國產梳棉機的技術發展與展望

倪敬達 任光業

（1.江南大學，江蘇無錫，214122；2.青島宏大紡織機械有限責任公司，山東青島，266101）

梳棉是棉紡工藝流程中的關鍵工序之一，梳棉機也被稱為紡紗工藝的“心臟”。在梳理過程中，梳棉機將纖維束分梳成單纖維，纖維被均勻混和，并清除塵雜疵點和短絨，其對成紗質量和生產成本都有決定性的影響。我國從新中國建立初期就開始了梳棉機的研制工作，曾多次組織相關科研院所、高校及企業進行梳棉機的聯合攻關，實現了國產梳棉機從無到有、從弱到強的發展歷程。進入21 世紀以來，以研發JWF 系列新型梳棉機為代表的設備制造企業，緊跟國際先進梳棉機工藝結構和制造技術，進行了大量的工藝技術創新和專項工藝試驗，取得了巨大的進步。

1 國產梳棉機的發展歷程

國產梳棉機經過了70 多年的創新發展，形成了第一代至第四代梳棉機，梳棉機產量由5.5 kg/h提高到了180 kg/h，錫林速度由178 r/min 提高到580 r/min。

1.1 第一代梳棉機（11 系列梳棉機）

1950 年，原青島紡織機械廠以日本豐田、英國潑拉脫梳棉機為基礎，設計試制了1181 型彈性針布梳棉機，型號包括1181、1181A、1181B、1181C、1181D、1181E、1181F、1182 及改公制后的A181C。其中，1181E 型和1181F 型梳棉機產量相對較高。

第一代梳棉機的主要技術特征：棉卷喂入，采用彈性針布，斬刀剝棉，小卷裝，萬錠需要配梳棉機40 臺以上，工人換卷勞動強度較大［1］。其中，原青島紡織機械廠生產的1181A 型梳棉機錫林速度180 r/min，產量5 kg/h～6 kg/h［2］。

1.2 第二代梳棉機（A 系列梳棉機）

1958 年，原紡織工業部根據紡織工業發展的需要，在青島成立了高產梳棉機研究試驗工作組，開展了高產梳棉機的研究設計和制造生產工作，研發的梳棉機型號包括A184、A185、A186、A187、A189、A190A、A186C、A186D、A186E、A186F等［3-4］，開創了我國研究、制造高產梳棉機的新紀元。

1983 年至1988 年生產的A186D 型梳棉機主要特點：從提高剛性、提高安裝精度、多用滾動軸承、簡化傳動機構、利于提高運轉穩定性等方面改進設計結構；增加吸塵裝置，改善質量與勞動條件（如車肚棉吸罩）；用雙速電機傳動道夫代替無級變速箱，增加離心開關，以連鎖刺輥道夫工作速度；改用三角帶傳動圈條器，減少噪聲、振動和齒輪磨損；選用質量好的元器件，運轉穩定可靠，并配光電自停裝置，防止事故；蓋板曲軌作淬火處理，延長使用壽命；改進安全罩，便于清潔工作。

第二代梳棉機的主要技術特征：開始配用金屬針布，三羅拉或四羅拉剝棉，加大卷裝，增加吸塵、落棉等措施，單臺梳棉機產量可達15 kg/h～20 kg/h。

1.3 第三代梳棉機（FA 系列梳棉機）

1984 年，原青島紡織機械廠聯合國內一些紡織研究院所、高校和企業承擔了棉紡FA 系列梳棉機的設計試制任務，在對梳棉機各單元部件進行試驗研究的基礎上，吸取了國際先進技術，設計開發了FA201 型梳棉機。此后，在此基礎上設計開發了FA201A、FA201B、FA203、FA231 等型號梳棉機。同時，原山東膠南紡機廠設計開發了FA202、FA202B、FA204、FA206、FA208 等型號梳棉機，江陰機械廠設計開發了FA212、FA212B、FA213、FA218、FA219 等型號梳棉機。1991 年，原鄭州紡織機械廠承擔了國家“八五”重點科技攻關項目“開清梳聯合機”的研制，在消化吸收國外DK715、DK740、C4、DK803、DK903 等型號梳棉機的基礎上，設計開發了FA221、FA223、FA224、FA225 等型號梳棉機。

