梳棉机用固定盖板系统的发展及作用

2019-02-26张永平杨巧云

纺织器材 2019年1期

张永平，杨巧云

(卓郎(常州)纺织机械有限公司，江苏常州 213200)

0 引言

固定盖板和棉网清洁器系统从诞生至今30多年，梳棉机经历了该系统从无到有，从少到多的变化，也使梳棉机的产量提高了几倍甚至几十倍。棉网清洁器对落棉的合理控制和固定盖板工艺对生条的稳定性有较大改善，顺向给棉使更多束状纤维转移到锡林上，后固定齿条盖板针布齿密不能太大、隔距不能太小；棉网清洁器落物中短绒、杂质含量高于刺辊落棉。固定齿条盖板针布和棉网清洁器的技术创新将影响主机的配置，由此很可能带来梳棉机技术的突破性发展。笔者重点探讨梳棉机固定盖板系统的发展、影响因素及其对未来梳棉机的影响。

1 固定盖板系统发展概况

1.1固定盖板

梳棉机从诞生到20世纪60年代，发展非常缓慢。20世纪70年代末，随着金属针布的出现，梳棉机得到了较快发展，产量也有了较大提高，此时较有代表性的机型有瑞士立达C1/3型，德国特吕茨勒DK2型，日本丰田CK7C型和CKW型，英国PLATT-300型和MK3/80型。同时，弹性针布存在的一些弊端也得到解决，人们开始研究如何进一步提高梳棉机产量。其中，日本丰田公司制造的CK7C型梳棉机率先采用后固定齿条盖板针布，英国克罗斯罗尔MK3型梳棉机首先采用锡林前固定齿条盖板针布[1]；之后立达公司C1/3型梳棉机推出前4后4后固定齿条盖板针布结构，英国PLATT-300型梳棉机采用前3后3固定齿条盖板针布结构。随着各制造厂家认识到固定齿条盖板针布的作用，纷纷在主机上增加固定齿条盖板针布。原青岛纺机厂在1987年参加法国国际纺织机械展览会时，展出的FA201型高产梳棉机，就安装了固定齿条盖板针布，以加强预分梳和整理分梳。

1.2棉网清洁器

随着对梳棉机技术研究的深入，特吕茨勒公司首先意识到固定齿条盖板针布梳理后增加吸口的必要性。1983年在米兰举行的ITMA纺机展上，特吕茨勒率先在DK715型梳棉机前罩板处推出棉网清洁系统，标志着固定盖板+棉网清洁系统的诞生[1]。1987年，特吕茨勒在DK740型梳棉机后罩板处也增加了固定盖板+棉网清洁系统[1]。之后其他公司也逐渐增加棉网清洁系统，如立达1991年推出的C1/4型梳棉机，1993年推出的C10型梳棉机上加装TREX系统，1995年推出的C50型梳棉机上继续加装该系统，1997年推出的C51型梳棉机上又推出了TREXPLUS系统，该系统与TREX系统的不同点是在前罩板处增加了一把除尘刀和一个吸罩。

C10型梳棉机的TREX系统[2]，如图1所示。

1，3—梳理区；2，4—排杂区。图1 C10型梳棉机TREX系统

笔者分析：由于反齿盖板针布的针齿与锡林针布呈交叉配置，有伸直纤维并过滤杂质的作用，便于对短绒、杂质的排除，这可能是立达公司将反齿盖板针布归为排杂区的原因。

英国克罗斯罗尔公司在1987年推出的MK型梳棉机上未加装棉网清洁系统，而在20世纪90年代初推出的MK5型梳棉机上，在前、后罩板处加装了棉网清洁系统。

意大利马佐里公司于20世纪80年代推出的C300型梳棉机无棉网清洁器装置；20世纪90年代初推出的CX300型梳棉机的前罩板处加装有棉网清洁器装置；90年代中期推出的CX400型梳棉机前罩板处继续加装有棉网清洁器装置，与CX300型梳棉机不同之处是其固定盖板多达9根。20世纪末推出的C501型梳棉机，其前后罩板处装有2把除尘刀、2个吸罩和2组固定盖板，每组固定盖板有3根单联固定齿条盖板针布。

