智能化梳棉機配套梳理針布的設計思路

楊 嵐

（陜西職業技術學院，陜西西安，710038）

梳棉機智能化是建立在自動化發展的基礎上，包括自動檢測、自動調整和自動控制，是減少用工、提高效率、穩定質量的有效措施，具有在線檢測、自動控制、維護方便的特點。梳棉智能化設計從結構、維護、工藝調整、操作運轉、專用工具、能耗等各方面都要統籌兼顧，采取各種手段技術創新，提高效率，盡可能為用戶爭取更大的效能。梳棉針布是梳棉機實現梳理的基礎核心工藝器材，梳理針布的創新設計必須滿足和適應梳棉機智能化發展要求，實現與智能化的相互促進和提升。

1 智能化梳棉機的特點

智能化梳棉機的主要特點是高速化、高產化、高效化和自動化，同時實現對梳理質量、工藝校正、前后聯動等進行系統的反饋、檢測和控制，滿足無人工廠或者免維護工廠的需求。

智能化梳棉機是梳理工程信息化、數字化、自動化的最終目標，也是發展的必然趨勢。作為核心基礎的針布在適應方面還存在如下問題：針布的耐磨性不高，使用周期短，頻繁更換，影響智能化梳棉機的正常運行；針布的維護過程對質量造成周期性的影響；針布的個別部位易磨損，造成梳理質量波動，影響智能化生產質量的穩定；適應多種纖維多組分梳理和適紡范圍窄，改換品種需要更換針布，影響針布使用和生產效率；針布機械加工精度影響到智能檢測和執行精度及正確性。

2 智能化梳棉機對梳理針布的要求

智能化梳棉機對針布的要求：免維護，適紡范圍廣，能夠滿足連續生產的要求，且在梳理過程中滿足數字化技術發展專家系統的檢測、反饋、執行的需要。智能化梳棉機對針布配套提出了高質量、高效率、高產量、免維護、適應自動化的要求，才能滿足智能化的需求。

針布滿足高速化的技術要點：必須控制錫林和道夫三角區的氣流，減少落網和棉網的異常狀態，提高轉移率；高速輸出時轉移棉網的波動和質量的穩定，對針布提出了高轉移、強控制的要求。

針布滿足高產的技術要點：必須提升刺輥喂入時的開松效果，保證預開松，把精細梳理的負荷盡可能的減輕；高產，輸入時喂入纖維的預開松排雜情況是否能實現喂入的連續性。對錫林、蓋板、刺輥針布提出強化梳理、免維護、周期長、兼容性適紡范圍廣的要求[1]。

針布實現高質量的技術要點：保證錫林?蓋板精細梳理區蓋板的精度，同時盡可能的增加預分梳，從而實現高質量；梳理時的精細程度，對系統配套針布以及針布的周期穩定性提出了要求。

基于智能化條件下梳理針布創新設計目的之一，主要是為實現在線檢測，自動控制，維護方便，為提供精準數據打好基礎，其中對針布維護、生產環境、纖維原料、工藝設定、設備運行狀態的適應和反饋提出了新要求。

3 智能化梳棉機配套梳理針布的研發和設計要點

3.1 梳理針布的光潔度設計

針齒齒身光潔度不好，易造成纖維損傷，在梳理過程中造成掛花，棉結增加；同時光潔度差的針布與纖維的摩擦因數大，在造成短絨增加的同時，降低針布使用壽命。

齒尖穿刺力差、存在毛刺造成掛花。在梳理過程中，與纖維最先接觸的是針尖，齒尖穿刺力差，細小的毛刺就會造成掛花，對梳理效果影響十分明顯[2]。這種現象在刺輥針布和錫林針布梳理過程中尤其明顯。由于其速度高，細小的毛刺與纖維摩擦因數大，毛刺在控制少量的纖維之后，隨時間的增加，纖維越聚越多，會形成大量的纏繞纖維，造成棉結大量增加。在梳理化學纖維和差別化纖維時，針布掛花對質量的影響非常明顯，如圖1所示。

