新疆机采棉细号纱的清梳联工艺优化

董志强 周翠英

（1.郑州宏大新型纺机有限责任公司，河南郑州，450001；2.夏邑恒天永安新织造有限公司，河南商丘，476400）

近年来，随着我国工业化进程的加速，对棉花进行机械采摘已经是大趋势，但机械采摘会使得同等级棉花品质下降，棉花中疵点、细小杂质含量急剧增加。在夏邑恒天永安新织造有限公司（以下简称恒天永安）的清梳联合机选型及工艺配置方面，我们针对新疆机采棉在生产过程中存在的问题，探讨清梳联设备的机械和工艺特性。

1 配棉的控制

受新疆目前播种、生产、采摘、加工等多方面因素影响，现阶段新疆机采棉的各项质量指标远落后于新疆手摘棉，这主要体现在两方面：一方面是杂质含量增多，尤其是不成熟纤维、不孕籽、软籽表皮、叶片、僵片等杂质显著增多，呈现多、散、碎、小等特点；另一方面是同一等级棉包每批次之间棉花品质存在较大差异。有研究机构对同一地区的新疆机采棉和手摘棉进行采样试验，通过比较分析机采棉和手摘棉的纤维品质，发现新疆早熟植棉区机采棉纤维平均长度较手摘棉短1 mm，断裂比强度较手摘棉低1.08 cN/tex，短纤维率高于手摘棉，棉花主体品级为3 级，较手摘棉低1 级［1］。

利用现有资源合理均衡配棉是保证纱线质量指标长期稳定的重要因素。由于新疆机采棉品质指标差异大，配棉的重要性就更加突出。

首先，原棉选配前要详细了解每批次机采棉的品质状况，选择多唛头机采棉搭配使用，原则上针织纱控制在9 个唛头以上，机织纱控制在6 个唛头以上，配棉马克隆值的加权批次调整不大于0.5，短绒率加权批次不大于1%，最大程度减少机采棉中棉结、短纤维、细小杂质以及危害性疵点的批次差异，保证配棉品质的长期稳定。

其次，要控制好配棉的回潮率。配棉回潮率是影响棉花加工的一个主要因素，新疆地区昼夜温差大，棉花含糖量较内陆棉高，回潮偏低，棉包批次之间的回潮率差异大。回潮率高时，棉块不易开松，细小杂质与纤维之间的黏附力大，清棉机组的除杂效率低，过度开松又容易损伤纤维，产生棉结、索丝等；回潮率太低时，在加工过程中纤维强力降低，容易被损伤、打断。因此，控制好配棉的回潮率对提高清梳联设备的工作效率有着积极的作用。恒天永安目前将待搭配的各批次原棉至少提前24 h 进入清棉车间存放，进行松包回潮平衡。对于个别回潮率太低的批次，要考虑适当减少配包数，或者单独采用一些加湿措施。恒天永安某分厂上半年使用新疆机采棉的指标情况：配棉平均等级3 级，马克隆值4.36，上半部平均长度29.75 mm，短纤维指数（SFI）14.78%，含杂率2.3%，棉结286 粒/g，籽屑棉结33 粒/g，平均回潮率6.5%。

2 工艺流程分析

杂质含量增多是新疆机采棉的一个显著特点。目前很多用户通过增加1 台或者2 台开松设备来提高清棉工序的除杂效率。长期生产实践使我们认识到，在清梳联生产过程中，棉结和短绒在清棉阶段是逐步增加的，工艺流程越长，棉结和短绒产生的机会越多，纤维损伤的程度也越严重，棉结增长越多。即流程中开清棉设备台数越多，开松除杂效果越好，但纤维损伤越严重，棉结和短绒增长越多，这就是除杂效率和短绒棉结增长之间的矛盾。通过大量生产试验和研究分析，我们对影响清棉工序短绒棉结增长幅度的主要因素进行归纳总结如下。

（1）开松打手直径及转速。清棉工序除杂主要依托于打手转速，打手转速越高，杂质的离心力越大越容易排出，除杂效果就越好。小直径打手必须通过进一步提高转速才能获得较好的除杂效果，但当打手转速过高时，打手角钉对棉束的作用力就相对增大，从而会使棉结和短绒增加较多。

