智能化梳棉機(jī)配套梳理針布的設(shè)計(jì)思路

楊 嵐

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710038）

梳棉機(jī)智能化是建立在自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)上，包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，是減少用工、提高效率、穩(wěn)定質(zhì)量的有效措施，具有在線檢測(cè)、自動(dòng)控制、維護(hù)方便的特點(diǎn)。梳棉智能化設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)、維護(hù)、工藝調(diào)整、操作運(yùn)轉(zhuǎn)、專用工具、能耗等各方面都要統(tǒng)籌兼顧，采取各種手段技術(shù)創(chuàng)新，提高效率，盡可能為用戶爭(zhēng)取更大的效能。梳棉針布是梳棉機(jī)實(shí)現(xiàn)梳理的基礎(chǔ)核心工藝器材，梳理針布的創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須滿足和適應(yīng)梳棉機(jī)智能化發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)與智能化的相互促進(jìn)和提升。

1 智能化梳棉機(jī)的特點(diǎn)

智能化梳棉機(jī)的主要特點(diǎn)是高速化、高產(chǎn)化、高效化和自動(dòng)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)梳理質(zhì)量、工藝校正、前后聯(lián)動(dòng)等進(jìn)行系統(tǒng)的反饋、檢測(cè)和控制，滿足無(wú)人工廠或者免維護(hù)工廠的需求。

智能化梳棉機(jī)是梳理工程信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化的最終目標(biāo)，也是發(fā)展的必然趨勢(shì)。作為核心基礎(chǔ)的針布在適應(yīng)方面還存在如下問(wèn)題：針布的耐磨性不高，使用周期短，頻繁更換，影響智能化梳棉機(jī)的正常運(yùn)行；針布的維護(hù)過(guò)程對(duì)質(zhì)量造成周期性的影響；針布的個(gè)別部位易磨損，造成梳理質(zhì)量波動(dòng)，影響智能化生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定；適應(yīng)多種纖維多組分梳理和適紡范圍窄，改換品種需要更換針布，影響針布使用和生產(chǎn)效率；針布機(jī)械加工精度影響到智能檢測(cè)和執(zhí)行精度及正確性。

2 智能化梳棉機(jī)對(duì)梳理針布的要求

智能化梳棉機(jī)對(duì)針布的要求：免維護(hù)，適紡范圍廣，能夠滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，且在梳理過(guò)程中滿足數(shù)字化技術(shù)發(fā)展專家系統(tǒng)的檢測(cè)、反饋、執(zhí)行的需要。智能化梳棉機(jī)對(duì)針布配套提出了高質(zhì)量、高效率、高產(chǎn)量、免維護(hù)、適應(yīng)自動(dòng)化的要求，才能滿足智能化的需求。

針布滿足高速化的技術(shù)要點(diǎn)：必須控制錫林和道夫三角區(qū)的氣流，減少落網(wǎng)和棉網(wǎng)的異常狀態(tài)，提高轉(zhuǎn)移率；高速輸出時(shí)轉(zhuǎn)移棉網(wǎng)的波動(dòng)和質(zhì)量的穩(wěn)定，對(duì)針布提出了高轉(zhuǎn)移、強(qiáng)控制的要求。

針布滿足高產(chǎn)的技術(shù)要點(diǎn)：必須提升刺輥喂入時(shí)的開(kāi)松效果，保證預(yù)開(kāi)松，把精細(xì)梳理的負(fù)荷盡可能的減輕；高產(chǎn)，輸入時(shí)喂入纖維的預(yù)開(kāi)松排雜情況是否能實(shí)現(xiàn)喂入的連續(xù)性。對(duì)錫林、蓋板、刺輥針布提出強(qiáng)化梳理、免維護(hù)、周期長(zhǎng)、兼容性適紡范圍廣的要求[1]。

針布實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的技術(shù)要點(diǎn)：保證錫林?蓋板精細(xì)梳理區(qū)蓋板的精度，同時(shí)盡可能的增加預(yù)分梳，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量；梳理時(shí)的精細(xì)程度，對(duì)系統(tǒng)配套針布以及針布的周期穩(wěn)定性提出了要求。

基于智能化條件下梳理針布創(chuàng)新設(shè)計(jì)目的之一，主要是為實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，自動(dòng)控制，維護(hù)方便，為提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)打好基礎(chǔ)，其中對(duì)針布維護(hù)、生產(chǎn)環(huán)境、纖維原料、工藝設(shè)定、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的適應(yīng)和反饋提出了新要求。

