绿色理念指导下的纺织机械设计研究——评《纺织机械设计基础》

作者：陈革 孙志宏

纺织业拥有悠久的发展历史，其在工业革命之后依托技术改进获得生产效率的大幅提升，俨然成为国民支柱产业之一。但纺织业的高污染特性对其发展进程造成了很大影响，尤其是在着力倡导“绿色环保”理念的今天，纺织业更是面临高压，如何降低纺织业污染性成为重要研究课题。纺织机械是纺织业的硬件载体，基于绿色理念研究纺织机械设计对于降低纺织业污染性具有重要价值。由陈革、孙志宏编写，中国纺织出版社2021年出版的《纺织机械设计基础》一书对纺织机械组成结构进行了详细介绍，并分析了纺织机械各部分结构的设计过程，为纺织机械走绿色设计道路提供理论与实践两方面支持，进而为纺织业摘掉“高污染”帽子以及获得更好发展奠定基础。

《纺织机械设计基础》共分为11个章节。第1章为“纺丝成形装置”，主要介绍纺丝箱体、计量泵、纺丝组件、冷却成形装置等内容；第2章为“梳理机构”，主要介绍盖板式梳棉机、精梳机等内容；第3章为“罗拉牵伸机构”，主要介绍罗拉牵伸原理、罗拉牵伸型式、牵伸机构传动形式、牵伸比的计算和变换齿轮的选配等内容；第4章为“自调匀整系统”，主要介绍成卷机均匀给棉装置、梳棉机自调匀整系统、并条机自调匀整系统等内容；第5章为“圈调机构”，主要介绍圈条机构原理、圈条机构的设计参数分析等内容；第6章为“纱线卷绕机构”，主要介绍纱线卷绕概述、粗纱卷绕、细纱卷绕、络筒卷绕等内容；第7章为“纺织机械中的气流”，主要介绍管道内气力输送、涡流在纺纱机械中的应用等内容；第8章为“针织成圈机构”，主要介绍针织成圈概述、织针的设计、三角的设计等内容；第9章为“纺织引纬机构”，主要介绍剑杆织机引纬机构、圆织机引纬机构等内容；第10章为“织机打纬机构”，主要介绍四连杆打纬机构、六连杆打纬机构、共轭凸轮打纬机构等内容；第11章为“多电机同步控制技术”，主要介绍多电动机同步控制理论、染整机械的多电动机同步控制系统、浆纱机多单元同步控制系统等内容。

通过阅读《纺织机械设计基础》一书，可以了解到纺织机械包括多个组成结构，如梳理机构、牵伸机构、卷绕机构、气流输送设备、同步传动机构、烘干装置、纺丝成形装置、自调匀整系统、针织成圈机构、往复运动机构等，每部分各具作用且缺一不可。这就要求绿色设计必须符合以下原则：一是整体性原则。具体到纺织机械设计中，绿色设计不能只从某个结构或某个部分入手，而是要整体考量，从整体入手构思设计方案，如为了降低有害物质的排放量，需要在每个输出环节做好截留与筛查工作，如果只在某几个环节进行设计，则会影响到整体降污效果，还可能使前面所取得的成果付之东流。二是功能性原则。纺织机械每部分功能不同，通过紧密配合才能实现整体功能的发挥。绿色设计过程中除了要追求绿色环保，还要保证纺织机械功能正常发挥，如果以削弱功能为代价，则会对纺织业发展造成阻碍，也会使绿色设计意义与价值大打折扣。三是“以人为主”原则。纺织机械绿色设计是诸多方面得到优化改善的过程，但机械始终是要靠人来操作与指挥，纺织机械是否绿色运行、绿色设计成果是否达到预期等均要由人来做出判断，因此设计过程中必须设置为人服务的操作位和观察位，让人通过自主调节助力纺织机械在绿色道路上获得更好效果。

基于以上原则，纺织机械绿色设计具体要从以下几个方面入手：

一是材料选择。在绿色理念指导下，纺织机械材料选择要遵循以下要求，如材料符合机械运行需求、材料生产符合环保要求、材料可以实现循环利用等。例如，纺织机械骨架材料可以选择H型钢，这种材料机械性能良好，其独特断面既使自身重量有所降低，也能通过改善结构设计内力而增强承重能力，有利于强化纺织机械骨架强度，为其安全稳定运转提供支持。H型钢在生产时耗钢量较低，能够节约大量资源，而在加工过程中，相较于其他钢材不仅在焊接材料的选择上没有太高要求，而且加工工作量也更少。生产成本与加工成本的双重优势使得H型钢得到了广泛使用，也使其在绿色材料中占据一席之地。纺织机械传动部分由于运转频率与总时间较高，因此磨损程度相对也会更强，在选择传统部分材料时要选择具备抗磨、抗压、抗拉等特性的材料。从目前情况看，新型高分子材料应是最优选择。在新型高分子材料中，合成塑料、合成纤维、合成橡胶依托其优良性能得到了广泛应用。纺织机械传动部分可以使用阻燃合成纤维制成传动皮带，在保证使用强度的同时也能提高安全性，避免传动过程中因受热发生火灾的现象。随着材料生产技术的发展与革新，现在很多非金属材料如碳钎维、玻璃钢等在强度上与金属材料相差无二，并且在某些方面还有一定优势，如抗腐蚀等，如果能够将纺织机械中的部分金属替换为非金属，不仅能节约成本，还能延长使用寿命。

