陳利國
(金輪針布(江蘇)有限公司,江蘇 南通 226143)
1850年前后,西方國家發(fā)明的首臺蓋板梳棉機(jī)采用彈性針布梳理纖維,其臺產(chǎn)量約為1.5 kg/h~4.0 kg/h。為提高梳棉機(jī)的適紡性和梳理效能歷經(jīng)百年研究改進(jìn),于1922年,由Platt Freres 研究的金屬針布齒條在法國Ro-baix申請專利;1924年,由Platt設(shè)計、英國J·W·H Platt公司試制出梳棉機(jī)用錫林與道夫金屬針布齒條;于1952年使歐洲半數(shù)以上梳棉機(jī)采用了金屬針布[1-2]。我國于1955年引進(jìn)了蘇聯(lián)制造的金屬針布齒條;在1958年由青島紡織機(jī)械廠開始制造梳棉機(jī)用金屬針布齒條;20世紀(jì)70年代后,我國開始引進(jìn)瑞士格拉夫(Graf)、英國ECC、瑞典ABK、日本金井(KANAI)和美國豪林沃斯(Hollingsworth)等公司針布;到80年代,先后引進(jìn)格拉夫和ABK公司的梳棉機(jī)用金屬針布齒條和蓋板針布的制造設(shè)備和技術(shù),經(jīng)不斷消化吸收和技術(shù)突破,國內(nèi)梳棉機(jī)用金屬針布齒條產(chǎn)品開發(fā)與制造技術(shù)取得長足進(jìn)步。
1.1 刺輥齒條
1.1.1金屬針布齒條由基部和齒部組成,刺輥金屬針布對纖維的梳理屬于握持梳理,棉層在給棉羅拉與給棉板的握持下逐步送入刺輥金屬針布梳理區(qū),被握持的棉層在刺輥金屬針布梳理時受到刺輥金屬針布的擠壓、穿刺和撕扯而被分解成較小的束狀纖維和少量的單纖維,然后被錫林金屬針布剝?nèi)щx刺輥金屬針布表面;可見,刺輥金屬針布是纖維在梳棉機(jī)中開始被松解和梳理的起點。
1.1.2刺輥齒條有普通基部和自鎖基部(V型)之分,如圖1所示。
1.1.2.1普通基部齒條僅用于槽式刺輥,由于是嵌入刺輥輥體的淺槽中,齒條基部寬要嚴(yán)格控制;在多次包、退卷后使輥體上的槽寬磨損變大,導(dǎo)致刺輥齒條無法可靠固定或出現(xiàn)嵌花而影響梳理效果;若齒條斷裂(因基部硬度過高或梳理力過大)則易傷及其他機(jī)件,因此普通基部的刺輥齒條將隨著槽式刺輥的淘汰而消失。
1.1.2.2自鎖基部齒條適用于各種刺輥,其優(yōu)點是齒條基部寬尺寸可實現(xiàn)系列化,利于刺輥橫齒密的改變與選擇,且齒條即使斷裂也不會松開;缺點是其基部截面尺寸大使坯片成型相對困難、形狀與尺寸精度不易控制;但其優(yōu)勢顯著,已成為當(dāng)代梳棉機(jī)用刺輥齒條基部的標(biāo)準(zhǔn)配置。
1.1.3刺輥齒條齒型主要有4種,見圖2。
1.1.3.1直線與弧齒底齒型是最常見的刺輥齒條齒型,適紡各種纖維。
1.1.3.2負(fù)角齒底齒型的刺輥金屬針布可以阻止纖維下沉到齒底,有利于刺輥金屬針布上的纖維向錫林金屬針布轉(zhuǎn)移,主要適用于粘膠纖維(纖維素纖維)的中低產(chǎn)梳理。
1.1.3.3駝峰齒部齒型的刺輥金屬針布是近兩年由格拉夫推出的,主要適用于紡棉。對比驗證發(fā)現(xiàn),梳理皮馬棉(長絨棉)的效果顯著,這可能與駝峰齒部齒型阻止纖維下沉齒底、有利于纖維中結(jié)雜的排除、同齒距時容纖量小可減少抓纖維量、齒部對纖維打擊減小而減輕纖維的損傷等有關(guān);但在齒密、原棉、工藝條件相同情況下,與不同齒型刺輥金屬針布進(jìn)行梳棉對比試驗,未見顯著優(yōu)勢。
