棉紡精梳機錫林風(fēng)道氣流規(guī)律分析

朱文碩 任家智 馮清國 陳宇恒 張立彬

(1.中原工學(xué)院,河南鄭州,450007；2.江蘇凱宮機械股份有限公司,江蘇蘇州,215300)

棉紡精梳機錫林風(fēng)道氣流的流動規(guī)律對分離接合過程、分離羅拉輸出棉網(wǎng)質(zhì)量及精梳落棉率均會產(chǎn)生影響[1-3]。在精梳生產(chǎn)中，當(dāng)機器的速度較高時，紡長絨棉時會出現(xiàn)分離羅拉輸出的棉網(wǎng)起泡、亂網(wǎng)等現(xiàn)象；當(dāng)精梳機的吸落棉管道負(fù)壓過高時，精梳落棉率有增大的趨勢。有多位學(xué)者在研究精梳棉網(wǎng)質(zhì)量時，指出精梳錫林風(fēng)道內(nèi)的氣流如錫林及毛刷附面層氣流、三角氣流板處的氣流等會對棉網(wǎng)質(zhì)量產(chǎn)生影響，造成毛邊、破邊以及破網(wǎng)等現(xiàn)象[4-6]；也有學(xué)者指出在進(jìn)行精梳分離接合時，精梳機錫林風(fēng)道內(nèi)紊亂的氣流不能夠滿足前后棉網(wǎng)順利搭接的需要[7]。上述研究都沒有對精梳機錫林風(fēng)道的氣流流動規(guī)律進(jìn)行深入的研究和分析。為了弄清精梳機錫林風(fēng)道內(nèi)的氣流流動規(guī)律，本文以E62型精梳機(90°錫林)錫林風(fēng)道結(jié)構(gòu)為例，對精梳機一個工作周期內(nèi)錫林工作不同階段氣流的補風(fēng)位置及氣流流向進(jìn)行了系統(tǒng)分析，以找出錫林風(fēng)道的氣流對分離羅拉輸出棉網(wǎng)質(zhì)量及精梳落棉率的影響規(guī)律，并探討相關(guān)精梳工藝參數(shù)對錫林風(fēng)道氣流規(guī)律的影響，為提高精梳機分離羅拉輸出的棉網(wǎng)質(zhì)量、降低精梳落棉率及錫林風(fēng)道結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計提供理論依據(jù)。

1 精梳機錫林風(fēng)道結(jié)構(gòu)及作用

棉紡精梳機錫林清潔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。錫林風(fēng)道由前壁5、后壁12、側(cè)壁(圖1中未畫出)三角氣流板7、調(diào)節(jié)板10、吸落棉管道11等組成；其中前壁5由折彎的鋼板制成，上端緊靠后分離羅拉3，中部折彎以繞過毛刷8，下部與吸落棉管道11相連，與后壁12形成落棉通道。在吸落棉管道11上部的前壁5上，裝有調(diào)節(jié)板10，在調(diào)節(jié)板10的上側(cè)與前壁5形成補風(fēng)口9。毛刷8的上側(cè)設(shè)有三角氣流板7，并固定在前壁5上。三角氣流板7的作用是防止高速回轉(zhuǎn)的毛刷所產(chǎn)生的氣流對錫林與前壁區(qū)域氣流的干擾。三角氣流板7與毛刷8間距可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。調(diào)整調(diào)節(jié)板10的位置，可改變插入落棉通道的間距，從而使錫林風(fēng)道的風(fēng)壓、風(fēng)量產(chǎn)生變化，以此調(diào)整精梳機不同眼吸風(fēng)量的大小。

圖1 錫林風(fēng)道結(jié)構(gòu)

1-下鉗板；2-上鉗板；3-后分離羅拉；4-前分離羅拉；5-前壁；6-錫林；7-三角氣流板；8-毛刷；9-補風(fēng)口；10-調(diào)節(jié)板；11-吸落棉管道；12-后壁