3 智能化梳棉機(jī)配套梳理針布的研發(fā)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 梳理針布的光潔度設(shè)計(jì)

針齒齒身光潔度不好，易造成纖維損傷，在梳理過(guò)程中造成掛花，棉結(jié)增加；同時(shí)光潔度差的針布與纖維的摩擦因數(shù)大，在造成短絨增加的同時(shí)，降低針布使用壽命。

齒尖穿刺力差、存在毛刺造成掛花。在梳理過(guò)程中，與纖維最先接觸的是針尖，齒尖穿刺力差，細(xì)小的毛刺就會(huì)造成掛花，對(duì)梳理效果影響十分明顯[2]。這種現(xiàn)象在刺輥針布和錫林針布梳理過(guò)程中尤其明顯。由于其速度高，細(xì)小的毛刺與纖維摩擦因數(shù)大，毛刺在控制少量的纖維之后，隨時(shí)間的增加，纖維越聚越多，會(huì)形成大量的纏繞纖維，造成棉結(jié)大量增加。在梳理化學(xué)纖維和差別化纖維時(shí)，針布掛花對(duì)質(zhì)量的影響非常明顯，如圖1所示。

圖1 齒尖不鋒利毛刺掛花造成棉結(jié)疵點(diǎn)

在智能化條件下，這些問(wèn)題不僅影響質(zhì)量，同時(shí)也增加了檢測(cè)負(fù)荷。智能化梳棉機(jī)的針布需要采用新型材料或表面處理技術(shù)，提高針齒光潔度，使用中不掛花，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)的精確性。

3.2 梳理針布的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

智能化梳棉機(jī)不單單是硬件提高，其主要核心質(zhì)量必須有保證。在針布梳理纖維過(guò)程中，針尖刺入纖維，工作面控制纖維，再與對(duì)應(yīng)配置的針布進(jìn)行相互作用實(shí)現(xiàn)梳理，從而使纖維充分分離。如果齒尖不鋒利或齒尖過(guò)厚，刺入時(shí)會(huì)造成纖維損傷；同時(shí)，控制纖維的工作面太鋒利，同樣會(huì)造成纖維的損傷，增加短絨，造成成紗條干惡化、強(qiáng)力下降。特別是梳理部分干強(qiáng)大于濕強(qiáng)的纖維素纖維尤為明顯。普通針布如果采用薄齒尖，鋒利度增加，但是耐磨性明顯下降，這對(duì)矛盾難以解決。智能化梳棉機(jī)配置的梳理針布設(shè)計(jì)時(shí)需要解決薄齒尖不耐用的問(wèn)題，可以采用提高硬度的辦法，兼顧梳理效果和使用壽命。采用薄齒尖，能夠減少?zèng)_擊，減少纖維損傷。錫林齒尖厚度由0.08 mm減少到0.04 mm，同時(shí)，對(duì)齒尖采取錐齒化處理，進(jìn)一步減少對(duì)纖維的損傷，這對(duì)智能化梳棉機(jī)提高質(zhì)量尤其重要。

3.3 梳理針布使用周期設(shè)計(jì)

高產(chǎn)梳棉機(jī)的梳理針布使用周期一般在800 t左右，淬火深度影響硬度和耐磨性，針布的硬度決定耐磨性和使用壽命。在針布加工過(guò)程中，針布的淬火深度和高度分為五點(diǎn)。通過(guò)回火淬火后，其淬硬區(qū)一般在針布的1/3處，齒尖的磨損度能夠滿足梳理需求，但是淬硬區(qū)0.3 mm～0.5 mm的工作面是針布磨損的重點(diǎn)，主要原因是其硬度低，造成耐磨度不夠。此種磨損在金屬梳理針布，部分工作角大的金屬針布非常明顯，磨損后使用周期縮短，棉結(jié)增加。

智能化梳棉機(jī)必須減少這種磨損，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。因此，必須采取滿足彌補(bǔ)第二點(diǎn)硬度的要求，從而達(dá)到智能化梳棉機(jī)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。具體針布設(shè)計(jì)可以采用復(fù)合涂層技術(shù)處理針布，提高第二點(diǎn)的硬度，能夠有效適應(yīng)智能梳棉機(jī)的需要，經(jīng)過(guò)涂層處理后第一點(diǎn)硬度由HV860～HV970增加到HV1100～HV1300，第二點(diǎn)硬度由HV780增加到HV960。

3.4 梳理針布無(wú)走熟期設(shè)計(jì)

