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棉纺新型附加分梳系统创新设计研究

摘要:分析棉纺新型附加分梳系统的创新设计。介绍了梳棉机新型附加分梳系统的作用和原理。对不同组合形式、齿形、材质、链接方式等创新设计进行了分析。认为:合理选配棉纺清洁器组合方式、齿形、齿条排列、角度、齿密等,可发挥对纤维充分开松、杂质清除、短绒排除、梳理整理功能,利于增强纤维的定向伸直、棉结和带纤维籽屑的排除,有利于梳理效果提升。

关键词:梳棉机;固定盖板;棉网清洁器;分梳板;梳理;齿形;纤维

棉纺附加分梳系统是新型梳棉机发展的产物,包括前后固定盖板、棉网清洁器、预分梳器材等,这些附加分梳系统在梳棉机梳理、排除短绒杂质、纤维整理等方面起到了积极的作用。

1棉纺附加分梳系统的作用和分类

1.1棉纺附加分梳系统的作用分类。固定盖板是接触分梳,基本上是一次性分梳;后固定盖板对棉束起到分解作用,为梳理提供良好的纤维取向度,减小棉束,减轻活动盖板的梳理负担,提高梳理质量;前固定盖板整理纤维,有利于纤维向道夫转移,减少棉结形成。棉网清洁器由控制板或反齿导向盖板、除尘刀和吸尘管等部件组成。装在除尘刀吸口前的导向盖板(部分设计为反齿)使纤维流通过吸口前由锡林针齿握持的纤维尾端扬起,便于杂质被气流分割,在通过吸口和除尘刀时排除。刺辊分梳板增加开松度,补充刺辊开松不足;改善喂入纤维均匀性,提高棉网清晰度;阻截较大金属杂质进入梳棉机,对梳棉机锡林、盖板和道夫针布起到保护作用。1.2附加分梳系统的分类和作用效果。附加分梳系统的梳理度由梳理元件的针布规格、相对速度、梳棉机台时产量等因素决定。固定盖板的梳理度=锡林梳理度+后固定盖板梳理度+前固定盖板梳理度。固定盖板的增加,增加了梳理的齿密,提升了梳理效果。齿形参数及影响如下。密度:增加分梳能力。齿深:增加容纤量,提高纤维转移能力,二者相互结合。工作角:一般在90°~70°,控制纤维,但又不让纤维下沉到齿底。后固定盖板针齿角度90°~85°,前固定盖板针齿角度70°~85°。工作面:使纤维停留在针尖部位,便于转移梳理。齿形:直齿弧面、直齿大圆弧、弧齿工作面、直齿负底齿、直齿大平底齿。表面处理技术:有机械抛光、等离子、化学处理、镀层处理、表面强化处理、金刚石纳米颗粒涂层处理,重点解决针布的光洁度。针齿形式:梳针、针齿、齿片。分梳板形式:弧形板、窄板组合。附加分梳系统的组合分类如下。梳理组合:主要是发挥梳理作用,形式为单独固定盖板组合,一般用于含杂较少的化学纤维;含杂较大的棉纤维一般用固定盖板加棉网清洁器组合。梳理加排除组合:固定盖板加棉网清洁器组合,实现纤维与杂质、微尘、短绒分离。预梳理组合:预分梳加除尘刀、吸口组合,实现对纤维束分离和排杂。