在精梳機工作時，錫林6對鉗板1、2握持的纖維叢的頭端實施梳理，棉結(jié)、雜質(zhì)及短纖維鑲嵌在錫林齒片中，由高速回轉(zhuǎn)毛刷8上的棕絲深入錫林齒片進(jìn)行清掃，形成的落棉隨氣流一起被吸入吸落棉管道11，進(jìn)入除塵設(shè)備。在棉紡精梳機上，與錫林風(fēng)道相關(guān)的工作機件有下鉗板1及上鉗板2、前分離羅拉4及后分離羅拉3。

2 錫林風(fēng)道氣流流動規(guī)律分析

如圖1所示，由于風(fēng)機通過吸落棉管道11產(chǎn)生的吸風(fēng)作用，使氣流從錫林前后兩側(cè)及補風(fēng)口9處補風(fēng)，即為后壁12與錫林6之間、后分離羅拉3與錫林6之間及調(diào)節(jié)板10處的進(jìn)風(fēng)口。設(shè)吸落棉管道11的吸風(fēng)量為Q，后壁12與錫林6之間、后分離羅拉3與錫林6之間及調(diào)節(jié)板10處的進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量分別為Q1、Q2、Q3，根據(jù)風(fēng)量的平衡原理[8]可得出錫林風(fēng)道中的風(fēng)量關(guān)系見式(1)。

Q=Q1+Q2+Q3

(1)

由于棉紡精梳機錫林6由錫林體及針板座構(gòu)成一個類似扇形體，在精梳機一個工作周期內(nèi)隨著錫林位置發(fā)生變化，導(dǎo)致錫林針面與后分離羅拉3、后壁12及毛刷8之間形成的間距大小隨之變化，從而使錫林風(fēng)道內(nèi)進(jìn)風(fēng)通道大小及進(jìn)風(fēng)量也隨之改變。在一個工作周期內(nèi)(即錫林一轉(zhuǎn)時間內(nèi))錫林風(fēng)道氣流流動可分為4個階段，即錫林梳理階段、毛刷清掃前階段、毛刷清掃階段及梳理前階段。

2.1 錫林梳理階段

錫林梳理階段開始于錫林第1排針刺入棉層，結(jié)束于錫林末排針脫離棉叢，即始于34分度、結(jié)束于5分度。梳理開始的錫林位置如圖2所示。在梳理開始時(即34分度時)錫林末排針與后壁間的距離較小，因錫林氣流附面層的流動方向與此處氣流進(jìn)入方向相反，因此氣流無法進(jìn)入，進(jìn)風(fēng)量Q1為0，則錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系見式(2)。

Q=Q2+Q3

(2)

當(dāng)錫林梳理持續(xù)到36分度時，錫林末排針與后壁完全脫離，在錫林與后壁之間有氣流量Q1進(jìn)入，此時錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系同式(1)。

當(dāng)分度盤的指針為1分度時，錫林第一排針與后分離羅拉相遇，如圖1所示。此時錫林與后分離羅拉隔距為2 mm，錫林氣流附面層被后分離羅拉切割，只有少部分氣流隨錫林進(jìn)入風(fēng)道，此時錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系仍為式(1)，但Q2較小。

梳理結(jié)束時(約為5分度)，錫林與后分離羅拉隔距仍為2 mm，此時的Q2仍較小，錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系仍為式(1)。

圖2 梳理開始的錫林位置

2.2 毛刷清掃前階段

毛刷清掃前階段自5分度(錫林梳理結(jié)束)開始至錫林第一排針與毛刷相遇(約為13分度)時結(jié)束。毛刷清掃前錫林位置如圖3所示。在11分度時錫林末排針即將通過后分離羅拉，而前排針逐漸靠近三角氣流板。在5分度～11分度內(nèi)，在后分離羅拉與錫林之間仍有氣流進(jìn)入(Q2仍較小)，并通過錫林、三角氣流板及毛刷之間進(jìn)入吸落棉管道，此時錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系仍為式(1)。