圖1 齒尖不鋒利毛刺掛花造成棉結疵點

在智能化條件下，這些問題不僅影響質量，同時也增加了檢測負荷。智能化梳棉機的針布需要采用新型材料或表面處理技術，提高針齒光潔度，使用中不掛花，才能實現生產的持續性和穩定性，同時實現數據檢測的精確性。

3.2 梳理針布的結構優化設計

智能化梳棉機不單單是硬件提高，其主要核心質量必須有保證。在針布梳理纖維過程中，針尖刺入纖維，工作面控制纖維，再與對應配置的針布進行相互作用實現梳理，從而使纖維充分分離。如果齒尖不鋒利或齒尖過厚，刺入時會造成纖維損傷；同時，控制纖維的工作面太鋒利，同樣會造成纖維的損傷，增加短絨，造成成紗條干惡化、強力下降。特別是梳理部分干強大于濕強的纖維素纖維尤為明顯。普通針布如果采用薄齒尖，鋒利度增加，但是耐磨性明顯下降，這對矛盾難以解決。智能化梳棉機配置的梳理針布設計時需要解決薄齒尖不耐用的問題，可以采用提高硬度的辦法，兼顧梳理效果和使用壽命。采用薄齒尖，能夠減少沖擊，減少纖維損傷。錫林齒尖厚度由0.08 mm減少到0.04 mm，同時，對齒尖采取錐齒化處理，進一步減少對纖維的損傷，這對智能化梳棉機提高質量尤其重要。

3.3 梳理針布使用周期設計

高產梳棉機的梳理針布使用周期一般在800 t左右，淬火深度影響硬度和耐磨性，針布的硬度決定耐磨性和使用壽命。在針布加工過程中，針布的淬火深度和高度分為五點。通過回火淬火后，其淬硬區一般在針布的1/3處，齒尖的磨損度能夠滿足梳理需求，但是淬硬區0.3 mm～0.5 mm的工作面是針布磨損的重點，主要原因是其硬度低，造成耐磨度不夠。此種磨損在金屬梳理針布，部分工作角大的金屬針布非常明顯，磨損后使用周期縮短，棉結增加。

智能化梳棉機必須減少這種磨損，實現生產持續穩定狀態。因此，必須采取滿足彌補第二點硬度的要求，從而達到智能化梳棉機生產的穩定性。具體針布設計可以采用復合涂層技術處理針布，提高第二點的硬度，能夠有效適應智能梳棉機的需要，經過涂層處理后第一點硬度由HV860～HV970增加到HV1100～HV1300，第二點硬度由HV780增加到HV960。

3.4 梳理針布無走熟期設計

針布的衰退周期一般分為漸成熟和漸衰退周期兩種。漸成熟和漸衰退的區別是，開始逐步走向梳理的平穩期，最后衰退。漸衰退則是開始平穩，很快衰減[3]。由于針布在梳理過程中較快的磨損增加了更換針布的周期和數量。頻繁的更換針布，不僅維護成本增高，還會造成梳理質量不穩定。圖2為兩類針布使用周期紡紗質量對比。

圖2 不同針布使用周期對比圖

智能化梳棉機的針布設計宜采用漸成熟設計，同時減少走熟期，質量穩定且延長了使用壽命。無走熟期設計，重點改善針布表面的粗糙度，減少針布淬火后的氧化皮，從而滿足梳棉機智能梳理的需求。具體對比見圖3和圖4。

圖3 有走熟期針布

圖4 無走熟期針布

3.5 梳理針布防腐蝕性設計

金屬針布在梳理染色纖維和部分化學纖維時，由于染色纖維中的酸堿殘留和柔順劑、消光二氧化鈦以及抗靜電劑，這些對針布腐蝕性很大，由此造成針布生銹腐蝕、磨損程度加劇。同時在一些加工靜電嚴重纖維的車間內，相對濕度在70%以上，對針布的抗氧化防銹提出新的要求。智能化梳理針布必須滿足可以不作任何特殊防護地裸處于常規環境中，在梳理染色纖維和消光劑的化學纖維、纖維素纖維，以及車間溫濕度大的生產環境，能夠有效降低對針布的腐蝕，延長使用周期[4]。

