棉紡精梳機給棉工藝參數(shù)對錫林梳理力的影響

賈振飛 任家智 李金鍵 梁 灼

（中原工學院，河南鄭州，450007）

錫林是棉紡精梳機最重要的梳理元件，在精梳梳理過程中錫林梳理力的大小及其變化規(guī)律對落棉率、纖維損傷及梳理質(zhì)量均會產(chǎn)生影響。研究精梳梳理過程中給棉工藝（包括給棉長度、給棉方式、落棉隔距）與錫林梳理力的關(guān)系，對于合理制定精梳工藝參數(shù)、減少精梳落棉及纖維損傷、提高精梳質(zhì)量具有重要意義。

對錫林梳理力的測試與研究始于植針式錫林的毛紡精梳機，其方法是在精梳機的上鉗板上安裝應(yīng)變片傳感器，檢測錫林對纖維層梳理過程中上鉗板的應(yīng)力變化，得出了梳理過程中錫林梳理力為“梯形”變化規(guī)律，即錫林梳理力在開始梳理時達到一定值后梳理力曲線基本穩(wěn)定，梳理結(jié)束時減小為零；并討論了給棉長度、拔取隔距等工藝參數(shù)對一個工作周期內(nèi)錫林梳理力平均值的影響［1-3］。在對現(xiàn)代棉紡精梳機鋸齒形錫林梳理力研究中，運用固裝于錫林軸上的扭矩傳感器測定精梳機一個工作周期內(nèi)錫林梳理力的變化規(guī)律，得出了開始梳理時錫林梳理力隨著梳理時間的增加而迅速增大，到達最大值后緩慢減小的“偏山形”變化規(guī)律，并討論了精梳機速度對錫林梳理力的影響［4-6］。

本研究建立了錫林梳理力的數(shù)學模型，系統(tǒng)分析精梳機給棉工藝與錫林梳理力的關(guān)系，利用研發(fā)的錫林梳理力測試裝置，測試并分析了精梳機給棉方式、給棉長度、落棉隔距等不同工藝參數(shù)時錫林梳理力的曲線變化規(guī)律。

1 精梳工藝參數(shù)對錫林梳理力的影響機理

1.1 錫林梳理力的數(shù)學模型

棉紡精梳機錫林梳理階段的纖維叢、上下鉗板及錫林的相對位置關(guān)系如圖1所示。在錫林對纖維叢的梳理過程中，將錫林鋸齒與纖維之間發(fā)生相對滑動時產(chǎn)生的摩擦力稱為梳理力。

圖1 棉紡精梳機錫林梳理示意圖

設(shè)F為錫林梳理棉纖維時的梳理力，Ni為某一鋸齒對纖維叢的壓力，μ為棉纖維與錫林針齒之間的摩擦因數(shù)，n為在纖維叢長度為L長度上的接觸鋸齒個數(shù)。由于摩擦力等于摩擦因數(shù)與正壓力之積，則錫林對纖維叢的梳理力為：

由式（1）可知，在纖維與錫林針齒的摩擦因數(shù)μ不變的情況下，上、下鉗板所握持的纖維叢長度L上所接觸的錫林鋸齒數(shù)n越多、鋸齒對纖維叢的擠壓力Ni越大時，錫林對纖維叢的梳理力F就越大。

1.2 纖維叢接觸錫林的鋸齒數(shù)

參照圖1分析，在錫林對棉叢的梳理過程中，錫林鋸齒接觸纖維叢的鋸齒數(shù)n與受梳纖維叢長度成正比，與纖維叢的寬度成正比，與錫林鋸齒的橫向（錫林軸向）齒距成反比，與錫林鋸齒的縱向（錫林圓周方向）齒距成反比。