針布的衰退周期一般分為漸成熟和漸衰退周期兩種。漸成熟和漸衰退的區(qū)別是，開(kāi)始逐步走向梳理的平穩(wěn)期，最后衰退。漸衰退則是開(kāi)始平穩(wěn)，很快衰減[3]。由于針布在梳理過(guò)程中較快的磨損增加了更換針布的周期和數(shù)量。頻繁的更換針布，不僅維護(hù)成本增高，還會(huì)造成梳理質(zhì)量不穩(wěn)定。圖2為兩類針布使用周期紡紗質(zhì)量對(duì)比。

圖2 不同針布使用周期對(duì)比圖

智能化梳棉機(jī)的針布設(shè)計(jì)宜采用漸成熟設(shè)計(jì)，同時(shí)減少走熟期，質(zhì)量穩(wěn)定且延長(zhǎng)了使用壽命。無(wú)走熟期設(shè)計(jì)，重點(diǎn)改善針布表面的粗糙度，減少針布淬火后的氧化皮，從而滿足梳棉機(jī)智能梳理的需求。具體對(duì)比見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 有走熟期針布

圖4 無(wú)走熟期針布

3.5 梳理針布防腐蝕性設(shè)計(jì)

金屬針布在梳理染色纖維和部分化學(xué)纖維時(shí)，由于染色纖維中的酸堿殘留和柔順劑、消光二氧化鈦以及抗靜電劑，這些對(duì)針布腐蝕性很大，由此造成針布生銹腐蝕、磨損程度加劇。同時(shí)在一些加工靜電嚴(yán)重纖維的車(chē)間內(nèi)，相對(duì)濕度在70%以上，對(duì)針布的抗氧化防銹提出新的要求。智能化梳理針布必須滿足可以不作任何特殊防護(hù)地裸處于常規(guī)環(huán)境中，在梳理染色纖維和消光劑的化學(xué)纖維、纖維素纖維，以及車(chē)間溫濕度大的生產(chǎn)環(huán)境，能夠有效降低對(duì)針布的腐蝕，延長(zhǎng)使用周期[4]。

3.6 梳棉機(jī)針布免維護(hù)功能設(shè)計(jì)

梳棉機(jī)配套針布的保養(yǎng)維護(hù)也十分重要。現(xiàn)代高產(chǎn)梳棉機(jī)還配備了精調(diào)蓋板?錫林隔距、在線自動(dòng)磨針體系（自動(dòng)磨錫林、蓋板針布）、蓋板隔距調(diào)整系統(tǒng)，精度很高；自動(dòng)磨蓋板既磨針尖又磨側(cè)面，使其保持原有針布的鋒銳外形。自動(dòng)磨針不僅能根據(jù)需要磨礪針布鋒銳度，而且包括針的側(cè)磨技術(shù)，使針布能保持原狀，從而提高錫林?活動(dòng)蓋板梳理能力。

高產(chǎn)梳棉機(jī)在道夫下方安裝棉結(jié)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可根據(jù)棉結(jié)量的變化情況，由計(jì)算機(jī)在線調(diào)整蓋板隔距、除塵刀位置，并可自動(dòng)對(duì)針布進(jìn)行磨針。目前，高速梳棉機(jī)磨針過(guò)程中無(wú)需停車(chē)，由計(jì)算機(jī)控制錫林和蓋板自動(dòng)在線磨針，與人工磨針相比，可以節(jié)約時(shí)間80%，此外還延長(zhǎng)針布使用壽命20%左右，產(chǎn)量提高20%。

這種磨針系統(tǒng)需要具備檢測(cè)功能、反饋功能、分析功能、調(diào)節(jié)執(zhí)行功能、磨針系統(tǒng)等，運(yùn)行過(guò)程相對(duì)較為復(fù)雜，在針布的復(fù)磨過(guò)程中容易造成對(duì)紗線質(zhì)量的污染。因此，智能梳棉機(jī)的針布設(shè)計(jì)必須免維護(hù)，將磨針系統(tǒng)的功能和檢測(cè)功能用于對(duì)質(zhì)量的檢測(cè)上面去，更利于智能梳棉機(jī)的發(fā)展和推廣。