二是技术革新。技术是纺织业走向机械化的支撑，而在注重环保的今天，纺织业同样需要依托技术走绿色发展之路。纺织业已经形成了一套完整的生产流程，想要改变其高污染缺陷，技术革新是重中之重。具体到纺织机械设计中，技术革新主要包括装配技术、密封技术、污染处理技术、维修技术等。装配技术是以联结机械、完成机械安装为目标，该项技术革新方向为提升装配效率与拆卸效率，如在联结纺织机械各个部分时，要根据材料性能与实际工作要求选择最为适宜的联结方式，如震动环境下可以使用键连接和螺纹连接相结合的方式，并要预留足够的拆卸空间，为故障处理以及后期回收利用提供便利；密封技术主要用于防止油类物质泄露。纺织机械转动部分需要润滑油减少摩擦，做好密封可以避免润滑油泄露，既能避免资源浪费，也能避免润滑油对生产环节造成不良影响。除此之外，密封技术还包括粉尘等污染物的密闭处理，减低其扩散到工作环境中的几率；污染处理技术主要是对纺织机械运转过程中产生的废弃物进行处理，避免其进入环境中造成污染。该技术革新方向为全面处理和闭环处理，废气、废水、废料等均要得到控制，并且形成完整的闭环处理系统，为纺织业污染处理持续提供服务；维修技术是以处理故障、确保纺织机械正常运转为目标。该技术既要贯彻节约成本理念，也要做到不产生新污染。现代化故障诊断技术如振动信号监测技术、温度信号监测技术等均要得到积极应用，在提升故障诊断效率的同时也为维修过程直达病灶提供依据。

三是污染指标清晰透明。在纺织机械设计中要设置污染监测渠道，让工作人员及时了解当前污染情况。纺织生产一般会用到酸碱物质，在经过一系列反应后会生成硫磺、硫酸、硫酸盐等有害物质，处理这些有害物质通常是采用相关溶剂进行中和。设置污染监测渠道能让工作人员了解有害物质处理程度，如果达不到标准，则需要对溶剂进行调节，这个过程可以通过人工与自动方式实现。在“以人为主”原则下，人工监测和人工调节不可或缺，这是确保有害物质得到更好处理、避免其排放到环境中的重要支撑。污染指标清晰透明既是对纺织机械设计的基本要求，也是立足于纺织业大格局下确保污染治理有的放矢以及实现动态调整的重要要求。

四是外在环境营造。纺织机械与外在环境具有密切联系，纺织机械处于良好外在环境中有利于提升其运转效率，如外在环境吸震、吸噪、降尘等能力强，则可以为纺织机械保持稳定运行提供支撑；反之，纺织机械设计中也要做好这些工作，如接地处采用防震设计以及灰尘产生处产设除尘网、喷雾装置等。绿色理念下的外在环境营造要以实现“绿色、健康”为目标，这不仅是降低纺织业污染程度的需要，也是为工作人员营造良好工作环境的必然。粉尘、噪声等对人体健康有着诸多害处，如人体长期吸入粉尘可能会得矽肺病；噪声会对人体神经系统造成伤害，导致听觉、视觉等方面出现障碍，甚至引发精神疾病。由此可以看出，纺织机械绿色设计可谓意义重大，必须得到足够重视。

五是外观设计。纺织机械绿色设计中也要注重外观，从人体工程学角度分析，单一的外观形状、色彩等会使人产生视觉疲劳，可能会使工作人员出现注意力不集中，进而埋下安全隐患。外观设计中可以使用混合色进行装饰，如果蓝白相间、灰绿相间等。外观设计所使用的材料要确保健康环保，如油漆材料要选择低甲醛或无甲醛产品，避免这类有害物质对工作人员造成伤害。

《纺织机械设计基础》一书能够为纺织机械绿色设计提供重要参考，其详细到位的介绍有利于设计者全方位进行考量，使得设计结果既能推动纺织机械更新换代，也能确保其基本功能与生产流程的稳定发挥。该书主要用作纺织机械专业的专业课教材或者作为纺织机械行业技术人员参考书籍，因此阅读该书需要具备一定的专业基础，对于普通读者想要对纺织机械有所了解，应循序渐进从基本知识书籍入手。(作者简介：封冰，副教授，博士，南京工业职业技术大学艺术设计学院；姚江，副教授，博士，常州大学美术与设计学院。基金项目：江苏省社会科学基金项目(20YSB010)。)