新型刺辊针布的齿形设计与应用

陈玉峰

（光山白鲨针布有限公司，河南信阳，465450）

新型高产梳棉机主要体现在高速度、高产量、高质量方面，由于刺辊梳理时采用握持分梳，梳理强度大，开松排杂效果好，但是对纤维损伤大，针布衰减周期很短，对成纱质量以及稳定性均有一定影响［1］。因此，针对新型梳理针布采取有效的针布几何尺寸设计，最大限度地减少纤维损伤，做到开松、除杂、转移、提高梳理度、降低落棉兼顾是新型刺辊针布的发展趋势。

1 新型刺辊针布的设计特点

传统刺辊针布的设计主要是考虑齿尖厚度、针布工作角度以及基部厚度等，能够实现开松效果，但对适应梳棉机高速、高产、高质量，以及高含杂机采棉和新型纤维等方面存在明显不足。新型刺辊针布的设计要重点解决这些问题，其规格参数要有相应的变化。

以减小基部厚度为发展趋势，增加整体齿密，增强横向梳理，为加大纵向齿距提供条件；刺辊针布工作角有加大趋势；与齿形相互结合，针布总高降低；纺棉纤维纵向齿距呈加密趋势，非棉纤维齿距呈增加趋势；纺棉时，加大齿密要与减小工作角相平衡，纺化纤时，增加工作角度，降低针齿密度；齿顶面积设计细分，废棉开松采用加厚齿尖，化纤及再生纤维素纤维采用薄齿，棉纤维采用薄型或超薄型齿尖；齿深一般采用浅齿深与高齿密、大工作角度设计相结合；齿尖角一般采用20°；齿形较多地采用圆弧齿；采用表面强化处理，增强齿尖硬度、耐磨度、表面光洁度。

2 新型刺辊针布的特征及使用效果

2.1 新型驼峰刺辊针布

2.1.1 刺辊针布特征

齿背采用驼峰齿形曲线设计，托持纤维易于向锡林转移，利于提高刺辊部位后车肚落杂率，减少盖板针布嵌杂、生条籽屑棉结及成纱纱疵；浅齿可提高针布齿部抗轧能力，防止齿尖侧向弯曲倒伏；齿尖采用薄齿，提高穿刺能力，减少纤维损伤；纵向齿距提高开松度和减少纤维损伤兼顾；加大工作角，提高控制和穿刺纤维能力［2］。针布型号：AT5010×03621VCS（棉 纤 维）、AT5505×05030VCS（化纤）。几何尺寸特征与常规刺辊针布对比如下。基中，新型驼峰针布工作角5°（化纤）、10°（棉），普通针布工作角10°。

针布 新型 普通

刺辊齿形 驼峰 直齿

密度 /［齿·（25.4 mm）-2］8543

齿尖厚度/mm0.180.24

纵向齿距/mm3.65.0

齿深/mm1.982.30

针布总高/mm 5.0、5.55.0

表面粗糙度Ra/μm0.120.20

2.1.2 应用实例

JWF1204型梳棉机，机采细绒棉，马克隆值3.7，短绒率14.8%，长度30.6 mm，含杂2.1%，锡林速度420 r/min，刺辊速度970 r/min，梳棉定量22.5 g/5 m，出条速度110 m/min，环锭纺普梳14.6 tex纱。方案1采用普通刺辊针布，型号AT5010×05030V；方案2采用驼峰齿刺辊针布，型号AT5010×03621VCS。通过实践，棉结清除率、成纱质量有明显提高，试验结果对比如下。

项目 方案1方案2

刺辊齿形 普通齿 驼峰齿

密度 /［齿·（25.4 mm）-2］8543

杂质/（粒·g-1）2617

棉结/（粒·g-1）4735

带籽棉结/（粒·g-1）121

短绒率/%20.219.8

棉结清除率/%88.093.1

条干CV/%14.0413.71

-40%细节/（个·km-1）10693

-50%细节/（个·km-1）3.52.0

+50%粗节/（个·km-1）10997

+140%棉结/（个·km-1）965751

+200%棉结/（个·km-1）221167

条干CVb/%2.52.1

2.2 新型双弧面齿刺辊针布

2.2.1 刺辊针布特征

双弧形齿面刺辊的底角呈大负角-45°，使纤维不易沉积于齿根部，使刺辊上的纤维向刺辊齿尖分布，有利于锡林转移刺辊表面纤维；齿背采用弧背形齿条，防止齿面纤维下沉，有利于未控端纤维后扬，对排杂、排短绒有效；纵向齿距减少2.0 mm～8.0 mm，齿尖厚度为0.16 mm，提高齿尖对纤维束的穿刺能力；齿距为5.0 mm；齿深为3.2 mm～3.6 mm，提高转移效果；对表面进行涂层处理或者等离子处理，提高光洁度，降低与纤维的摩擦因数；纺棉工作角度一般要求在10°～20°，纺 化 纤 一 般 在0°～10°，具 体 型 号：AT5013×05030V、AT5610×05011、AT5620×04211。几何尺寸与普通刺辊针布对如下。