（2）打手角钉形式及打手室空间的大小。开松打手的角钉直接作用在棉束上，不同形式的角钉对棉束握持打击程度不同。从理论上讲，随着清棉工序的延伸，开松打手的角钉越来越小，越来越密。其次，打手与包裹在打手周围除杂元件之间的间隙也直接影响棉结和短绒的增长。当打手室空间过小，喂入的棉束较多时，经过开松的棉束体积膨胀，相对狭小的空间不仅限制了棉束的开松，使包裹在棉束中的杂质不能充分暴露，而且在一定程度上又增加了打手对棉束的打击开松力度，从而造成棉结和短绒增长较多，除杂效率下降。

（3）清棉流程中风机或者凝棉器的台数。在传统清棉流程中，每增加1 台开松设备，就需要相应增加1 台风机或者凝棉器来完成棉花的输送。通过大量的试验数据发现，棉花经过输送风机或者凝棉器后，棉结或多或少都会有一定幅度的增长。从已有的数据汇总分析，风机或凝棉器进出口棉结增长的幅度从大到小依次为小容量风机、大容量风机、凝棉器。

3 清梳联流程配置及简要分析

结合新疆机采棉的特点，根据用户的实际需求，在提高除杂效率的同时最大程度减少纤维损伤和棉结增长，依据前文分析的主要因素，我们制定了“柔性开松，大杂早落少碎，渐进开松，薄棉细喂，柔性梳理，高效除杂”的工艺思路，配置新的清梳联流程如下。

JWF1018 型抓棉机（附TF27 型桥式吸铁）→AMP3000 型金属火星探除器→TF50 型重物分离器→TF2201A 型间道装置→FA051A 型凝棉器+TF2407A 型高架装置+FA103B 型双轴流开棉机→TF2201B 型间道装置→ZF9104-425 型输棉风机→JWF1104 型开棉机→JWF1026-160（10）型多仓混棉机→JWF1124C 型单辊筒清棉机→JWF1116 型清棉机→ZF9104-425 型输棉风机→TF2202B 型配棉三通→2×［8×（JWF1216-120 型梳棉机+TF2513A 型圈条器）］

本流程按照柔性渐进开松工艺思路，一共配置了4 道用于开松的设备，两台开棉机位于多仓混棉机之前，依次是FA103B 型双轴流开棉机和JWF1104 型开棉机，用于去除配棉中体积较大、数量较多的杂质［2］。两台单辊筒清棉机串联在多仓混棉机后面，分别是JWF1124C 型单辊筒清棉机和JWF1116 型清棉机，用于去除配棉中的小杂、细杂、部分纤维籽屑和微尘。

该流程配置时，也充分考虑了用户的实际生产需求，根据用户在生产过程中配棉含杂经常会发生变化，因此在FA103B 型双轴流开棉机前后的输棉管道上增加了1 组TF2201A 型、TF2201B型手动间道装置。当用户配棉含杂较低时，可以选择在流程中跳过FA051A 型凝棉器+FA103B型双轴流开棉机，从TF50 型重物分离器出口直接进入JWF1104 型开棉机，减少纤维开松打击。

3.1 FA103B 型双轴流开棉机

流程中第一道开松设备采用FA103B 型双轴流开棉机，其工艺目的是将抓棉机输送过来的棉束进行简单自由开松，使暴露在棉束外部、最容易排除的大杂、碎杂尽量早落少碎。FA103B 型双轴流开棉机两个打手直径均为605 mm，每个打手均匀设置圆柱形角钉。由于双轴流开棉机打手室内空间较大，圆柱形角钉分布稀疏，工作时，首先打手对棉束的开松作用比较柔和，在棉束随着打手旋转的过程中，大棉块被开松后不会因体积膨胀而相互挤压，能够很好地排除暴露在外部的颗粒性杂质；其次在开松过程中，开松较好的棉束在离心力作用下能够脱离打手，可避免小棉束的过度打击。因此，双轴流开棉机开松柔和，棉结和短绒增长较少，但实际的除杂效率较低。

3.2 JWF1104 型开棉机

流程中第二道开松设备采用JWF1104 型开棉机，该机型主要是针对机采棉特点而开发，其工艺目的是在双轴流开棉机开松的基础上实现进一步开松，使包裹在棉束内部的各种细小杂质充分暴露脱离，实现渐进开松、薄棉细喂、柔性打击、高效除杂。JWF1104 型开棉机上部采用大容量储棉箱，工作机幅2 000 mm，打手直径750 mm，共设置192 枚V 形角钉，分16 排呈螺旋状排列分布在打手筒体上，打手转速0 r/min～960 r/min，可在线无级调速，打手底部采用三角形尘棒除杂机构，落杂区域大幅增加。工作时，上棉箱蓬松的棉束在给棉罗拉握持下均匀喂入，进入打手室内的棉束在打手角钉的握持作用下跟随打手旋转。在旋转过程中，由于V 形角钉握持力较弱，棉束转速要低于打手转速，通过速度差实现打手角钉对棉束的多次打击开松。在旋转开松打击过程中，棉束与尘棒碰撞，暴露在棉束外部的杂质在碰撞、离心力等作用下脱离下落。

