給棉方式對(duì)高產(chǎn)梳棉機(jī)刺輥梳理效果的影響

倪敬達(dá)

(青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，山東 青島 266101)

紡紗技術(shù)的快速發(fā)展使得紡紗設(shè)備日新月異；但前紡梳棉工序仍然是紡紗工程的“核心”，其作用是將無序排列的纖維集合體加工成均勻、伸直排列的纖維集合體，并排除雜質(zhì)和短絨，為后道加工提供條件，為成紗質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，因此，研究梳棉機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理對(duì)紡紗行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

隨著生產(chǎn)成本的不斷上升，紡紗行業(yè)整體的盈利水平較低，控制生產(chǎn)成本對(duì)于紡紗企業(yè)至關(guān)重要，而紗線生產(chǎn)成本中原料占比高達(dá)70%，所以提高原料的制成率可以有效降低成本。梳棉工序承擔(dān)原料除雜任務(wù)，在除雜的同時(shí)也伴隨著可紡纖維的流失，梳棉機(jī)的主要除雜位置是刺輥梳理區(qū)，其除雜效用最高且落棉量也較多，所以控制刺輥梳理區(qū)落棉量影響紡紗生產(chǎn)成本。

經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，梳棉機(jī)向高產(chǎn)化、結(jié)構(gòu)模塊化、多品種適應(yīng)性等方向發(fā)展。其中，對(duì)刺輥梳理作用有顯著影響的梳棉機(jī)給棉方式是重要特征之一[1-2]。傳統(tǒng)的梳棉機(jī)給棉方式以逆向給棉為主，其特點(diǎn)是給棉板位于給棉羅拉下方，棉層輸出方向與刺輥旋轉(zhuǎn)方向相反，如國產(chǎn)的A186、FA201等系列梳棉機(jī)，進(jìn)口機(jī)型有瑞士立達(dá)公司的C1型和德國特呂茨勒公司的DK2型等[3-4]。隨著梳棉機(jī)向高速化發(fā)展，為減小高速旋轉(zhuǎn)的刺輥對(duì)纖維的損傷，瑞士立達(dá)公司在C4型梳棉機(jī)上采用了順向給棉方式，將給棉板設(shè)置在給棉羅拉的上方，使得棉層輸出方向與刺輥旋轉(zhuǎn)方向相同，避免了纖維轉(zhuǎn)向，進(jìn)而降低纖維損傷，同時(shí)順向給棉方式便于調(diào)整分梳工藝長度[5-6]。目前，市場上主流高產(chǎn)梳棉機(jī)型都是采用順向給棉方式，如國外機(jī)型C80、TC15，國產(chǎn)機(jī)型JWF1217等。但順向給棉也存在不足之處，相對(duì)于逆向給棉中棉層輸出后轉(zhuǎn)向，纖維層壓向給棉板，纖維之間有很好的抱合力，順向給棉對(duì)棉層的控制力較弱，尤其是棉束之間的結(jié)合處棉層松散，容易分離，刺輥的抓取和分梳作用容易從棉層中抽出棉束，纖維分離度較低。另外，順向給棉中給棉板與給棉羅拉對(duì)纖維的握持作用力較弱，導(dǎo)致落棉量大，制成率降低[7-9]。

梳棉機(jī)2種給棉方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，紡紗企業(yè)需要根據(jù)自身的產(chǎn)品定位有針對(duì)性地選取給棉方式，將梳棉機(jī)的落棉控制在一個(gè)合理的范圍，既能保證生條及紗線的結(jié)雜數(shù)量，又能節(jié)約用棉、增加經(jīng)濟(jì)效益。本文通過在相同型號(hào)的梳棉機(jī)上，對(duì)比順向給棉與逆向給棉在紡制純棉紗時(shí)的半制品和終端紗線質(zhì)量，重點(diǎn)優(yōu)化逆向給棉方式配套工藝，以期實(shí)現(xiàn)降低落棉率、改善紗線質(zhì)量的目的。