针布 新型 普通

刺辊齿形 双弧面 直齿

密度 /［齿·（25.4 mm）-2］43～8636

齿尖厚度/mm0.160.22

纵向齿距/mm5.05.0

齿深/mm3.2～3.62.68

工作角度/（°）10、13、2010

针布总高/mm5.65.6

表面粗糙度Ra/μm0.110.16

2.2.2 应用实例

JWF1216型梳棉机，采用机采细绒棉，马克隆值4.8，短绒率15.1%，长度28.6 mm，含杂率2.6%，锡林速度450 r/min，刺辊速度870 r/min，梳棉定量24.0 g/5 m，出条速度130 m/min，普梳棉18.5 tex转杯纱。方案1采用普通刺辊针布，型号AT5010×05030V；方案2采用双弧面齿刺辊针布，型号AT5013×05030V。具体试验结果对比如下。双弧面齿刺辊针布利于纤维转移，增加工作角度可以提高分梳能力，降低落棉率，针布齿尖厚度由0.22 mm减少到0.16 mm，齿尖变薄，减少纤维损伤，负底角渐变设计使纤维稳定在齿尖部位，利于梳理转移，棉结清除率提升，短绒增长率下降，成纱质量得到了提升。

项目 方案1方案2

刺辊齿形 普通齿 双弧齿

密度 /［齿·（25.4 mm）-2］3643

杂质/（粒·g-1）3117

棉结/（粒·g-1）6551

带籽棉结/（粒·g-1）74

短绒率/%16.716.4

棉结清除率/%79.084.0

后车肚落棉率/%3.93.1

条干CV/%13.5713.22

-50%细节/（个·km-1）118

+50%粗节/（个·km-1）4119

+200%棉结/（个·km-1）9252

+280%棉结/（个·km-1）222

条干CVb/%2.11.9

单纱强力/cN218229

最低强力/cN183184

2.3 高齿密薄齿尖刺辊针布

2.3.1 刺辊针布特征

齿密90齿/（25.4 mm）2～100齿/（25.4 mm）2，增加梳理效果；齿尖厚度为0.14 mm，齿薄提高穿刺能力；齿距一般在2.0 mm～5.0 mm，提高纵向开松效果；齿深为3.4 mm，利于转移。齿形为直齿提高穿刺能力；纺化纤工作角度为10°～15°，棉纤维一般要求10°～20°。高齿密薄齿尖刺辊针布主要运用在纺棉，特别是纺机采棉等。典型型号有AT5010×3621V、AT5010×4020V、AT5610×04211和AT5615×03211。新型高齿密薄齿尖刺辊针布特征与普通针布均为直齿形，对比如下。

针布 高齿密薄齿尖 普通

密度 /［齿·（25.4 mm）-2］90～10043

齿尖厚度/mm0.140.22

纵向齿距/mm2.0～3.65.0

齿深/mm2.012.48

工作角度/（°）10～2010

针布总高/mm5.05.0

表面粗糙度Ra/μm 0.10 0.18

2.3.2 应用实例

以TC5-1型梳棉机为例，纺细绒棉，马克隆值4.9，短 绒 率14.3%，长 度28.7 mm，含杂3.1%，锡林速度450 r/min，刺辊速度1 200 r/min，梳棉定量24.0 g/5 m，出条速度140 m/min，普梳棉14.6 tex纱。生产中存在问题：刺辊速度1 200 r/min以上时，对纤维损伤较大，降低刺辊速度后，开松度效果较差，满足不了排杂需要。方案1和方案2均为普通刺辊针布，型号AT5010×05030V，齿密43齿/（25.4 mm）2；方 案3为 高齿密 薄 齿 尖刺辊针布，型号AT5010×03621VCS，齿密85齿/（25.4 mm）2。通过降低刺辊速度和增加齿密，棉结清除率提高，短绒率降低，成纱质量有明显改善。生条质量对比如下。