3.6 梳棉機針布免維護功能設計

梳棉機配套針布的保養維護也十分重要。現代高產梳棉機還配備了精調蓋板?錫林隔距、在線自動磨針體系（自動磨錫林、蓋板針布）、蓋板隔距調整系統，精度很高；自動磨蓋板既磨針尖又磨側面，使其保持原有針布的鋒銳外形。自動磨針不僅能根據需要磨礪針布鋒銳度，而且包括針的側磨技術，使針布能保持原狀，從而提高錫林?活動蓋板梳理能力。

高產梳棉機在道夫下方安裝棉結在線監測系統，可根據棉結量的變化情況，由計算機在線調整蓋板隔距、除塵刀位置，并可自動對針布進行磨針。目前，高速梳棉機磨針過程中無需停車，由計算機控制錫林和蓋板自動在線磨針，與人工磨針相比，可以節約時間80%，此外還延長針布使用壽命20%左右，產量提高20%。

這種磨針系統需要具備檢測功能、反饋功能、分析功能、調節執行功能、磨針系統等，運行過程相對較為復雜，在針布的復磨過程中容易造成對紗線質量的污染。因此，智能梳棉機的針布設計必須免維護，將磨針系統的功能和檢測功能用于對質量的檢測上面去，更利于智能梳棉機的發展和推廣。

3.7 錫林蓋板針布滿足隔距在線自動調整

梳理過程中，打開纖維間的橫向聯系主要是通過分梳，分梳的關鍵是分梳件之間保持適當的隔距，“緊隔距，強分梳”是梳理質量穩定的核心。在具體實踐中“緊隔距，強分梳”包含兩種含義：一是梳理隔距點隔距越小，品質越高；二是精確調節蓋板隔距，在精準隔距條件下實現分梳，是獲得最高清潔度和最少棉結量的決定性因素[5]。

各梳理元件之間的隔距對梳理效果以及紗線質量有十分重要的影響。通常是設置在靜止狀態，或者說是在冷車狀態下進行的。由于設備在運轉過程中的動態變化（如離心力、溫度升高），實際分梳隔距會發生輕微改變。智能化梳棉機設有生產變量監控裝置：如碰針監控器，能最安全地保證不發生碰針；隔距優化設置，能進行準確的參數設定，保證最佳的紗線質量；運行狀態分析，設定控制的先決條件；隔距片，快速準確調整、校準隔距，可在線設置。

智能化梳棉機錫林?蓋板隔距校準和檢測的工作原理是：在起動錫林前，執行一次功能檢測→在達到錫林的額定轉速后，執行基準測量→接通輸棉裝置后，檢測系統執行基準測量→機器熱車后，執行基準測量→在梳棉機停機和重啟后，重新執行上述步驟。

在這種情況下，對錫林和蓋板的平整度要求很高，微小的隔距差異就會造成問題和故障。因此，蓋板平整度要保證在0.010 mm，錫林針布包卷后的平整度要保證在0.019 mm以內的精度，運行后的溫差形變不大于0.030 mm，才能滿足智能梳棉機的需要。

目前，影響免維護的因素主要是錫林針布、蓋板針布、錫林輥體、蓋板骨架精度等，實現智能化生產必須提高這些部件的精度。設計中可采用磁力超強的釹磁體，針布條通過磁力固定于蓋板骨上。蓋板和針布上的黏合劑及補償層可降低單個蓋板骨間的公差，紗線質量由此得到改善。當將傳統的針布安裝于蓋板骨上時，針布條不可避免地存在著不同程度的變形。要使針布變得平整，還需進行打磨操作，而使用高精度釹磁蓋板，打磨工序即可省去[6]。

錫林針布采用“矮，淺，尖，薄，密，小”的設計特點，密度大[965齒/（25.4 mm）2]、工作角較大（50°）、基厚（均為0.4 mm）、針高矮齒高均較小的配置（2.0 mm，1.7 mm），以加強對纖維的分梳。采用新型的大平頂齒針、尖齒平頂結合、直齒錫林針布，保證平整度，保護纖維和梳理效果兼顧，同時滿足智能化梳理的需要。

