起毛机概况及其工作原理分析

唐考成，张昊

（连云港如年实业有限公司，江苏 连云港 222000）

18世纪中期，英国纺织品行业兴起，手工工场的产品供应不足。为了提高纺织品产量及生产技术，人们发明了一种织布工具——飞梭，大大加快了织布的速度，也刺激了市场对棉纱的需求。18世纪60年代，织工哈格里夫斯发明了“珍妮纺纱机”，极大地提高了生产效率。

19世纪初，随着市场需求的变化，绒类产品兴起，欧美率先推出欧式起毛机和美式起毛机用于绒类产品的生产加工，欧美纺织行业发展也到达巅峰。20世纪90年代以来，欧美发达国家受产业结构调整、劳动力成本提升等因素影响，开始朝着资金及技术密集型方向发展，纺织业迁移到东亚国家，如日本、韩国等。

中国是纺织大国，具有庞大的市场及消费群体，对纺织机械制造企业提出了“智改数转”要求，并提供了专项研发资金，以促进纺织业高质量发展，尤其是起毛机产品，通过国家扶持及企业自主研发创新，结合现代化智能控制技术和物联网技术，将传统落后的纺织制造业升级成高端数字化行业，部分产品已经达到甚至超过国外技术水平。

1 起毛机概况

1.1 起毛机的主要组成部分

起毛机主要由锡林、顺针辊、逆针辊、前牵引辊、后牵引辊等部分组成，如图1所示。

图1 起毛机结构

1.2 起毛机控制系统

起毛机控制系统由触摸屏、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、变频器和其他辅助器件组成，通过以太网和RS485串行协议与PLC进行通信，实现各单元电机的运转，如图2所示。

图2 起毛机电器控制原理

1.3 起毛机分类

起毛机源于欧美国家，按工作方式的不同分为欧式起毛机和美式起毛机。其中，欧式起毛机针辊采用皮带传动，锡林的运转方向既可以和织物运行方向保持一致，也可以反向运行，顺针辊和逆针辊起毛针布都采用弯针。欧式起毛机最大的优点是清理针辊容易以及针辊受到超大负荷时皮带打滑可以保护针辊，在棉、毛、化纤、混纺等梭织、经编、纬编织物起绒方面得到广泛应用，如荷兰绒等。美式起毛机针辊采用齿轮传动，锡林的运转方向和织物运行方向相反，起毛针辊分蹲毛辊和起毛针辊，针布采用直针和弯针，直针起蹲毛作用，弯针起起毛作用。美式起毛机最大的优点是齿轮传动没有打滑系数以及输出功率大，在棉、化纤、混纺等针织物起绒方面得到广泛应用，如摇粒绒等。

欧式起毛机根据针辊数量分为24辊、28辊、32辊、36辊、42辊、48辊、50辊、60辊等，美式齿轮机根据针辊数量分为24辊、28辊等。

锡林根据数量分为单层和双层，单层锡林根据针辊数量分为24辊、28辊、32辊、36辊、42辊、48辊、50辊、60辊等，双层锡林根据针辊数量分为24辊+24辊、28辊+28辊等。

2 织物起绒的影响因素

2.1 针辊数量及锡林直径对起绒的影响

起绒是一个动态的物理变化过程，针辊通过机械将织物面纱进行穿刺、勾起、拉高、切断、松解，实现织物表面绒感及风格。起绒针辊的数量对起毛的风格影响很大，针辊数量越多，锡林直径越大，针尖和织物接触面减小，起绒点增多，起毛风格短密；反之，锡林直径小，针尖和织物接触面增大，起绒点减少，起绒后的织物表面长而稀疏，如表1所示。

表1 不同数量针辊对织物起绒的影响

2.2 针辊转速对起绒的影响

织物由前后牵引辊牵引并包裹在锡林上，通过针布的针尖与织物运行的相对速度不同造成起绒。虽然顺针辊和逆针辊的针尖方向相反，但速度的计算方式相同，针辊一边随着锡林公转一边自转，针尖速度是公转速度和自转速度的合成速度，逆针公转时产生的针尖速度如下：

式中：V为针尖速度；n锡林为锡林转速；R锡林为锡林半径；R皮带轮为皮带轮半径；r针辊为针辊半径。

逆针辊自转时的针尖速度如下：

因为起毛辊自转方向与在锡林上的公转方向相反，以针尖方向为正，逆针的合成速度如下：

起毛速度就是逆针针尖速度与织物运行的相对速度，逆针辊针尖方向与织物的运行方向相反，逆针辊的起毛速度用V逆起表示，以逆针针尖方向为正，V布方向为反，即负值，得到V逆起=V逆针尖+V布。当V逆起＞0时，逆针辊在起毛，V逆起数值越大，起毛力越大；当V逆起=0时，逆针针尖速度和布速相等，两者之间无相对运动，不起毛，即零点；当V逆起＜0时，逆针辊针尖背向织物布面滑动，逆针辊在梳毛，V逆起负值越大，梳毛力越大，如图3所示[1]。