設(shè)鉗口咬合線外未被梳理的死隙長度為δ，精梳機的給棉長度為A，分離隔距為B，根據(jù)精梳機給棉過程的理論分析，鉗板鉗口外棉叢受梳長度分別為：

式（2）和式（3）中，L1、L2分別為前進給棉與后退給棉錫林梳理時鉗板鉗口外的棉叢長度，K1、K2分別為前進給棉與后退給棉的喂棉系數(shù)，在現(xiàn)代新型高速精梳機上，一般喂棉系數(shù)K2=1，0.5＜K1＜0.6。由式（2）和式（3）可知，分離隔距B或給棉長度A的增大都會使棉叢的受梳長度增大，使梳理過程中針齒接觸棉叢的齒數(shù)增加，導致梳理力增大。

錫林針齒刺入棉叢示意圖如圖2所示。

圖2 錫林針齒刺入棉叢示意圖

設(shè)錫林縱向齒距為a，錫林軸向齒距為（b+c），棉層寬度為B0。在錫林對棉叢的梳理過程中，錫林鋸齒接觸纖維叢的鋸齒數(shù)等于受梳棉叢長度方向接觸針齒數(shù)與受梳棉叢寬度方向接觸針齒數(shù)之積。則棉叢受到錫林針齒梳理齒數(shù)分別為：

式（4）、式（5）中，n1、n2分別為前進給棉與后退給棉時棉叢受到錫林針齒梳理齒數(shù)。分析可知：

（1）無論是前進給棉還是后退給棉，在錫林梳理過程中棉叢接觸的錫林針齒齒數(shù)與鉗板鉗口外受梳棉叢長度成正比，與棉叢寬度成正比，與錫林橫向及縱向齒距成反比。

（2）在精梳機的分離隔距B、給棉長度A、棉叢寬度B0及錫林齒密相同時，采用后退給棉時棉叢接觸的錫林鋸齒數(shù)量大于前進給棉，因此采用后退給棉時的錫林梳理力大于前進給棉。

（3）在錫林橫向及縱向齒密不變時，增大分離隔距或增大給棉長度，會使錫林梳理棉叢的長度增加，錫林針齒與棉叢的接觸齒數(shù)增加，使錫林梳理力增大。

（4）在分離隔距B及給棉長度A不變時，增大錫林橫向或縱向齒密，會使錫林針齒與棉叢的接觸齒數(shù)增加，使錫林梳理力增大。

1.3 棉叢與錫林鋸齒間的擠壓力

如圖2所示，在錫林對棉叢的梳理過程中，當纖維從錫林兩針齒之間通過時，纖維受到壓縮，纖維叢橫向?qū)挾仁軌嚎s，纖維叢與錫林針齒之間產(chǎn)生壓力Ni；針齒對纖維叢的壓縮率越大，則所產(chǎn)生擠壓力Ni就越大。纖維叢在其寬度方向上的壓縮率q（%）可由針齒橫向齒距（b+c）求得：

錫林針齒橫斷面如圖3所示。錫林針齒橫截面為上小下大的直角梯形，即針齒頂部寬度較小、針齒根部寬度較大，從而形成針齒頂部間隙較大、針齒根部間隙較小。因此當纖維層處于針齒頂部時壓縮率較小，梳理力亦??；而纖維層在針齒根部時壓縮率較大，梳理力亦大。例如第一梳理針齒齒頂、齒中及齒根部的寬度b分別為0.06 mm、0.21 mm及0.30 mm，兩針齒間隙c分別為0.74 mm、0.59 mm及0.50 mm，由式（6）算得齒頂、齒中及齒根部的纖維層的橫向壓縮率q分別為7.5%、26.3%及37.5%。

圖3 錫林針齒橫斷面圖

由此可知：一是對于同一梳理區(qū)而言，纖維叢在錫林針齒中所處的位置不同，針齒對纖維層橫向壓縮率及擠壓力亦不同，使梳理力產(chǎn)生較大差別。當纖維層處于針齒根部時，針齒對纖維層的擠壓最大，產(chǎn)生的梳理力亦最大。二是對于不同的梳理區(qū)，由于錫林針齒密度、針齒高度、針齒厚度等參數(shù)不同，使針齒與纖維層間的擠壓力、梳理力差別較大。三是當錫林的梳理隔距較小時，錫林梳理過程中纖維叢被快速壓向針齒根部，纖維叢所受的擠壓力及梳理力迅速增大。