3.7 錫林蓋板針布滿足隔距在線自動(dòng)調(diào)整

梳理過(guò)程中，打開(kāi)纖維間的橫向聯(lián)系主要是通過(guò)分梳，分梳的關(guān)鍵是分梳件之間保持適當(dāng)?shù)母艟啵熬o隔距，強(qiáng)分梳”是梳理質(zhì)量穩(wěn)定的核心。在具體實(shí)踐中“緊隔距，強(qiáng)分梳”包含兩種含義：一是梳理隔距點(diǎn)隔距越小，品質(zhì)越高；二是精確調(diào)節(jié)蓋板隔距，在精準(zhǔn)隔距條件下實(shí)現(xiàn)分梳，是獲得最高清潔度和最少棉結(jié)量的決定性因素[5]。

各梳理元件之間的隔距對(duì)梳理效果以及紗線質(zhì)量有十分重要的影響。通常是設(shè)置在靜止?fàn)顟B(tài)，或者說(shuō)是在冷車(chē)狀態(tài)下進(jìn)行的。由于設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化（如離心力、溫度升高），實(shí)際分梳隔距會(huì)發(fā)生輕微改變。智能化梳棉機(jī)設(shè)有生產(chǎn)變量監(jiān)控裝置：如碰針監(jiān)控器，能最安全地保證不發(fā)生碰針；隔距優(yōu)化設(shè)置，能進(jìn)行準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)定，保證最佳的紗線質(zhì)量；運(yùn)行狀態(tài)分析，設(shè)定控制的先決條件；隔距片，快速準(zhǔn)確調(diào)整、校準(zhǔn)隔距，可在線設(shè)置。

智能化梳棉機(jī)錫林?蓋板隔距校準(zhǔn)和檢測(cè)的工作原理是：在起動(dòng)錫林前，執(zhí)行一次功能檢測(cè)→在達(dá)到錫林的額定轉(zhuǎn)速后，執(zhí)行基準(zhǔn)測(cè)量→接通輸棉裝置后，檢測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行基準(zhǔn)測(cè)量→機(jī)器熱車(chē)后，執(zhí)行基準(zhǔn)測(cè)量→在梳棉機(jī)停機(jī)和重啟后，重新執(zhí)行上述步驟。

在這種情況下，對(duì)錫林和蓋板的平整度要求很高，微小的隔距差異就會(huì)造成問(wèn)題和故障。因此，蓋板平整度要保證在0.010 mm，錫林針布包卷后的平整度要保證在0.019 mm以內(nèi)的精度，運(yùn)行后的溫差形變不大于0.030 mm，才能滿足智能梳棉機(jī)的需要。

目前，影響免維護(hù)的因素主要是錫林針布、蓋板針布、錫林輥體、蓋板骨架精度等，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)必須提高這些部件的精度。設(shè)計(jì)中可采用磁力超強(qiáng)的釹磁體，針布條通過(guò)磁力固定于蓋板骨上。蓋板和針布上的黏合劑及補(bǔ)償層可降低單個(gè)蓋板骨間的公差，紗線質(zhì)量由此得到改善。當(dāng)將傳統(tǒng)的針布安裝于蓋板骨上時(shí)，針布條不可避免地存在著不同程度的變形。要使針布變得平整，還需進(jìn)行打磨操作，而使用高精度釹磁蓋板，打磨工序即可省去[6]。

錫林針布采用“矮，淺，尖，薄，密，小”的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，密度大[965齒/（25.4 mm）2]、工作角較大（50°）、基厚（均為0.4 mm）、針高矮齒高均較小的配置（2.0 mm，1.7 mm），以加強(qiáng)對(duì)纖維的分梳。采用新型的大平頂齒針、尖齒平頂結(jié)合、直齒錫林針布，保證平整度，保護(hù)纖維和梳理效果兼顧，同時(shí)滿足智能化梳理的需要。

4 智能化梳理針布的有關(guān)問(wèn)題

4.1 三刺輥的適紡性和兼容性

現(xiàn)代梳棉機(jī)通過(guò)增加刺輥的數(shù)量和速度，增加預(yù)分梳板、除塵刀以及落棉吸口等裝置來(lái)提升刺輥的分梳和除雜作用。當(dāng)單刺輥結(jié)構(gòu)不能滿足梳棉機(jī)高產(chǎn)狀態(tài)下的開(kāi)松要求時(shí)，三刺輥結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)采用不同排列結(jié)構(gòu)、不同針齒形狀及密度的3個(gè)刺輥漸進(jìn)開(kāi)松，能夠有效解決刺輥開(kāi)松過(guò)程中的棉束差異，可以滿足梳棉機(jī)在高產(chǎn)狀態(tài)下所需的開(kāi)松要求。但是從生產(chǎn)使用效果看，高產(chǎn)梳棉機(jī)即使采用三刺輥結(jié)構(gòu)，其開(kāi)松效果也并非無(wú)限增大。第一刺輥采用針輥分梳，雖然能夠減少纖維損傷，但是紡非棉纖維時(shí)，容易出現(xiàn)纏繞梳針的問(wèn)題，阻礙了三刺輥的推廣；其次，三刺輥的速度最高在2000 r/min，存在對(duì)纖維的損傷問(wèn)題，同時(shí)棉流經(jīng)過(guò)的路徑較多，在此處減少棉結(jié)和短絨增長(zhǎng)是一對(duì)矛盾。如何避免損傷三刺輥纖維，減少棉結(jié)增加，充分提高開(kāi)松度，滿足智能化條件下梳理的兼容性是今后需要解決的問(wèn)題[7]。