FA201 型梳棉機主要特點：產量30 kg/h～40 kg/h，錫林速度330 r/min～360 r/min，刺輥速度800 r/min～930 r/min；抬高錫林，增大錫林有效分梳面積；增設分梳板及固定蓋板，以加強預梳和整理分梳；采用0.56 mm 小踵趾差蓋板，提高錫林蓋板間分梳效能；采用新型JT71A 型和JT68A 型錫林道夫針布；采用新型三羅拉剝棉；采用新型傳動，主電機裝有離心塊式摩擦離合器，用張力尼龍平皮帶傳動錫林，刺輥、道夫采用雙速電機，結構簡單實用；全機吸塵系統機上四點連續吸，每臺設有單機濾塵箱，總風量1 500 m3/h，機下車肚花和濾塵箱網花由機外吸塵系統間歇吸，其風量3 000 m3/h 左右；全機設有多種安全自停裝置；安全罩有半封閉和全封閉兩種供用戶選用［5］。

第三代梳棉機主要技術特征：適用于22 mm～76 mm 的纖維，用棉箱或棉卷喂入，產量20 kg/h～80 kg/h，抬高錫林，增大錫林有效分梳面積；增設分梳板及固定蓋板；采用0.56 mm 小踵趾差蓋板，方向反轉；采用新型三羅拉剝棉；全機吸塵系統機上連續吸；全機設有多種安全保護措施。

1.4 第四代梳棉機（JWF 系列梳棉機）

以JWF 系列梳棉機為代表的第四代梳棉機的發展分兩個階段。第一個階段是在消化吸收TC03、C60、MK6 等型號梳棉機的先進技術并結合我國研究高產梳棉機經驗的基礎上，推出了JWF1201、JWF1202、JWF1203、JWF1204、JWF1205、JWF1206、JWF1207 等型 號高產梳棉機；這些機型雖然達到了高產高速的目標，但在可靠性、穩定性、智能化等方面相對于國際一流梳棉機還有一定的差距，處于跟隨國外高產梳棉機先進技術水平階段。第二個階段是隨著我國科技水平的不斷發展，聲、光、電、氣、變頻傳動、伺服電機、計算機、在線檢測及智能調整等新技術廣泛應用于高產梳棉機設計上，不斷提高了梳棉機的可靠性、穩定性，保證了生產流程的連續、平穩運行［6］；其代表機型有青島宏大紡織機械有限責任公司的JWF1211 型、JWF1213 型、JWF1217 型梳棉機和鄭州宏大新型紡機有限責任公司的JWF1216 型、JWF1218 型梳棉機。這些梳棉機的整體技術水平已經達到了國際先進水平，并且在生條棉結、短絨等核心技術質量指標和對色紡、差別化纖維等紡紗品種的適應性方面達到了國際領先水平，整體上已經可與國際一流高產梳棉機并駕齊驅。

JWF1217 型梳棉機的主要特點：單機最高出條速度可達450 m/min；采用整體鑄造的錫林、道夫及錫林墻板，穩定性好，熱膨脹系數小，確保設備在高速高產的狀態下分梳工藝隔距的穩定性和精確性；梯形機架，結構簡單，支撐性強，精度高，隔距穩定；錫林進一步抬高，梳理弧長3 m，工作幅寬1.3 m，梳理面積3.9 m2；活動蓋板數量增加到108 根，參與分梳的活動蓋板數量增加到38 根，錫林蓋板隔距調節點增加至9 處；固定蓋板前10后10，棉網清潔器前3 后3；錫林—道夫、錫林—刺輥、道夫—三羅拉、給棉羅拉—刺輥均采用擺動式隔距調節方式；采用大直徑給棉羅拉，加強對纖維握持，刺輥采用單獨變頻電機傳動，給棉采用伺服電機控制；采用四位一體自調勻整系統；全方位的智能安全防護措施，采用錫林接針保護、梳理區溫度監控、金屬檢測等防護功能，全方位提升梳棉機安全性能；可自動檢測和統計各電機的耗能和負載情況、各部位針布器材使用周期，并顯示報警信息、生條粗細節和不同長度生條的重量不勻率等［7］；可配置棉結、落雜、錫林蓋板隔距在線檢測等智能化裝置。

第四代梳棉機的主要技術特征：最高產量180 kg/h；進一步抬高錫林，梳棉機幅寬增加到1 200 mm、1 300 mm 和1 500 mm，增大了錫林有效分梳面積；增設棉網清潔器和增加固定蓋板配置數量，可根據原料特性選擇棉網清潔器和固定蓋板數量；錫林、刺輥、活動蓋板、道夫、大壓輥、圈條器等采用單獨變頻器或伺服電機控制，工藝調節更靈活；全機吸塵系統流線型設計，可對不同位置落棉分別進行回收，降低生產成本；全方位的智能安全防護措施，確保設備更安全；設長、短片段混合環自調勻整裝置，智能化程度高；能耗、生條條干、粗細節、針布壽命自動統計等功能已經成熟；可以選配刺輥落棉、棉結、錫林蓋板隔距等在線檢測智能化技術。