原郑州纺织机械厂1992年设计制造的FA221型梳棉机，是在锡林前、后各加装3根固定齿条盖板针布、采用前2后1的棉网清洁器配置。

这个阶段固定盖板结构百花齐放，单根组合，3根组合，多根组合皆有应用。

1.3固定盖板系统的快速发展

2000年以后各主机厂对固定盖板和棉网清洁器系统的研究持续深入，使梳棉机产量大幅提升。根据原料的不同特性，固定盖板与棉网清洁器模块化组合搭配形式开始出现，如：DK903型梳棉机的固定盖板系统[3]，见图2和图3。特吕茨勒公司陆续推出了TC系列梳棉机，型号有TC03型、TC5-1型、TC5-3型、TC06型、TC07型、TC08型和TC11型。固定齿条盖板针布数量最多达到前14后14的配置。为适应锡林—盖板隔距快速调整、平车之后直接安装及隔距不变的需求，固定盖板基体采用双联结构，棉网清洁器最多采用前3后3的配置，把模块化应用推到新的高度。

a) 纺合成纤维 b) 纺粘胶和高质量原棉 c) 纺棉图2 DK903型梳棉机刺辊区固定盖板配置

a) 纺棉、粘胶 b) 纺合成纤维图3 DK903型梳棉机道夫区固定盖板配置

同一时期，瑞士立达公司C60型梳棉机开始推向市场，也采用双联盖板结构。固定齿条盖板针布和棉网清洁器数量根据原料进行增减。此外，C60型梳棉机的棉网清洁器可以通过插件更改棉网清洁器开口太小以便控制其落棉量[2](见图4)，这是立达公司的创意和应用。

克罗斯罗尔的MK7D型梳棉机依然采用前5后5单联固定齿条盖板针布的配置。

图4 C60型梳棉机插件改变棉网清洁器开口大小

马佐里C501/C701型高产梳棉机采用前6后6的固定齿条盖板针布配置及单根单联的调节方式，每3根结合成一个组合件。

郑纺机JWF系列梳棉机开始采用双联固定齿条盖板针布结构，前期棉网清洁器依然采用前2后1配置。2005年以后，从JWF1204型梳棉机开始固定盖板系统实现模块化设计，可根据原料进行固定齿条盖板针布和棉网清洁器的增减，如图5所示。

a) 刺辊区

b) 道夫区

青岛纺机采用单根固定齿条盖板针布的时间较长，直到2010年JWF1211型梳棉机推出，模块化的固定盖板系统得到广泛应用。

我公司从2000年开始研究梳棉机，JFA226系列梳棉机采用单联多根固定齿条盖板针布组成固定盖板系统(见图6)，2010年JFA228型梳棉机开始采用双联固定盖板结构，2014年推出的JSC326系列梳棉机开始采用双联固定盖板结构+棉网清洁器系统，前、后固定盖板区呈完全对称设计，如图7所示。

图6 JFA226系列梳棉机固定盖板+棉网清洁器系统

图7 JSC326系列梳棉机固定盖板+棉网清洁器系统

2 固定盖板系统分析

2.1单联固定盖板的优缺点

单联固定盖板最初时一般采用铸铁基体，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。随着新材料的应用，铝合金盖板骨架以其美观轻便得到主机厂的认可。但相比铸铁盖板，铝合金盖板骨架热变形大，冷热车时容易出现接针问题。尤其在梳棉机产量越来越高、锡林转速越来越快时，盖板骨架的温升更加明显，单根盖板骨架的刚性是否能够满足要求值得关注。三联盖板的调节不如双联盖板方便，特吕茨勒公司和立达公司几乎同时采用了双联固定盖板结构。

2.2双联固定盖板+棉网清洁器系统的作用及影响

2.2.1对产量的影响

固定盖板+棉网清洁器系统对产量影响巨大。近几年高产梳棉机在纺中细号环锭纱时，台时产量不低于50 kg/h，而只有回转盖板的梳棉机是无法实现的，甚至在固定齿条盖板针布和棉网清洁器配置数量较少的机型上也不可能实现。在增加固定齿条盖板针布和棉网清洁器的数量之后，生条质量的稳定性有了较大改善。因此，现代高产梳棉机固定齿条盖板针布和棉网清洁器的数量越来越多，甚至已经出现全固定盖板梳棉机。固定齿条盖板针布的分梳作用在高产梳棉机上表现突出，其分梳作用必须与棉网清洁器结合才能达到理想效果。

2.2.2前后固定盖板对分梳作用的影响

后固定齿条盖板针布起预分梳作用，除改善进入锡林—回转盖板区原料结构外，还能减少回转盖板针布齿条的磨损，提高回转盖板针布使用寿命。据资料介绍，在单台产量约为45 kg/h的梳棉机上安装7根固定齿条盖板针布，对回转盖板针布受力情况进行测试，发现回转盖板针布第1区(约后10根)工作盖板针布的分梳力下降为1/2～1/3[4-5]，说明后固定齿条盖板针布的预分梳作用显著。前固定齿条盖板针布的作用是整理分梳，是锡林转移前的最后一次分梳，在高产且工艺合理的情况下，对棉结、籽屑棉结的减少很有帮助。

