梳棉机附加分梳装置的结构形式与特点

2014-12-18曾一平冯喜奎

纺织器材 2014年5期

关键词：刺辊分梳梳棉机

曾一平，冯喜奎

(浙江锦峰纺织机械有限公司，浙江温州 325041)

附加分梳装置在新型高产梳棉机及老式梳棉机改造中得到越来越广泛的应用，了解各附加梳理区分梳装置的特点、针布齿条形式及其特性、齿条盖板的结构特点等，对选配附加分梳装置，提高棉网及成纱质量十分重要。

1 盖板针布的起源及发展

1.1 盖板针布的起源

早期梳理机的主要梳理元件之一是针板。早在1804年，弹性针布首先由德国彼得针布厂制造成功，弹性盖板针布也首先在早期梳棉机上应用。初期的弹性盖板是固定的，由于在运行中针布充塞纤维、嵌杂和梳针变形严重，需频繁拆卸及维护，为解决此难题，出现了回转弹性盖板。

锯齿条针布即金属针布，于1849年由英国卡尔费特首创，1895年由英国泼拉脱公司实现工业化生产，1924年实际应用于包覆在锡林和道夫上［1］，此后弹性盖板和齿条盖板在梳棉机上的尝试应用从未停止。

1.2 盖板针布的发展

在老型梳棉机上只有约1/3锡林圆弧面与回转盖板形成梳理区，其余2/3由罩板和漏底覆盖;因此，充分挖掘此区域以扩大梳棉机梳理能力，一直是梳理研究者探索的重点。20世纪80年代初，笔者曾参与梳理器材新产品开发的市场调研，接触到不少固定齿条盖板针布的应用样例。由于弹性盖板针布的充塞在国际上也是个难题，其应用(包括在全固定齿条盖板梳棉机上的应用)受到制约［2］，梳理技术工作者将着眼点逐步转移到齿条盖板。江阴五一棉纺厂对A187型梳棉机加装预分梳辊和固定齿条盖板做长期试验，三门峡会兴、上海五棉、十二棉等也作了对比试用，上海棉纺公司科研所、上海针布厂、上海纺机针布厂、棉纺三机配等单位参与了早期固定齿条盖板的研制开发［3］。

自20世纪90年代起，国外引进及国产新型高产梳棉机不断涌现，新型高产梳棉机为了实现高产及提高成纱质量，普遍采用扩大梳理区的措施:在刺辊下加装齿条盖板，在回转盖板两侧再加装固定齿条盖板，以提高分梳和除杂能力，确保足够的梳理度，同时提高梳棉机的一次分梳能力，改善棉网及成纱质量［4］。进口梳棉机、国产新型梳棉机附加分梳装置的配套、老型梳棉机的附加分梳改造形成了巨大的市场需求。为此，青岛纺机［5］、常州纺器相继引进国外齿条盖板制造技术［6］，浙江锦峰［7］、南通金轮［8］、常州钢筘、上海远东［9］适时研发，ECC 在中国设厂(常州)，Bekaert并购ECC，光山白鲨公司等及时跟进研发，在经过20多年的不懈努力后，特别是近10年对国外先进梳理主机的研究和借鉴，国产附加分梳装置在品种、规格、性能质量等方面有了显著提高，再加上其成本和价格优势，逐步形成与德国特吕茨勒(TRüTZSCHLER)、瑞士格拉夫(GRAF)名牌分庭抗礼的局面。

2 附加分梳装置的特点及要求

2.1 附加分梳装置的总体要求

a ) 适合特定梳理区的特殊设计:不同梳理区的工作任务、纤维层状态差异较大，分梳装置需要作针对性设计。

b) 高自洁、免维护:工作中齿尖处于内弧面，在离心力作用下纤维易沉积齿根造成充塞，其状态难以观测且维护不便，故不充塞、不绕挂纤维是其首要的品质要求。自洁能力除了齿型参数之外，在表面要采取特殊措施，如冲齿无毛刺，实施刷磨、抛光等，因为光洁顺滑的齿部可减少纤维勾挂和损伤。

