吉龙云家｜梳棉机结构图 梳棉机后部结构和工艺的发展……
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梳棉机台时产量从原来的5kg/h发展到现在的120kg/h，产品基本框架没有发生大的变化，仍是由锡林、道夫、刺辊等组成，给棉罗拉、给棉板、活动盖板等元件的基本功能也没有发生变化。但梳棉机在具体结构方面发生了非常大的改变：从传统方式喂棉到最近几年流行的顺向喂棉，从单刺辊到多刺辊，从锡林周围没有固定盖板到增加前后固定盖板以及棉网清洁器，从幅宽1000mm到1200mm、1500mm，结构的变化使得梳棉机的产量和使用效果发生了巨大的改变。本文归纳总结了不同形式梳棉机后部喂入和刺辊部分的结构及其优缺点，结合使用过程中出现的问题及应对办法，提高棉纺企业对后部工艺的关注度，为棉纺企业梳棉机后部工艺调整提供一点思路。
1 八十年代到九十年代国内外梳棉机的后部结构和工艺特点
1.1 A186系列、FA201的后部结构和工艺特点
喂棉罗拉直径：70mm，加压方式；罗拉两端加压，加压量3.8-5.4kg/cm。结构特点：罗拉为沟槽形式，加工方便；缺点：加工长纤维时易缠绕罗拉，同时挠度会发生变化。给棉板在罗拉的下方，即为传统逆向喂入方式。给棉板为调换件，可以根据不同的纤维长度使用不同的给棉板，见图1。
图1 A186系列、FA201梳棉机的后部结构
刺辊的主要作用是对棉层进行梳理并除去部分杂质、短绒。A186系列梳棉机利用气流、网眼板和刺辊离心力对纤维进行除杂和开松。除刺辊速度外，除尘刀的安装角（即除尘刀刀背与机框水平面的夹角）和落杂区长度对落棉和除杂的影响最大。生产含杂较多且杂质较大的原料时，可以采取“低刀大角度”工艺思路。使第一区多落、第二区多回收。在生产实际使用中，这种后部结构存在的常见问题是：小漏底弧长、结构形式会影响到刺辊区的除杂；小漏底弧度变形后或隔距调整不当时，会造成小漏底糊塞，导致棉网清晰度不够，从而影响生条质量。
1.2 FA201B/FA231A梳棉机的后部结构和工艺特点
FA201B/FA231A梳棉机刺辊区下部开始增加预分梳板（见图2），对纤维进行预分梳。同时落棉的调节也变得相对可控。这种刺辊区结构虽不像现代梳棉机一样可以实现机外调整，但已实现了落棉的机上自动收集。但由于第二落杂区较短、三角小漏底无网眼，尘杂和短绒的排除作用相对有限，同时，刺辊回转所造成的气流不能得到有效的释放，造成给棉板上的棉层紊乱，后车肚落白，影响刺辊对棉层的分梳作用。同时由于主机厂对刺辊区气流研究的不完全，在纺不同原料时，罗拉会出现缠绕现象，刺辊泄气罩吸口会出现短绒拥堵的情况。
图2 FA201B/FA231A梳棉机的后部结构
1.3 八十年代初进口清梳联产品的后部结构和工艺特点
八十年代初，国内少部分企业开始引进进口清梳联产品。当时的进口清梳联主要是瑞士立达、德国特吕茨施勒尔、日本丰田的产品。其中梳棉机以DK2、DK715，C1/3，C4,C50/C51较多见。瑞士C4、C50/51采用给棉板在给棉罗拉上面的结构形式，即顺向喂棉结构，生产不同纺纱品种时，C51刺辊区也可以采用不同的配置，见图3、图4；而德国系列仍采用传统方式，DK715与国产FA201的区别在于具体加压结构不同（见图5），DK760刺辊区结构发生了很大变化（见图6），增加了可以在机外进行落棉调整的机构。
图3 C51刺辊区的双预分梳板配置
图4 C51刺辊区的单预分梳板配置
图5 DK715梳棉机的后部结构
图6 DK760梳棉机的后部结构
此时梳棉机给棉罗拉直径已经加大到100mm，罗拉直径的增大，较好解决了辊体变形的问题。刺辊直径以250mm为主。
这一阶段随着清梳联技术的发展，梳棉机后部结构最大的变化在于为适应自调匀整检测棉层厚度的需要，给棉部分除完成正常的握持功能外，还要满足检测棉层厚度和控制喂棉量均匀性的目的，各种给棉检测机构应运而生。青岛纺机设计了FA231、FA203弹簧直接加压的给棉加压方式，使给棉罗拉根据棉层厚度的变化而沿罗拉座上的轨道上下移动，见图7。