2棉纺附加分梳系统创新设计具体分析

2.1固定盖板齿形创新设计分析。2.1.1固定盖板齿形创新设计。固定盖板存在的问题:固定盖板嵌杂挂花,致使分梳作用下降;存在部分纤维损伤;角度大,梳理效果差。为了解决以上问题,创新设计为:小角度,从85°~90°减少到75°~80°,提升了对纤维的控制能力;浅齿深,早期的固定盖板齿深为1.3mm~2.0mm,齿深深容易嵌杂,改用浅齿使纤维容易转移,减少嵌杂,一般齿深改为0.60mm~0.90mm;高齿密,其密度有大幅度的增加,梳理效果明显提升,传统齿密140齿/(25.4mm)2~450齿/(25.4mm)2,现在增加到140齿/(25.4mm)2~960齿/(25.4mm)2;直线负角大容量齿形设计,附加分梳板针布相对于刺辊针布而言齿深要浅些,便于转移。2.1.2分梳系统创新设计优势分析。新型固定盖板齿形优势:浅齿深、小角度、高齿密、大容量;高自洁、免维护;高耐磨、长寿命、梳理和提升组合,做到柔且不嵌杂,注意梳理、转移、保护纤维三者兼顾。分梳板齿形设计的优势:稀齿密、大容量、高耐磨、高强度,能够分解粗大棉束、剥离籽壳、细化杂质。2.2组合形式创新设计分析。2.2.1附加分梳系统组合形式。附加分梳系统最初是在DK715型梳棉机上推出,其组合形式为固定盖板+棉网清洁系统,该系统在前罩板处。此后,固定盖板加棉网清洁系统就成为高产梳棉机设计的重要组成部分。目前组合形式设计有以下几种:一是固定盖板→棉清组合,先预分梳再棉网清洁器除杂,下泄气流和排除相结合,使进入锡林盖板梳理区前的杂质及时排除,减少杂质进入梳理区;二是固定盖板→棉清→固定盖板组合,先预分梳后,再棉网清洁器除杂,然后再进行整理分梳;三是固定盖板→棉清→固定盖板→棉清→固定盖板组合,多道清除,使棉纤维经过固定盖板的反复分梳,利用除尘刀充分除杂,利于高含杂的原料梳理;四是棉清→固定盖板组合,先排后梳,避免把大杂变成小杂;五是单一组合,只有预分梳不配固定盖板,或者只有棉清没有固定盖板,发挥其整理或者除杂的功能。2.2.2附加分梳系统组合创新设计优势分析。梳棉机产量提升主要得益于固定盖板和棉网清洁器数量的增多。固定盖板加棉清系统的作用可概括为开、清、吸、整4个层次。经过锡林和分梳板、除尘刀等元件的作用,可有效地去除杂质、短绒和灰尘。固定盖板对锡林表面纤维层还具有良好的整理作用,提高了纤维的伸直度和平行度[1]。在高产梳棉机上固定盖板的分梳作用表现突出,只不过其分梳作用必须与棉网清洁器结合起来才能达到理想效果。固定盖板和棉网清洁器组合配置,低产梳棉机前部棉网清洁器作用大于后部棉网清洁器作用,主要是排除细小杂质;高产梳棉机前部棉网清洁器和后部棉网清洁器同等重要,速度越高配置的棉网清洁器数量越多,高等级化学纤维可以不配,低等级化学纤维适当配置;含杂大的原料棉网清洁器的配置数量多,含杂小的纤维棉网清洁器数量可适度减少。2.3材质和链接方式创新设计分析。2.3.1材质和链接方式。固定盖板包覆形式分为包夹式和吊装式。包夹式采用专用包夹设备,对固定盖板进行包覆,技术难度高;吊装式采用嵌入式,维护方便,制作时的选材和精度要求较高。材质分为铝合金和铸铁两种。根数连接方式:单联式、双联式、三联式。单联式安装方便,组合较为灵活,但高速运转时隔距容易走动,梳理效果受到影响;双联式或者多联式,结构较为复杂,但是高速运转时走动小,梳理效果受到的影响小。三联式固定盖板高速运转稳定,安装维护方便,隔距受到一定的影响。棉网清洁器系统有导板组合式和导板除尘刀组合式两种。导板组合式采用上下导板的隔距位差进行气流控制和引导,排除杂质和短绒。导板加除尘刀式,借用除尘刀除杂质和排除短绒,利于小杂的排除和质量的稳定;其排风量大小由管径决定,直径有650mm和800mm两种;材质有透明和铝合金两种。2.3.2棉纺附加分梳系统链接方式创新优势。目前随高速高产梳棉机的发展,组合方式以吊装式为主,方便维修和维护。链接式以双联为主,棉网清洁以透明可视为发展趋势,能够很直观地看到短绒和棉尘的排除情况。