c) 高耐磨、长寿命:由于刺辊上/下齿条盖板针布齿密远小于刺辊，锡林—盖板梳理区工作盖板(回转和固定)的总齿数远少于锡林，故梳理中齿条盖板针布的磨耗要快得多，寿命周期匹配要求齿条盖板针布具有高耐磨、长寿命特性。采用高碳细晶钢、合金钢材质、特殊热处理工艺和高耐磨齿型设计等措施，可确保产品具有较高的纤维梳理量［10］。

d) 良好的梳理特性:适宜齿密前提下，齿部具有良好的穿刺、握持、容纳、均混、释放纤维的能力。

e) 小工作角释放性能好:齿前面工作方式，决定了齿条的前角特征。

f) 便于固装，易于更换，调节方便。

g) 盖板骨架刚性好，齿尖平面度好，精度高。h) 制造工艺成熟，方法可靠，质量稳定。

2.2 刺辊齿条盖板的特点及要求

刺辊齿条盖板的任务是开松和分解粗大棉束、剥离籽壳，细化杂质，工作中齿部受力强度高且不均衡，杂质、粉尘对齿部的磨耗极大，应具有以下特征:

a) 小齿密:齿密接近，但不大于刺辊针布;

b) 大容量:横向间距大，形成宽松的纤维通道，纵向具有较大齿隙，使针布具有足够纤维容量(小齿密与大容量力图产生对粗大纤维团束的握而不塞，释放自如的效果);

c) 高耐磨:除材质和淬火保障之外，可施加表面(层)强化措施，齿部形态符合高耐磨设计;

d) 高强度:齿条固装具有高强度，以应对强大且不均匀的梳理力。

2.3 后固定齿条盖板的特点

后固定齿条盖板是预分梳的推进，为主分梳创造条件，进一步开松和分解纤维束，分离杂质和短绒，均混纤维。工作中齿部受力强度仍较大且不均衡，应具有以下特征:

a) 齿密递增:从上游的刺辊预分梳齿条盖板到下游的回转盖板，齿密有巨大的跳跃(从预分梳板的60齿/(25.4 mm)2～90 齿/(25.4 mm)2至回转盖板400 针/(25.4 mm)2～550 针/(25.4 mm)2，单一齿密规格不利于纤维的渐进梳理，以几种齿密递增的梳理效果更好;

b) 上下衔接:刺辊预分梳齿条盖板针布齿条几何尺寸具有较大的规格，回转盖板针布的针高也较大，处于两者之间的后固定齿条盖板，其总高要充分考虑上、下游的衔接，齿深不应过小，否则会引起纤维流的拥堵而影响梳理效果;

c) 不充塞、不绕挂:该梳理区存在较大束状纤维，且分布不匀，瞬间拥堵时有发生，极易充塞绕挂。

以上特点决定了后固定齿条盖板是一组(三种或两种规格)齿部几何尺寸较大、齿密递增、分级衔接的组合。

2.4 前固定齿条盖板的特点

前固定齿条盖板梳理区是主梳理的补充，重点弥补回转盖板因出、入端兼顾所造成的出口端针密不足的缺憾，在齿密递增条件下完成精细分梳、整理分梳、顺直纤维，进一步清除残余杂质、微尘及短绒，达到改善棉网及成纱品质的目的。

a) 具有衔接性:齿密及梳理度与上游的回转盖板相衔接(略高于回转盖板);

b) 具有延伸性:向高齿密精细分梳、整理分梳方向延伸，进一步提升纤维的伸直度。

以上特点决定了前固定齿条盖板是一组(两种或一种规格)齿形较小、齿密大于回转盖板且递进加密的组合。

3 附加分梳齿条盖板针布齿条特性

3.1 针布类别

梳理针布诞生200多年以来尽管不断地发展和演变，根据其结构形式仍然可以归并为两大类，即齿条类和梳针类。

3.2 齿条类针布的特性

齿条类针布特性:① 强度高，刚性好;② 不易充塞;③ 齿密适应范围广;④ 适纺性能好;⑤ 精度高;⑥ 握持纤维能力强;⑦ 调控纤维能力强;⑧ 易损伤纤维。

3.3 梳针类针布的特性

梳针类针布特性:① 梳针排列可调性好;② 穿刺能力强;③ 纤维损伤小;④ 梳理作用好;⑤ 纤维容量大，均混效果好;⑥ 分离短绒及杂质效果好;⑦易充塞，嵌杂;⑧ 强度低，易倒针;⑨ 大针密受限;⑩ 握持能力弱。