图7 弹簧直接加压的给棉加压方式
1.4 九十年代初郑纺机清梳联产品的后部结构和工艺特点
郑纺机九十年代初开始与特吕茨勒合作开发清梳联用梳棉机，其第一代产品FA221系列即为DK760国产化产品。由于当时铝合金型材的发展不能尽如人意，因此，一些铝合金结构零件只能用钢板焊接结构代替。FA221B后部结构中采用给棉板加压方式，即给棉罗拉固定，给棉板随棉层厚度的变化而绕后部支点转动，给棉检测部分在给棉罗拉握持点前部，见图8。
图8 FA221B的后部结构
随着人们生活水平的提高，人们逐渐认识到刺辊区落棉、盖板花的清理以及车上飞花给工人劳动强度和生产环境带来的负面影响。刺辊区的落棉清除和落棉调整也成为梳棉机生产企业和纺织企业共同关注的问题。因此，连续吸落棉系统以及简单的机外调整刺辊区落棉方法开始得到应用。如图6中给棉板下部的调节板就可以用来调整刺辊区的第一落杂区长度等。
1.4 意大利马佐里的C501梳棉机的后部结构和工艺特点
意大利马佐里C501梳棉机的刺辊直径是至今为止最大的，达到了350mm。由于刺辊直径的加大，使得刺辊周围吸口和分梳板的排列很从容。同时，刺辊区三个吸口的排列更充分发挥了刺辊区的除杂功能（见图9）。遗憾的是，国内进口C501梳棉机的企业较少，无法进行详细的调研和对比试验。
图9 C501梳棉机的后部结构
逆向喂棉形式最常发生的问题就是给棉罗拉的缠绕。即使采用滚花罗拉形式，缠绕的情况相对少些，但刺辊区短绒飞花却很常见。飞花的增加与刺辊区的气流有关，罗拉缠绕也与刺辊区的气流有关。国内较早对刺辊罩盖内气流运动进行系统研究的是梅自强先生[1]，他系统地测定了刺辊罩壳内的压力分布，分析了罩盖压力对落棉和除尘的影响[2]。沈天飞[3]分析了在刺辊罩壳上加吸尘罩对刺辊下落棉的影响，认为加吸尘罩盖具有排除短绒；降低车间含尘量；降低刺辊三角区及小漏底出口处的气压三个方面的作用。我们经过试验发现：造成刺辊区飞花的主要原因在于：
（1）高速刺辊打击棉层时，刺辊针布对纤维的冲击使棉层中的短绒飞出。
（2）刺辊上的纤维不能100%转移给锡林，有少量返花随着刺辊的高速旋转而飞出罩板区。
（3）锡林后下罩板隔距大小影响刺辊区飞花。隔距小，刺辊转移过来的气流和锡林回转产生的气流在此交汇时阻力较大，不利于刺辊气流的释放。
解决飞花的办法是在刺辊区增加吸口。吸口的位置和风量大小很关键，如果吸口位置不恰当或风量不合适，就会造成罗拉缠绕或吸口堵塞。该吸口风量250m3/h左右较为合适。图10，图11是两种不同形式的刺辊上罩吸口形式。由于此处的吸口是以排除短绒为主的，增加此吸口后，生条短绒也会随之降低。
图10 刺辊上罩吸口形式之一 图11 图10 刺辊上罩吸口形式之二
生条短绒问题直接涉及到成纱毛羽、强力和强力不匀率等质量指标，一直是纺织企业较为关注的重点指标。为减少梳棉机短绒的产生，八十年代立达公司率先进行顺向给棉方式的研究（见图3，图4），目前顺向给棉结构已得到了广泛的应用。但由于人们认识能力的局限，作为突破传统的一种结构，顺向给棉在走向成熟的过程中，也遇到过这样那样的问题。
在实际生产中，立达公司C51型梳棉机曾遇到后车肚落棉少、除杂效率低等问题，导致生条棉结杂质较高，影响成纱质量。
1.5 C51梳棉机
曾有客户针对C51梳棉机后部刺辊区除杂不好的问题，将除尘刀反装，其原理在于增加了两个落杂区的长度，如图12所示。据相关资料介绍，更改后棉结总数由61粒/克减少到 44粒/克，重量短绒率(≤16 mm)由17.48%减少到15.57%[4]。
图12 C51梳棉机后除尘刀反装