1 逆向和順向給棉特征

梳棉機(jī)刺輥區(qū)的分梳作用能將80%～90%的纖維束分解成單纖維，對(duì)梳棉機(jī)除雜效果和生條質(zhì)量有重要作用。給棉板與給棉羅拉對(duì)喂入棉層進(jìn)行握持，與旋轉(zhuǎn)刺輥形成握持分梳，明晰逆向和順向2種給棉方式對(duì)棉層的握持特點(diǎn)和纖維運(yùn)動(dòng)路徑，可以指導(dǎo)工藝配置，改善梳理質(zhì)量，提高原料制成率。

給棉羅拉、給棉板與刺輥分梳的重要工藝參數(shù)之一是分梳工藝長度，是指棉層握持點(diǎn)到刺輥與給棉羅拉或給棉板的最小隔距點(diǎn)(分梳點(diǎn))之間的距離。分梳工藝長度影響刺輥分梳質(zhì)量，通常參考纖維的主體長度選取[2]。而在握持點(diǎn)與分梳點(diǎn)之間還存在一個(gè)始梳點(diǎn)，即纖維開始與刺輥的接觸點(diǎn)，2種給棉方式中分梳工藝長度所對(duì)應(yīng)的纖維路徑和始梳點(diǎn)有所區(qū)別。

1.1 逆向給棉分梳過程

逆向給棉分梳過程如圖1所示，圖中A點(diǎn)為握持點(diǎn)，B點(diǎn)為始梳點(diǎn)，C點(diǎn)為分梳點(diǎn)。棉層在A點(diǎn)受到握持，刺輥上的針齒在始梳點(diǎn)B與棉層表面接觸，開始刺入棉層，隨著刺輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，針齒沿圓弧BC逐漸深入棉層，直到分梳點(diǎn)C，也就是刺輥與給棉板工作面的最小隔距點(diǎn)。由于棉層具有一定厚度，棉層內(nèi)部不同深度的纖維開始受到梳理的位置不同，即棉層表里層的始梳點(diǎn)不同，說明位于棉層不同深度的纖維受到的梳理強(qiáng)度有區(qū)別，表層纖維受到的分梳作用最強(qiáng)，里層纖維的始梳點(diǎn)趨近于分梳點(diǎn)，所受分梳作用最弱[3]。逆向給棉時(shí)，纖維在給棉板鼻尖位置轉(zhuǎn)向，由于纖維具有一定剛性，棉層頭端會(huì)偏向刺輥方向，使得棉層的內(nèi)、外層始梳點(diǎn)位置差異較大，這一差異不利于分梳工藝長度的最優(yōu)化選定。

圖1 逆向給棉結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of reverse feeding structure

逆向給棉時(shí)，棉層受給棉板工作面托持，屬于斜面與弧面的梳理，改變分梳工藝長度時(shí)，若要保持給棉板工作角不變，則需上下調(diào)整給棉板位置；同時(shí)，要保持給棉板與刺輥間隔距不變，則給棉板還需作前后調(diào)節(jié)。以這種方式調(diào)整分梳工藝長度會(huì)明顯改變握持點(diǎn)到始梳點(diǎn)的距離，進(jìn)而改變纖維受梳理的長度，會(huì)在一定程度上影響梳理效果。