3.4 齿条盖板针布的特点与展望

根据齿条盖板针布的结构型式，分为齿条式和齿片式两类;而齿片式又可细分为基部齿片式和隔距齿片式两种，如图1所示。

图1 齿条盖板针布齿条片

3.4.1 基部齿片式盖板针布

基部齿片式盖板的齿片设计有双台型基部，在基部中区设置串排用板销孔;图1a)的上图属于压条式固装，下图属于边夹式固装，其具有以下特点:

a) 抗轧能力强:齿部呈楔形，自齿顶至齿底逐渐加宽，不易弯倒;

b) 自洁能力好:纵、横向齿间不易嵌夹纤维束团及杂质，即使有瞬间充塞发生，也不易夹死，在纤维流滑擦和拖带作用下可自动解脱;

c) 以边夹式或压条式固装;

d) 制造工艺为:成品钢丝→多道轧制→冲淬卷→截切→串排→固装;

需要注意的是，轧制时双台的形态规整有难度，台侧平面不足或宽度不一致也会影响排列精度，坯条弯度控制有一定难度;齿片成形与淬火可由现有冲淬卷生产线完成，但板销孔与总高非一次加工，串排固装后易产生齿片的高低不一致而影响齿尖平面度;符合棉纺厂的现有条件和生产习惯。

3.4.2 隔距齿片式盖板针布

隔距齿片式盖板针布将齿片的基部分离为隔距片，具有以下特点:

a) 齿片整体淬火，全齿硬化，强度高;

b) 齿尖锋利，双平面齿侧，穿刺能力好;

c) 抛光处理的表面粗糙度好，单片裁切成形后，采用了抛光处理，使齿棱及片棱微圆角，齿片平面光滑;

d) 可用隔距片齿密调整齿密，增减隔距片厚度及片数后，使同一齿片获得不同齿密;

e) 抛光处理后不易绕挂;

f) 齿尖平面长为34 mm，与同齿密相比的工作齿数多。

隔距齿片式盖板针布在保持其特有风格的前提下，需要在齿片形态、固装结构、抗轧强度、机械化装排等方面寻求创新与突破。

3.4.3 齿条式盖板针布

齿条式盖板针布具有以下特点:

a) 固装精度高——齿尖平面度好:齿条总高尺寸规格小，嵌镶固排时更直立，更稳定，其固装基准为齿条片的底面，两端嵌镶部位经过优化设计(考虑到强度、挤压变形、定位、露齿程度、易裁切、排列等)，再经特别设计的工装挤压变形，实现各齿条以底面定位的一致性，其固装精度高，齿条针布与骨架合体后的齿尖平面度不大于0.03 mm，见图2。

图2 齿条式嵌镶及精度

b) 不易嵌杂充塞:齿条金属针布固有特性。

c) 齿条工艺先进:齿条可由新型金属针布齿条生产线完成，加工工艺先进，精度高。

d) 抗轧强度高:齿部呈楔形，自齿尖至齿底逐渐加宽，不易弯倒。

e) 以座板嵌镶固装。

f) 制造效率高:所用齿条及其裁排在生产线上自动化连续完成，生产效率高、成本低，可实现规模化制造。

由于具备上述优势，齿条式已逐步成为固定盖板的发展趋势;固定盖板上的针布齿条在不同梳理区所面临的纤维状态、分梳特点、梳理要求不同而需要不同的齿型规格参数，纤维特性、成纱品质、梳棉机机型、工艺配置等也要求与固定盖板针布相适应;因此，齿条盖板针布齿条的优化设计，对附加分梳功能至关重要。