圖3 毛刷清掃前錫林位置

2.3 毛刷清掃階段

在13分度時，毛刷與錫林第一排針接觸，即開始清掃錫林，如圖4所示。由于毛刷棕絲深入錫林針齒2 mm，將錫林與毛刷之間的排氣通道封閉，即Q2為0。隨著錫林附面層氣流的不斷進(jìn)入，在錫林、前壁及三角氣流板之間形成高壓區(qū)。高壓區(qū)氣流會沿前壁及后分離羅拉下表面反流，或形成渦流。約在24分度時，毛刷與錫林的最后一排針脫離，毛刷清掃錫林結(jié)束，如圖5所示。因此在13分度～24分度時，錫林與毛刷將排氣通道封閉，Q2一直為0。此時錫林風(fēng)道中的風(fēng)量關(guān)系見式(3)。

Q=Q1+Q3

(3)

圖4 清掃開始時錫林位置

圖5 清掃結(jié)束時錫林位置

2.4 錫林梳理前階段

在24分度時，毛刷清掃錫林結(jié)束即為錫林梳理前階段開始；約在34分度時錫林梳理階段開始，即為錫林梳理前階段結(jié)束，如圖6所示。

圖6 梳理前錫林位置

在錫林準(zhǔn)備階段開始時，由于毛刷距離錫林隔距較小，或毛刷尚未完全脫離錫林，兩者之間未形成氣流通道，Q2為0。此時錫林的第1排針與后壁的距離很小，約為2 mm～3 mm，又因氣流的進(jìn)入方向與錫林的氣流附面層方向相反，因此Q1為0。此時的吸落棉管道的吸風(fēng)量等于調(diào)節(jié)板處的補風(fēng)量，見式(4)。

Q=Q3

(4)

在26分度之后，錫林與毛刷完全脫離，即兩者之間形成正常的氣流通道；同時由于錫林與后壁的間距很小，使此處的進(jìn)風(fēng)口完全封閉。此時錫林風(fēng)道的風(fēng)量關(guān)系同式(2)。

3 錫林風(fēng)道氣流對棉網(wǎng)質(zhì)量的影響

由上述分析可知，在13分度時毛刷開始與錫林的第一排針接觸，此時毛刷清掃錫林開始，錫林與毛刷間的氣流通道封閉，在錫林表面與前壁、三角氣流板之間形成高壓區(qū)。精梳機的速度越大，錫林表面的氣流附面層越厚[9]，高壓區(qū)的氣流壓力越大。由于錫林體與后分離羅拉之間的間隙較大，高壓區(qū)的氣流將沿前壁及分離羅拉表面溢出。

在毛刷清掃錫林開始時，鉗板向后分離羅拉運動，同時上鉗板逐漸開啟，被錫林梳理過棉叢的頭端逐步抬起，準(zhǔn)備與分離羅拉倒入機內(nèi)的棉網(wǎng)接合。正常的接合規(guī)律是鉗板送來的棉叢搭在后分離羅拉表面的纖維上，即鉗板送來的棉叢在上，后分離羅拉表面纖維層在下。受高壓區(qū)溢出氣流的影響，貼近后分離羅拉表面的纖維網(wǎng)尾端上浮；當(dāng)纖維網(wǎng)的尾端高于鉗板鉗口中棉叢頭端時就不能實現(xiàn)良好的搭接，使分離羅拉輸出的棉網(wǎng)中出現(xiàn)氣泡、亂網(wǎng)、破網(wǎng)等現(xiàn)象。如果此時三角氣流板與毛刷的隔距較大，高速回轉(zhuǎn)的毛刷所產(chǎn)生的氣流進(jìn)入高壓區(qū)，使氣流壓力進(jìn)一步增大，使棉網(wǎng)的接合質(zhì)量進(jìn)一步惡化。

氣流影響分離羅拉輸出棉網(wǎng)的質(zhì)量有以下幾方面的原因。第一，精梳機速度越大，高壓區(qū)的氣流壓力越大，從后分離羅拉表面溢出的氣流量越大，后分離羅拉表面的纖維網(wǎng)尾端上浮的幅度越大，棉叢接合質(zhì)量越差。第二，所加工的纖維長度越長，后分離羅拉表面棉網(wǎng)的長度越長，受高壓區(qū)溢出氣流的干擾越大，棉網(wǎng)的接合質(zhì)量越差。第三，棉卷定量越大，后分離羅拉表面纖維層厚度越大，高壓區(qū)溢出氣流通過纖維網(wǎng)的流量越小，對棉叢接合干擾越大。

