梳并联技术的创新与突破

2022-04-27刘广喜刘古立

纺织器材 2022年2期

倪远，刘广喜，刘古立

(1.纺之远(上海)纺织工作室，上海 200063；2.北京玛达恒力机电技术有限公司，北京 100176)

1 梳并联技术的发展概述

具有多工序、多机台特征的纺纱流程，用工多、生产管理繁杂，高效稳定生产的难度大，致使业界不断致力于探索缩短纺纱流程及工序间的连续化和联合化之路。现今，能实际应用于生产的工序间联接技术包括：无卷装(物料流)联接的清梳联，有卷装(卷装流)的卷精联、粗细联、细络联和筒包联等，工序间联接技术的应用是物流过程和方式的技术进步，为减少用工与简化管理提供了解决方案。

除了上述已经应用的工序联接技术外，对采用条筒盛放半制品的梳棉、并条和精梳等棉条生产工序的自动化联接，可以应用AGV小车搬运或固定导轨输送方式实现策略化的工序联接[1]。目前，大部分棉条的物流方式，仍沿用传统的圈条入筒、落筒运送和下道导出的方法，属于断续的、人工操作和干预的生产方式，用工量大、卷装成本高、厂房空间占用多，且因棉条盛放、条筒周转和卷装释放等过程中人为因素的介入，会给纺纱过程质量控制和生产管理带来不良影响。

清梳联技术解决了系统控制性差异及梳棉机产能低等问题之后，才进入应用并逐渐发展为主流生产模式。而梳并联技术最早在20世纪60年代就被提出，之后数十年未真正有产业化应用，也未见到行业内相关的技术研讨和交流。在21世纪初数年中，中国专利文献陆续公开了若干与梳并联技术应用直接相关的专利申请。其中，文献[2]分析了梳并联技术应用的可行性和对纺纱技术进步的推动作用，系统性地提出了“多供一缓存式”梳并联技术应用模型，也对面临和可能面临的工艺与装备技术作了剖析，归纳起来主要有：“多供一缓存式”梳并联机组的产能平衡问题；梳棉到细纱工序之间工序数“奇数配置”法则问题；缓存装置结构、圈条棉层叠放及输送问题；机组运行管理策略问题等。所以，需要克服或论证上述问题在梳并联技术应用中的制约，包括技术的研发、观念的更新和瓶颈的突破。

2 梳并联系统的解决方案

2.1 设备配置

“多供一缓存式”梳并联技术方案的设备配置为：4～6台中等产量的梳棉机、同步输送式缓存器、主动式高架棉条导条输送装置、运行状态联机控制器和1台单眼高速并条机。

“多供一缓存式”梳并联的核心技术在于对梳棉机主机输出的棉条进行动态储存，即在梳棉和并条之间建立缓冲，有效解决机组中各机台工艺性停机对机台和机组运行的影响，在梳棉和并条工序实现自动化和连续化联接的同时，隔离2个工序间的供需影响，使某工序机台的运行不会因另一工序的临时停台而中断，实现生产物料供需的动态平衡，从而提高整个机组的运转效率。因此，“多供一缓存式”梳并联技术方案将会是梳并联系统能够有效实施并高效运行的最佳方案。

2.2 工艺流程应用

2.2.1采用清棉、梳棉、并条联合线(清梳联+梳并联)后，典型的环锭纺普梳纺纱流程为：清梳并联合线(清梳联+梳并联)→粗纱→细纱，或清梳并联合线(清梳联+梳并联)→末并→粗纱→细纱。

2.2.2采用清梳并联合线(清梳联+梳并联)后，典型的自由端(转杯纺、涡流纺)纺纱流程为：清梳并联合线(清梳联+梳并联)→转杯纺纱，或清梳并联合线(清梳联+梳并联)→二并→三并→涡流纺。