为验证固定齿条盖板针布对分梳作用的影响，笔者进行了试验。试验条件：纺纱品种为气流纺纯棉36.44 tex纱，落棉率为70%，生条定量为6.36 g/m，梳棉机出条速度为190 m/min，产量为77 kg/h。调整前、后固定齿条盖板针布隔距为0.61mm，0.56 mm，0.51 mm，0.46 mm，0.41 mm，0.36 mm；前固定齿条盖板针布隔距为0.33mm，0.30mm，0.28 mm，0.28 mm，0.25 mm，0.25 mm。调整后，后固定齿条盖板针布隔距为0.56mm，0.51mm，0.46 mm，0.41 mm，0.38 mm，0.33 mm；前固定齿条盖板针布隔距为0.25mm，0.25mm，0.23mm，0.23 mm，0.20 mm，0.20 mm。试验对比结果见表1。

表1固定盖板工艺隔距调整前后分梳指标对比

由表1可知，固定盖板工艺隔距调整后，棉结和带纤维籽屑的排除率有较大提升。固定盖板隔距收小后可将籽屑上的纤维剥离，再通过棉网清洁器排除籽屑，但短绒率有所增加。

2.2.3棉网清洁器对生条质量的影响

过去一般认为，棉网清洁器的排杂作用主要通过调整导流板—锡林隔距、除尘刀—锡林隔距来实现。但从实际生产情况看，棉网清洁器排除杂质和短绒的效果与除尘刀和导流板间距离关系密切，孙鹏子在文献[1]中提出导流板或反齿导向盖板针布与除尘刀的距离为5 mm～10 mm。

生产细号纱的棉网清洁器开口宽度，调整前、后的分梳质量对比见表2。

表2 棉网清洁器开口宽度调整前、后分梳质量对比

项目总棉结/(粒·g-1)筵棉生条棉结去除率/%短绒率/%输入输出短绒去除率/%总杂质/(粒·g-1)筵棉生条杂质去除率/%调整前3656781.65.14.70.42161792.1调整后14218081.07.15.91.24121496.6调整后24397982.08.56.52.02861594.8 注:原料为长绒棉。

单独收集开口宽度调整前、后每个棉网清洁器内的落物，发现即使棉网清洁器开口宽度增加到约10 mm时，落物中仍然基本无长纤维；这验证了立达公司对棉网清洁器导流板采用插件以更改棉网清洁器落杂的技术。如果导流板—锡林隔距太大，排除的落物中肯定会有长纤维，同时，由于棉网清洁器负压高，负压对锡林上的纤维有一定的吸引作用，造成纤维向主吸风方向移动的趋势，也可能会造成纤维的横向移动，不利于纤维分梳。如果导流板—锡林隔距适当，除尘刀与导流板开口宽度的改变，可以使从吸口排除的落物中只有短绒而无长纤维。固定齿条盖板针布分梳完成后连接棉网清洁器是现代高产梳棉机的显著特点，也是共识。如何保证既排杂又不浪费，棉网清洁器的结构和位置非常重要。

后棉网清洁器如何放置才会有理想的效果？在此，先探讨纤维由刺辊针布向锡林针布转移的4种形态：① 纤维经过转移区间时，锡林针布抓住刺辊针布齿尖部分纤维而转移，如图8a)所示；② 刺辊针布上纤维尾端被锡林针布抓取而转移，如图8b)所示；③ 上面两者同时存在；④ 没有被刺辊针布抓取的纤维直接抛向锡林针布。

a) 锡林抓取刺辊齿尖纤维 b) 纤维尾端被锡林抓取图8 纤维由刺辊针布向锡林针布转移的形态

纤维在刺辊针布与锡林针布间是剥取转移的过程，锡林速度远大于刺辊切线速度，由于观察工具的局限，无法得知哪种转移形式是主要的，但可以肯定的是，不同转移形式、不同原料特性对应的固定齿条盖板针布和棉网清洁器的排列方式应该不同。

a) 对于锡林针布直接从刺辊针布齿尖抓取纤维的形式，由于正向转移和刺辊针布离心力的作用，大部分纤维尾端已经伸直，因存在速比，可使转移到锡林针布的纤维形态由束状到更小的微束状，此时无需太多的固定齿条盖板针布，可由棉网清洁器排除短绒和尘杂。

