梳棉機技術進步和技術創(chuàng)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(qū)擴展、刺輥分梳板、錫林固定蓋板、棉網(wǎng)清潔器等的改進和創(chuàng)新,以及自調(diào)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(fā)展和進步。梳棉機產(chǎn)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(tǒng)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(shù)從以前的 40 臺左右減少為目前的 5 ～ 10 臺。由于梳棉機產(chǎn)量的提高,使清梳聯(lián)成為成熟的技術并大量推廣。目前一套清梳聯(lián)僅需配置 5 ～ 10 臺梳棉機。同時生條質(zhì)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(zhì)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?，F(xiàn)代梳棉機在道夫后面加裝預牽伸裝置,可以實現(xiàn)用生條直接在轉杯紡紗機上紡成細紗或者節(jié)省 1 道并條直接紡紗。

本文剖析和論述現(xiàn)代梳棉機 60 年來的主要技術進步和技術創(chuàng)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重大進步。它解決了傳統(tǒng)彈性針布容易充塞纖維、針布起浮造成棉網(wǎng)棉結雜質(zhì)變異以及需要定時抄針、產(chǎn)生輕條等一系列問題,并為化纖紡紗創(chuàng)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(chǎn)品要求,配置不同規(guī)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(tǒng)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(fā)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(chǎn)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(fā)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(xiàn)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(chǎn)量的增加和質(zhì)量的改善。

錫林分梳區(qū)的創(chuàng)新和擴大

錫林分梳區(qū)的創(chuàng)新和擴大,對梳棉機高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)起著關鍵作用。錫林分梳區(qū)是指刺輥與錫林至錫林與道夫一段弧長內(nèi)的分梳區(qū)域。

傳統(tǒng)的老梳棉機錫林與分梳區(qū)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(tǒng)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(jīng)過很多從業(yè)人員的反復研究,目前較一致的創(chuàng)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(wǎng)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(wǎng)清潔器及兼有氣流負壓控制的棉網(wǎng)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(qū)的面積,必須適當減少回轉蓋板和工作蓋板的根數(shù)?，F(xiàn)代梳棉機回轉蓋板已從傳統(tǒng) 110根左右減少為 80 根,工作蓋板已從傳統(tǒng) 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(shù)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(zhì)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(jù)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(qū)弧長不利,對纖維轉移不利,因其轉速高,易產(chǎn)生振動,對機械狀態(tài)、潤滑等要求較高。傳統(tǒng)和目前多數(shù)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(chuàng)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(diào)節(jié),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(chǎn)生波動,轉化為電子信號,經(jīng)微機處理后,調(diào)整給棉羅拉速度,實行棉層短片段自調(diào)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(chǎn)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(huán)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(diào)裝置,可方便調(diào)節(jié)車肚落棉的多少。

梳棉機在線檢測監(jiān)控和自調(diào)勻整

自調(diào)勻整裝置

國內(nèi)外新一代梳棉機廣泛采用自調(diào)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(diào)勻整裝置外,在出棉喇叭中安裝位移傳感器,調(diào)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(diào)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(huán)式中、長片段自調(diào)勻整系統(tǒng),中片段自調(diào)勻整可對 1 m片段的生條重量調(diào)控。

采用速度、安全、故障在線監(jiān)控系統(tǒng)

Crosrol MK7梳棉機全機采用在線監(jiān)控、報警與自診斷系統(tǒng)。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(diào)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(shù)碼相機傳感器,以每秒約 20 次的頻率對棉網(wǎng)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(zhì)和籽棉碎片,并繪出分布圖。如預設質(zhì)量限定值,一旦超限會自動停機。

在線精確調(diào)整隔距系統(tǒng)

Rieter C60、Trützschler TC系列等梳棉機均設計在機器運轉狀態(tài)下,可用手動或自動調(diào)整錫林 – 蓋板、刺輥 – 除塵刀、刺輥 – 分梳板等隔距,實現(xiàn)在線工藝調(diào)整和監(jiān)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(jīng)刷輥刷光。IGS – classic對錫林來回磨礪。蓋板針布在使用壽命期內(nèi)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(lián)或減少并條道數(shù)

傳統(tǒng)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(chǎn)量和生條定量增加 50%,而單位長度棉層梳理次數(shù)幾乎不變,因此對生條棉結、雜質(zhì)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(diào)勻整系統(tǒng)。

輸出條子經(jīng) 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(tǒng)的 2 道改為 1 道,或取消并條。據(jù)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(diào)勻整。牽伸倍數(shù)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)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?shù)牟槐?且增加占地面積。另據(jù)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(tǒng)

新型梳棉機實現(xiàn)全機封閉,無塵屑逸出,并有多吸點排塵、雜系統(tǒng),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(jié)電措施

新型梳棉機推行無編碼器的調(diào)控伺服電機、無碳刷變速電機,采用多電機獨立驅動,變頻調(diào)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(jié)電措施,單位產(chǎn)量的能耗比傳統(tǒng)梳棉機有所降低。

結構設計和機器原材料創(chuàng)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(nèi)外應力對分梳隔距的影響,對實現(xiàn)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?zhèn)鹘y(tǒng)鋁制蓋板條,可提高安裝精度,改善生條質(zhì)量,取消儲存蓋板及運輸成本。鋁合金蓋板已廣泛替代傳統(tǒng)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(tǒng),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(chǎn)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(chuàng)新理念不夠、自主知識產(chǎn)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(chuàng)新、發(fā)揚特色,走自我發(fā)展的路子。建議開展產(chǎn)、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(fā),培植新型生產(chǎn)企業(yè)和品牌產(chǎn)品,立足于國內(nèi)外市場。

(3)現(xiàn)代梳棉機若干創(chuàng)新項目,如刺輥分梳板、錫林前后固定蓋板、棉網(wǎng)清潔器、自調(diào)勻整等可以對老機進行改造升級,以提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

參考文獻

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