2 國內外梳棉機的技術發展分析

近幾十年來，國內外高產梳棉機技術得到了快速發展，出條速度已達到500 m/min，產量可達250 kg/h。各梳棉機制造企業為了滿足紡紗企業不斷提高的高速高產高質需求，進行了多方面研究和技術攻關，使梳棉機的工藝和結構實現了多項重大技術突破。

2.1 增加梳理面積

決定梳棉機梳理能力的是梳理面積，為了切實提高梳棉機的梳理面積，優化整機機構，從以下兩個方面實現了突破［8］。一是縱向擴展，增加梳理弧長，抬高錫林，降低刺輥和道夫，錫林和刺輥、道夫兩個切點的上部梳理圓弧度，從傳統梳棉機的200°逐漸增加到300°；如瑞士立達公司的C80型梳棉機梳理圓弧度達到302°，梳理弧長達到3.11 m，比FA203 型梳棉機梳理弧長增加50%左右。二是橫向擴展，增加梳理幅寬，工作幅寬從傳統的1 m 增加到1.2 m、1.3 m、1.5 m；如C80 型和JWF1215 型梳棉機的工作幅寬均增加到了1.5 m。

2.2 給棉羅拉采用順向喂入

梳棉機最早使用順向給棉的是瑞士立達的C4 型梳棉機［9］，現在各主流梳棉機都采用順向給棉喂入形式。順向給棉的筵棉層握持喂入運動方向與刺輥回轉方向一致，對纖維打擊柔和，可防止纖維在此過程扭結及折轉沖擊后造成損傷，順暢的喂入工藝也能滿足梳棉機高產的喂入需求。

2.3 單刺輥和三刺輥配置

為了適應紡紗企業對各種原料和紗線品種的工藝需求，梳棉機單刺輥和三刺輥結構并存。單刺輥梳棉機占據主流，三刺輥梳棉機在中低質量要求、高產需求的紡紗品種中有一定的市場。德國特呂茨施勒公司的三刺輥梳棉機配置稍多，其他公司梳棉機配置較少。

2.4 前后固定蓋板和棉網清潔器的運用

在增加的分梳弧長上，配置一定數量的固定蓋板和棉網清潔器可提高梳棉機梳理度和排雜排短絨能力，這也是現代高產梳棉機技術進步的一個標志性技術。為了提高梳棉機的分梳效能和去除小雜短絨能力，各梳棉機都增加了固定蓋板和棉網清潔器數量。例如：JWF1217 型梳棉機固定蓋板最多可以配置前后各14 根，棉網清潔器最多可配置前后各3 個；JWF1216 型梳棉機固定蓋板配置前10 根后8 根，棉網清潔器配置前2 個后3個［10］；特呂茨施勒TC15 型梳棉機固定蓋板配置前12 根后12 根，棉網清潔器配置前3 個后3 個。

2.5 錫林直徑的設定

錫林是梳棉機最核心的部件，主要的分梳、排雜、混和、轉移功能都是在錫林與活動蓋板、固定蓋板、棉網清潔器、罩板、刺輥、道夫的相互作用下實現的。梳棉機錫林直徑的大小直接影響分梳、除雜、除短絨、混和、轉移等能力。有研究認為錫林直徑在750 mm 至1 300 mm 間均可以達到良好的分梳效果［11］。從近幾十年的實踐看，1 290 mm直徑錫林逐步成為主流。在過去的20 多年里，立達的C60 型和C70 型梳棉機一直堅持使用814 mm 直徑錫林，在經過無數次優化改進后，最終在C80 型梳棉機上采用了1 200 mm 直徑的錫林；英國Crosrol 公司一直堅持1 010 mm 直徑錫林，離市場主流越來越遠；堅持1 290 mm 直徑錫林 的JWF1213、JWF1216、JWF1217、TC15等型號梳棉機，地位越來越穩固，已經牢牢占據市場的主流地位。

2.6 活動蓋板的轉向和根數

活動蓋板與錫林的梳理區是梳棉機的最核心梳理區［12-13］，它不僅決定了梳棉機的梳理能力，還在除雜、混和等方面起到決定性作用。活動蓋板核心工藝是根數和回轉方向。活動蓋板相對錫林運動方向方面，反轉是現在的主流，基本上沒有爭議。工作蓋板根數多少最好，是梳理界最有爭議的話題，從梳棉機近幾十年的發展情況看，大的趨勢是先從多變少，又從少變多。主流梳棉機制造企業新推出的新型梳棉機都增加了活動蓋板數量，如JWF1217 型梳棉機配置108 根活動蓋板（38 根工作蓋板），立達C80 型梳棉機配置116 根活動蓋板（40 根工作蓋板），特呂茨施勒在2023 年意大利米蘭ITMA 國際紡織機械展覽會推出的概念機TC30i 型梳棉機配置了108 根活動蓋板（38 根工作蓋板）。