1.1.3.4鋼針針布應(yīng)用在三刺輥梳棉機(jī)的第1刺輥上,優(yōu)點是圓滑的針尖有利于對棉層的穿刺并且減少對纖維的損傷;其缺點是當(dāng)鋼針磨損后無法單獨更換,須整體更換針布,使生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于齒條式金屬針布。國內(nèi)有關(guān)對比試驗驗證,并未得到刺輥用鋼針針布的梳理效果明顯優(yōu)異的結(jié)論,因此國內(nèi)多數(shù)企業(yè)使用這種刺輥針布報廢后仍應(yīng)用了齒條式金屬針布,鋼針針布至今也未成為國內(nèi)梳棉機(jī)的主流配置;但是,隨著刺輥鋼針針布結(jié)構(gòu)優(yōu)化、配套工藝研究的深入,以及制造成本的下降,或許未來能得到較好應(yīng)用。
1.2 錫林齒條
1.2.1在梳棉機(jī)的錫林—蓋板梳理區(qū),錫林金屬針布的主要功能是梳理與抓取纖維,而蓋板針布主要功能是排除棉結(jié)、雜質(zhì)和短絨,二者共同作用使束狀纖維被分解成相對伸直平行的單纖維,梳理后的有用纖維由錫林金屬針布向道夫金屬針布轉(zhuǎn)移或返回被反復(fù)梳理。所以,錫林金屬針布是梳棉機(jī)最為重要的梳理器材。
棉紡錫林齒條都采用普通基部形式,其主要變化體現(xiàn)在齒部,而齒部的變化主要體現(xiàn)在齒前面和齒背面,近年來也開始對基部寬進(jìn)行改變。
1.2.2常見的錫林齒條齒型如圖3所示,這些齒型是中低產(chǎn)梳棉的標(biāo)配,可結(jié)合不同的設(shè)計參數(shù)滿足對各類纖維的梳理要求。
1.2.3近年來,國內(nèi)外金屬針布齒條供應(yīng)商開發(fā)出各種齒型的錫林齒條(如圖4所示),目的是提高錫林金屬針布的梳理效果。
圖4中的前4種齒型的設(shè)計是用齒背面形成類似平臺形,將被蓋板針布握持的纖維末端托向蓋板針布、使纖維不易沉入錫林金屬針布齒底而得到有效梳理,適于高產(chǎn)梳棉機(jī)。圖4a)所示為金輪針布公司采用[3];圖4b)所示為特呂茨勒(TCC)針布采用,后續(xù)發(fā)展為可維護(hù)齒型GX1[4];圖4c)所示為格拉夫針布采用;圖4d)所示為貝卡爾特針布采用[5]。
錐齒齒型是對錫林齒條齒部棱邊進(jìn)行拋光、圓整,以有效降低銳棱對纖維的損傷而獲得較好的梳理效果;但是拋光處理時無法避免對齒尖銳度的不利影響、進(jìn)而影響其梳理效果或使用壽命[6]。
扭轉(zhuǎn)齒齒型由東華大學(xué)與金輪針布公司共同研發(fā),該設(shè)計增大了錫林金屬針布橫向齒密,利于梳理纖維,經(jīng)驗證,梳理效果較好。
圖5所示為高效保質(zhì)的錫林齒條齒型,均為金輪針布公司專利產(chǎn)品。圖5a)和圖5b)所示是在齒條的齒前面增加1個平臺、齒背面增加1個斜面或駝峰形狀,從而將纖維托持在錫林金屬針布的齒尖面上,使纖維得到更多的梳理機(jī)會,分別適用于中粗號棉紗和粘膠纖維的梳理,在同等質(zhì)量指標(biāo)前提下,產(chǎn)量可提高15%~30%[7]。
圖5c)所示是在錫林齒條的齒背面增加1個小齒,小齒在托持纖維的同時也有一定的梳理功能,增加被蓋板針布握持的纖維末端的梳理概率,達(dá)到高效梳理目的[8]。
圖6所示是金輪針布公司提出的一種通用型齒條齒型,其特征是相鄰齒的工作角、齒深不相同,甚至齒距也不同;同卷金屬針布齒條尺寸參數(shù)的變化有利于對不同特性的纖維或兩種及以上類型纖維的混紡梳理,具有一定的通用性[9]。
