2 錫林金屬針布齒條新齒型分類及其參數(shù)

部分普通齒型的金屬針布齒條在梳理過程中，易磨損、掛花，設(shè)計時應(yīng)主要從托持纖維不沉入齒底、提高轉(zhuǎn)移、打破工作邊纖維路徑依賴、提高齒尖耐磨度、提高錫林—蓋板間梳理面積、提高齒密、改善梳理通道等方面進行創(chuàng)新[3-4]。

目前，國內(nèi)外常見的錫林金屬針布齒條齒型有13種(見表2第1列)。這些齒型的金屬針布齒條均有利于纖維處于齒尖部位，能提高分梳轉(zhuǎn)移時纖維間摩擦力、解決纖維分梳和轉(zhuǎn)移的矛盾。新齒型錫林金屬針布齒條參數(shù)見表2。

表2 新齒型錫林金屬針布齒條參數(shù)

新齒型錫林金屬針布試用表明：錫林金屬針布齒條工作角為40°時，控制纖維能力強且適應(yīng)高速[5]；齒條總高為1.7 mm～2.0 mm，有利于纖維轉(zhuǎn)移混合；齒距為1.5 mm～2.0 mm，減少縱向梳理打擊、保護纖維；齒密為949齒/(25.4 mm)2，梳理齒數(shù)增加；齒型小且以異型齒為主，托持纖維、提高轉(zhuǎn)移；齒條總高為2.0 mm時齒深為0.40 mm～0.45 mm，齒條總高為1.7 mm～1.8 mm時齒深為0.35 mm～0.37 mm，有利于轉(zhuǎn)移、提高一次分梳能力；采用表面處理或高耐磨合金材質(zhì)，提高齒條的耐磨性且表面光潔。

2 錫林金屬針布齒型特點及設(shè)計優(yōu)勢分析

2.1 雙駝峰齒

2.1.1 特點

雙駝峰齒在單駝峰齒的基礎(chǔ)上增加了一個駝峰(見圖1)，其齒條工作角為40°、總高為1.8 mm、齒距為1.7 mm、齒深為0.37 mm，圓弧短工作棱；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為949齒/(25.4 mm)2。

圖1 雙駝峰齒

2.1.2 設(shè)計優(yōu)勢

雙駝峰齒錫林金屬針布對纖維的柔性托持可有效防止纖維和雜質(zhì)下滑，既利于纖維的分梳、交替和轉(zhuǎn)移，又利于蓋板花的排除；齒部強度提升，能減少齒部損傷；特殊的幾何形狀具有自銳效應(yīng)，顯著減少維護需求，使針布的使用壽命更長；優(yōu)勢是提高棉結(jié)去除率、減少雜質(zhì)，適合生產(chǎn)精梳紗。

2.2 雙峰齒

2.2.1 特點

雙峰齒齒條如圖2所示。該齒型齒條在2個縱向齒距內(nèi)有4個齒，工作角2個為40°、2個為35°，一個角度利于控制纖維、另一個則有利于轉(zhuǎn)移纖維；總高為2.0mm、齒距為1.7mm，前齒齒深為0.38 mm、后齒齒深為0.25 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為1190 齒/(25.4 mm)2。

圖2 雙峰齒

2.2.2 設(shè)計優(yōu)勢

雙峰齒齒條的后齒對纖維形成柔性托持、有效防止纖維雜質(zhì)下滑；直線形工作棱利于纖維須叢穿刺。其錫林金屬針布設(shè)計齒密加大、梳理齒數(shù)增多，利于纖維的分梳、交替和轉(zhuǎn)移，能顯著降低棉結(jié)、改善紗疵，適應(yīng)高速、高產(chǎn)。

2.3 駝峰雙齒

2.3.1 特點

駝峰雙齒齒條如圖3所示。該齒型齒條1個齒距2個齒前面內(nèi)有4個齒(2個高齒、2個矮齒)，齒背駝峰設(shè)計；工作角為25°、總高為2.0 mm、齒距為2.0 mm，矮齒齒深為0.25 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為567齒/(25.4 mm)2，如小齒計入則齒密大于1000齒/(25.4 mm)2。