1.2 順向給棉分梳過程

順向給棉分梳過程如圖2所示。順向給棉方式的分梳工藝長度是給棉羅拉和給棉板最緊握持點(diǎn)到給棉羅拉與刺輥?zhàn)罹o隔距點(diǎn)間的一段圓弧長度。棉層在A點(diǎn)被給棉羅拉與給棉板形成的鉗口握持，隨著棉層在高壓鉗口輸出，棉層會(huì)回彈變厚，在始梳點(diǎn)B被刺輥上的針齒抓取，位于棉層外側(cè)的纖維從始梳點(diǎn)B開始沿著刺輥弧面運(yùn)行到分梳點(diǎn)C，而棉層內(nèi)側(cè)的纖維則沿著給棉羅拉表面弧面運(yùn)行到分梳點(diǎn)C，由于棉層內(nèi)側(cè)與刺輥表面的距離大于棉層外側(cè)，棉層內(nèi)側(cè)沿給棉羅拉弧面運(yùn)動(dòng)的纖維開始受刺輥分梳作用的位置更加趨向于分梳點(diǎn)，所以棉層內(nèi)外層開始受刺輥分梳的位置差異較大，不利于棉層的均勻分梳。

圖2 順向給棉結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of forward feeding structure

順向給棉時(shí)，棉層受給棉羅拉弧面托持，與刺輥形成了雙弧面間的梳理，順向給棉裝置調(diào)節(jié)分梳工藝長度是將給棉板繞給棉羅拉中心前后擺動(dòng)一定角度，來改變握持點(diǎn)與分梳點(diǎn)的距離，此時(shí)，刺輥始梳點(diǎn)到分梳點(diǎn)的距離幾乎不受給棉板位置變化的影響[6]。給棉羅拉和刺輥位置不變，最緊隔距點(diǎn)位置不變，刺輥對(duì)棉層的始梳點(diǎn)位置僅取決于棉層厚度。這一特點(diǎn)有利于準(zhǔn)確調(diào)節(jié)分梳工藝長度。但生產(chǎn)實(shí)踐中，無論是哪種給棉方式，棉層纖維都不是完全伸直狀態(tài)，棉層中纖維的伸直程度可以用伸直系數(shù)表示，一般在0.5左右，確定分梳工藝長度時(shí)需要考慮喂入棉層中纖維的伸直情況。

2 紡紗實(shí)驗(yàn)方案

2.1 精梳純棉紗

紡紗原料：新疆機(jī)采細(xì)絨棉，平均品級(jí)為329，主體長度為28.1 mm，品質(zhì)長度為31.2 mm，短絨率為17.5%，含雜率為2.8%。

紡制線密度為14.6 tex的細(xì)紗。工藝流程：JWF1013型往復(fù)抓棉機(jī)→JWF1111型并聯(lián)單軸流開棉機(jī)→JWF1029型多倉混棉機(jī)→JWF1115型精開棉機(jī)→JWF1213A型梳棉機(jī)→SB-D26型預(yù)并條機(jī)→E36型條并卷聯(lián)合機(jī)→E86型精梳機(jī)→RSB-D26C型自調(diào)勻整并條機(jī)→CMT1801型粗紗機(jī)→JWF1566JM型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)。

具體實(shí)驗(yàn)方案見表1。選取配置順向給棉和逆向給棉的JWF1213A型梳棉機(jī)各5臺(tái)，在后道并條、精梳、粗紗、細(xì)紗工序，依次選取同臺(tái)、同眼、同錠的筵棉、生條、精梳條、熟條、粗紗、細(xì)紗連續(xù)采樣3 d，每天取樣1次測試相應(yīng)質(zhì)量指標(biāo)，計(jì)算各工序制品平均質(zhì)量指標(biāo)。其中筵棉和生條樣品每次取自全部5臺(tái)梳棉機(jī)，精梳條、熟條、粗紗、細(xì)紗取不同實(shí)驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的樣品，細(xì)紗單次采樣20管。

表1 精梳純棉14.6 tex紗梳棉實(shí)驗(yàn)方案Tab.1 Carding experimental scheme of cotton combed 14.6 tex yarn

2.2 普梳純棉色紡紗

紡紗原料：新疆機(jī)采細(xì)絨棉，平均品級(jí)為329，含雜率為2.6%，麻灰中色。

紡制線密度為18.2 tex的細(xì)紗。工藝流程：JWF1011型往復(fù)抓棉機(jī)→JWF1107型單軸流開棉機(jī)→JWF1029型多倉混棉機(jī)→JWF1115型精開棉機(jī)→JWF1213A型梳棉機(jī)→TM3807S型預(yù)并條機(jī)→TM19型自調(diào)勻整并條機(jī)→JWF1418A型粗紗機(jī)→JWF1562JM型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)。