b) 对于锡林针布先从刺辊针布上纤维尾端抓取的形式，由于刺辊针布握持纤维时纤维呈钩挂形式，前端未被梳理，在向锡林针布转移的过程中纤维倒向，头端变成尾端而被梳理，这是由于纤维头端弯钩多，长短纤维都能被刺辊针布握持，在转移到锡林针布上时需较多齿密较小的固定齿条盖板针布对其梳理，然后再由棉网清洁器排除梳理下来的尘杂和短绒等。

c) 对于两种转移方式都存在的形式，具体几根固定齿条盖板针布后紧跟棉网清洁器可以得到较好的效果，无法简单地得出结论。如纤维长短不同，转移的状态肯定会有差异，这需要通过试验研究或借助现代化的研究工具进行探索。

d) 对刺辊针布未能握持的纤维，在锡林针布握持住的那一刻，纤维就可能被锡林针布周围的气流梳理，这种情况配置较多齿密较小的固定齿条盖板针布后，再由棉网清洁器排除尘杂或短绒可能效果更好。

e) 前棉网清洁器，除能把未被锡林针布握持的短绒排除掉外，其排掉的气流也减小了锡林—道夫三角区气流对转移纤维的冲击，有利于纤维顺利转移。但前棉网清洁器负压会对纤维的整齐定向度产生影响，在向道夫针布转移前必须经过固定齿条盖板针布的整理才能实现较好的生条质量，具体经过几根固定齿条盖板针布才能达到整理效果，笔者认为不能少于4根。笔者曾做过一个试验，将前下棉网清洁器下的固定齿条盖板针布用光罩板代替，发现棉网上面的云斑大幅增加。

对于高产梳棉机而言，棉网清洁器与固定盖板就像一对孪生兄弟，相互之间联系紧密，缺一不可；即使对于含尘杂较少的非棉原料，棉网清洁器对锡林针布周围气流的排泄作用也是不可少的。

2.2.4原料对固定齿条盖板针布作用的影响

细绒棉和长绒棉对固定齿条盖板针布的冲击力不同。长绒棉纤维之间的纠缠比细绒棉更加严重，梳理难度更大。刺辊针布齿密相对锡林针布齿密小得多，其抓取纤维的能力有限，因此，对于长绒棉而言，刺辊上纤维束的离散度会更大，尤其是最近几年为减少纤维损伤，各主机厂都在推广顺向给棉梳棉机，转移到锡林针布上的纤维束更大、束状纤维更多。这些束状纤维在进入固定齿条盖板针布后，由于固定盖板—锡林隔距较小，对固定齿条盖板针布有一定冲击。如果锡林针布齿条锋利度衰退或者锡林针布齿条过于矮小，其握持纤维能力减弱，束状纤维对固定齿条盖板针布的冲击力会更大。这就是最下面一组后固定齿条盖板针布齿密不能大、隔距不能小的原因，也是造成后下固定齿条盖板针布容易磨损的因素。

2.2.5刺辊区结构对固定盖板作用的影响

相比筵棉，刺辊针布上棉束厚度和大小发生很大变化。以筵棉定量为450 g/m，生条定量为4.5 g/m，刺辊转速为850 r/min，出条速度为180 m/min进行计算，刺辊上纤维量约为1.28 g/m；刺辊针布采用自锁金属针布齿条，齿密为40齿/(25.4 mm)2，总齿数为48 694齿，每齿上纤维量约为0.02 mg。如果棉纤维线密度为2.0 dtex、纤维平均长度为25 mm时，纤维分布根数为200根/mg。由于纤维尚未梳理开，纤维以小束状存在于针齿上，平均到每个齿上的纤维为4根～5根，而三刺辊机构的第三刺辊，其每个齿上纤维的平均根数为 0.5根～0.7根，说明三刺辊对筵棉的单纤化有帮助。单纤化越好，进入锡林—固定盖板区时对后固定齿条盖板针布的冲击力就越小，杂质越容易露出来，就越容易被棉网清洁器除尘刀铲掉。

2.2.6棉网清洁器落棉与刺辊区落棉的影响

对于清梳联梳棉机，落杂区绝大部分是封闭且集体吸风，落棉检测不太方便。笔者通过收集器收集刺辊区落棉和棉网清洁器落棉进行分析发现，刺辊落棉中的可纺纤维在30%～50%，而棉网清洁器落棉中含长纤维很少，这与锡林针布和刺辊针布上纤维状态、运动速度、针布形式等均有关系。随着固定盖板数量的增加，固定盖板针布齿条对一些微棉束的分梳作用较强，再结合棉网清洁器，可将刺辊区排杂功能移到锡林区完成，从而简化刺辊区结构。从纤维进入锡林区运动方向看，棉网清洁器的落物量依次减少，落物中含杂依次减少，其中前棉网清洁器落物主要以短绒为主。