圖3 駝峰雙齒

2.3.2 設(shè)計優(yōu)勢

駝峰雙齒齒條采用高低雙齒再加上大齒直工作棱、小齒負(fù)底角駝峰設(shè)計，注重齒條的穿透和握持性能，以增強分梳能力為主，考慮穿透刺入、柔性梳理和釋放轉(zhuǎn)移相結(jié)合。梳理纖維時，駝峰的托持使纖維停留于齒尖位置便于與蓋板交替分梳，使錫林—蓋板間梳理充分且不深入齒根；同時借助于小齒深，使雜質(zhì)和短絨容易拋離，提高了錫林與蓋板間的轉(zhuǎn)移效率，適用于高產(chǎn)梳棉機的化纖梳理。

2.4 斜平頂齒

2.4.1 特點

斜平頂齒系列錫林金屬針布齒條在直齒尖和大平頂齒尖的基礎(chǔ)上綜合設(shè)計而來，如圖4所示。該齒型齒條總高為1.8 mm；齒頂采用直齒尖，其齒頂長是普通齒條的13倍以上，增加纖維梳理的彈性控制通道；工作角為40°，能夠保證穿刺能力；齒前面采用大圓弧設(shè)計，纖維的握持深度保持在齒尖以下0.05 mm以內(nèi)，前角以及其齒尖的扭曲偏差不大于0.015 mm，加工精度高；強化處理和錐齒化處理的表面粗糙度Ra值為0.06 μm，可減少纖維的損傷。

圖4 斜平頂齒

2.4.2 設(shè)計優(yōu)勢

直齒尖、大工作角結(jié)合長齒頂，齒條穿刺能力強，能有效防止纖維沉入齒底；大齒頂托持面的設(shè)計使纖維接受蓋板的有效梳理長度增加，減少齒面間浮游纖維數(shù)量，可對12 mm以上的短纖維進行有效梳理，提高纖維“三度”和棉結(jié)、雜質(zhì)的清除率，改善了棉網(wǎng)質(zhì)量；圓弧齒前面和小工作棱，有效提高了錫林—道夫間轉(zhuǎn)移率；齒部表面光潔，減少梳理過程中的微粒磨損和纖維損傷，使短絨率降低；長齒頂使齒尖的梳理部位更加堅固，借助涂層技術(shù)使第2點硬度提高，延長使用壽命。

總之，斜平頂齒錫林金屬針布在設(shè)計時采用大齒密、小齒深、大工作角,能有效解決高速條件下齒面負(fù)荷加重、梳理效果下降，使用周期較短、短絨增長率高、成紗質(zhì)量差等梳理問題，適合高速梳理含雜大的機采棉、皮馬棉和長絨棉的高質(zhì)量紡紗。

2.5 單駝峰齒

2.5.1 特點

單駝峰齒如圖5所示，其齒條的工作角為35°或40°、總高為2.0 mm或1.8 mm、齒距為1.7 mm、齒深為0.40 mm或0.37 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為949齒/(25.4 mm)2。

圖5 單駝峰齒

2.5.2 設(shè)計優(yōu)勢

單駝峰齒針布齒條齒背的流線設(shè)計以及背尖控制點設(shè)計：能使大部分纖維被握持在齒尖部位，有效防止纖維下滑，提高控制纖維的能力；齒背的多齒點梳理組合，緩和梳理、減少纖維損傷。大圓弧工作棱，分散齒尖梳理負(fù)荷、延緩磨損、利于纖維轉(zhuǎn)移，適應(yīng)高速梳理；梳理棉纖維時蓋板抽取纖維能力增強，纖維的分離度和伸直度提高，棉網(wǎng)清晰度改善。

2.6 平頂直尖齒

2.6.1 特點

平頂直尖齒是在駝峰齒、大平頂齒的基礎(chǔ)上綜合設(shè)計而來，如圖6所示。該齒型齒條工作角為40°、總高和齒距均為1.7 mm、齒深為0.37 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為949齒/(25.4 mm)2。

