起毛機概況及其工作原理分析

唐考成，張昊

（連云港如年實業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222000）

18世紀中期，英國紡織品行業(yè)興起，手工工場的產(chǎn)品供應(yīng)不足。為了提高紡織品產(chǎn)量及生產(chǎn)技術(shù)，人們發(fā)明了一種織布工具——飛梭，大大加快了織布的速度，也刺激了市場對棉紗的需求。18世紀60年代，織工哈格里夫斯發(fā)明了“珍妮紡紗機”，極大地提高了生產(chǎn)效率。

19世紀初，隨著市場需求的變化，絨類產(chǎn)品興起，歐美率先推出歐式起毛機和美式起毛機用于絨類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，歐美紡織行業(yè)發(fā)展也到達巔峰。20世紀90年代以來，歐美發(fā)達國家受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、勞動力成本提升等因素影響，開始朝著資金及技術(shù)密集型方向發(fā)展，紡織業(yè)遷移到東亞國家，如日本、韓國等。

中國是紡織大國，具有龐大的市場及消費群體，對紡織機械制造企業(yè)提出了“智改數(shù)轉(zhuǎn)”要求，并提供了專項研發(fā)資金，以促進紡織業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，尤其是起毛機產(chǎn)品，通過國家扶持及企業(yè)自主研發(fā)創(chuàng)新，結(jié)合現(xiàn)代化智能控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將傳統(tǒng)落后的紡織制造業(yè)升級成高端數(shù)字化行業(yè)，部分產(chǎn)品已經(jīng)達到甚至超過國外技術(shù)水平。

1 起毛機概況

1.1 起毛機的主要組成部分

起毛機主要由錫林、順針輥、逆針輥、前牽引輥、后牽引輥等部分組成，如圖1所示。

圖1 起毛機結(jié)構(gòu)

1.2 起毛機控制系統(tǒng)

起毛機控制系統(tǒng)由觸摸屏、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、變頻器和其他輔助器件組成，通過以太網(wǎng)和RS485串行協(xié)議與PLC進行通信，實現(xiàn)各單元電機的運轉(zhuǎn)，如圖2所示。

圖2 起毛機電器控制原理

1.3 起毛機分類

起毛機源于歐美國家，按工作方式的不同分為歐式起毛機和美式起毛機。其中，歐式起毛機針輥采用皮帶傳動，錫林的運轉(zhuǎn)方向既可以和織物運行方向保持一致，也可以反向運行，順針輥和逆針輥起毛針布都采用彎針。歐式起毛機最大的優(yōu)點是清理針輥容易以及針輥受到超大負荷時皮帶打滑可以保護針輥，在棉、毛、化纖、混紡等梭織、經(jīng)編、緯編織物起絨方面得到廣泛應(yīng)用，如荷蘭絨等。美式起毛機針輥采用齒輪傳動，錫林的運轉(zhuǎn)方向和織物運行方向相反，起毛針輥分蹲毛輥和起毛針輥，針布采用直針和彎針，直針起蹲毛作用，彎針起起毛作用。美式起毛機最大的優(yōu)點是齒輪傳動沒有打滑系數(shù)以及輸出功率大，在棉、化纖、混紡等針織物起絨方面得到廣泛應(yīng)用，如搖粒絨等。

歐式起毛機根據(jù)針輥數(shù)量分為24輥、28輥、32輥、36輥、42輥、48輥、50輥、60輥等，美式齒輪機根據(jù)針輥數(shù)量分為24輥、28輥等。

錫林根據(jù)數(shù)量分為單層和雙層，單層錫林根據(jù)針輥數(shù)量分為24輥、28輥、32輥、36輥、42輥、48輥、50輥、60輥等，雙層錫林根據(jù)針輥數(shù)量分為24輥+24輥、28輥+28輥等。

2 織物起絨的影響因素

2.1 針輥數(shù)量及錫林直徑對起絨的影響

起絨是一個動態(tài)的物理變化過程，針輥通過機械將織物面紗進行穿刺、勾起、拉高、切斷、松解，實現(xiàn)織物表面絨感及風格。起絨針輥的數(shù)量對起毛的風格影響很大，針輥數(shù)量越多，錫林直徑越大，針尖和織物接觸面減小，起絨點增多，起毛風格短密；反之，錫林直徑小，針尖和織物接觸面增大，起絨點減少，起絨后的織物表面長而稀疏，如表1所示。