4.2 高產(chǎn)量與多品種混合梳理技術(shù)的探討

隨著棉纖維、人造纖維、各種新型化學(xué)纖維、纖維素纖維的廣泛應(yīng)用，必然要求對(duì)梳棉機(jī)從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行差異化配置，以滿足不同特性原料的加工需求。色紡、差別化、多組分混紡批量小，品種多，翻改頻繁，智能化梳棉機(jī)如何適應(yīng)小批量生產(chǎn)，需要進(jìn)一步探索。智能梳棉機(jī)開(kāi)松流程中，不僅僅是單纖維混和，還出現(xiàn)了滌綸、粘膠、棉或者其他差別化纖維的混和，但是多種纖維的摩擦因數(shù)差異大，針布適應(yīng)性需要提高。如何設(shè)計(jì)兼容性強(qiáng)的梳理針布，需要我們進(jìn)一步的探討和研究。

4.3 不同材質(zhì)膨脹系數(shù)對(duì)質(zhì)量的影響

隨著梳棉機(jī)的不斷發(fā)展，新型的材質(zhì)不斷運(yùn)用，部分梳棉機(jī)采用了新型的鋁材和鋼板材質(zhì)，有些梳棉機(jī)還采用了鋁合金型材，不同的材質(zhì)熱脹系數(shù)不同，在工藝設(shè)定時(shí)存在冷車(chē)和熱車(chē)的區(qū)分，在實(shí)際運(yùn)用中，熱脹系數(shù)對(duì)針布的影響程度需要進(jìn)一步研究[8]。

4.4 梳棉機(jī)針布的研究展望

智能化梳棉機(jī)的普及和進(jìn)步是今后的發(fā)展趨勢(shì)。針布是梳棉機(jī)的關(guān)鍵梳理部件。以錫林針布為例，錫林針布在刺輥區(qū)域時(shí)，要盡可能將刺輥上的棉束轉(zhuǎn)移剝?nèi)∵^(guò)來(lái)，保證抓取的纖維不被刺輥針布再次轉(zhuǎn)移，要求針布對(duì)纖維的抓取牢靠度為100%；在活動(dòng)蓋板區(qū)域，為了保證分梳質(zhì)量，要求錫林針布對(duì)纖維既要有一定的抓取度，又不能完全控制，讓纖維可以在錫林和活動(dòng)蓋板之間完成數(shù)次交替分梳；在道夫區(qū)域，為了提高道夫一次轉(zhuǎn)移率，要使錫林針布對(duì)纖維的抓取牢靠度盡可能低。同時(shí)隨著梳棉機(jī)產(chǎn)量的增加，針布纖維負(fù)荷和容纖率增加，梳理度下降，這就對(duì)錫林針布提出了更高的使用要求。隨著新材料、新工藝以及整體社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和協(xié)作水平的提高，針布齒形、針布密度、針布結(jié)構(gòu)、針布材料、針布熱處理方法和效果，錫林、道夫、蓋板、給棉、刺輥、預(yù)分梳等針布兼顧發(fā)展，科學(xué)搭配等方面的細(xì)化研究會(huì)越來(lái)越深入。

5 結(jié)語(yǔ)

智能化梳棉機(jī)在經(jīng)過(guò)多年研發(fā)后步入成長(zhǎng)期，今后的發(fā)展方向是高速度、高質(zhì)量、高產(chǎn)量、穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化、智能化、模塊化。梳理針布要滿足耐磨度、免維護(hù)、兼容適紡范圍廣、智能化調(diào)整隔距、自動(dòng)化檢測(cè)等方面的技術(shù)要求，必須從梳理、智能、質(zhì)量互動(dòng)的角度研究創(chuàng)新，梳理針布才能滿足智能化梳理的需要。