锡林金属针布齿条齿型创新设计分析

陈玉峰，陆振挺

(1.光山白鲨针布有限公司，河南 光山 465450；2.项城市纺织有限公司，河南 项城 466200)

锡林金属针布为梳棉机的高速、高产和高质量提供了必要条件。目前，虽然梳棉机台产量由约10 kg/h增加到180 kg/h以上，但梳棉质量未达到理想效果。为满足锡林金属针布托持纤维不沉入齿底，提高锡林—盖板梳理区的梳理效果，需设计不同齿型金属针布齿条从不同的角度控制纤维，并兼顾梳理的高产量和高质量。

1 锡林金属针布齿条齿型发展现状和种类

1.1 发展现状

随着梳理速度不断提高，锡林金属针布齿面负荷不断增加，其齿条齿型设计时需考虑：良好的穿刺和握持纤维能力，使纤维处于齿尖与另一齿面进行分梳；纤维易于从齿面转移、利于梳理；适当的齿隙容纤量以及良好的释放能力，以提高均匀混合作用；齿尖锋利、齿部耐磨且光洁[1-2]。

“矮、浅、尖、薄、密、小(工作角余角)”的锡林金属针布齿条，梳理时转移和控制纤维的矛盾突出；且齿密、总高、角度、基部宽等都有极限值，因此，对齿条的几何尺寸进行优化设计，使纤维既易转移又强控制、不易沉入齿底，且转移过程中有合理的阻力，以提高梳理效果。现有锡林金属针布齿条的主要特点见表1。

表1 锡林金属针布齿条的主要特点

1.2 锡林金属针布齿条新齿型分类及其参数

部分普通齿型的金属针布齿条在梳理过程中，易磨损、挂花，设计时应主要从托持纤维不沉入齿底、提高转移、打破工作边纤维路径依赖、提高齿尖耐磨度、提高锡林—盖板间梳理面积、提高齿密、改善梳理通道等方面进行创新[3-4]。

目前，国内外常见的锡林金属针布齿条齿型有13种(见表2第1列)。这些齿型的金属针布齿条均有利于纤维处于齿尖部位，能提高分梳转移时纤维间摩擦力、解决纤维分梳和转移的矛盾。新齿型锡林金属针布齿条参数见表2。

表2 新齿型锡林金属针布齿条参数

新齿型锡林金属针布试用表明：锡林金属针布齿条工作角为40°时，控制纤维能力强且适应高速[5]；齿条总高为1.7 mm～2.0 mm，有利于纤维转移混合；齿距为1.5 mm～2.0 mm，减少纵向梳理打击、保护纤维；齿密为949齿/(25.4 mm)2，梳理齿数增加；齿型小且以异型齿为主，托持纤维、提高转移；齿条总高为2.0 mm时齿深为0.40 mm～0.45 mm，齿条总高为1.7 mm～1.8 mm时齿深为0.35 mm～0.37 mm，有利于转移、提高一次分梳能力；采用表面处理或高耐磨合金材质，提高齿条的耐磨性且表面光洁。

2 锡林金属针布齿型特点及设计优势分析

2.1 双驼峰齿

2.1.1 特点

双驼峰齿在单驼峰齿的基础上增加了一个驼峰(见图1)，其齿条工作角为40°、总高为1.8 mm、齿距为1.7 mm、齿深为0.37 mm，圆弧短工作棱；其锡林金属针布设计齿密为949齿/(25.4 mm)2。

图1 双驼峰齿

2.1.2 设计优势

双驼峰齿锡林金属针布对纤维的柔性托持可有效防止纤维和杂质下滑，既利于纤维的分梳、交替和转移，又利于盖板花的排除；齿部强度提升，能减少齿部损伤；特殊的几何形状具有自锐效应，显著减少维护需求，使针布的使用寿命更长；优势是提高棉结去除率、减少杂质，适合生产精梳纱。