无独有偶，笔者曾遇到过一个棘手的问题，当时我们的新产品（顺向喂棉形式）在用户厂调试时，除短绒外其余指标均满足客户要求，而客户对生条短绒的要求又比较高，满足不了正常生产的需要。针对整个流程设备进行工艺优化，生条短绒仍然时好时坏，波动较大。为彻底分析生条短绒是产生问题还是排除问题，我们应用单独设计的落棉测试装置将梳棉机每一部分落棉单独收集、称重、计算落棉率，发现刺辊第一落杂区的落棉含杂率很高，基本达到了70%，而落棉率却较低，只有0.8%。而纺同样原料的进口机型刺辊区落棉率达到2.56%。为此，调整刺辊区尤其第一落杂区的落棉量，使落棉率由0.8%调整到1.8%，短绒指标达到了客户要求。
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2 二十一世纪国内外梳棉机后部结构变化和工艺适应性
2000年以来，处于清梳联技术领导地位的瑞士立达和特吕茨勒梳棉机又有了很大的改进。他们先后分别推出革命性产品：DK803/DK903系列（见图13[5]），TC03/TC5/6等系列产品；C60/C601及C70产品。DK803/DK903系列给棉部分的变化相当大：一是取消了棉箱与梳棉机连接的出棉罗拉，使棉箱与梳棉机直接相连，减少意外牵伸，同时，由于梳子板放置方向的不同，输出棉层的结构发生了变化；二是给棉检测板采用十块结构，检测的棉层厚度为十块检测板检测棉层的平均值，检测到的棉层厚度值更准确；三是给棉板放在了给棉罗拉的上面。即开始应用顺向喂入的理念。TC03之后的产品基本沿用DK903给棉部分结构。多块检测板从理论上说是领先技术，实际应用下来，优势并不十分明显。主要原因在于现代开清技术和控制技术的发展，输出的筵棉本身均匀性很好，因此TC5之后，特吕茨勒公司简化了给棉部分结构，将十块检测板简化为一块安装于给棉板上，并与给棉板合成一体。
图13 DK803/DK903系列梳棉机后部结构
DK803率先将三刺辊结构用于梳棉机（见图14[6]）。三只刺辊直径均为172.5mm。分别由梳针、粗锯齿、细锯齿形式组成，速度以一定的比例递增，这样既利用密度差、速度差进行自由开松和转移，又利用预分梳板进行分梳；每个刺辊周围根据纤维运动的方向分别设置了预分梳板、除尘刀和吸口。预分梳板的齿向与刺辊齿向相对，当棉束通过预分梳板和刺辊隔距点时，棉束被撕扯开。由于预分梳板和刺辊之间隔距较小，当通过其间的纤维多时，纤维被预分梳板阻挡，使纤维在此均匀并混合，经过三刺辊后，纤维层的均匀得到极大改善。
图14 DK803三刺辊梳棉机后部结构
TC03也采用三刺辊结构（图15 [7]），但已改变原来三个刺辊在同一水平面排列的方式，而是将第一刺辊降低位置。除了增加落棉识别功能外，其最大改变在于落杂区长度可以机外调整并能自动调节。同时，由于刺辊位置的降低，锡林区分梳面积可以增加。随着技术的发展，用工问题日益突出，梳棉机在向着无人化，自动化方向发展。TC03无疑是这一方面的倡导者。
图15 TC03三刺辊梳棉机后部结构
C60给棉部分（见图16[8]）加压方式由一般弹簧加压改为扭杆弹簧加压之外，目的是根据罗拉的摆动情况，使扭簧的施力方向与加压方向相同。给棉板结构在C51基础上，作了较大的结构改进。给棉板置于罗拉上部，同时握持点到刺辊打击点的长度（分梳长度）可以根据原料情况予以调整。
图16 C60单刺辊梳棉机后部结构
C60产品刺辊区的结构为模块化设计，可以单刺辊、三刺辊互换。单刺辊采用梳针形式，直径253mm，密度为24齿/英寸2 ，主要用于生产精梳环锭纱。当生产普梳环锭纱和转杯纺纱时，C60采用三刺辊时，三刺辊均为锯齿针布。第一、二刺辊的直径均为180mm，采用如此小的直径既有利于纤维的转移，也有利于杂质的去除，第三刺辊直径为253mm，与单刺辊相同（见图17[9]）。刺辊上的纤维向锡林转移两者没有大的区别，可以方便地直接在单刺辊与三刺辊之间进行转换时，而不需要改变其他零件。C60梳棉机的模块化设计的理念和意识较为超前。比如纺织企业可以在买了单刺辊产品后，若随着纺纱品种或原料的变化想改用三刺辊，可以再购买三刺辊部分。由于三刺辊中的第三刺辊与单刺辊直径相同，更换起来相对容易。