JWF1104 型开棉机的工作幅宽较宽，棉束按整个工作机幅宽度均匀铺开，最大程度摊薄单位面积棉层的厚度，实现了超薄精细喂入，充分摊薄的棉束在开松时不受狭小打手室空间影响，打手室单位空间内的棉束量大大减少，避免了因棉束体积膨胀造成的“拥挤”，大量包裹在棉束中的颗粒性尘杂不需要剧烈打击开松就能够充分暴露并被排除；另一方面，棉束沿打手旋转方向行进约3/4 圈就输出到下一工序，开松打击时间较短，最大程度避免了在开松除杂过程中造成的纤维损伤和棉结增长。生产实践表明，通过工艺调整，JWF1104 型开棉机在完成除杂功能的同时，可以实现棉结、短绒零增长，甚至是负增长。试验数据如表1 所示。

表1 JWF1104 型开棉机除杂效率试验数据表

3.3 JWF1124C 型单辊筒清棉机

流程中第三道开松除杂设备是JWF1124C 型单辊筒清棉机，工作机幅1 600 mm，采用铝型材梳针打手，打手直径400 mm，梳针齿密为4.6 个/（25.4 mm）2，梳针在打手表面呈螺旋状均匀排列，打手梳针每向前旋转一排，梳针就横向平移一个单位，避免针齿对同一位置的棉束进行连续打击造成纤维损伤。JWF1124C 型单辊筒清棉机打手梳针针高约8 mm，梳针圆锥度20°，工作角70°，具有良好的穿刺能力，能够从给棉罗拉握持的棉层处轻易抓起棉束，在离开给棉区后的棉束能够浮于梳针表面。工作时，打手表面的梳针对大棉束进行穿刺、松解、梳理，纤维和杂质悬浮在打手产生的附面层气流中，跟随气流一起旋转。由于杂质质量大、投影面积小，受附面层气流旋转速度影响小，会被附面层内层气流“挤”向外层，因此在旋转过程中，质量越重，杂质或者籽屑向附面层外层移动的速度越快。在附面层气流和离心力的作用下，原料在梳针打手表面从内到外会出现分层现象，杂质多在外层，纤维多在内层。JWF1124C 型单辊筒清棉机底部设置2 块分梳板、3 把除尘刀、3 个落杂吸口，通过除尘刀切割打手外层附面层气流，去除与棉纤维结合较为紧密的杂质，实现以梳代打、高效除杂的目的［3］。

JWF1124C 型单辊筒清棉机与JWF1026-160（10）型多仓混棉机直联，给棉系统由多仓混棉机的输送平帘、斜帘和清棉机平帘共同组成。供棉时，多仓混棉机10 个储棉仓内的棉花根据清棉机的要棉量同时输出，经过设置在储棉仓底部的10组给棉罗拉和10 根大直径均棉打手的开松，蓬松的棉束下落并平铺在输送皮帘上，向JWF1124C型单辊筒清棉机提供均匀、稳定、连续的棉层，从而保证JWF1124C 型单辊筒清棉机除杂效率的相对稳定。

3.4 JWF1116 型清棉机

在JWF1124C 型单辊筒清棉机后再增加一道清棉设备，是基于概率论中的大数定律，利用增加的除杂几率来提高流程的除杂效率。流程中最后一道开松设备是JWF1116 型清棉机，该设备结合了除微尘机和清棉机的功能，其上部采用除微尘机的“大空间+大网眼板”结构，棉束在风机抽吸作用下进入设备，然后沿圆弧曲线的网眼板从上向下滑移，在这个过程中，棉束的中短绒、微尘跟随气流从网眼排除进入滤尘系统。给棉及打手部件设置于设备底部，打手和除杂部件的结构与JWF1124C 型单辊筒清棉机相同，进入JWF1116型清棉机的棉束在经过网眼板后下落至四罗拉喂入单元，棉束经过相对宽松的握持机构进入打手室，相对蓬松的棉束通过设备打手快速旋转产生的附面层气流和离心率共同作用，再次对棉束中未能去除的细小尘杂进行分离排除。