4 智能化梳理針布的有關問題

4.1 三刺輥的適紡性和兼容性

現代梳棉機通過增加刺輥的數量和速度，增加預分梳板、除塵刀以及落棉吸口等裝置來提升刺輥的分梳和除雜作用。當單刺輥結構不能滿足梳棉機高產狀態下的開松要求時，三刺輥結構應運而生。通過采用不同排列結構、不同針齒形狀及密度的3個刺輥漸進開松，能夠有效解決刺輥開松過程中的棉束差異，可以滿足梳棉機在高產狀態下所需的開松要求。但是從生產使用效果看，高產梳棉機即使采用三刺輥結構，其開松效果也并非無限增大。第一刺輥采用針輥分梳，雖然能夠減少纖維損傷，但是紡非棉纖維時，容易出現纏繞梳針的問題，阻礙了三刺輥的推廣；其次，三刺輥的速度最高在2000 r/min，存在對纖維的損傷問題，同時棉流經過的路徑較多，在此處減少棉結和短絨增長是一對矛盾。如何避免損傷三刺輥纖維，減少棉結增加，充分提高開松度，滿足智能化條件下梳理的兼容性是今后需要解決的問題[7]。

4.2 高產量與多品種混合梳理技術的探討

隨著棉纖維、人造纖維、各種新型化學纖維、纖維素纖維的廣泛應用，必然要求對梳棉機從結構上進行差異化配置，以滿足不同特性原料的加工需求。色紡、差別化、多組分混紡批量小，品種多，翻改頻繁，智能化梳棉機如何適應小批量生產，需要進一步探索。智能梳棉機開松流程中，不僅僅是單纖維混和，還出現了滌綸、粘膠、棉或者其他差別化纖維的混和，但是多種纖維的摩擦因數差異大，針布適應性需要提高。如何設計兼容性強的梳理針布，需要我們進一步的探討和研究。

4.3 不同材質膨脹系數對質量的影響

隨著梳棉機的不斷發展，新型的材質不斷運用，部分梳棉機采用了新型的鋁材和鋼板材質，有些梳棉機還采用了鋁合金型材，不同的材質熱脹系數不同，在工藝設定時存在冷車和熱車的區分，在實際運用中，熱脹系數對針布的影響程度需要進一步研究[8]。

4.4 梳棉機針布的研究展望

智能化梳棉機的普及和進步是今后的發展趨勢。針布是梳棉機的關鍵梳理部件。以錫林針布為例，錫林針布在刺輥區域時，要盡可能將刺輥上的棉束轉移剝取過來，保證抓取的纖維不被刺輥針布再次轉移，要求針布對纖維的抓取牢靠度為100%；在活動蓋板區域，為了保證分梳質量，要求錫林針布對纖維既要有一定的抓取度，又不能完全控制，讓纖維可以在錫林和活動蓋板之間完成數次交替分梳；在道夫區域，為了提高道夫一次轉移率，要使錫林針布對纖維的抓取牢靠度盡可能低。同時隨著梳棉機產量的增加，針布纖維負荷和容纖率增加，梳理度下降，這就對錫林針布提出了更高的使用要求。隨著新材料、新工藝以及整體社會技術進步和協作水平的提高，針布齒形、針布密度、針布結構、針布材料、針布熱處理方法和效果，錫林、道夫、蓋板、給棉、刺輥、預分梳等針布兼顧發展，科學搭配等方面的細化研究會越來越深入。

5 結語

智能化梳棉機在經過多年研發后步入成長期，今后的發展方向是高速度、高質量、高產量、穩定可靠、自動化、智能化、模塊化。梳理針布要滿足耐磨度、免維護、兼容適紡范圍廣、智能化調整隔距、自動化檢測等方面的技術要求，必須從梳理、智能、質量互動的角度研究創新，梳理針布才能滿足智能化梳理的需要。