4 錫林風(fēng)道氣流對精梳落棉的影響

當(dāng)錫林運動至26分度時，毛刷清掃錫林結(jié)束時，在錫林與毛刷之間形成氣流通道，同時錫林與后壁的隔距很小，此處補入氣流量Q1接近為0。錫林與毛刷之間通過的氣流量Q2等于錫林與下鉗板間的通道補風(fēng)量及鉗板與分離羅拉棉網(wǎng)通過的風(fēng)量之和。隨著鉗板的后擺及錫林的回轉(zhuǎn)，當(dāng)錫林針面逐漸接近下鉗板時，錫林與下鉗板間距變小，而此時鉗板與分離羅拉之間的距離變大，錫林與下鉗板處及鉗板與后分離羅拉處的進(jìn)風(fēng)量隨鉗板及錫林的位置的變化而變化。

在26分度時，精梳機的分離接合工作已經(jīng)結(jié)束；鉗板后擺，且上鉗板逐漸閉合；頂梳后擺并逐步退出棉叢；分離羅拉順轉(zhuǎn)繼續(xù)輸出棉網(wǎng)。隨著時間的推移及鉗板的后擺，鉗板與分離羅拉間的棉網(wǎng)逐漸稀薄直至斷裂，被頂梳過濾的短纖及雜質(zhì)附著在隨鉗板后退的棉叢中。在鉗板鉗口閉合之前，隨鉗板后退的棉叢握持點為給棉羅拉與給棉板的接觸點。因此在毛刷清掃錫林結(jié)束(約24分度)至錫林開始梳理棉叢之前(約34分度)，附著在隨鉗板后退的棉叢上的短纖維及少部分未被給棉羅拉握持的可紡纖維易隨氣流進(jìn)入錫林風(fēng)道而形成精梳落棉。由于此段時間內(nèi)被后分離鉗口握持的纖維，其尾部在機內(nèi)的長度較短，被吸進(jìn)錫林風(fēng)道的可能性較小。

氣流影響精梳落棉率的主要因素有：第一，隨著落棉隔距的增大，下鉗板與分離羅拉之間的距離越大，在此處補入的氣流量也越大，進(jìn)入錫林風(fēng)道的纖維量增多；同時隨著落棉隔距的增大，給棉羅拉握持點之前的棉叢長度長，即給棉羅拉對纖維的握持力減弱，未被握持的纖維也易被氣流吸走而形成落棉。第二，吸落棉管道的風(fēng)量及風(fēng)壓越大，未被給棉羅拉握持纖維進(jìn)入風(fēng)道的幾率越大，精梳落棉率增大。

5 結(jié)論

(1)在精梳機一個工作周期內(nèi)，補風(fēng)口的位置隨錫林位置的變化而變化。當(dāng)毛刷對錫林清掃時，錫林前補風(fēng)口封閉。在毛刷對錫林清掃結(jié)束后至梳理開始階段，錫林后補風(fēng)口封閉。

(2)當(dāng)毛刷對錫林開始清掃、關(guān)閉錫林前補風(fēng)口時，在錫林與前壁及三角氣流板之間形成高壓區(qū)，氣流沿前壁及后分離羅拉表面溢出，使分離羅拉倒入機內(nèi)的棉網(wǎng)尾端上浮，對新舊棉網(wǎng)的接合產(chǎn)生不良影響。

(3)當(dāng)毛刷對錫林清掃結(jié)束至梳理開始之前，錫林前補風(fēng)口開啟，而錫林后補風(fēng)口關(guān)閉，部分氣流通過下鉗板與后分離羅拉之間的棉網(wǎng)進(jìn)入錫林風(fēng)道，將部分短絨及可紡纖維帶走而形成落棉。