具體實(shí)驗(yàn)方案見表2。選取配置順向給棉和逆向給棉的JWF1213A型梳棉機(jī)各4臺(tái)，在后道并條、精梳、粗紗、細(xì)紗工序，依次選取同臺(tái)、同眼、同錠的筵棉、生條、熟條、粗紗、細(xì)紗連續(xù)采樣3 d，每天取樣 1次測試相應(yīng)質(zhì)量指標(biāo)，計(jì)算各工序制品平均質(zhì)量指標(biāo)。其中筵棉和生條樣品每次取自全部4臺(tái)梳棉機(jī)，熟條、粗紗、細(xì)紗取不同實(shí)驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的樣品，細(xì)紗單次采樣20管。

表2 普梳純棉色紡18.2 tex紗梳棉實(shí)驗(yàn)方案Tab.2 Carding experimental scheme of cotton carding 14.6 tex color spun yarn

2.3 質(zhì)量指標(biāo)測試

采用FA2204型電子天平(準(zhǔn)確度為0.1 mg)稱量落棉質(zhì)量，并計(jì)算梳棉機(jī)刺輥落棉率；按照GB/T 6499—2012《原棉含雜率實(shí)驗(yàn)方法》，采用YG041型原棉雜質(zhì)分析機(jī)測試梳棉機(jī)刺輥落棉含雜率；采用USTER AFIS PRO單纖維測試儀測試棉結(jié)和短絨率。

采用USTER TESTER 5 紗線條干均勻度儀測試條干均勻度和毛羽H值。棉條、粗紗測試速度為50 m/min，測試長度為25 m；細(xì)紗測試速度為400 m/min，測試長度為800 m。

采用YG063全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測試紗線強(qiáng)力，使用等速伸長法，試樣隔距長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 精梳純棉紗實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在同機(jī)型配置2種給棉方式的梳棉機(jī)，紡制精梳純棉紗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3?？芍诔鰲l速度、產(chǎn)量相同，刺輥、錫林、蓋板隔距和速度等上機(jī)工藝一致的情況下，對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案A和B1，采用逆向給棉相對(duì)于順向給棉，刺輥落棉率低44.9%，刺輥落棉含雜率提高為2.5倍，說明逆向給棉對(duì)棉層的握持和刺輥分梳作用強(qiáng)于順向給棉，采用逆向給棉有利于提高原料制成率。在喂入梳棉機(jī)筵棉中棉結(jié)和短絨水平相當(dāng)時(shí)，逆向給棉梳棉機(jī)所制得生條中短絨含量略高，說明逆向給棉對(duì)棉層握持加強(qiáng)后，刺輥對(duì)纖維的梳理力會(huì)有所增大，使得纖維損傷略有增多。在這種情況下，對(duì)配置逆向給棉的梳棉機(jī)適當(dāng)降低刺輥和錫林轉(zhuǎn)速，從實(shí)驗(yàn)方案B2可知，梳棉生條的短絨率降低，接近順向給棉的水平；同時(shí)，降低刺輥和錫林轉(zhuǎn)速還能進(jìn)一步減少刺輥落棉率，使其降低至1.13%，落棉含雜率提升至96%。

表3 精梳純棉14.6 tex紗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Test data of cotton combed 14.6 tex yarn