2.2 双峰齿

2.2.1 特点

双峰齿齿条如图2所示。该齿型齿条在2个纵向齿距内有4个齿，工作角2个为40°、2个为35°，一个角度利于控制纤维、另一个则有利于转移纤维；总高为2.0mm、齿距为1.7mm，前齿齿深为0.38 mm、后齿齿深为0.25 mm；其锡林金属针布设计齿密为1190 齿/(25.4 mm)2。

图2 双峰齿

2.2.2 设计优势

双峰齿齿条的后齿对纤维形成柔性托持、有效防止纤维杂质下滑；直线形工作棱利于纤维须丛穿刺。其锡林金属针布设计齿密加大、梳理齿数增多，利于纤维的分梳、交替和转移，能显著降低棉结、改善纱疵，适应高速、高产。

2.3 驼峰双齿

2.3.1 特点

驼峰双齿齿条如图3所示。该齿型齿条1个齿距2个齿前面内有4个齿(2个高齿、2个矮齿)，齿背驼峰设计；工作角为25°、总高为2.0 mm、齿距为2.0 mm，矮齿齿深为0.25 mm；其锡林金属针布设计齿密为567齿/(25.4 mm)2，如小齿计入则齿密大于1000齿/(25.4 mm)2。

图3 驼峰双齿

2.3.2 设计优势

驼峰双齿齿条采用高低双齿再加上大齿直工作棱、小齿负底角驼峰设计，注重齿条的穿透和握持性能，以增强分梳能力为主，考虑穿透刺入、柔性梳理和释放转移相结合。梳理纤维时，驼峰的托持使纤维停留于齿尖位置便于与盖板交替分梳，使锡林—盖板间梳理充分且不深入齿根；同时借助于小齿深，使杂质和短绒容易抛离，提高了锡林与盖板间的转移效率，适用于高产梳棉机的化纤梳理。

2.4 斜平顶齿

2.4.1 特点

斜平顶齿系列锡林金属针布齿条在直齿尖和大平顶齿尖的基础上综合设计而来，如图4所示。该齿型齿条总高为1.8 mm；齿顶采用直齿尖，其齿顶长是普通齿条的13倍以上，增加纤维梳理的弹性控制通道；工作角为40°，能够保证穿刺能力；齿前面采用大圆弧设计，纤维的握持深度保持在齿尖以下0.05 mm以内，前角以及其齿尖的扭曲偏差不大于0.015 mm，加工精度高；强化处理和锥齿化处理的表面粗糙度Ra值为0.06 μm，可减少纤维的损伤。

图4 斜平顶齿

2.4.2 设计优势

直齿尖、大工作角结合长齿顶，齿条穿刺能力强，能有效防止纤维沉入齿底；大齿顶托持面的设计使纤维接受盖板的有效梳理长度增加，减少齿面间浮游纤维数量，可对12 mm以上的短纤维进行有效梳理，提高纤维“三度”和棉结、杂质的清除率，改善了棉网质量；圆弧齿前面和小工作棱，有效提高了锡林—道夫间转移率；齿部表面光洁，减少梳理过程中的微粒磨损和纤维损伤，使短绒率降低；长齿顶使齿尖的梳理部位更加坚固，借助涂层技术使第2点硬度提高，延长使用寿命。

总之，斜平顶齿锡林金属针布在设计时采用大齿密、小齿深、大工作角,能有效解决高速条件下齿面负荷加重、梳理效果下降，使用周期较短、短绒增长率高、成纱质量差等梳理问题，适合高速梳理含杂大的机采棉、皮马棉和长绒棉的高质量纺纱。

2.5 单驼峰齿

2.5.1 特点

单驼峰齿如图5所示，其齿条的工作角为35°或40°、总高为2.0 mm或1.8 mm、齿距为1.7 mm、齿深为0.40 mm或0.37 mm；其锡林金属针布设计齿密为949齿/(25.4 mm)2。