2.2.3采用清梳并联合线(清梳联+梳并联)后，典型环锭精梳纱纺纱流程为：清梳并联合线(清梳联+梳并联)→条并卷→精梳→并条→粗纱→细纱。

2.2.4对于清梳联不适用的低产、小批量品种，也可以采用梳并联，如：清花→梳并联→末并→粗纱→细纱。

2.2.5梳并联技术也可用作精梳工序与精后并条工序的联接，使之成为精并联系统，采用清梳联+梳并联+精并联后，典型的精梳纱纺纱流程为：清梳并联合线(清梳联+梳并联)→条并卷→精并联→粗纱→细纱。

3 梳并联系统制约因素的突破

3.1 机组产能平衡的制约

“多供一缓存式”梳并联机组的产能平衡，是机组配置和运行的关键，其既涉及梳棉机和并条机的产量、定量和出条速度，又涉及并条机的并合数和牵伸工艺设置。这些工艺参数甚至影响纺纱流程的系统工艺配置，以及后道工序质量乃至成纱的品质。

纺纱生产中，并条工序并合数的选择，可根据并合、牵伸与不匀关系的规律采用6～8根并合，混纺品种的并合根数可偏大掌握。并合根数与牵伸倍数的设置，直接影响并条机对纤维的混合、顺直和平行度效果。因此，适宜的并合数和相应的牵伸倍数，是满足并条及后续工艺需求的重要参数，也是实施梳并联技术的关键工艺条件[3]。

在现有技术中，一般同档次的纺纱装备，在纺纱流程中的梳棉机与并条机配置之比小于6，或者说并条机的单机产能小于6台梳棉机的产能。尽管并条机不断向着高速高产发展，但是相对而言梳棉机的产能提升更快、产能提升的技术手段也比并条机多。如加大梳理针齿密度可增大锡林周向有效梳理面积，甚至通过加宽梳棉机机幅来增大轴向梳理面积等提高梳棉机的产能。并条机的提速增产，也契合了梳并联技术应用的发展需求，因此迫切需要快速推进高速高产并条机的研发进程。国际上几家著名并条机制造商制造的并条机，头道并条机的标称出条速度可达1000 m/min～1200 m/min。

在不牺牲成纱品质的前提下，满足机组产能平衡的要求，选择较高速度的并条机，在梳并联系统中梳棉机的配置数量有2种选择：一是保持梳棉机产能不变、适当减少梳棉机配台数，并合数选择4～5根；二是并合数保持在6～8根，相应控制梳棉机产能或选用产能低一档的梳棉机。

根据生产实际，对于大多数适于梳并联纺纱生产的新型纺纱、纯棉普梳、精梳或化纤纱线品种，采用并合数为4～6的头道工艺配置，对成纱品质基本无显著影响。

3.2 纤维弯钩方向的改变

梳棉到细纱之间工序数采取“奇数配置”，是环锭纺纱流程中一个经典的工艺法则。该工艺法则是基于梳棉机输出生条中的纤维超过50%为后弯钩纤维，以及细纱双胶圈牵伸区比较有利于后弯钩纤维伸直2个工艺技术特征而来，有利于在纺纱流程中牵伸倍数最高、双胶圈握持区细纱前牵伸区中消除粗纱条中的后弯钩纤维。

梳并联系统中，在不改变纺纱工序流程的情况下，由于梳棉生条直供并条机无条筒倒向输出环节，使原本契合奇数法则的流程设置变得不再契合。为了验证这种不契合对纺纱品质的影响，笔者在某企业作了专项试验。即在原本契合奇数法则的流程中，将条筒内的生条作预调向处理，以此来模拟梳并联棉条输出状态，再进行下游流程同锭对比纺纱跟踪试验。