從實(shí)驗(yàn)方案A和B1的細(xì)紗指標(biāo)可以看出，其他工藝參數(shù)相同時(shí)，逆向給棉所紡制細(xì)紗的強(qiáng)力較低，只有順向給棉的92.3%，說明在同等條件下，逆向給棉對(duì)纖維的損傷程度大于順向給棉。但降低刺輥和錫林轉(zhuǎn)速后，從實(shí)驗(yàn)方案B2可知，細(xì)紗的強(qiáng)力明顯提高，且高于順向給棉，說明不同給棉方式在刺輥梳理區(qū)具有不同的分梳能力，需要根據(jù)其特點(diǎn)配置相應(yīng)的梳理工藝，以獲得優(yōu)良的紗線品質(zhì)[10-11]。另外，更低的錫林轉(zhuǎn)速，能夠減少錫林周圍的蓋板、棉網(wǎng)清潔器等部位的落棉率，進(jìn)一步節(jié)約用棉成本。錫林和蓋板針布的磨損較輕，還能顯著提高錫林、蓋板針布使用壽命。

通過系統(tǒng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和長時(shí)間跟蹤整體表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)案例中，用新疆機(jī)采細(xì)絨棉紡制精梳紗，逆向給棉配置合理的梳理工藝能夠提高生條和成紗質(zhì)量指標(biāo)，降低落棉率，提高錫林、蓋板針布的使用壽命，有利于降低生產(chǎn)成本。

3.2 普梳純棉色紡紗實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

紗線產(chǎn)品不同，所關(guān)注的紗線質(zhì)量指標(biāo)也有所區(qū)別。對(duì)于色紡企業(yè)而言，紗線外觀效果至關(guān)重要，棉結(jié)和雜質(zhì)對(duì)色紡紗及其后道織物的外觀效果影響明顯，所以色紡企業(yè)對(duì)紗線棉結(jié)和雜質(zhì)水平要求較高。配置2種給棉方式的同型梳棉機(jī)紡制18.2 tex普梳色紡麻灰紗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4?？芍?，逆向給棉的刺輥落棉率明顯低于順向給棉，對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案C和D1，在其他梳理工藝相同時(shí)，逆向給棉落棉率僅為順向給棉的61%，落棉含雜率高達(dá)96%，生條中的棉結(jié)和雜質(zhì)數(shù)量也少于順向給棉，尤其是生條棉結(jié)數(shù)量僅為順向給棉的54.5%，說明逆向給棉對(duì)棉層的強(qiáng)握持作用可以顯著提升刺輥梳理強(qiáng)度和除雜效果。2種給棉方式所制得生條的條干CVm值水平相當(dāng)，說明此種條件下，2種給棉方式的梳理均勻程度相差不大。從最終所紡制細(xì)紗的條干CVm值也印證了這一結(jié)論。但在其他梳理工藝相同時(shí)，逆向給棉所紡制細(xì)紗強(qiáng)力仍然略低于順向給棉。

表4 普梳純棉色紡18.2 tex紗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.4 Test data of cotton carding 18.2 tex color spun yarn

對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案D1和D2，在逆向給棉時(shí)降低刺輥轉(zhuǎn)速可以進(jìn)一步降低刺輥落棉率，同時(shí)保持刺輥落棉含雜率無明顯降低，并且生條的棉結(jié)數(shù)量進(jìn)一步降低，棉結(jié)數(shù)量僅為順向給棉的45.5%，生條條干均勻度也有一定提高，最終所紡制細(xì)紗的條干均勻度提升，細(xì)紗條干CVm值比順向給棉降低0.26%，細(xì)紗強(qiáng)力明顯提升，達(dá)到順向給棉的107.4%。相對(duì)于順向喂棉，逆向給棉匹配較低的刺輥轉(zhuǎn)速，可以在保證較低刺輥落棉率和較高落棉含雜率的情況下，降低細(xì)紗的粗、細(xì)節(jié)和棉結(jié)。綜合以上結(jié)果，對(duì)于純棉色紡紗產(chǎn)品，逆向給棉更有利于提升紗線質(zhì)量，減少落棉量，這是由于紡制純棉色紡紗需要對(duì)纖維進(jìn)行染色，純棉纖維染色會(huì)使纖維的質(zhì)量惡化，纖維的強(qiáng)度和長度降低，這種條件下就需要梳棉機(jī)的給棉握持機(jī)構(gòu)對(duì)棉層施加更加有效的作用力[12]。逆向給棉中，纖維從握持點(diǎn)反向輸出，棉層壓向給棉板鼻端，增強(qiáng)了纖維間的抱合作用，將給棉板與給棉羅拉的握持作用前拓，對(duì)棉層實(shí)現(xiàn)更好的握持。