刺辊区多落还是棉网清洁器多排，是一个值得研究的课题。结合固定盖板和棉网清洁器结构优化，可简化刺辊区结构：将刺辊区预分梳功能移至锡林区完成，可以减少刺辊区的维护工作，优化落棉，提高原料的利用率，以适应现代企业对产品的要求。

3 固定盖板系统现状及对梳棉机的影响

近两年，国内对固定齿条盖板针布生产及应用领域有较深研究，其中以金轮针布(江苏)有限公司和浙江锦峰纺织机械有限公司为代表，两家企业分别从不同的角度、以不同的理念做了深层次的探究。

3.1研究方向一

金轮针布从固定齿条盖板针布数量受锡林周长的局限以及其齿片磨损角度提出以下观点。

a) 齿条基部宽减小，在相同的宽度区域内增加固定齿条盖板针布根数，增加了其与锡林针布的线分梳数量，可以有效增加分梳齿条的数量，解决锡林针布难于继续抬高的瓶颈问题。

b) 采用踵趾差固定齿条盖板针布，加强渐进式梳理，分梳由弱到强，可避免分梳强度产生“弱→强→弱”的形式，避免锡林针布和固定齿条盖板针布间的气流运动紊乱，如图9所示。

图9中g0是隔距点，g1、g2、g3分别是齿片宽度两端的隔距；其中，g0

3.2研究方向二

在2017年上海纺机展上，锦峰纺机介绍其研制的双列直排固定齿条盖板针布在棉纺厂的试用情况。他们认为：在一个梳理单元内，固定齿条盖板针布与锡林针布的隔距是由大到小再由小到大，齿条前半部分与锡林针布配合能很好地渐进分梳纤维，后半部分齿条由于纤维下沉而不易被捕获到，从而对纤维的分梳作用减弱。基于此原理，该公司研发了双列固定齿条盖板针布，分梳齿与锡林针布平行配置，并利用自然形成的踵趾差，对纤维实现渐进梳理；提升齿与锡林针布交叉配置，其对锡林针布上经分梳齿梳理后而下沉的纤维有一个渐进提升作用，使受锡林针布抓取的纤维逐步移向齿尖后松弛且头端扬起，以便被下一梳理单元的分梳齿充分抓取，使之得到充分、高效的梳理[6]，如图10所示。

a) 无踵趾差 b) 有踵趾差，但齿片宽度不变 c) 有踵趾差，但齿片宽度变小图9 踵趾差固定齿条盖板针布

1—梳理齿条；2—提升齿条。图10 双列固定齿条盖板

早几年笔者研究全固定盖板梳棉机时发现：采用全固定齿条盖板针布纺棉时，影响最大的是带纤维籽屑的排除。对于固定齿条盖板针布齿条，之前有种说法，其工作角α不能太大，一般采用5°，以避免纤维和针齿损伤以及齿隙充塞。随着技术研究的不断深入，工作角α为20°的固定齿条盖板针布齿条已在一些原料上试用成功(如纺长绒棉试验，针齿设计合理，充塞不是问题)。工作角加大后，针布分梳能力会有所提高，有可能将纤维从带纤维籽屑上剥离，然后通过棉网清洁器将其排除。固定盖板和棉网清洁器的创新必将影响到主机的配置，全固定盖板梳棉机有可能取得进一步的突破。

上述两个公司研究的都是在现有梳棉机上，如何提高固定盖板系统功效的方法。

3.3对未来梳棉机的影响

主机厂在研发梳棉机时是否思考过下列问题：小直径锡林梳棉机为何没有成为主流机型?直径为1290 mm的锡林分梳区配置已经达到极限，产量提升是否也到了节点？梳棉机是不是已经到了极限？如果锡林直径增加，又会带来怎样的变化？固定齿条盖板针布和棉网清洁器数量可以增加，梳棉机产质量是否可以随之增加？锡林直径加大后，其周围的气流状态是否影响到两个三角区的转移？锡林直径增加到多少可以达到既兼顾机械生产难度又兼顾零配件的标准化，同时又对维护没有太大影响？这些都值得梳棉机制造企业进行思考。