圖7所示為東華大學(xué)與金輪針布公司共有的專利產(chǎn)品——錯位齒條齒型,齒條齒部沿基部寬方向上至少錯開兩個齒,以增大錫林金屬針布的橫向齒密,應(yīng)用適當(dāng)?shù)臋M向齒距以提高錫林金屬針布的梳理能力,用較低的錫林轉(zhuǎn)速達(dá)到高效梳理的目的;該設(shè)計正在進(jìn)行成型技術(shù)攻關(guān),上述扭轉(zhuǎn)齒金屬針布已驗證了其效果[10-11]。
1.3 道夫齒條
道夫金屬針布在梳棉機(jī)上的作用主要是轉(zhuǎn)移、梳理和均勻纖維,隨著梳棉機(jī)的出條速度、梳理質(zhì)量要求不斷提高,道夫齒條齒型不斷改進(jìn),以利于提高一次轉(zhuǎn)移率。
1.3.1道夫齒條最常用的齒型有直線齒和弧形齒(又稱“香蕉形”),如圖8所示。這兩種齒型構(gòu)成了早期道夫齒條的基本齒型,弧形齒的轉(zhuǎn)移效果優(yōu)于直線齒齒形。
1.3.2隨著梳棉機(jī)出條速度和定量的提高,要求道夫金屬針布的轉(zhuǎn)移率更高,特別是隨著高產(chǎn)梳棉機(jī)實時質(zhì)量指標(biāo)(如條干)檢測報警系統(tǒng)的應(yīng)用,高出條速度指標(biāo)超過設(shè)定值即報警、甚至自停;因此,道夫齒條的齒前面、側(cè)面出現(xiàn)了多種設(shè)計,如圖9所示。
1.3.2.1齒部側(cè)面凸出橫紋的道夫齒條,橫紋為2~4道,以下面2道以上向外凸出橫紋,在纖維轉(zhuǎn)移過程中,齒部側(cè)面凸出的橫紋能阻止纖維向齒尖滑移,從而提高轉(zhuǎn)移效率。這種齒型的齒條目前在梳棉機(jī)上廣泛應(yīng)用,在出條速度不大于230 m/min時,能夠保證梳棉機(jī)的正常運行。
1.3.2.2兩側(cè)面凸出橫紋的道夫齒條,橫紋為4~8道,它與兩側(cè)凹凸的橫紋道夫金屬針布目前尚未在梳棉機(jī)上應(yīng)用,僅用于羅拉梳理機(jī)上;隨著梳棉機(jī)出條速度進(jìn)一步提高,這種齒型也可能會應(yīng)用在梳棉機(jī)用金屬針布齒條上。在沖淬這種齒型的齒條時,齒部斜面一側(cè)凸出的橫紋易被抹平、凹下的橫紋易被撕裂帶填充且強(qiáng)度下降,對轉(zhuǎn)移效果不利,但總體效果仍優(yōu)于單側(cè)面凸出橫紋的齒條。
1.3.2.3鷹嘴齒尖道夫齒條很早就被提出,其齒頂處形成1個很大的工作角防止纖維從齒尖處滑脫,但未見使用例證,可能因為齒型制造較困難所致。
1.3.2.4溝槽齒前面的齒條至少有1個凹進(jìn)的弧形或矩形或梯形槽,凹槽加強(qiáng)了對纖維的抓取能力;經(jīng)驗證在出條速度為200 m/min的情況下,梳棉機(jī)能穩(wěn)定運行。凹槽齒前面齒條制造困難,且沖切口容易出現(xiàn)毛刺,對CVb值不利。
梳棉機(jī)用金屬針布齒條的齒型及其參數(shù),對纖維梳理、轉(zhuǎn)移的影響很大,齒條的主要尺寸參數(shù)有總高h(yuǎn)1、齒深h6、工作角α、齒距p和基部寬b1以及前根半徑r4,分別敘述如下。
2.1 刺輥齒條
2.1.1齒條總高和齒深均為2檔:自鎖基部齒條總高為5.0 mm、齒深為2.6 mm;普通基部齒條總高為5.6 mm、齒深為3.6 mm。
2.1.2齒條的工作角主要為0°,5°和10°;前2個角度主要用于紡化學(xué)纖維,如滌綸等;第3個主要用于紡棉纖維和纖維素纖維,且多年未變。
