棉纺精梳机锡林风道气流规律分析

朱文硕 任家智 冯清国 陈宇恒 张立彬

(1.中原工学院,河南郑州,450007；2.江苏凯宫机械股份有限公司,江苏苏州,215300)

棉纺精梳机锡林风道气流的流动规律对分离接合过程、分离罗拉输出棉网质量及精梳落棉率均会产生影响[1-3]。在精梳生产中，当机器的速度较高时，纺长绒棉时会出现分离罗拉输出的棉网起泡、乱网等现象；当精梳机的吸落棉管道负压过高时，精梳落棉率有增大的趋势。有多位学者在研究精梳棉网质量时，指出精梳锡林风道内的气流如锡林及毛刷附面层气流、三角气流板处的气流等会对棉网质量产生影响，造成毛边、破边以及破网等现象[4-6]；也有学者指出在进行精梳分离接合时，精梳机锡林风道内紊乱的气流不能够满足前后棉网顺利搭接的需要[7]。上述研究都没有对精梳机锡林风道的气流流动规律进行深入的研究和分析。为了弄清精梳机锡林风道内的气流流动规律，本文以E62型精梳机(90°锡林)锡林风道结构为例，对精梳机一个工作周期内锡林工作不同阶段气流的补风位置及气流流向进行了系统分析，以找出锡林风道的气流对分离罗拉输出棉网质量及精梳落棉率的影响规律，并探讨相关精梳工艺参数对锡林风道气流规律的影响，为提高精梳机分离罗拉输出的棉网质量、降低精梳落棉率及锡林风道结构的创新设计提供理论依据。

1 精梳机锡林风道结构及作用

棉纺精梳机锡林清洁系统结构如图1所示。锡林风道由前壁5、后壁12、侧壁(图1中未画出)三角气流板7、调节板10、吸落棉管道11等组成；其中前壁5由折弯的钢板制成，上端紧靠后分离罗拉3，中部折弯以绕过毛刷8，下部与吸落棉管道11相连，与后壁12形成落棉通道。在吸落棉管道11上部的前壁5上，装有调节板10，在调节板10的上侧与前壁5形成补风口9。毛刷8的上侧设有三角气流板7，并固定在前壁5上。三角气流板7的作用是防止高速回转的毛刷所产生的气流对锡林与前壁区域气流的干扰。三角气流板7与毛刷8间距可在一定范围内调整。调整调节板10的位置，可改变插入落棉通道的间距，从而使锡林风道的风压、风量产生变化，以此调整精梳机不同眼吸风量的大小。

图1 锡林风道结构

1-下钳板；2-上钳板；3-后分离罗拉；4-前分离罗拉；5-前壁；6-锡林；7-三角气流板；8-毛刷；9-补风口；10-调节板；11-吸落棉管道；12-后壁

在精梳机工作时，锡林6对钳板1、2握持的纤维丛的头端实施梳理，棉结、杂质及短纤维镶嵌在锡林齿片中，由高速回转毛刷8上的棕丝深入锡林齿片进行清扫，形成的落棉随气流一起被吸入吸落棉管道11，进入除尘设备。在棉纺精梳机上，与锡林风道相关的工作机件有下钳板1及上钳板2、前分离罗拉4及后分离罗拉3。

2 锡林风道气流流动规律分析

如图1所示，由于风机通过吸落棉管道11产生的吸风作用，使气流从锡林前后两侧及补风口9处补风，即为后壁12与锡林6之间、后分离罗拉3与锡林6之间及调节板10处的进风口。设吸落棉管道11的吸风量为Q，后壁12与锡林6之间、后分离罗拉3与锡林6之间及调节板10处的进风口的进风量分别为Q1、Q2、Q3，根据风量的平衡原理[8]可得出锡林风道中的风量关系见式(1)。

Q=Q1+Q2+Q3

(1)

由于棉纺精梳机锡林6由锡林体及针板座构成一个类似扇形体，在精梳机一个工作周期内随着锡林位置发生变化，导致锡林针面与后分离罗拉3、后壁12及毛刷8之间形成的间距大小随之变化，从而使锡林风道内进风通道大小及进风量也随之改变。在一个工作周期内(即锡林一转时间内)锡林风道气流流动可分为4个阶段，即锡林梳理阶段、毛刷清扫前阶段、毛刷清扫阶段及梳理前阶段。