图5 单驼峰齿

2.5.2 设计优势

单驼峰齿针布齿条齿背的流线设计以及背尖控制点设计：能使大部分纤维被握持在齿尖部位，有效防止纤维下滑，提高控制纤维的能力；齿背的多齿点梳理组合，缓和梳理、减少纤维损伤。大圆弧工作棱，分散齿尖梳理负荷、延缓磨损、利于纤维转移，适应高速梳理；梳理棉纤维时盖板抽取纤维能力增强，纤维的分离度和伸直度提高，棉网清晰度改善。

2.6 平顶直尖齿

2.6.1 特点

平顶直尖齿是在驼峰齿、大平顶齿的基础上综合设计而来，如图6所示。该齿型齿条工作角为40°、总高和齿距均为1.7 mm、齿深为0.37 mm；其锡林金属针布设计齿密为949齿/(25.4 mm)2。

图6 平顶直尖齿

2.6.2 设计优势

该齿型齿部形成直线形的齿前面和齿背面，齿底圆弧状，齿尖采用驼峰后部加一个平顶面的结构，增加纤维弹性控制通道，托持纤维不沉入齿底；大圆弧工作棱，分散齿尖梳理负荷，利于纤维转移；梳理纤维时，齿尖穿刺力强，平顶使纤维停留于齿尖位置便于与盖板针布的交替分梳；借助于小齿深，杂质和短绒易抛离，可提高锡林—盖板间的转移率；适应高产梳理棉纤维，能够有效排杂、降低棉结。

2.7 平顶双齿

2.7.1 特点

平顶双齿如图7所示。该齿型齿条的1个齿距2个齿前面内有4个齿，2个高齿和2个矮齿，高齿齿深为0.37 mm，矮齿齿深为0.25 mm；工作角为40°、总高为2.0 mm、齿距为1.8 mm；其锡林金属针布的设计齿密为720齿/(25.4 mm)2，高齿和矮齿同时计入则齿密大于1000齿/(25.4 mm)2。

图7 平顶双齿

2.7.2 设计优势

平顶双齿齿条通过增加梳理作用点提高梳理效果，将原有的齿尖和齿背两点作用点设计为齿尖部位的高、低齿，高齿为平底齿，矮齿为弧底齿，可减少嵌杂、提高纤维转移能力；齿尖大平顶流线结构，提高了纤维末端分离时在锡林金属针布表面的高度，使纤维能被盖板针布及时抓取，不仅长纤维能得到充分梳理，相对较短的纤维得到梳理的机会也大幅增加，减少了浮游纤维和纤维损伤；齿背弧齿或平齿结构有效增大齿顶面积和齿距，减少纤维纵向平均受握持齿数，增大纤维与齿部接触面积，使未受梳理的纤维长度缩短，梳理力降低，梳理充分且减少纤维损伤；在同样齿距和基部宽情况下，齿密增大1倍，梳理度提高、齿面负荷降低，利于高速高产；大齿距、小齿深结构使纤维转移率提高35%以上，在质量保持稳定的条件下，产能可提高20%～30%。

2.8 鹅头齿

2.8.1 特点

鹅头齿齿条(见图8)的工作角为42°、总高为2.0 mm、齿深为0.40 mm、齿距为1.7 mm；其锡林金属针布设计齿密为949齿/(25.4 mm)2。

图8 鹅头齿

2.8.2 设计优势

在纤维梳理过程中，该齿条工作角控制纤维效果好、有利于盖板梳理；大圆弧工作棱，便于纤维转移；仿生鹅头齿设计，使纤维不易沉于齿底，便于纤维平衡、柔性梳理，可减少纤维损伤，有效去除棉结和杂质；齿背呈三角形，能托持纤维、提高转移率和一次分梳能力，适应高速梳理。