在實(shí)驗(yàn)方案D2的基礎(chǔ)上，嘗試通過提高出條速度來提高產(chǎn)量，即實(shí)驗(yàn)方案D3，出條速度的提高意味著給棉速度也需要相應(yīng)的提高，從表4可以看出，D3方案中的刺輥落棉率降低，但刺輥落棉含雜率也下降，說明給棉速度的提高會(huì)降低刺輥的除雜效果。從生條的棉結(jié)和雜質(zhì)含量也可以看出，提高給棉速度使生條中棉結(jié)和雜質(zhì)含量回升，生條條干水平惡化，細(xì)紗各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也都略有變差，但仍然能與順向給棉所紡制生條和細(xì)紗質(zhì)量相當(dāng)。說明采用逆向給棉相對(duì)于順向給棉在保證生條和成紗質(zhì)量指標(biāo)不變的前提下，可以提高梳棉機(jī)產(chǎn)量，提高原料制成率，降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié) 論

梳棉機(jī)的發(fā)展方向是高質(zhì)高產(chǎn)，這就要求梳棉機(jī)在高產(chǎn)的情況下保證優(yōu)異的分梳能力，現(xiàn)在主流的順向給棉方式雖然纖維損傷小、棉層喂入過程順暢、分梳工藝長度調(diào)節(jié)便利，但也伴隨著給棉刺輥區(qū)分梳能力不足，給錫林周圍主分梳區(qū)帶來了更大的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而影響梳棉機(jī)棉網(wǎng)和生條質(zhì)量，同時(shí)，落棉率偏高，除雜能力受限。通過對(duì)比2種給棉方式在同型梳棉機(jī)上紡制精梳純棉紗和普梳純棉色紡紗的生產(chǎn)實(shí)踐，可以得出以下主要結(jié)論。

1)在給棉方式不同，其他梳理工藝一致情況下，采用逆向給棉相對(duì)于順向給棉，刺輥落棉率更低，落棉含雜率遠(yuǎn)高于順向給棉。對(duì)配置逆向給棉的梳棉機(jī)適當(dāng)降低刺輥和錫林轉(zhuǎn)速，可以使梳棉生條的短絨率接近順向給棉的水平，同時(shí)，能進(jìn)一步減少生條棉結(jié)和刺輥落棉率，在紡制精梳純棉紗品種時(shí)，逆向給棉的刺輥落棉率低至1.13%，落棉含雜率高達(dá)96%。

2)對(duì)于普梳純棉色紡紗產(chǎn)品，逆向給棉更有利于提升紗線質(zhì)量，減少落棉率，在降低刺輥轉(zhuǎn)速的條件下，生條的棉結(jié)數(shù)量僅為順向給棉的45.5%，生條條干均勻度也有一定提高，細(xì)紗強(qiáng)力提升了7.4%。逆向給棉還有利于降低細(xì)紗的粗、細(xì)節(jié)和棉結(jié)。

3)不同給棉方式在刺輥梳理區(qū)具有不同的分梳能力，需要根據(jù)其特點(diǎn)配置相應(yīng)的梳理工藝，以獲得優(yōu)良的紗線品質(zhì)。在一定條件下，逆向給棉可以配置更低的錫林轉(zhuǎn)速，能夠減少錫林周圍的蓋板、棉網(wǎng)清潔器等部位的落棉率，還能顯著提高錫林、蓋板針布的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

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