方案 方案1方案2方案3

杂质/（粒·g-1）769850

棉结/（粒·g-1）536746

带籽棉结/（粒·g-1）10199

短绒率/%18.717.916.8

棉结清除率/%83.279.186.9

调整锡林速度和刺辊速度，3种方案纺纱试验对比如下。

方案 方案1方案2方案3

锡林速度/（r·min-1）470420470

刺辊速度/（r·min-1）1 200970940

条干CV/%15.415.615.5

-50%细节 /（个·km-1）12115

+50%粗节 /（个·km-1）299319268

+200%棉结 /（个·km-1）471505398

单纱强力/cN203.7209.4216.3

强力CV/%10.48.58.1

方案1，刺辊速度较高，成纱细节偏高，单纱强力有降低趋势；方案2降低了刺辊速度，开松度受到了影响，粗节、棉结有所增加；方案3采取了锡林高速、刺辊低速的措施，棉结、粗节、细节明显下降，单纱强力有所提高，质量稳定。

综合对比分析，齿密增加使梳理度提高，杂质更容易暴露，有助于提高刺辊部位后车肚的落杂率，减少了盖板针布嵌杂、生条含杂、籽屑棉结及成纱纱疵，提高了成纱光洁度、刺辊部位纤维分离度和单纤化率；降低转移给锡林的纤维束尺寸，有利于减轻后续梳理负荷；在刺辊梳理度提高的前提下降低刺辊速度，减少齿尖对纤维的打击冲量，确保纤维少损伤，在适当降速情况下也可适当提高机台产量［3］。

2.4 大齿距薄齿尖刺辊针布

2.4.1 刺辊针布特征

大齿距刺辊针布在增大纤维容纳量的同时，保证足够的齿距和齿深，提高落杂率，减少杂质嵌塞，增强排杂效果［4］。大齿距薄齿尖刺辊针布特征：齿 密20齿/（25.4 mm）2～30齿/（25.4 mm）2，相邻齿间距由传统3.0 mm～7.0 mm增加到8.0 mm～13.6 mm；齿顶面积L×B从1.00 mm×0.22 mm调整到1.00 mm×0.15 mm；针布总高保持不变，夹角保持不变，工作面齿底由圆形齿底改为负底齿设计，提高了排杂能力。典型型号有AT5010×08030V和AT5610×01311。新 型 大齿距薄齿尖刺辊针布与普通针布特征如下。其中普通刺辊针布齿密43齿/（25.4 mm）2。

针布 大齿距 普通

刺辊齿形 弧齿形 直齿形

齿尖厚度/mm0.160.22

纵向齿距/mm8.0～13.65.0

齿深/mm2.312.68

工作角度/（°）10～2010

针布总高/mm5.05.0

表面粗糙度Ra/μm0.100.18

2.4.2 应用实例

JWF1211型梳棉机，纺莱赛尔9.7 tex赛络集聚纱，纤维规格1.33 dtex×38 mm，锡林速度330 r/min，刺辊速度600 r/min，梳棉定量25.0 g/5 m，出条速度110 m/min。由于莱赛尔纤维原纤化程度大，纤维损伤较为严重，成纱质量较差。方案1采用普通刺辊针布，型号AT5010×05030V，齿密43齿/（25.4 mm）2；方案2采用大齿距薄齿尖刺辊针布，型号AT5010×08030V，齿密26齿/（25.4 mm）2；通过降低刺辊齿密，生条短绒率降低，成纱切疵有明显改善，具体生条质量和成纱质量试验对比如下。

项目 方案1方案2

刺辊针布 普通齿 大齿距

棉结/（粒·g-1）52

短绒率/%9.76.3

条干CV/%13.5012.36

-40%细节/（个·km-1）114.044.0

-50%细节/（个·km-1）30

+50%粗节/（个·km-1）65.036.7

+140%棉结/（个·km-1）687.0435.8

+200%棉结/（个·km-1）5175

条干CVb/%2.11.9

单纱强力/cN203203

增加齿密可以增强分梳能力，但是纵向齿距在梳理中会影响对纤维的纵向打击，造成纤维损伤，采用大齿距刺辊针布可减少纤维损伤，提高纱线强力，同时可以利用刺辊离心力排除杂质，成纱质量较为稳定。

3 结语

传统刺辊针布的齿尖厚度、针布工作角度以及基部厚度等齿形设计，关注重点是开松排杂效果，但存在对纤维损伤大、针布衰减周期快等缺陷，对成纱质量以及稳定性均有一定影响；新型刺辊针布设计要重点解决这些问题，其规格参数也有相应的变化，以薄齿尖、不同齿密、不同齿深、不同齿形等特殊设计，达到对纤维转移、梳理、开松以及减少纤维损伤与降低落棉兼顾的效果；在生产实践中纺不同纤维时，通过选用驼峰齿形、双弧齿形、高齿密薄齿尖、大齿距薄齿尖等新型齿形刺辊针布，能够解决梳理过程中减少纤维损伤与保证质量之间的矛盾，达到高效梳理的效果。