2.9 大平顶齿

2.9.1 特点

大平顶齿齿条(见图9)总高为1.7 mm、工作角为40°、齿距为1.7 mm、齿深为0.37 mm；其锡林金属针布设计齿密为949齿/(25.4 mm)2。

图9 大平顶齿

2.9.2 设计优势

该齿型的齿顶长超过普通锡林金属针布齿条的17倍，但齿顶有小偏角，能够保证穿刺效果；大“平顶”托持面使大部分纤维被握持在齿尖部位，有效防止纤维下滑；40°工作角和大平顶配合增强握持纤维能力，增大齿尖纤维层弹力和离心力，使纤维充分抬头并伸直，纤维接受盖板针布的有效梳理长度增加，利于提高结杂去除效率，有效改善棉网清洁度；大圆弧工作棱，分散了齿尖的梳理负荷，利于纤维转移；齿距增大，减少纤维沿长度方向的平均受握持齿数，使纤维长度充分释放，未梳理纤维长度减少。

相比普通锡林金属针布，该齿型针布加强了对浮游纤维的控制，提高“锡林1转，1次工作区分梳”的梳理质量，有效降低棉结和杂质。

2.10 驼峰加小平顶齿

2.10.1 特点

驼峰加小平顶齿齿条，见图10。其齿条的总高为1.8 mm、工作角为45°、齿深为0.38 mm、齿距为1.5 mm；其锡林金属针布的设计齿密为1075齿/(25.4 mm)2。

图10 驼峰加小平顶齿

2.10.2 设计优势

直齿尖结合齿背小平顶设计的驼峰加小平顶齿型，其小平顶托持面使纤维大部分被握持在齿尖部位、不易下滑；45°工作角能增强握持纤维的能力，纤维接受盖板针布的有效梳理长度增加，有利于结杂的去除和改善棉网清晰度；齿密增大，纤维得到充分梳理，未梳理纤维长度减少；齿深小，利于纤维转移；大圆弧工作棱，缓和磨损也利于纤维转移。该齿型锡林金属针布与盖板针布梳理区可实现对纤维的强控制，适合高速梳理，能加强对浮游纤维的梳理和整理，提高“锡林1转，1次工作区分梳”的梳理质量。

2.11 薄尖直齿

2.11.1 特点

薄尖直齿齿条(见图11)工作角为30°、总高为2.0 mm、齿深为0.42 mm、齿距为1.5 mm；其锡林金属针布设计齿密为860齿/(25.4 mm)2。

图11 薄尖直齿

2.11.2 设计优势

该齿型齿条采用直齿尖，齿顶宽由0.06 mm减少为0.04 mm，齿尖变薄，穿刺、握持纤维能力提高，利于将纤维分梳成单纤维状态以及棉结的排除；配合30°工作角和0.42 mm齿深，有利纤维的控制、转移和混合。薄尖直齿锡林金属针布齿密适当、抗轧能力好，不易损伤、嵌花和充塞，梳理效果好，纤维伸直度高、损伤小,生条短绒含量相对减少，成纱质量显著提高。

2.12 大圆弧齿

2.12.1 特点

大圆弧齿齿条(见图12)的齿距大，一般为1.7 mm～1.9 mm；齿深为0.40 mm，减少纤维长向被握持平均齿数，使纤维充分释放，未受梳理的纤维长度缩短，增加梳理度；工作角为35°或30°，齿尖平顶设计，在不影响分离度的情况下增加梳理强度、提高耐磨性，棱角为过渡圆弧，对纤维损伤少；齿顶宽为0.05 mm，穿刺能力强；工作棱的大圆弧使纤维在转移时，摩擦点分散，使用寿命延长。

图12 大圆弧齿注

2.12.2 设计优势

大圆弧齿的齿前面设计利于纤维梳理和转移效率提高，使锡林—盖板间浮游纤维减少，纤维的分离度和伸直度提高，改善棉网清晰度，提高棉结杂质的清除率,适用于高速、高产、高含杂原棉的梳理，可以有效提高产量、降低棉结。