圖6 平頂直尖齒

2.6.2 設(shè)計優(yōu)勢

該齒型齒部形成直線形的齒前面和齒背面，齒底圓弧狀，齒尖采用駝峰后部加一個平頂面的結(jié)構(gòu)，增加纖維彈性控制通道，托持纖維不沉入齒底；大圓弧工作棱，分散齒尖梳理負(fù)荷，利于纖維轉(zhuǎn)移；梳理纖維時，齒尖穿刺力強，平頂使纖維停留于齒尖位置便于與蓋板針布的交替分梳；借助于小齒深，雜質(zhì)和短絨易拋離，可提高錫林—蓋板間的轉(zhuǎn)移率；適應(yīng)高產(chǎn)梳理棉纖維，能夠有效排雜、降低棉結(jié)。

2.7 平頂雙齒

2.7.1 特點

平頂雙齒如圖7所示。該齒型齒條的1個齒距2個齒前面內(nèi)有4個齒，2個高齒和2個矮齒，高齒齒深為0.37 mm，矮齒齒深為0.25 mm；工作角為40°、總高為2.0 mm、齒距為1.8 mm；其錫林金屬針布的設(shè)計齒密為720齒/(25.4 mm)2，高齒和矮齒同時計入則齒密大于1000齒/(25.4 mm)2。

圖7 平頂雙齒

2.7.2 設(shè)計優(yōu)勢

平頂雙齒齒條通過增加梳理作用點提高梳理效果，將原有的齒尖和齒背兩點作用點設(shè)計為齒尖部位的高、低齒，高齒為平底齒，矮齒為弧底齒，可減少嵌雜、提高纖維轉(zhuǎn)移能力；齒尖大平頂流線結(jié)構(gòu)，提高了纖維末端分離時在錫林金屬針布表面的高度，使纖維能被蓋板針布及時抓取，不僅長纖維能得到充分梳理，相對較短的纖維得到梳理的機會也大幅增加，減少了浮游纖維和纖維損傷；齒背弧齒或平齒結(jié)構(gòu)有效增大齒頂面積和齒距，減少纖維縱向平均受握持齒數(shù)，增大纖維與齒部接觸面積，使未受梳理的纖維長度縮短，梳理力降低，梳理充分且減少纖維損傷；在同樣齒距和基部寬情況下，齒密增大1倍，梳理度提高、齒面負(fù)荷降低，利于高速高產(chǎn)；大齒距、小齒深結(jié)構(gòu)使纖維轉(zhuǎn)移率提高35%以上，在質(zhì)量保持穩(wěn)定的條件下，產(chǎn)能可提高20%～30%。

2.8 鵝頭齒

2.8.1 特點

鵝頭齒齒條(見圖8)的工作角為42°、總高為2.0 mm、齒深為0.40 mm、齒距為1.7 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為949齒/(25.4 mm)2。

圖8 鵝頭齒

2.8.2 設(shè)計優(yōu)勢

在纖維梳理過程中，該齒條工作角控制纖維效果好、有利于蓋板梳理；大圓弧工作棱，便于纖維轉(zhuǎn)移；仿生鵝頭齒設(shè)計，使纖維不易沉于齒底，便于纖維平衡、柔性梳理，可減少纖維損傷，有效去除棉結(jié)和雜質(zhì)；齒背呈三角形，能托持纖維、提高轉(zhuǎn)移率和一次分梳能力，適應(yīng)高速梳理。

2.9 大平頂齒

2.9.1 特點

大平頂齒齒條(見圖9)總高為1.7 mm、工作角為40°、齒距為1.7 mm、齒深為0.37 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為949齒/(25.4 mm)2。

圖9 大平頂齒

2.9.2 設(shè)計優(yōu)勢

該齒型的齒頂長超過普通錫林金屬針布齒條的17倍，但齒頂有小偏角，能夠保證穿刺效果；大“平頂”托持面使大部分纖維被握持在齒尖部位，有效防止纖維下滑；40°工作角和大平頂配合增強握持纖維能力，增大齒尖纖維層彈力和離心力，使纖維充分抬頭并伸直，纖維接受蓋板針布的有效梳理長度增加，利于提高結(jié)雜去除效率，有效改善棉網(wǎng)清潔度；大圓弧工作棱，分散了齒尖的梳理負(fù)荷，利于纖維轉(zhuǎn)移；齒距增大，減少纖維沿長度方向的平均受握持齒數(shù)，使纖維長度充分釋放，未梳理纖維長度減少。