2.1 锡林梳理阶段

锡林梳理阶段开始于锡林第1排针刺入棉层，结束于锡林末排针脱离棉丛，即始于34分度、结束于5分度。梳理开始的锡林位置如图2所示。在梳理开始时(即34分度时)锡林末排针与后壁间的距离较小，因锡林气流附面层的流动方向与此处气流进入方向相反，因此气流无法进入，进风量Q1为0，则锡林风道的风量关系见式(2)。

Q=Q2+Q3

(2)

当锡林梳理持续到36分度时，锡林末排针与后壁完全脱离，在锡林与后壁之间有气流量Q1进入，此时锡林风道的风量关系同式(1)。

当分度盘的指针为1分度时，锡林第一排针与后分离罗拉相遇，如图1所示。此时锡林与后分离罗拉隔距为2 mm，锡林气流附面层被后分离罗拉切割，只有少部分气流随锡林进入风道，此时锡林风道的风量关系仍为式(1)，但Q2较小。

梳理结束时(约为5分度)，锡林与后分离罗拉隔距仍为2 mm，此时的Q2仍较小，锡林风道的风量关系仍为式(1)。

图2 梳理开始的锡林位置

2.2 毛刷清扫前阶段

毛刷清扫前阶段自5分度(锡林梳理结束)开始至锡林第一排针与毛刷相遇(约为13分度)时结束。毛刷清扫前锡林位置如图3所示。在11分度时锡林末排针即将通过后分离罗拉，而前排针逐渐靠近三角气流板。在5分度～11分度内，在后分离罗拉与锡林之间仍有气流进入(Q2仍较小)，并通过锡林、三角气流板及毛刷之间进入吸落棉管道，此时锡林风道的风量关系仍为式(1)。

图3 毛刷清扫前锡林位置

2.3 毛刷清扫阶段

在13分度时，毛刷与锡林第一排针接触，即开始清扫锡林，如图4所示。由于毛刷棕丝深入锡林针齿2 mm，将锡林与毛刷之间的排气通道封闭，即Q2为0。随着锡林附面层气流的不断进入，在锡林、前壁及三角气流板之间形成高压区。高压区气流会沿前壁及后分离罗拉下表面反流，或形成涡流。约在24分度时，毛刷与锡林的最后一排针脱离，毛刷清扫锡林结束，如图5所示。因此在13分度～24分度时，锡林与毛刷将排气通道封闭，Q2一直为0。此时锡林风道中的风量关系见式(3)。

Q=Q1+Q3

(3)

图4 清扫开始时锡林位置

图5 清扫结束时锡林位置

2.4 锡林梳理前阶段

在24分度时，毛刷清扫锡林结束即为锡林梳理前阶段开始；约在34分度时锡林梳理阶段开始，即为锡林梳理前阶段结束，如图6所示。

图6 梳理前锡林位置

在锡林准备阶段开始时，由于毛刷距离锡林隔距较小，或毛刷尚未完全脱离锡林，两者之间未形成气流通道，Q2为0。此时锡林的第1排针与后壁的距离很小，约为2 mm～3 mm，又因气流的进入方向与锡林的气流附面层方向相反，因此Q1为0。此时的吸落棉管道的吸风量等于调节板处的补风量，见式(4)。

Q=Q3

(4)

在26分度之后，锡林与毛刷完全脱离，即两者之间形成正常的气流通道；同时由于锡林与后壁的间距很小，使此处的进风口完全封闭。此时锡林风道的风量关系同式(2)。

3 锡林风道气流对棉网质量的影响

由上述分析可知，在13分度时毛刷开始与锡林的第一排针接触，此时毛刷清扫锡林开始，锡林与毛刷间的气流通道封闭，在锡林表面与前壁、三角气流板之间形成高压区。精梳机的速度越大，锡林表面的气流附面层越厚[9]，高压区的气流压力越大。由于锡林体与后分离罗拉之间的间隙较大，高压区的气流将沿前壁及分离罗拉表面溢出。