2 梳理力測試方法與測試條件

2.1 測試方法

在錫林梳理的過程中，纖維叢對錫林針齒的滑動摩擦力（即梳理力）通過錫林針齒及錫林體傳向錫林軸，并使錫林軸產(chǎn)生扭矩。在錫林軸上加裝扭矩傳感器，檢測錫林梳理過程中錫林軸所受的扭矩，再根據(jù)錫林半徑可求得纖維叢對錫林針齒的滑動摩擦力，即梳理力。

試驗機型為HC500型精梳機，原料采用細絨棉，棉卷定量為76.5 g/m。在棉卷定量、錫林針齒密度、梳理隔距等參數(shù)不變的條件下，分別改變給棉長度、給棉方式及落棉隔距，測試錫林對纖維叢梳理力變化趨勢、特征及規(guī)律。具體方案是：在落棉隔距為9.0 mm、采用前進給棉時，測試給棉長度分別為4.3 mm、5.2 mm時的梳理力變化規(guī)律；在給棉長度為4.3 mm、采用前進給棉時，測試落棉隔距分別為9.0 mm、12.0 mm時的梳理力變化規(guī)律；在給棉長度為4.3 mm、落棉隔距為9.0 mm時，分別測試前進給棉與后退給棉的梳理力變化規(guī)律。

2.2 精梳機主要工藝參數(shù)

精梳機主要工藝參數(shù)設(shè)定：錫林定位37.0分度，頂梳插入深度0，頂梳齒密28齒/cm，搭接刻度0，錫林總針齒數(shù)3 7 1 8 0齒，精梳機速度50鉗次/min。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 給棉長度對梳理力的影響

在其他工藝不變的條件下，采用前進給棉，落棉隔距為9 mm時，當給棉長度分別為4.3 mm及5.2 mm時，測得錫林梳理力變化曲線如圖4所示。在不同梳理區(qū)域，梳理力變化不同，從36.0分度開始梳理力迅速增加，37.0分度達到小高峰后有所下降，然后再從約38.0分度開始又迅速上升，39.3分度附近區(qū)域梳理力達到最大值。此后迅速下降，從2.0分度開始下降幅度減小，直至8.0分度時降為0。

圖4 不同給棉長度的錫林梳理力

現(xiàn)對兩種給棉長度下梳理力進行對比分析。

（1）在精梳機的梳理階段，錫林梳理力曲線給棉長度為5.2 mm時與給棉長度為4.3 mm的變化規(guī)律相似，即梳理過程中梳理力變化曲線表現(xiàn)為梳理開始時梳理力迅速增大，到達最大值后緩慢減小，且梳理開始定時、梳理結(jié)束定時、梳理力曲線峰值出現(xiàn)的分度數(shù)均相同。

（2）比較梳理力曲線，給棉長度5.2 mm時的梳理力曲線始終處于給棉長度4.3 mm時梳理力曲線的上方，從梳理開始到梳理結(jié)束，給棉長度長時梳理力值較大。原因有兩點：一是鉗板鉗口外棉叢接觸錫林針齒數(shù)量隨給棉長度的增大而有所增加；二是給棉長度的變化使鉗板鉗口外棉叢橫截面纖維根數(shù)增加，梳理過程中針齒對棉叢的擠壓力增大，從而導致梳理力增大。

（3）在不同梳理區(qū)域，梳理力的增幅不同；在39.3分度附近區(qū)域梳理力增幅最明顯，在36.0分度至38.0分度之間區(qū)域梳理力增幅次之，在40.0分度以后區(qū)域梳理力增幅最小。這是因為在39.3分度附近區(qū)域梳理隔距最小，采用長給棉時纖維深入針齒根部較多，針齒對纖維的擠壓力較大，梳理力增幅較大。