3.5 梳针类盖板针布的特点与展望

梳针类盖板针布可分为底布植针式，如图3a)和底板植针式，如图3b)。

3.5.1 底布植针式盖板针布

如文首所述，底布植针式盖板针布在梳棉机上应用最早，起因是将回转盖板的植针式盖板针布借用到固定盖板上十分方便，但由于此种在底布上植针的弹性盖板的充塞十分严重，很快遭到淘汰。笔者认为，如果能在化解充塞、植针基体材料、磨针等方面有所创新和突破，此种盖板应有一定的市场前景，毕竟其成熟的底布植针工艺及设备具有较高的生产效率。

图3 梳针类盖板针布

3.5.2 底板植针式盖板针布

近十几年来底板植针盖板的研究和使用有一定进展，克服了底布植针式固有的弱点，在刺辊、刺辊齿条盖板、固定盖板等分梳元件上的试验效果明显优于齿条盖板，其特点如下［11-13］:

a) 钢针表面光滑对纤维损伤少;

b) 钢针穿刺能力强，有利于梳理功能的发挥，针体光滑不挂纤维、不易扭结纤维而生成棉结，分梳效果优于同齿密的金属针布;

c) 梳针的针尖角约为10°，穿刺能力强不充塞;

d) 钢针强度高，符合力学悬臂梁结构。

底板植针的钢针钢号高，全针淬火的钢针硬度高，耐磨性能好，寿命长。

底板植针式梳理元件作为新一代分梳元件有广阔前景，但其在梳棉机上的应用和完善尚需以下创新和突破。

3.5.2.1 梳针截面与强度

梳棉机附加分梳装置不同于清花开松工序用针板，前者针密远大于后者，高针密条件下梳针占用空间与针隙空间(纤维容纳空间)的矛盾凸显，圆形截面梳针的强度不足，此即为底布植针式盖板针布针密受限制和采用异形截面钢丝的原因。唯有采用扁平形截面的梳针才可实现较高针密且保障梳针强度，针密在200针/(25.4 mm)2以上时应考虑改用扁平形梳针截面。

3.5.2.2 梳针底板选材及结构设计

由于梳针底板不仅需对梳针具有足够的握持强度，还需满足梳针排列变化，所以底板应为实体。采用铝合金成本过高且限制植针工艺方法，试选新型材料(如复合材料、非金属板材等)十分重要，其材质选用及结构设计应兼顾成本、植针、握持强度、便于加工、易与盖板骨架装配等。

3.5.2.3 生产效率

高针密针板制作的工作量大，效率低，不但制约其成本，也影响其可行性;虽然，制针有成熟技术做支撑，但单针的植针技术还是难点，有待化解。

3.5.2.4 针密适用全覆盖

中、高针密存在梳针与针隙占用空间的矛盾，当针密在650针/(25.4 mm)2以上时更是难题;扁平形截面梳针高效率制作，方能保障梳针在高针密盖板上的应用，也唯有针密适用的全覆盖，方能保障梳针式盖板在附加分梳系统上的推广和认可。

3.5.2.5 针尖平面度

目前，梳棉机普遍采用紧隔距工艺，对盖板针/齿平面度的要求更加严格;底布植针式回转盖板针布的针尖平面度靠磨针保障，齿条盖板针布的齿尖平面度靠成熟的高精度联合生产线保障，而具有约为10°针尖角的单针式盖板同样需要具备保障针尖平面度的技术措施。

4 固定盖板结构与附加分梳装置

4.1 齿条盖板结构与装置

齿片或齿条组装成针布有两种方式:一是嵌镶于铝合金座板形成针布，二是以板销或轴销串排形成针布，前者针布则以座板吊装式或无座板吊装式、后者以压条式的方式与盖板骨架结合。盖板一般以单根、两根或三根等组合方式应用，安装于刺辊下称为刺辊下齿条盖板，安装于锡林的刺辊一侧时为后固定齿条盖板，安装于锡林的道夫一侧时为前固定齿条盖板，图4～图9是常见盖板结构形式。相对于梳棉机的锡林—回转盖板主分梳区而言，它们都属于梳棉机附加分梳装置。