表1 不同數(shù)量針輥對織物起絨的影響

2.2 針輥轉(zhuǎn)速對起絨的影響

織物由前后牽引輥牽引并包裹在錫林上，通過針布的針尖與織物運行的相對速度不同造成起絨。雖然順針輥和逆針輥的針尖方向相反，但速度的計算方式相同，針輥一邊隨著錫林公轉(zhuǎn)一邊自轉(zhuǎn)，針尖速度是公轉(zhuǎn)速度和自轉(zhuǎn)速度的合成速度，逆針公轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的針尖速度如下：

式中：V為針尖速度；n錫林為錫林轉(zhuǎn)速；R錫林為錫林半徑；R皮帶輪為皮帶輪半徑；r針輥為針輥半徑。

逆針輥自轉(zhuǎn)時的針尖速度如下：

因為起毛輥自轉(zhuǎn)方向與在錫林上的公轉(zhuǎn)方向相反，以針尖方向為正，逆針的合成速度如下：

起毛速度就是逆針針尖速度與織物運行的相對速度，逆針輥針尖方向與織物的運行方向相反，逆針輥的起毛速度用V逆起表示，以逆針針尖方向為正，V布方向為反，即負值，得到V逆起=V逆針尖+V布。當V逆起＞0時，逆針輥在起毛，V逆起數(shù)值越大，起毛力越大；當V逆起=0時，逆針針尖速度和布速相等，兩者之間無相對運動，不起毛，即零點；當V逆起＜0時，逆針輥針尖背向織物布面滑動，逆針輥在梳毛，V逆起負值越大，梳毛力越大，如圖3所示[1]。

圖3 起毛運轉(zhuǎn)示意

2.3 錫林轉(zhuǎn)速對起絨的影響

錫林轉(zhuǎn)速對織物起絨效果具有一定影響。通常情況下，錫林轉(zhuǎn)速越快，相對單位長度的織物所接觸到的針輥次數(shù)越多，每根針輥與織物每次接觸的時間越短，針尖和織物之間的作用力減小，容易出現(xiàn)短、密、勻風格的絨毛。反之錫林轉(zhuǎn)速慢易出現(xiàn)長毛，如錫林轉(zhuǎn)速太慢容易出現(xiàn)鉤針現(xiàn)象。

2.4 起毛針布結(jié)構(gòu)與參數(shù)對起絨的影響

2.4.1 起毛針布鋼絲形狀和規(guī)格對起絨的影響

起毛針布一般采用防銹效果較好的不銹鋼絲，鋼絲普遍采用三角形鋼絲，還有圓形、橢圓形和菱形鋼絲。針布的形狀和鋼絲的規(guī)格是由被起毛的織物特性而定。起毛針布鋼絲形狀及規(guī)格如表2所示[2]。

表2 起毛針布用鋼絲形狀及規(guī)格

2.4.2 針布鋼絲對起絨的影響

在起毛過程中，鋼針需要不斷重復(fù)刺入、勾起、拉高和切斷纖維的動作。目前，市場上大多數(shù)起毛面料含化纖成分，而化纖的強力高于植物纖維和動物纖維，其作用于鋼針上的力比較大，會使鋼針出現(xiàn)斷針和翻針情況，需要充分考慮鋼針的材料強度及抗疲勞性能，否則斷針和翻針將無法起毛或達不到起毛效果要求。

2.4.3 針布平整度和粗糙度對起絨的影響

針布針面平整能充分保證針尖和面料之間的插入深度一致、起絨均勻、風格一致。針布平整度差，矮針則很難有效刺入織物，而高針有可能刺透織物，不僅起絨不均勻、效果差，還會影響針布本身壽命、損傷織物。

針布表面粗糙度是造成起絨過程中掉毛的主要原因，針布表面越光滑越不容易掉毛，越粗糙越容易掉毛。掉毛率是起毛質(zhì)量的關(guān)鍵指標之一，掉毛不僅影響起毛質(zhì)量，還會增加織物損耗，達不到克重要求。為了降低織物起絨時的掉毛率，新針布在出廠前就增加了一道針尖拋光處理工序，并在起絨前用厚的織物進行磨針，使針尖更加鋒利、光滑。