2.7 在線檢測技術的進步

新型傳感技術、自動控制技術、變頻、伺服調速技術等在梳棉機上的廣泛應用，也是近幾十年梳棉機技術進步的主要方面。這些技術不僅應用在自調勻整系統、氣流控制等方面，還成功開發了棉結在線檢測、錫林蓋板隔距在線檢測、落棉自動檢測等智能化技術。目前自動統計分析實時棉結雜質數量、落棉量和質量、主要開松分梳隔距、能耗、生條定量、針布器材壽命等功能已經非常成熟。

3 梳棉機技術展望

3.1 關于工作幅寬

紡紗行業對梳棉機高質高產需求越來越高，寬幅化無疑是提高梳棉機梳理效果和產量的最直接途徑。各梳棉機制造企業將會攻克1.5 m 幅寬帶來的各種技術瓶頸問題，將其發展成為梳棉機的主流工作幅寬［14］。

3.2 活動蓋板系統

活動蓋板是利用率比較低的部件，實際參與分梳工作的根數只占到總根數的三分之一左右，大部分蓋板是為了實現循環功能。如果能研發一種新型活動蓋板循環機構，在工作蓋板的基礎上不增加活動蓋板總根數或者少增加，將會大幅降低梳棉機制造成本，提高活動蓋板的循環效率，簡化活動蓋板區機械結構，降低紡紗企業在活動蓋板區的維護難度和成本。

活動蓋板的根數近幾十年的發展趨勢是從多變少，近幾年又有從少變多的趨勢。筆者認為，在現在的紡紗原料、紡紗品種及技術質量要求等對高產梳棉機提出的高質高產需求下，應該進一步增加活動蓋板根數，以提高分梳、排雜、排短絨能力，滿足高產高質需求。

3.3 雙區活動蓋板工藝

現代高產梳棉機活動蓋板主流是逆錫林旋轉方向運行，這種方式能充分梳理纖維，除雜效率高，但產生的蓋板花較多，有很多長纖維隨蓋板花一并排出，對節約用棉不利，比較適應紡純棉品種。順錫林旋轉方向活動蓋板工藝，分梳能力和除雜能力較差，但是分梳柔和，對纖維的損傷較小，蓋板花量較少，對于紡化纖和各種差別化纖維有很好的品種適應性。活動蓋板不管是順錫林旋轉還是逆錫林旋轉，干凈的蓋板進入分梳區后被逐漸充塞，在15 根到20 根工作蓋板位置會全部充塞，全部充塞后到離開分梳區這段路程分梳效果較差。在有限的梳棉機活動蓋板區域，能否產生兩次活動蓋板分梳作用，實現更合理、更充分的分梳工藝過程，值得深入研究。

雙區活動蓋板工藝很好地實現了這個想法，進入端的活動蓋板區倒轉，強力分梳，高效除雜；出口端的活動蓋板區正轉，纖維在錫林蓋板區實現第二次活動蓋板分梳作用，進一步柔和開松分梳。兩組活動蓋板區的工作蓋板都是從上向下運動，運轉更平穩，阻力更小，活動蓋板踵趾端頭和曲軌的摩擦大幅減小，踵趾端頭和曲軌的使用壽命大幅延長。這種雙區活動蓋板工藝在一些紡紗企業的A186G、FA201B 等型號梳棉機上進行了改造試驗，取得了不錯的效果［15］。高產梳棉機也可以在雙區活動蓋板工藝上做一些嘗試，驗證在高產高速情況下的工藝效果。

3.4 全固定蓋板梳棉機

全固定蓋板梳棉機的理念在20 世紀60 年代就有，但限于當時梳棉機和固定蓋板技術的限制，沒有開發成功。隨著梳棉機棉網清潔器技術和雙列齒固定蓋板技術的快速發展，研發全固定蓋板梳棉機也具備了技術條件。全固定蓋板梳棉機具有落棉少、制成率高、維護和保養工作量小、棉耗少、器材更換更方便、無蓋板清潔部件、徹底杜絕火警、無彈性針布消耗、節能等優勢［16-17］，是梳棉機發展的一個方向。