3.2 落棉隔距對錫林梳理力的影響

采用前進給棉，給棉長度為4.3 mm時，在其他工藝條件相同的情況下，當精梳機落棉隔距分別為9 mm及12 mm時，測試得到錫林梳理力變化曲線如圖5所示。

圖5 不同落棉隔距的錫林梳理力

不同落棉隔距下錫林梳理力對比分析如下。

（1）當落棉隔距由9 mm增大到12 mm時，梳理過程中梳理力曲線的變化規(guī)律基本相同。

（2）在36.0分度至37.6分度區(qū)域內(nèi)，采用12 mm落棉隔距時鉗板鉗口外受梳棉叢長度較落棉隔距為9 mm時增大了3 mm，當上鉗板快速閉合下壓棉叢時受氣流的干擾較大，棉叢頭端不能與錫林第一梳理區(qū)的針齒充分接觸，因此會出現(xiàn)增大落棉隔距后錫林對棉叢的梳理力減小的現(xiàn)象。

（3）落棉隔距由9 mm增大到12 mm時，在37.6分度至4.0分度梳理力顯著增大，在39.3分度時梳理力最大峰值由48.78 N增加到76.33 N，增加了56.5%。主要原因是：第一，落棉隔距增大時，棉叢的受梳長度增大，錫林針齒接觸棉叢的針齒數(shù)量增加，致使梳理力增大；第二，在39.3分度時梳理隔距最小，錫林對棉叢梳理時纖維沉入針齒根部較多，針齒與棉叢間的擠壓力增大，因此會產(chǎn)生較大的梳理力。

（4）在4.0分度以后，纖維逐步脫離錫林針齒，落棉隔距的變化對梳理力幾乎沒有影響。

3.3 給棉方式對錫林梳理力的影響

在給棉長度與落棉隔距分別為4.3 mm及9 mm時，分別采用前進給棉與后退給棉測試得到錫林梳理力變化曲線如圖6所示。

圖6 不同給棉方式的錫林梳理力

由圖6可知：隨著給棉方式的改變，錫林梳理力的曲線變化趨勢總體為先增大至最大值后再減小，兩者規(guī)律基本相同。當給棉方式由前進給棉變?yōu)楹笸私o棉時，在整個梳理過程中錫林梳理力隨之增大，但在不同梳理區(qū)域的增幅差異較大；在38.5分度至4分度時后退給棉的錫林梳理力顯著增大，在39.3分度時錫林梳理力的增幅最大，此時后退給棉的錫林梳理力比前進給棉增加了23.3%；在36.0分度到38.5分度開始梳理階段，由于錫林第一梳理區(qū)針齒數(shù)量較少及棉叢與錫林針齒接觸不穩(wěn)定，給棉方式的變化對梳理力的影響較??；在4.0分度之后，錫林針齒逐漸退出棉叢，給棉方式對錫林梳理力的影響減弱。

4 結(jié)論

（1）錫林梳理力隨著給棉長度及落棉隔距的增加而增大，從測試得到的一個工作周期內(nèi)錫林梳理力變化曲線表明，在鉗板到達最后位置附近（即39.3分度）時錫林梳理力增幅最大，在梳理開始及結(jié)束時錫林梳理力增幅較小。

（2）在其他工藝相同的條件下，當前進給棉改為后退給棉時錫林梳理力增大，從測試得到的一個工作周期內(nèi)錫林梳理力變化曲線表明，在鉗板到達最后位置（即39.3分度）時錫林梳理力增幅最大，而在梳理開始和梳理結(jié)束時錫林梳理力的增幅較小。

（3）當改變給棉工藝的任一參數(shù)（給棉長度、落棉隔距及給棉方式）時，一個工作周期內(nèi)錫林梳理力開始梳理時迅速增大，到達最大值后再緩慢減小的“偏山形”變化規(guī)律基本不變。