2.1.3齒條的齒距為:2.1 mm,2.5 mm,2.6 mm,4.0 mm,4.2 mm,5.0 mm,5.6 mm和6.3 mm。其中,2.1 mm,2.5 mm和5.0 mm齒距的自鎖基部齒條組合為三刺輥梳棉機(jī)標(biāo)配;5.0 mm齒距的自鎖基部齒條也廣泛用于光滾筒的梳棉機(jī)上;2.6 mm齒距的自鎖基部齒條是立達(dá)C60/C70型梳棉機(jī)的標(biāo)配;4.0 mm和5.0 mm齒距的普通基部齒條主要用于色紡紗;5.6 mm齒距的普通基部齒條廣泛用于有槽刺輥上;6.3 mm齒距的普通基部齒條因近些年柔性梳理概念出現(xiàn),用于紡纖維素纖維,如粘膠和長絨棉、皮馬棉,梳理效果良好。
2.2 錫林齒條
2.2.1齒條總高主要為:3.2 mm,3.0 mm,2.8 mm,2.5 mm,2.0 mm,1.8 mm和1.7 mm,隨著梳理效果、產(chǎn)量等要求不斷發(fā)生變化。3.2 mm和3.0 mm僅用于紡廢棉,將逐步退出市場;2.8 mm主要適用于低端產(chǎn)品,隨著齒條總高向矮發(fā)展,將逐步退出錫林主流應(yīng)用的選擇;2.5 mm主要用于化學(xué)纖維的梳理,如紡滌綸的AC2520×01660型;2.0 mm,1.8 mm和1.7 mm廣泛應(yīng)用于梳理各種棉纖維和纖維素纖維,而紡化學(xué)纖維如滌綸等應(yīng)用較少,不排除對某些參數(shù)優(yōu)化后擴(kuò)大紡化纖的可能;1.7 mm為特呂茨勒主推齒條,其他則主推1.8 mm,隨著梳棉機(jī)產(chǎn)量的進(jìn)一步提高,1.7 mm~1.8 mm總高的錫林齒條將成為主流產(chǎn)品。
2.2.2齒條齒深在向小的方向發(fā)展,設(shè)計原則為:0.5 mm及以上齒深用于總高為2.5 mm及以上系列錫林齒條;2.0 mm系列錫林齒條普遍采用0.4 mm齒深,也已出現(xiàn)0.35 mm齒深的設(shè)計以達(dá)到更好的梳理效果;1.7 mm 和1.8 mm系列錫林齒條普遍采用0.35 mm甚至0.30 mm的齒深設(shè)計。
2.2.3齒條工作角(齒前面與底面垂線之間的夾角)隨著梳棉機(jī)產(chǎn)量及纖維原料變化產(chǎn)生若干種角度,如15°,20°,25°,30°,35°和40°。其中,20°及以下工作角主要用于紡化纖,如滌綸;25°的工作角主要用于低速紡棉或廢棉;30°及以上工作角已廣泛用于紡棉和纖維素纖維;高速高產(chǎn)時宜選用大工作角的錫林針布齒條以保證握持纖維的能力。
2.2.4齒條的齒距決定了針布的縱向齒密,其對握持纖維起至關(guān)重要的作用;錫林齒條的齒距主要為1.3mm,1.5mm,1.6mm,1.7mm,1.8mm和2.0 mm;其中,1.3 mm的齒距主要用于較差的纖維原料的梳理,且主要用在A186型等低產(chǎn)梳棉機(jī)上,如AC2820×01365型;1.5 mm是最常用的適合中粗號紗梳理的齒距,除了滌綸以外的纖維都能使用,常用的型號為AC2030×01550;1.6 mm的齒距主要用于梳理滌綸和混紡,最常見的型號為AC2520×01660,近兩年開始應(yīng)用于梳理和成紗指標(biāo)要求高的情況,如AC2040×01640型;1.7 mm的齒距也是最常用的,適用于中細(xì)號紗的梳理,常用型號為AC2030×01740;1.8 mm的齒距常用于總高為2.5 mm系列錫林金屬針布,如AC2515×01850型;近年來隨著臺時產(chǎn)量地提高,雙齒型齒條采用1.8 mm齒距的效果較好,如AC2040×01850-II型;2.0 mm的齒距主要用于回用棉,如開松布條的場合,非主流齒距配置。