试验在集聚纺R 9.8 tex和R 7.8 tex品种进行，二者的半制品及成纱品质测试对比见表1。

表1 梳并联纺纱模拟与常规纺纱品质指标测试对比

从表1试验结果看，模拟梳并联棉条输出状态与常规纺纱状态的品质指标，总体水平无显著差异。从这个角度看，奇数法则似乎并不是不可突破的。在当今工艺技术高效化的趋势下，前纺定量普遍加重，牵伸区中控制须条的内外摩擦力场增强，并、粗、细工序罗拉牵伸区对纤维前、后弯钩的顺直能力均有大幅提升。特别是粗纱的双胶圈握持区对后弯钩纤维，和细纱的双胶圈握持区对前弯钩纤维，都有一定的顺直作用，有可能弱化奇数法则对品质的影响程度。虽然受限于纤维和品种等相关因素，模拟试验结果还无法作为梳并联工艺非奇数法则的合理性依据，但还是反映了这种工艺设置的可能性，对进一步观察不同纤维和纱线品种在偏离奇数法则工艺配置情况下的品质影响度有一定参考意义。

3.3 棉条缓存器工艺与结构

3.3.1 棉条缓存现有技术背景

早期的多供一梳并联机组，有不采用缓存器的应用先例。图1是日本丰田公司“五供一”直供式(无缓存)梳并联机组生产线，其运行特征是生产速度较低、机械状态必须维护良好，才能使机组运转率符合预期。

图1 直供式(无缓存)梳并联示范生产线

目前，基于国内行业的工艺、装备和管理状态以及企业对生产效率的追求，特别是考虑自调匀整并条机对喂入棉条具有喂入变速的要求，多供一梳并联机组配置棉条缓存器是必要的。

20世纪80年代，曾提出棉条缓存采用简易的单圈条“V”形储条机构(见图2)，其有效缓存容量很低，只能用于低产低速的梳并联机组。

图2 带“V”形储条机构的梳并联技术方案

为了增大缓存容量，文献[1]公开了图3所示的“U”形转向储条机构，图4为横截面是长圆形的往复运动式圈条形式。

图3 “U”形转向储条机构示意

图4 棉条圈放示意

按图3和图4的技术方案，“U”形棉条储条筒沿长度方向往复移动，棉条依次以螺旋式逐层圈入条筒中。这种方式虽然提供了缓冲棉条，但储条容量不大，每层圈条棉层间联系力弱，且因为圈条棉层两侧棉条密集重叠、中间较为稀疏，会使储条筒中的棉条体积密度不均匀(中部小、两侧大)。这是因为棉条在“U”形储条筒下部转向时，内侧的圈条棉层受挤压而密实，外侧的圈条棉层因逐渐呈扇形张开向垂直状态过渡而产生了空隙。在转向过程中，底部一侧的棉条因无法支撑上部的棉条质量和压力导致圈条棉层塌陷，打乱了棉条在“U”形储条器中的正常排列和输送，破坏了输出端棉条的逐层有序导出。

3.3.2 棉条缓存器的技术创新

3.3.2.1 缓存器的棉条圈放

创新的缓存器采用的也是“U”形转向储条方式，从梳棉机圈条器天盘输出的条子，被圈放在横截面为矩形或长圆形、纵截面为“U”的储条筒中[4]。储条筒设置在1个基座上，根据圈条工艺需要，由基座带动储条筒作连续的纵向往复移动以及横向的间断往复移动。其移动速度与天盘纤维条输出速度线性正相关，天盘每回转1次时储条筒纵向移动量稍大于棉条宽度，且基座带动储条筒每纵向移动1个单程的同时，基座带动储条筒作1次横向移动，每次横向移动量稍大于棉条宽度。储条筒横截面的内尺寸长度和宽度都大于天盘圈条直径，容纳的圈条棉层可以像鱼鳞片方式排列，逐层递进叠放并循环往复(图5)。这种圈条方式可以增大相对横截面积和储条容量，使储条筒内的棉条的体积密度均匀，加强了圈条棉层之间的联系力，在转向过程中圈条棉层不易变形、保证棉条正常输出。