在毛刷清扫锡林开始时，钳板向后分离罗拉运动，同时上钳板逐渐开启，被锡林梳理过棉丛的头端逐步抬起，准备与分离罗拉倒入机内的棉网接合。正常的接合规律是钳板送来的棉丛搭在后分离罗拉表面的纤维上，即钳板送来的棉丛在上，后分离罗拉表面纤维层在下。受高压区溢出气流的影响，贴近后分离罗拉表面的纤维网尾端上浮；当纤维网的尾端高于钳板钳口中棉丛头端时就不能实现良好的搭接，使分离罗拉输出的棉网中出现气泡、乱网、破网等现象。如果此时三角气流板与毛刷的隔距较大，高速回转的毛刷所产生的气流进入高压区，使气流压力进一步增大，使棉网的接合质量进一步恶化。

气流影响分离罗拉输出棉网的质量有以下几方面的原因。第一，精梳机速度越大，高压区的气流压力越大，从后分离罗拉表面溢出的气流量越大，后分离罗拉表面的纤维网尾端上浮的幅度越大，棉丛接合质量越差。第二，所加工的纤维长度越长，后分离罗拉表面棉网的长度越长，受高压区溢出气流的干扰越大，棉网的接合质量越差。第三，棉卷定量越大，后分离罗拉表面纤维层厚度越大，高压区溢出气流通过纤维网的流量越小，对棉丛接合干扰越大。

4 锡林风道气流对精梳落棉的影响

当锡林运动至26分度时，毛刷清扫锡林结束时，在锡林与毛刷之间形成气流通道，同时锡林与后壁的隔距很小，此处补入气流量Q1接近为0。锡林与毛刷之间通过的气流量Q2等于锡林与下钳板间的通道补风量及钳板与分离罗拉棉网通过的风量之和。随着钳板的后摆及锡林的回转，当锡林针面逐渐接近下钳板时，锡林与下钳板间距变小，而此时钳板与分离罗拉之间的距离变大，锡林与下钳板处及钳板与后分离罗拉处的进风量随钳板及锡林的位置的变化而变化。

在26分度时，精梳机的分离接合工作已经结束；钳板后摆，且上钳板逐渐闭合；顶梳后摆并逐步退出棉丛；分离罗拉顺转继续输出棉网。随着时间的推移及钳板的后摆，钳板与分离罗拉间的棉网逐渐稀薄直至断裂，被顶梳过滤的短纤及杂质附着在随钳板后退的棉丛中。在钳板钳口闭合之前，随钳板后退的棉丛握持点为给棉罗拉与给棉板的接触点。因此在毛刷清扫锡林结束(约24分度)至锡林开始梳理棉丛之前(约34分度)，附着在随钳板后退的棉丛上的短纤维及少部分未被给棉罗拉握持的可纺纤维易随气流进入锡林风道而形成精梳落棉。由于此段时间内被后分离钳口握持的纤维，其尾部在机内的长度较短，被吸进锡林风道的可能性较小。

气流影响精梳落棉率的主要因素有：第一，随着落棉隔距的增大，下钳板与分离罗拉之间的距离越大，在此处补入的气流量也越大，进入锡林风道的纤维量增多；同时随着落棉隔距的增大，给棉罗拉握持点之前的棉丛长度长，即给棉罗拉对纤维的握持力减弱，未被握持的纤维也易被气流吸走而形成落棉。第二，吸落棉管道的风量及风压越大，未被给棉罗拉握持纤维进入风道的几率越大，精梳落棉率增大。

5 结论

(1)在精梳机一个工作周期内，补风口的位置随锡林位置的变化而变化。当毛刷对锡林清扫时，锡林前补风口封闭。在毛刷对锡林清扫结束后至梳理开始阶段，锡林后补风口封闭。

(2)当毛刷对锡林开始清扫、关闭锡林前补风口时，在锡林与前壁及三角气流板之间形成高压区，气流沿前壁及后分离罗拉表面溢出，使分离罗拉倒入机内的棉网尾端上浮，对新旧棉网的接合产生不良影响。

(3)当毛刷对锡林清扫结束至梳理开始之前，锡林前补风口开启，而锡林后补风口关闭，部分气流通过下钳板与后分离罗拉之间的棉网进入锡林风道，将部分短绒及可纺纤维带走而形成落棉。