3 起毛機的工作原理

3.1 錫林、針輥和織物的運動關(guān)系及運轉(zhuǎn)方向

在織物起毛過程中，首先錫林通過自轉(zhuǎn)帶動針輥公轉(zhuǎn)，針輥公轉(zhuǎn)方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相反；其次針輥通過自轉(zhuǎn)實現(xiàn)針輥加速對織物起絨，針輥自轉(zhuǎn)方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相反，織物的運行方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相同。

3.2 起毛零點的作用

起毛零點轉(zhuǎn)速是調(diào)整針布起毛力大小的基準及依據(jù)，指導(dǎo)織物的起毛工藝。

3.3 起毛零點的計算

起毛零點是起毛過程中針尖和織物不發(fā)生相對作用時的針輥轉(zhuǎn)速，與錫林轉(zhuǎn)速、錫林和針輥直徑及布速等參數(shù)有關(guān)。

根據(jù)起毛運動原理得出一個結(jié)論：錫林自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的線速度－錫林帶動針輥公轉(zhuǎn)的線速度－針輥自轉(zhuǎn)的線速度=織物的運行速度。針輥自轉(zhuǎn)的線速度即零點線速度。

以連云港如年實業(yè)有限公司生產(chǎn)的RN331型36輥70起毛機為例，錫林直徑為1 120 mm、針輥直徑為89 mm、針輥帶輪中徑為183 mm。零點時針輥的自轉(zhuǎn)線速度（m/min）=錫林轉(zhuǎn)速×錫林盤直徑含針輥×π－錫林轉(zhuǎn)速×錫林盤直徑含針輥帶輪×π×針輥直徑/針輥帶輪－V布，如式（4）所述；零點時針輥的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（r/min）=針輥自轉(zhuǎn)的線速度/針輥周長，如式（5）所述。

根據(jù)客戶使用連云港如年實業(yè)生產(chǎn)的RN331型36輥70起毛機做氨綸超柔產(chǎn)品起毛工藝設(shè)置：錫林轉(zhuǎn)速75 r/min、布速30 m/min，通過公式（5）算出零點速度=75×6.462 5－30×3.578 3≈377 r/min。當逆針輥速度大于377 r/min時，處于起毛狀態(tài)，小于377 r/min時，處于梳毛狀態(tài)；當順針輥速度大于377 r/min時，處于梳毛狀態(tài)，小于377 r/min時，處于起毛狀態(tài)；當順逆針輥轉(zhuǎn)速約等于377 r/min時，針尖和織物處于相對靜止狀態(tài)，既不起毛也不梳毛。

上文所述的零點是在理想情況下得出的，正常情況下要考慮以下幾點：（1）驅(qū)動電機采用三相異步電機，異步電機輸出轉(zhuǎn)速本身就有一定誤差；（2）帶傳動的打滑系數(shù)；（3）電機在負載情況下輸出扭矩發(fā)生變化，輸出轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，為了保證起毛零點的精準性，在程序里設(shè)置零點手動微調(diào)功能修正零點。

4 結(jié)語

起毛機是織物后整理加工過程中的主要設(shè)備，起絨工序也是整理過程中的關(guān)鍵工序，因為起絨后的織物不能修復(fù)，所以起絨的質(zhì)量基本決定整個產(chǎn)品的風格和品質(zhì)。在織物起絨的過程中，不僅要了解織物的紗線成分和織造方式，還要了解起毛機的結(jié)構(gòu)和運行原理。通過對起毛機結(jié)構(gòu)的概述及起毛原理的分析，讓更多工藝人員及操作人員更深入地了解起毛原理并掌握起毛技術(shù)；通過對起毛零點的計算，為工藝編制和工藝指導(dǎo)提供依據(jù)；通過針布參數(shù)選型及針布對織物起絨影響因素的分析，有效避免針布在起絨過程中的質(zhì)量隱患，指導(dǎo)起絨工藝的實施，提升起絨品質(zhì)。