棉网清洁的结构主要是除尘刀加导板式,主要是解决导板材质磨损,不利于排除杂质。三联窄幅齿条宽度减窄,在相同的宽度区域内增加固定盖板根数,增加了固定盖板与锡林间分梳次数,可以有效增加分梳齿条的数量,解决锡林继续抬高后无效分梳区增加的瓶颈问题。单联固定盖板一般采用铸铁基体,其特点是结构简单、价格低廉、调整方便,缺点是外观相对粗糙,铸件精度较难保证。相比铸铁盖板,铝合金盖板骨热变形大,冷热车时稍不注意容易出现接针问题。在梳棉机产量和锡林速度越来越高的情况下,盖板骨的温升更加明显。三联盖板的调节不如双联盖板方便。2.4固定盖板针齿排列形式创新设计分析。2.4.1固定盖板针齿排列形式。固定盖板针齿有三种排列形式:平行排列、斜纹排列、齿序错位排列。2.4.2固定盖板针齿排列形式创新优势分析。(1)平行排列梳理:针齿排列有序,能够发挥拦截作用,对纤维损伤大,同时存在漏梳现象。(2)斜纹排列:前后排之间不仅有垂直通道,同时纵向齿距大,对纤维控制能力弱,排杂较好,但纤维梳理效果差。(3)齿序错位排列:斜纹交叉排列型固定盖板,针齿纵横向排列设计较为合理,减少漏梳,对纤维的控制能力强,梳理效果好。2.5针齿形式创新设计分析。2.5.1针齿形式创新设计。针齿形式有梳针、针齿两种。针齿式固定盖板采用针布几何尺寸设计,减少角度,发挥固定盖板的有效梳理;浅齿深,改用浅齿使纤维容易转移,减少嵌杂;高齿密,提高梳理效果。一般齿深改为0.60mm~0.90mm;高齿密:现在增加到140齿/(25.4mm)2~860齿/(25.4mm)2,梳理效果明显提升。梳针的特点:针齿锐度高、穿刺能力强,分梳纤维好,一般锯齿针尖角在30°~40°,梳针针尖在10°,工作角在70°~82°,露针高度1mm左右,自洁能力强,梳针尖圆锥状,圆滑,纤维损伤少,表面高光洁,实现柔性梳理[2]。齿密一般在220齿/(25.4mm)2~640齿/(25.4mm)2。2.5.2针齿形式创新设计优势分析。(1)针齿式固定盖板穿刺能力强,梳理强烈,对纤维损伤大。针片式可以全齿热处理,利于采用涂层、抛光等技术,是今后发展的方向。(2)梳针固定盖板,锥体针尖锐利而光滑,穿刺能力强,损伤纤维少,梳理效果好,但是制作精度要求高,制作成本高。同时针齿间易夹纤维,植针方式多为平行式,容易产生漏梳。2.6固定盖板齿片排列方式的创新设计分析。2.6.1固定盖板齿片排列方式的创新。固定盖板的齿片排列方式有两种:一组齿条内单列齿排列,主要与棉网清洁配合,加大排杂;双列组合排列,一组齿条内两列齿形排列,一组为正齿一组为反齿,或者一组为稀齿一组为密齿。2.6.2固定盖板齿片排列方式的创新分析。(1)互为提升齿双列固定盖板:采用针齿齿面一半为梳理区另一半为提升区,使纤维在分梳区内经过反复的梳理,对清除杂质、棉结、短绒有明显效果。(2)采用稀密齿,渐进梳理,缓解剧烈分梳造成的纤维损伤,增加梳理效果。(3)单齿正反齿,主要是为了是进入棉网清洁器前的纤维和杂质分离,起到提升纤维和杂质的作用,利于排杂。2.7固定盖板踵趾差创新设计分析。2.7.1固定盖板踵趾差创新设计。踵趾差固定盖板借助弹性盖板分梳原理设计,踵趾差主要实现梳理过程中的渐进分梳,踵趾逐步减少,早期0.79mm,过渡到0.56mm,近一步发展到0.40mm,使参与梳理的面积增加。采用踵趾差固定盖板,加强渐进式梳理,分梳由“弱→强→弱”转变为“弱→强”的形式,避免锡林和固定盖板间的气流紊乱。采用斜五度结构,后部是光板形状,在梳理过程中梳理齿条前后排列不一样,后部光板起气流托持作用,加强梳理[3]。踵趾差0.20mm可让梳理由大到小,进行一次渐紧式的梳理。2.7.2固定盖板的踵趾差创新优势分析。固定盖板齿条设计为控制平直度,保证隔距,一般是平面设计。在梳理时存在隔距最紧点,在中间部位,形成不了面梳理,不利于质量的提升。借助固定盖板的踵趾差组合,实现对纤维的渐进开松,减少了纤维的损伤,同时扩大了渐进开松的空间。与常规齿条同等条件下对比,成纱效果更明显,尤其是对A1纱疵的改善。