3.5 智能化方面的繼續提升

棉結、雜質、落棉在線檢測和智能調整技術，開松、分梳隔距實時在線檢測和智能調整技術等智能化配置將繼續不斷完善，并作為標準配置推向市場。梳棉機的各項主要技術質量指標都可以實時在線檢測統計，進行全時段無死角監控，不再需要實驗室取樣檢測，減少試驗人員的工作量，采集的數據也更充分、準確，確保紗線質量長期穩定。

3.6 模塊化

當前紡紗企業各種差異化品種、色紡品種、小品種變化頻繁，同時紡紗企業的維護、操作技術力量越來越薄弱，對維修方便、易維護、易操作的設備更加青睞。模塊化的結構設計可以滿足不同配置要求，如單刺輥三刺輥、順逆向給棉、不同形式給棉羅拉、固定蓋板齒條、膠圈和集束器導棉等模塊化配置，可以方便紡紗企業根據原料和紡紗工藝頻繁變化的需求，通過模塊化更換功能部件快速實現配置變化，滿足不同紡紗原料、紡紗品種和產量品質需求，提高市場競爭力。

3.7 自動生頭技術

生頭工作是現在梳棉機擋車工需要具備的一項基本技能。雖然現代高產梳棉機的斷頭率已經很低，生頭的勞動強度對擋車工來說微不足道，但生頭自動化對實現梳棉機全自動操作具有重要意義。輔助生頭技術目前已經成熟，但是離自動生頭還有一些技術需要突破。初開車時道夫和三羅拉區域自動接網、出條技術目前在國際上還是空白，需要重點突破。該技術一旦突破，就可實現一鍵自動生頭，既能提高開車效率，減少擋車工的勞動強度，又可減少生條回花，降低棉耗。

3.8 圈條器增容技術

紡紗工藝要求圈條筒容量越大越好，減少擋車工推筒工作量，減少頭道并條接頭次數，提高成紗質量。前些年，圈條器增容的方向主要是增大條筒直徑和高度，如直徑1 200 mm、高度1 500 mm 條筒的應用，容量提高的同時，也帶來了占地大、容易倒、不方便操作等問題。如何在不改變條筒直徑和高度的情況下實現有效增容成為了行業課題。

針對該市場需求，青島宏大紡織機械有限責任公司通過優化圈條曲線，在圈條的同時智能控制條筒運動等技術手段，實現了在相同規格的條筒里多儲存30%～70%的生條；隨著該技術的逐漸成熟和產業化推廣，將很好地解決這個行業痛點。

3.9 梳并聯技術

梳并聯技術無需條筒，一定臺數梳棉機通過導條機構直接將生條輸送到并條機，使企業節省用工和空間，徹底解決換筒帶來的生條質量波動，頭道并條省掉了換筒銜接過程中的接頭。梳棉條筒運輸和頭道并條接頭工作將成為歷史，不僅提升了紡紗企業的自動化程度，也為紡紗企業帶來了新的工藝革新、質量提升、管理升級等多重效益，是紡紗設備發展工藝革新的方向。

目前，全球首套高產梳并聯一體機已在武漢裕大華紡織有限公司連續穩定運轉4 年時間，主要做純棉轉杯紡品種，解決了柔性儲條、自動接頭、變速勻整、清梳聯智能供棉等一系列技術難題［18］。其可靠性、穩定性、品種適應性還需進一步提高，并擴大推廣應用范圍，實現產業化。

4 結語

國產梳棉機從第一代至第四代經歷了70 多年的發展，圍繞分梳區域、錫林道夫直徑和速度、活動蓋板數量和轉向、給棉刺輥區域機構、剝棉機構、吸塵方式、自調勻整系統、棉結、雜質、落棉在線檢測裝置等方面進行反復設計試驗，不斷探索，實現了國產梳棉機高速、高產、高質的發展目標，同國際一流水平相比，實現了從跟跑到并跑的巨大進步。

國產梳棉機應保持核心技術質量指標和紡紗品種適應性優勢，在保證高產高速和優秀技術質量指標的前提下，進一步提高可靠性、穩定性和易維護性。在棉結、雜質、落棉、主要分梳隔距、錫林接針、主分梳區溫度、生條定量和條干等在線檢測和智能調整方面，覆蓋主流紡紗原料和紡紗品種，并實現產業化。國產梳棉機在全固定蓋板梳棉機、雙區蓋板梳棉機、圈條器增容技術、高速梳并聯技術、自動生頭技術等方面，已經走到了國際同行的前面，要加快品種適應性驗證試驗，盡快實現產業化，實現對國際一流梳棉機的彎道超車。