清棉设备除杂的核心思路是先开松、后除杂，开松度越好越有利于除杂。棉花在进入JWF1116 型清棉机内部后，已经具有良好的开松效果，因此不需要太高的打手转速就能具备较好的除杂条件。另一方面，JWF1116 型清棉机是流程中最后一道开松点，因此在设计除杂分梳部件时，将除尘刀、分梳板与打手的隔距在JWF1124C型单辊筒清棉机的基础上适当放大，避免纤维损伤和落棉过度增加。

3.5 其他

流程中4 道开松除杂设备的吸落棉部件均采用了中间吸落棉技术，不仅解决了落杂箱尘杂堆积的问题，大幅减轻了工人劳动强度，同时较双侧吸落棉节省了15%～20%的滤尘风量。

风机或者凝棉器在清梳联流程中有着承上启下的重要作用。在清梳联流程中每增加1 台开清棉设备，通常也须增加1 台风机或者凝棉器。本清梳联流程清棉部分总共配置了5 台ZF9104 系列输送风机、1 台FA051A 型凝棉器。风机叶轮均采用铝型材六翼径向叶片，叶片由电机直联通过变频驱动，能够最大程度节省能耗并减少纤维损伤。

4 生产试验

清梳联的工艺思路决定了流程配置，清梳联的流程配置反过来又影响上机工艺，两者之间相互依存，相互制约。

4.1 清棉流程的生产试验

本流程的工艺核心是柔性开松、高效除杂，通过大量生产试验，确定清棉设备的工艺运行参数：JWF1018 型抓棉机行走速度17 m/min，下降量1 mm，打手转速1 100 r/min；FA103B 型双轴流开棉机打手转速500 r/min，出棉口静压-400 Pa～-450 Pa；JWF1104 型开棉机打手转速560 r/min；JWF1026-160（10）型多仓混棉机打手转速360 r/min；JWF1124C 型单辊筒清棉机打手转速600 r/min，给棉罗拉与辊筒隔距1.6 mm，出棉口静压-450 Pa；JWF1116 型清棉机打手转速460 r/min，给棉罗拉隔距12 mm。

在试验过程中，我们发现开清棉设备的除杂效率不仅与打手转速呈正相关，而且与原棉含杂率也呈正相关，同时，在一定范围内适当增加或者减少打手转速，设备的实际除杂效率基本保持稳定，棉结增长率在一定范围内随机波动，没有呈现出随打手转速增加而大幅增加的规律特征。因此，通过优化流程中开清棉设备的运行工艺参数，能够实现棉结、短绒少增长，除杂效率大幅提升的生产要求。

影响清梳联清棉设备除杂效率的因素很多，例如原棉含杂率、杂质类型，原棉的成熟度、落棉量，清棉车间原棉回潮率等。根据原棉配棉及现场的实际情况，我们进行了大量试验，如果不考虑其他因素，仅从设备本身出发，影响除杂效率最关键因素是落棉量和打手转速。表2 是清棉设备采用上述工艺配置且经多次测试后平均落棉率与除杂效率的数据。

表2 不同落棉率下的除杂效率

在做含杂试验时，每次取样100 g，每个试样均打两遍，试验结束后发现落下的不仅是杂质，还存在相当数量的籽屑纤维和死棉结。从试验数据来看，在一定的落棉率范围内（一般3%），清棉流程的总除杂效率与落棉量正相关。针对本流程及配棉来说，随着落棉率的增加，清棉流程的除杂效率逐渐增加，而棉结增长率逐渐下降，这正好与我们在做含杂试验中发现的死棉结相印证。

4.2 梳棉机生产试验

梳棉是纺纱工序的核心，梳棉机的针布配置、针布状态、工艺隔距、产量、筵棉质量均直接影响生条质量。本流程使用的JWF1216-120 型梳棉机锡林梳理弧长长，且喂棉箱采用双给棉罗拉，握持点上移，变“被动给棉”为“主动给棉”，可有效控制喂棉箱棉结增长。JWF1216-120 型梳棉机锡林、道夫周围的罩板均采用铝型材，不仅强度高，而且美观不勾挂纤维。重新优化梳棉机密封结构和密封材料，不仅锡林周围气流更加稳定，而且也延长了设备的清洁周期。这些新技术、新材料的应用使得生条质量明显改善。表3 是16 台梳棉机采用优化工艺后，在不同产量下的生条质量对比。