2.2.5齒條基部寬決定橫向齒密,目前常用的基部寬為0.40 mm,0.50 mm,0.60 mm和0.65 mm等。其中,0.40 mm和0.50 mm的基部寬廣泛用于齒條總高為2.0 mm及以下系列錫林齒條,用于梳理棉和纖維素纖維;0.60 mm和0.65 mm基部寬主要在齒條總高為2.5 mm及以上系列錫林齒條上使用,用于梳理化纖和混紡。
2.2.6齒條前根半徑r4對金屬針布握持與釋放纖維的能力有重要影響。在工作角相同時,該半徑小則纖維被齒前面相對長的直線段握持、釋放能力較弱,適合梳理較長的纖維,如長絨棉;反之,齒前面直線段短、握持能力相對弱,圓弧段上移有助于纖維向齒頂移動而釋放纖維的能力加強(qiáng),適合梳理長度較短的纖維。
2.3 道夫齒條
2.3.1齒條總高影響道夫針布的容纖量和氣流,主要為3.8 mm,4.0 mm,4.5 mm和5.0 mm。其中,3.8 mm的總高主要用于低產(chǎn)梳棉機(jī),其使用已越來越少;4.0 mm的齒條總高最常用,適用于各種纖維的梳理,常用型號為AD4030×01890;4.5 mm的總高主要用于MK系列梳棉機(jī),如AD4530×02090型,近年來逐步開始用于纖維素纖維的梳理,特別是對減少紗線的細(xì)小紗疵有顯著效果,如AD4530×01870型;5.0 mm的總高主要用于立達(dá)梳棉機(jī),然而隨著梳棉機(jī)產(chǎn)量的提高,不排除被其他梳棉機(jī)采用,如AD5030B×02190型。
2.3.2齒條齒深也影響道夫針布的容纖量和氣流,主要的齒深為2.4 mm,2.6 mm和2.7 mm。其中,2.4 mm的齒深主要與4.0 mm的總高配對,用于單機(jī)梳棉機(jī)的道夫針布;2.6 mm的齒深主要用于清梳聯(lián)高產(chǎn)梳棉機(jī)的道夫針布;2.7 mm的齒深主要與4.5 mm和5.0 mm的總高配對,用于小道夫梳棉機(jī);隨著產(chǎn)量提高,2.7 mm齒深的道夫針布可能會廣泛應(yīng)用于各種高產(chǎn)梳棉機(jī)上。
2.3.3齒條工作角對金屬針布轉(zhuǎn)移能力有一定的影響,目前基本為30°,隨著梳棉機(jī)臺時產(chǎn)量或道夫轉(zhuǎn)速提高,工作角有增大趨勢。
2.3.4齒條齒距決定金屬針布縱向齒密,對抓取纖維有重要影響,目前主要齒距為1.8 mm,1.9 mm,2.0 mm和2.1 mm。其中,1.8 mm的齒距在早年梳棉機(jī)臺時產(chǎn)量相對較低時廣泛使用,如AD4030×01890型,目前在梳理纖維素纖維且對細(xì)小紗疵要求較高時也采用,如AD4530×01870型;1.9 mm的齒距是近兩年特呂茨勒公司為TC系列梳棉機(jī)高出條速度下控制CV值采用,如AD4030BR×01990型;2.0 mm的齒距目前通用于各種纖維的梳棉機(jī)上,如AD4030×02090型;2.1 mm的齒距主要用于立達(dá)高產(chǎn)梳棉機(jī),在其他梳棉機(jī)上少見,這可能與道夫直徑及轉(zhuǎn)速有關(guān),如AD5030B×02190型。