相比普通錫林金屬針布，該齒型針布加強了對浮游纖維的控制，提高“錫林1轉(zhuǎn)，1次工作區(qū)分梳”的梳理質(zhì)量，有效降低棉結(jié)和雜質(zhì)。

2.10 駝峰加小平頂齒

2.10.1 特點

駝峰加小平頂齒齒條，見圖10。其齒條的總高為1.8 mm、工作角為45°、齒深為0.38 mm、齒距為1.5 mm；其錫林金屬針布的設(shè)計齒密為1075齒/(25.4 mm)2。

圖10 駝峰加小平頂齒

2.10.2 設(shè)計優(yōu)勢

直齒尖結(jié)合齒背小平頂設(shè)計的駝峰加小平頂齒型，其小平頂托持面使纖維大部分被握持在齒尖部位、不易下滑；45°工作角能增強握持纖維的能力，纖維接受蓋板針布的有效梳理長度增加，有利于結(jié)雜的去除和改善棉網(wǎng)清晰度；齒密增大，纖維得到充分梳理，未梳理纖維長度減少；齒深小，利于纖維轉(zhuǎn)移；大圓弧工作棱，緩和磨損也利于纖維轉(zhuǎn)移。該齒型錫林金屬針布與蓋板針布梳理區(qū)可實現(xiàn)對纖維的強控制，適合高速梳理，能加強對浮游纖維的梳理和整理，提高“錫林1轉(zhuǎn)，1次工作區(qū)分梳”的梳理質(zhì)量。

2.11 薄尖直齒

2.11.1 特點

薄尖直齒齒條(見圖11)工作角為30°、總高為2.0 mm、齒深為0.42 mm、齒距為1.5 mm；其錫林金屬針布設(shè)計齒密為860齒/(25.4 mm)2。

圖11 薄尖直齒

2.11.2 設(shè)計優(yōu)勢

該齒型齒條采用直齒尖，齒頂寬由0.06 mm減少為0.04 mm，齒尖變薄，穿刺、握持纖維能力提高，利于將纖維分梳成單纖維狀態(tài)以及棉結(jié)的排除；配合30°工作角和0.42 mm齒深，有利纖維的控制、轉(zhuǎn)移和混合。薄尖直齒錫林金屬針布齒密適當(dāng)、抗軋能力好，不易損傷、嵌花和充塞，梳理效果好，纖維伸直度高、損傷小,生條短絨含量相對減少，成紗質(zhì)量顯著提高。

2.12 大圓弧齒

2.12.1 特點

大圓弧齒齒條(見圖12)的齒距大，一般為1.7 mm～1.9 mm；齒深為0.40 mm，減少纖維長向被握持平均齒數(shù)，使纖維充分釋放，未受梳理的纖維長度縮短，增加梳理度；工作角為35°或30°，齒尖平頂設(shè)計，在不影響分離度的情況下增加梳理強度、提高耐磨性，棱角為過渡圓弧，對纖維損傷少；齒頂寬為0.05 mm，穿刺能力強；工作棱的大圓弧使纖維在轉(zhuǎn)移時，摩擦點分散，使用壽命延長。

圖12 大圓弧齒注

2.12.2 設(shè)計優(yōu)勢

大圓弧齒的齒前面設(shè)計利于纖維梳理和轉(zhuǎn)移效率提高，使錫林—蓋板間浮游纖維減少，纖維的分離度和伸直度提高，改善棉網(wǎng)清晰度，提高棉結(jié)雜質(zhì)的清除率,適用于高速、高產(chǎn)、高含雜原棉的梳理，可以有效提高產(chǎn)量、降低棉結(jié)。

2.13 錯位齒

錯位齒齒條(見圖13)，其齒尖在基部的長度方向上呈錯位排列，降低針齒橫向的相對間隙，加強對纖維的控制和整理，有效增加對細(xì)小纖維束的梳理，減少了纖維漏梳和損傷，提高了生條質(zhì)量，適用于細(xì)號紗和特細(xì)號紗的生條梳理。