2.8固定盖板数量和齿密创新优势分析。2.8.1固定盖板数量和齿密创新设计。固定盖板根数逐步增加,活动盖板根数继续增加。齿密越来越密,增加梳理效果。根数配置,数量越多越好,梳理参与齿数增加;齿数加密梳理效果越强,齿密选型前大于后,前要大于活动盖板,后要大于预分梳板,且保持渐密配置;针齿角度前小于后,且有一定的差距,控制能力要稳定,后小于前,角度和齿密相结合。2.8.2固定盖板数量和齿密创新分析。(1)针齿密度其变化规律是伴随着纤维束的细化、分解、顺直,针布的齿距和齿深减小、齿密增大,利于分梳。密度由140齿/(25.4mm)2~240齿/(25.4mm)2发展到160齿/(25.4mm)2~940齿/(25.4mm)2。(2)数量增加以加强分梳除杂作用,提高排除籽壳屑、细微尘杂、短绒等功能。由传统前三后三,发展到目前固定盖板12根、后固定盖板12根。(3)固定盖板前后配置的棉网清洁系统能调节锡林与盖板分梳区的气流,使锡林在高速回转情况下,纤维较好地保留在锡林针面上,同时使纤维容易向道夫转移,有利于道夫成网,并可改善生条中纤维长度的分布。2.9固定盖板功能调节创新设计分析。2.9.1固定盖板的功能创新设计。原固定盖板为生铁材质,容易变形,隔距需垫纸调节,工艺隔距不稳定易走动且不能保证工艺隔距均匀一致。新型可调固定盖板为铝合金材质,不易变形,且为固定盖板中间增加了10个可调隔距点,可以分段区域性调节隔距,确保整根固定盖板隔距的稳定均衡,达到精细分梳,提高纤维的梳理度。压紧方式有三角形轧边和矩形轧边。三角形压边式比较方便,单抗拉能力有限,容易拉出,造成针齿脱落。矩形结构采用压边式,结构稳定,不容易脱出。2.9.2固定盖板的功能创新优势分析。固定盖板功能调节分为可调式和不可调节两种。可调式固定盖板采用横向多点调节,可对横向隔距差异处进行微调;不可调节式采用两端调节的措施,中间不能微调。可调式固定盖板结构是对针布平整度的一种事后补偿,虽然能够起到局部微调的效果,但是对横向气流运动有一定的影响。压紧方式上,矩形轧边优于三角形轧边,减少梳理力大时固定盖板条拉出,尤其适用于高速高产机台的齿条组装。2.10预分梳板创新设计分析。2.10.1预分梳板创新设计。刺辊下加装分梳板最初1969年应用于C1/2型梳棉机上。目前几乎所有的高产梳棉机均取消了传统小漏底,采用分梳板。早期的预分梳板一般采用弧形较宽的60mm~80mm的弧形分梳板,安装维护较为繁琐,后改为窄幅25mm~30mm的预分梳板,安装调试较为方便。2.10.2预分梳板创新设计优势分析。预分梳板采用新型窄幅设计,方便安装,简化维护,同时预分梳板预开松的作用效果较为明显。一般纺化纤采用60齿/(25.4mm)2,纺棉纤维采用90齿/(25.4mm)2。随着梳棉机产量愈来愈高,预分梳板在机后棉流输送方面产生了影响,容易造成棉流拥堵,部分机型的预分梳板已经取消,主要是为了减少纤维流的拥堵,使棉流比较通畅。2.11全机固定盖板的创新分析。活动盖板梳棉机上大量应用了固定盖板分梳单元和棉网清洁器,有效提高了产量和质量。在此基础上产生了全机固定盖板梳棉机,其分梳和排除功能分别由固定盖板和棉网清洁器完成,两者相互独立,相互影响,是附加分梳系统的极致组合。全固定盖板梳棉机具有以下优势:没有复杂的盖板传动机构,结构简单无传动动力和机件磨损,后续维修维护、更换齿条简便;梳理强度逐渐加强,梳理隔距可实现单根渐变,固定盖板针布齿形几何参数渐变,齿密度可由稀到密(渐密)配置;运行梳理隔距不易变动,没有活动盖板针布的充塞过程,纺纯棉时棉网清洁器排除物比活动盖板梳棉机盖板花少0.5个百分点~1个百分点,纺化纤和差别化纤维可做到零排除;可以适度提高产量。存在问题:由于没有除杂的空间,加上针布齿条的容纤量不如弹性针布,梳理效果存在一定的差异,重点是排杂问题阻碍了全固定盖板梳棉机的发展[4]。部分研究者把活动盖板增加成为固定盖板进行了尝试,效果差,主要原因容纤量小,交换梳理次数降低,影响梳理效果。