2.3.5齒條基部寬決定金屬針布的橫向齒密,其對抓取纖維及棉網(wǎng)的均勻性有較大影響,目前主要為0.75 mm,0.80 mm,0.90 mm和1.00 mm。其中,0.75 mm的基部寬主要用于梳理纖維素纖維且細(xì)小紗疵要求高時,通過增大橫向齒密以提高轉(zhuǎn)移率、減少因梳理過度造成的纖維損傷,如AD4530×01875型;0.80 mm的基部寬出現(xiàn)得比較早,廣泛用于各種中低產(chǎn)梳棉機(jī),因該齒距介于0.70 mm與0.90 mm之間,近年來少有使用,也可能會在更高產(chǎn)的情形下重新使用;0.90 mm的基部寬使用得最普遍,與總高、齒距及齒型配合適用于各種梳棉機(jī)梳理各種纖維,如AD4030×01890型、AD4030BR×01990型、AD4030×02090型、AD4030BR×02090型等;1.00 mm的基部寬主要在立達(dá)高產(chǎn)梳棉機(jī)上使用,如AD5030BR×02110型。
金屬針布齒部兩側(cè)面、齒前面和齒背面的幾何形狀已被充分挖掘,但仍然可以廣開思路。
3.1根據(jù)不同需求開發(fā)新的齒型:如道夫金屬針布齒條齒前面增加橫紋以提高轉(zhuǎn)移率,橫紋可采用水滴形狀,細(xì)小的水滴上部能減小針布穿刺纖維的阻力,大的水滴下部可阻止纖維向齒尖滑脫以控制纖維;還可將兩種或兩種以上齒型組合,雙齒組合與雙峰齒的組合能滿足更高產(chǎn)的梳理要求,齒條齒前面橫紋與側(cè)面橫紋組合以提高針布的轉(zhuǎn)移能力等。
3.2關(guān)于金屬針布參數(shù)如齒密與滾筒轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的研究,筆者作了刺輥金屬針布齒密與轉(zhuǎn)速合理搭配對梳理效果影響試驗,得到了一些取值范圍;同樣,錫林轉(zhuǎn)速與齒密、道夫轉(zhuǎn)速與齒密對梳理和轉(zhuǎn)移的匹配關(guān)系也值得研究。
3.3特呂茨勒公司專利“用在蓋板式或羅拉式梳理機(jī)上的裝置”(專利號:200910202845.8),公開了對錫林金屬針布與道夫金屬針布齒密比率的關(guān)系研究,提出在不同工作條件下二者合適的齒密比率,能獲得好的梳理與轉(zhuǎn)移效果;同樣,錫林金屬針布與蓋板針布齒/針密間的比率也值得研究,以為梳棉機(jī)針布配套提供理論依據(jù)。
3.4棉紡錫林金屬針布橫向齒密對梳理效果有非常重要的影響,開展對其齒條基部寬的細(xì)分及小于0.40 mm基部寬對梳理效果的研究,可能會產(chǎn)生新的適用范圍或特殊梳理用途的錫林齒條。
金屬針布齒條上機(jī)對操作人員的技能有較高的要求,除了要求拆卸梳棉機(jī)、檢查滾筒精度、包覆等技能之外,還要求根據(jù)開機(jī)后質(zhì)量指標(biāo)對工藝進(jìn)行調(diào)整?,F(xiàn)在具有符合能力要求的操作人員越來越少,愿意做這些工作的人也越來越少;這些都促使梳理器材供應(yīng)商思考如何實現(xiàn)齒條以非包卷的方式上機(jī),從而減少紡織企業(yè)拆裝機(jī)的時間和難度。
建議合作開發(fā)模塊化金屬針布結(jié)構(gòu)件,將若干弧形結(jié)構(gòu)件通過磁性、螺釘、自鎖或鑲嵌等聯(lián)接方式固定在滾筒上[12];結(jié)構(gòu)件之一的局部見圖10,可以在不拆機(jī)的情況下,打開滾筒罩板或拆下前固定蓋板、松開相對應(yīng)件隔距,拆舊換新后恢復(fù)相對應(yīng)件隔距,即實現(xiàn)金屬針布快速更換。
梳棉機(jī)用金屬針布齒條的應(yīng)用,對提高梳棉效率起到關(guān)鍵作用;近百年金屬針布齒條的發(fā)展也使其梳理與轉(zhuǎn)移功能得到充分挖掘。隨著梳棉機(jī)進(jìn)一步向高產(chǎn)高速發(fā)展,金屬針布齒條必須、也必然有新的設(shè)計來適應(yīng)這種發(fā)展的需要,這是所有針布供給側(cè)今后努力的方向。