图5 水平二维往复移动储条方式示意

3.3.2.2 缓存器的棉条输送

现有技术描述的缓存器中，圈条棉层输送是在与“U”形储条筒筒壁的摩擦运动中进行的。在圈条棉层尺寸较大和容量较大的情况下，棉条转向输送难以进行，这是梳并联应用的一个重大瓶颈。

为了保证缓存器中棉层的无损伤输送，设计了纵截面为“U”形、横截面为双矩形的储条筒，见图6。在储条筒的底边和外侧设置主动循环回转的“U”形输送带，由系列导辊支撑传动。其中输出口为主动导辊，由单独电机及减速器驱动，驱动速度与天盘或储条器纵向移动速度线性相关。随着循环输送带的回转，储条筒中的圈条棉层被无摩擦地输送，从而实现棉条的缓存、输送与转向。这种主动输送式缓存器的设计和试制成功，为梳并联技术的推进消除了重大障碍。

图6 棉层主动输送式缓存装置示意

3.4 机组运行管理策略

梳并联机组的缓存器，既需要保证具有1个并条机断条处理时间内的棉条存放量，又需要保证具有1个梳棉机断条处理时间内的棉条供给量。从缓存器的设计看，是棉条的存放容量或者说是存放长度；但系统地看，真正需要的是缓存时间。由于缓存时间是缓存长度与棉条线速度的比值，因此缓存时间与缓存长度和棉条线速度相关。当缓存长度确定后，通过并条机和梳棉机输出线速度的调整，可以控制最大缓存时间。

采用智能联机控制技术，进行缓存容量动态监控，应用匀加速升降平衡策略，单机之间对实际缓存容量削峰填谷；可依据梳棉机的基准出条线速度，设置一个基本不影响梳棉条品质的上、下限出条线速度(如基准速度的-50%～+20%)，在这个线速度区间以速度换取时间，也可以确定基准容量位置进行调整，但是基准容量位置需要根据实际单机效率特别是并条机效率进行优化。

为应对个别梳棉机维护性或故障性超长时间停台对机组运行的影响，可以考虑切换1台或若干台梳棉机到换筒圈条模式，增加产量以储备棉条；也可以采取人工上条筒的方式，对因梳棉机停台而造成的缺条进行补救。3万锭以上的纺纱企业，可以考虑配置1台梳棉机生产储备棉条，以应对日常计划性维护停台或突发性故障停台的状况。虽然这种补条方式要增加人工操作，但能换来机组的连续运行、避免中断生产；增加的工作量有限，是比较实用的。未来通过不断摸索实践，一定可以会有更多的可操作性措施出现。

4 梳并联技术的应用价值

将梳并联技术应用于环锭纺或自由端纺纱，可以使梳棉及并条工序的生产过程有机联合起来，在完成多根棉条并合与并条机较高倍率牵伸的情况下，达成前纺2个工序间的自动化与联合化生产[5]。其具有如下特征：① 产品在梳棉工序与并条工序间连续流水生产，棉条不调向、无工艺接头、无损伤输送；② 取消生条周转容器，避免由于容器周转而导致的棉条内在、外观损害以及新陈调用的管理问题；③ 在梳棉与并条工序间省却一道操作，无需人工换筒、存放和搬运等，减少人工成本、降低人为差错概率；④ 上下机台供应固定搭配，长期稳定补偿机台间的品质台差；⑤ 省去条筒阵列及备用条筒，大幅节省厂房空间占用；⑥ 生产操作具有便利性，与传统工艺基本等同。

从更进一步看，梳并联技术的应用意味着清花到并条的生产实现了无缝连接[6]，延伸了清梳联的连续化和自动化，为将来打造以梳棉为核心的从棉包到棉条的新型联合机组生产模式创造条件。2019年，“多供一缓存式”梳并联机组在国内知名企业成功上线应用。总之，梳并联技术的应用给前纺生产带来显著性的有益变化，对产量、品质、用工、生产管理、工艺理论与纺纱实践等产生深远影响。