3棉纺附加分梳系统创新优势和不足

3.1棉纺附加分梳系统创新优势。(1)增加梳理度,减小纤维束,为盖板分梳区充分细致梳理创造条件。(2)充分开松纤维束,有利尘杂暴露被棉网清洁器清除,改善了进入盖板分梳区的纤维状态,有利均匀混和。(3)改善生条质量,有利提高产量,延长活动盖板针布的使用寿命。(4)阻截较大的金属杂质进入梳棉机,可以对梳棉机锡林、盖板和道夫针布起到保护作用。3.2棉纺附加分梳系统存在的不足。(1)附加分梳元件在梳理中处于从属地位,对高品质高产量的分梳起到一种助推作用,但并不能起到决定性的作用。在主体梳理元件状态不佳的情况下,附加分梳元件对质量提升空间有限。(2)固定盖板嵌杂挂花,致使分梳作用下降。(3)固定盖板的梳理作用不明显,棉网清洁器在新型纤维应用中效果不明显。(4)固定盖板与锡林隔距工艺配合不当,会造成大杂变为小杂,部分存在纤维损伤的问题。在隔距设定时,由于固定盖板的针面为直面,两针面最紧点在中间位置,隔距过紧时,存在渐开隔距,不利于梳理质量的提高。(5)刺辊下预分梳板处棉流拥堵,一部分高产设备取消了预分梳板,但是取消后对开松有一定的影响,是取消还是保留值得进一步研究。(6)梳针固定盖板制造精度和齿密是阻碍发展的空间。齿密太稀,制造较为繁琐,其功能方面是齿密稀保护纤维,还是齿型保护纤维存在商榷,近年来有研究,但是没有市场化。3.3新型附加分梳系统的发展趋势固定盖板的数量随梳棉机产量的提高会不断增加;棉网清洁器在高含杂纤维上的运用会更广阔;智能化的固定盖板会走向市场,通过对固定盖板进行设计,赋予更多的检测、分梳功能;固定盖板的齿形设计发展方向为增加梳理效果,减少嵌杂。

4结语

随梳棉机高产技术的进步,棉纺附加分梳系统成为提高梳理质量的重要措施之一。附加分梳系统的创新和技术进步,能够解决高速梳棉机排杂排短绒、气流泄导等问题。实践中采取有效棉网清洁器组合、针齿配置、增加梳理根数、合理齿密、渐进梳理工艺、选配合理针形角度等措施,能够提高梳理效果,增加排杂能力,减少盖板嵌杂,对成纱质量提高有明显效果,为高速高产高质提供基础。

参考文献:

[1]孙鹏子.梳棉机棉网清洁器的研究现状及其展望[J].辽东学院学报(自然科学版),2006,13(4):18-20.

[2]陈玉峰.高产梳棉机固定齿条盖板针布选型及工艺配置探讨[J].纺织器材,2017,44(1):30-35,61.

[3]张永平,杨巧云.梳棉机用固定盖板系统的发展及作用[J].纺织器材,2019,46(1):25-31.

[4]肖建明,曾一平,戴羡磊.全固定盖板梳棉机的研发和试验[J].棉纺织技术,2018,46(6):67-73.

作者:陈玉峰 单位:光山白鲨针布有限公司

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