表3 在不同产量下的生条质量对比

在梳棉机试验中，不同时间取样，筵棉的棉结基本上在360 粒/g～375 粒/g 之间无序波动，从原棉到梳棉机筵棉的棉结增长平均在43%左右。梳棉机筵棉含杂在0.85%～1.05%之间，生条含杂在0.02%以内，梳棉机除杂效率不小于98%。同时从表3 可以看出，随着产量的提升，梳棉机生条AFIS 棉结数量明显增加，短绒含量相对减少，说明随着梳棉机产量的提升，棉纤维受到的梳理度降低。在一定产量范围内，梳棉机的梳理质量与梳棉机产量呈正相关［4］。

5 纺纱质量及能耗

为了进一步探究不同梳棉机台时产量对成纱质量的影响，我们以恒天永安使用该清梳联流程加工的品种JC 14.8 tex 纱为例，正常生产时梳棉机台时产量是45 kg，我们又分别对梳棉机台时产量分别为52 kg 和58 kg 时进行多次试验，试验数据如表4 所示。

从表4 可以看出，梳棉机台时产量在45 kg时，其管纱主要质量指标均达到了USTER 2018公报5%的水平。纱线的断裂强度CV是反映单纱强力均匀性的指标，高品质纱线尤其注重，该项指标的提升正是清梳联中JWF1026 型多仓混棉机大容量多仓及仓位数字量化控制技术等新结构、新技术应用的体现，使棉花在多仓内的混和不仅充分，而且单位时间内的混和比一直保持着相对稳定。

表4 不同梳棉机台时产量对成纱质量的影响

在能耗方面，新型清梳联中FA103B 型双轴流开棉机、JWF1104 型开棉机吸落棉系统、JWF1124C 型单辊筒清棉机吸落棉系统、JWF1116 型清棉机吸落棉系统以及JWF1216 型梳棉机第一刺辊区均采用中间吸落棉技术，流程中的输送风机、开棉机和清棉机的打手、给棉部件均采用变频控制，梳棉机锡林、活动盖板采用变频控制，梳棉机智能识别关停锡林功能，清梳联集中控制系统自适应控制以及智能关闭滤尘机组等新技术的应用使清梳联生产线吨纱能耗较传统纺机采棉的清梳联节约20%以上。

6 结语

综上所述，针对新疆机采棉含杂高，尤其是不成熟纤维、不孕籽、软籽表皮、叶片、僵片等杂质显著增多，且多、散、碎、小等特点，我们通过均衡配棉，采用柔性渐进开松的流程配置，开松打手从圆柱形、V 形角钉再到梳针形式，逐渐增加角钉密度，针对不同的含杂率采用不同的排杂工艺，可以达到高效除杂、纤维少损伤的预期目标，所生产的新疆机采棉细号纱品种成纱主要质量指标达到了USTER 2018 公报5%的水平。同时，总结新型清梳联流程配置的一些经验以供借鉴参考。

（1）重视机采棉的物理特性，合理均衡配棉、控制配棉的回潮率稳定，是保证纱线质量指标长期稳定的重要因素。

（2）清梳联设备的流程设置要与原料的配棉品质相适应，质量重、暴露充分的大杂要在开棉设备中尽量排除，早落少碎；质量轻的细杂碎杂在开棉设备的去除效率较差，应在清棉机中排除，尽可能减轻梳棉机的梳理负荷。

（3）在传统清梳联流程配置中，清棉机组除杂配置不适应机采棉的物理特性，提高除杂效率的同时往往伴随着纤维的大量损伤和棉结增长。新型清梳联生产线针对新疆机采棉杂质的特点，采用新型清棉设备配置在清梳联流程中，通过合理设计开清棉设备的打手形式、密度以及开松空间等要素，结合工艺试验优选上机工艺，既显著提高了清梳联的除杂效率，又大幅减少了开清棉过程中的纤维损伤和棉结增长。

（4）对于新疆机采棉细号环锭纱的生产，应该严格控制喂入梳棉机筵棉的含杂率，否则会严重影响梳棉机的梳理质量，从而制约纱线棉结等质量指标的提升。同时梳棉机筵棉含杂率偏高也会降低梳棉机分梳元件的使用寿命。