图17 C60三刺辊梳棉机后部结构
C60刺辊区落杂区长度也与TC03一样可以机外调节。这一技术的最主要优点在于可以根据原料含杂的不同，不必抬刺辊就可以直接旋转吸口位置，减轻了维修工的劳动强度，提高了工作效率。同时在吸口旋转过程中，除尘刀与机框水平面的夹角也发生变化，达到了根据落棉要求实现自动调节除杂效率的目的。
该机构的缺点在于除尘刀与除尘刀座相互位置的唯一性，使除尘刀角度不能随意调整，消弱了除尘刀对除杂效率的调节作用。在图2所示的梳棉机上，除尘刀角度为95°和除尘刀角度为102°时的落棉差异很大，对带纤维籽屑的清除效果上，除尘刀采用大角度的效果更为明显。两种角度相比，在同样的流程中，同等刺辊速度、同样配棉的条件下，刺辊落杂量相差1.5%。而C60梳棉机的除尘刀与刀座之间的相对位置无法改变，除尘刀与刺辊之间的隔距调节量也很有限，落杂效果的控制基本上只能依靠落杂区长度的变化来实现。这就使得落杂区长度必须有足够的调节量才能满足刺辊区除杂变化的要求。
同时期国内青纺机FA203系列梳棉机仍以传统形式出现。青纺机作为国内生产梳棉机历史最为悠久的企业，前期一直坚持自主创新之路。经济大潮的冲击使得这个老国企在走过一段弯路之后，转身投入国内外潮流技术的研究之中。近两年来，JWF1211/1213梳棉机已经成熟，采用顺向给棉结构，刺辊区的结构也是第一除尘刀可绕刺辊中心旋转的形式。
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郑纺机开始推出的FA221D产品也采用顺向喂棉结构形式，由于顺向喂给结构相对简单，纺织企业调整较为方便，很快成为该公司的主导产品（见图18）。同时郑纺机借鉴DK803、DK903结构而设计的FA225也开始推向市场。喂棉部分采用顺向方式，通过不同的零件结构来实现检测与给棉握持。之后的JWF1204系列产品也是在FA221D的基础上，在锡林区的设计上进行了较大的改变。JWF1206其喂入结构采用顺向结构，分单刺辊和三刺辊两种形式，其中三刺辊结构中第三刺辊直径为250mm，与单刺辊直径相同。
图18 FA221D梳棉机后部结构
卓郎（常州）作为起步晚、进步快的外资企业，近年来以迅猛发展之势迅速成为清梳联的前三甲设备供应商。2010年推出顺向给棉的JSC228梳棉机，2014年推出的加大幅宽的JSC326梳棉机，采用顺向喂棉、单刺辊与三刺辊可选配形式，刺辊落杂区长度可以机外调节，该机在2014年纺机展中曾被中国纱线网评选为最具创新特色的五十项新看点之一。
近几年机采棉的应用越来越多，机采棉的含杂率和疵点均较人工采棉要高得多，三刺辊结构在除杂效率方面的功效优于单刺辊，短绒方面稍差于单刺辊。我们做过对比试验，单刺辊的除杂效率比三刺辊低10%（AFIS杂质数量测试），生条短绒率少1%（15.5mm短绒）。未来在一定范围的高产条件下，三刺辊的应用或许会上一个台阶。
3 结束语
梳棉机给棉刺辊部分的结构和工艺一直是各主机厂研究的重点。从传统方式的逆向给棉到目前几乎所有主机均采用的顺向给棉结构，经历了几十年的时间，研究的思路主要在于减少纤维损伤；适应不同纤维长度；调整维护方便等三个方面；刺辊部分主要是从单刺辊到三刺辊的演变和发展，其重点在于落棉的机外调整，节约用棉，减少工艺调整工作量，单刺辊与三刺辊的适纺性等方面。结构功能的趋同性是目前主流梳棉机的特点。梳棉机的创新离不开基础理论的突破、纺织企业的支持。纺纱原料的不断推陈出新、工人工作条件改善的需求等推动着设备和工艺的进步。随着技术的不断深入研究，希望梳棉机给棉刺辊区的结构功能会有突破性的发展。
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