圖13 錯位齒

3 錫林金屬針布齒條齒型創(chuàng)新成效、不足和創(chuàng)新方向

3.1 創(chuàng)新成效

錫林金屬針布齒條齒型的創(chuàng)新成效重點體現(xiàn)在：① 棉纖維梳棉機產(chǎn)量得到了顯著提高，一般為40 kg/h～80 kg/h，部分轉(zhuǎn)杯紡紗則超過180 kg/h；② 產(chǎn)質(zhì)量得到積極改善，采用新型金屬針布齒條梳理的純棉精梳紗或普梳紗部分質(zhì)量超過2018年烏斯特公報5%水平，渦流紡、轉(zhuǎn)杯紡等差別化、纖維素纖維的產(chǎn)質(zhì)量也顯著改善；③ 梳棉機采用新型齒條金屬針布后，梳理質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、使用壽命長，純棉梳理量超過1000 t的非常普遍，而且維護方便、維修量小，利于生產(chǎn)的自動化和智能化。

3.2 不足

錫林金屬針布齒條存在的主要問題是：適紡范圍棉紡有余，差別化不足，以及新纖維適用周期短等。具體表現(xiàn)為：① 差別化纖維用金屬針布的齒型變化不大，以直齒或近似直齒為主，梳棉機產(chǎn)量受限于質(zhì)量要求在偏低的速度運行；② 紡純棉紗用錫林金屬針布的產(chǎn)量高、使用壽命能夠得到保證，但是非棉纖維用則使用壽命較短；③ 高速高產(chǎn)梳棉機用錫林金屬針布齒條的第2點硬度要求較高，目前部分齒條硬度不足，易磨損、壽命縮短、質(zhì)量下降的短板需提升[6]；④ 齒型兼顧性小，適紡范圍窄；⑤ 梳理某些新型差別化、功能性纖維或細(xì)特纖維，齒條齒型設(shè)計、制造存在差異，造成梳理過程纏、掛、繞等問題，影響梳理效果。

3.3 創(chuàng)新方向

如表3所示，錫林金屬針布齒條技術(shù)創(chuàng)新的主要方向是針布適紡性能好、適應(yīng)纖維種類多，能滿足梳理高速、高質(zhì)、高效、長使用周期和智能化生產(chǎn)需求，即適紡范圍廣、滿足產(chǎn)質(zhì)量高要求、維護方便等。

表3 錫林金屬針布齒條參數(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向

綜合分析：錫林金屬針布齒條齒型的創(chuàng)新趨勢為“矮(齒條總高)、淺(齒深)、尖(齒頂寬)、薄(基部寬)、密(齒密)、大(工作角增大，前角變小)、光(表面粗糙度Ra值小)、硬(齒尖及第2點硬度高)、變(齒型多變)”，這是紡機高速、高質(zhì)、高效以及智能化發(fā)展的必然結(jié)果。

4 結(jié)語

4.1錫林金屬針布是重要的梳理器材，近幾年來齒條齒型不斷創(chuàng)新發(fā)展，主要集中在大工作角、大齒距、小齒深、多變齒頂面積、大圓弧齒前面、小基部寬、大齒密、高硬度、齒身光潔等方面。通過創(chuàng)新有效控制和梳理纖維、減少纖維損傷、充分排除雜質(zhì)，實現(xiàn)了梳理質(zhì)量的穩(wěn)定和提升。

4.2錫林金屬針布齒條齒型的創(chuàng)新在一定程度上促進了梳棉機高速、高產(chǎn)、高質(zhì)，但仍存在棉紡有余、差別化纖維不足等問題，這是新型纖維發(fā)展提出的新挑戰(zhàn)，今后應(yīng)進一步加大對差別化纖維梳理適紡范圍的研究。

4.3錫林金屬針布齒條的發(fā)展方向，從“托持纖維不沉入齒底、提高轉(zhuǎn)移、提高齒尖耐磨度、改善梳理效果”為原則，逐步發(fā)展成為“矮齒條總高、大工作角、淺齒深、銳齒尖、薄基部、大齒密、高光潔齒部、高硬度(齒尖及第2點)及多變齒型”，這是梳棉機高速、高質(zhì)、高產(chǎn)、智能化發(fā)展的必然需求。