2.13 错位齿

错位齿齿条(见图13)，其齿尖在基部的长度方向上呈错位排列，降低针齿横向的相对间隙，加强对纤维的控制和整理，有效增加对细小纤维束的梳理，减少了纤维漏梳和损伤，提高了生条质量，适用于细号纱和特细号纱的生条梳理。

图13 错位齿

3 锡林金属针布齿条齿型创新成效、不足和创新方向

3.1 创新成效

锡林金属针布齿条齿型的创新成效重点体现在：① 棉纤维梳棉机产量得到了显著提高，一般为40 kg/h～80 kg/h，部分转杯纺纱则超过180 kg/h；② 产质量得到积极改善，采用新型金属针布齿条梳理的纯棉精梳纱或普梳纱部分质量超过2018年乌斯特公报5%水平，涡流纺、转杯纺等差别化、纤维素纤维的产质量也显著改善；③ 梳棉机采用新型齿条金属针布后，梳理质量稳定、生产效率高、使用寿命长，纯棉梳理量超过1000 t的非常普遍，而且维护方便、维修量小，利于生产的自动化和智能化。

3.2 不足

锡林金属针布齿条存在的主要问题是：适纺范围棉纺有余，差别化不足，以及新纤维适用周期短等。具体表现为：① 差别化纤维用金属针布的齿型变化不大，以直齿或近似直齿为主，梳棉机产量受限于质量要求在偏低的速度运行；② 纺纯棉纱用锡林金属针布的产量高、使用寿命能够得到保证，但是非棉纤维用则使用寿命较短；③ 高速高产梳棉机用锡林金属针布齿条的第2点硬度要求较高，目前部分齿条硬度不足，易磨损、寿命缩短、质量下降的短板需提升[6]；④ 齿型兼顾性小，适纺范围窄；⑤ 梳理某些新型差别化、功能性纤维或细特纤维，齿条齿型设计、制造存在差异，造成梳理过程缠、挂、绕等问题，影响梳理效果。

3.3 创新方向

如表3所示，锡林金属针布齿条技术创新的主要方向是针布适纺性能好、适应纤维种类多，能满足梳理高速、高质、高效、长使用周期和智能化生产需求，即适纺范围广、满足产质量高要求、维护方便等。

表3 锡林金属针布齿条参数创新发展方向

综合分析：锡林金属针布齿条齿型的创新趋势为“矮(齿条总高)、浅(齿深)、尖(齿顶宽)、薄(基部宽)、密(齿密)、大(工作角增大，前角变小)、光(表面粗糙度Ra值小)、硬(齿尖及第2点硬度高)、变(齿型多变)”，这是纺机高速、高质、高效以及智能化发展的必然结果。

4 结语

4.1锡林金属针布是重要的梳理器材，近几年来齿条齿型不断创新发展，主要集中在大工作角、大齿距、小齿深、多变齿顶面积、大圆弧齿前面、小基部宽、大齿密、高硬度、齿身光洁等方面。通过创新有效控制和梳理纤维、减少纤维损伤、充分排除杂质，实现了梳理质量的稳定和提升。

4.2锡林金属针布齿条齿型的创新在一定程度上促进了梳棉机高速、高产、高质，但仍存在棉纺有余、差别化纤维不足等问题，这是新型纤维发展提出的新挑战，今后应进一步加大对差别化纤维梳理适纺范围的研究。

4.3锡林金属针布齿条的发展方向，从“托持纤维不沉入齿底、提高转移、提高齿尖耐磨度、改善梳理效果”为原则，逐步发展成为“矮齿条总高、大工作角、浅齿深、锐齿尖、薄基部、大齿密、高光洁齿部、高硬度(齿尖及第2点)及多变齿型”，这是梳棉机高速、高质、高产、智能化发展的必然需求。