图3 起毛运转示意

2.3 锡林转速对起绒的影响

锡林转速对织物起绒效果具有一定影响。通常情况下，锡林转速越快，相对单位长度的织物所接触到的针辊次数越多，每根针辊与织物每次接触的时间越短，针尖和织物之间的作用力减小，容易出现短、密、匀风格的绒毛。反之锡林转速慢易出现长毛，如锡林转速太慢容易出现钩针现象。

2.4 起毛针布结构与参数对起绒的影响

2.4.1 起毛针布钢丝形状和规格对起绒的影响

起毛针布一般采用防锈效果较好的不锈钢丝，钢丝普遍采用三角形钢丝，还有圆形、椭圆形和菱形钢丝。针布的形状和钢丝的规格是由被起毛的织物特性而定。起毛针布钢丝形状及规格如表2所示[2]。

表2 起毛针布用钢丝形状及规格

2.4.2 针布钢丝对起绒的影响

在起毛过程中，钢针需要不断重复刺入、勾起、拉高和切断纤维的动作。目前，市场上大多数起毛面料含化纤成分，而化纤的强力高于植物纤维和动物纤维，其作用于钢针上的力比较大，会使钢针出现断针和翻针情况，需要充分考虑钢针的材料强度及抗疲劳性能，否则断针和翻针将无法起毛或达不到起毛效果要求。

2.4.3 针布平整度和粗糙度对起绒的影响

针布针面平整能充分保证针尖和面料之间的插入深度一致、起绒均匀、风格一致。针布平整度差，矮针则很难有效刺入织物，而高针有可能刺透织物，不仅起绒不均匀、效果差，还会影响针布本身寿命、损伤织物。

针布表面粗糙度是造成起绒过程中掉毛的主要原因，针布表面越光滑越不容易掉毛，越粗糙越容易掉毛。掉毛率是起毛质量的关键指标之一，掉毛不仅影响起毛质量，还会增加织物损耗，达不到克重要求。为了降低织物起绒时的掉毛率，新针布在出厂前就增加了一道针尖抛光处理工序，并在起绒前用厚的织物进行磨针，使针尖更加锋利、光滑。

3 起毛机的工作原理

3.1 锡林、针辊和织物的运动关系及运转方向

在织物起毛过程中，首先锡林通过自转带动针辊公转，针辊公转方向和锡林自转方向相反；其次针辊通过自转实现针辊加速对织物起绒，针辊自转方向和锡林自转方向相反，织物的运行方向和锡林自转方向相同。

3.2 起毛零点的作用

起毛零点转速是调整针布起毛力大小的基准及依据，指导织物的起毛工艺。

3.3 起毛零点的计算

起毛零点是起毛过程中针尖和织物不发生相对作用时的针辊转速，与锡林转速、锡林和针辊直径及布速等参数有关。

根据起毛运动原理得出一个结论：锡林自转产生的线速度－锡林带动针辊公转的线速度－针辊自转的线速度=织物的运行速度。针辊自转的线速度即零点线速度。

以连云港如年实业有限公司生产的RN331型36辊70起毛机为例，锡林直径为1 120 mm、针辊直径为89 mm、针辊带轮中径为183 mm。零点时针辊的自转线速度（m/min）=锡林转速×锡林盘直径含针辊×π－锡林转速×锡林盘直径含针辊带轮×π×针辊直径/针辊带轮－V布，如式（4）所述；零点时针辊的自转转速（r/min）=针辊自转的线速度/针辊周长，如式（5）所述。

根据客户使用连云港如年实业生产的RN331型36辊70起毛机做氨纶超柔产品起毛工艺设置：锡林转速75 r/min、布速30 m/min，通过公式（5）算出零点速度=75×6.462 5－30×3.578 3≈377 r/min。当逆针辊速度大于377 r/min时，处于起毛状态，小于377 r/min时，处于梳毛状态；当顺针辊速度大于377 r/min时，处于梳毛状态，小于377 r/min时，处于起毛状态；当顺逆针辊转速约等于377 r/min时，针尖和织物处于相对静止状态，既不起毛也不梳毛。

上文所述的零点是在理想情况下得出的，正常情况下要考虑以下几点：（1）驱动电机采用三相异步电机，异步电机输出转速本身就有一定误差；（2）带传动的打滑系数；（3）电机在负载情况下输出扭矩发生变化，输出转速出现偏差，为了保证起毛零点的精准性，在程序里设置零点手动微调功能修正零点。

4 结语

起毛机是织物后整理加工过程中的主要设备，起绒工序也是整理过程中的关键工序，因为起绒后的织物不能修复，所以起绒的质量基本决定整个产品的风格和品质。在织物起绒的过程中，不仅要了解织物的纱线成分和织造方式，还要了解起毛机的结构和运行原理。通过对起毛机结构的概述及起毛原理的分析，让更多工艺人员及操作人员更深入地了解起毛原理并掌握起毛技术；通过对起毛零点的计算，为工艺编制和工艺指导提供依据；通过针布参数选型及针布对织物起绒影响因素的分析，有效避免针布在起绒过程中的质量隐患，指导起绒工艺的实施，提升起绒品质。