梳棉機附加分梳裝置的結構形式與特點

曾一平，馮喜奎

(浙江錦峰紡織機械有限公司，浙江 溫州 325041)

附加分梳裝置在新型高產梳棉機及老式梳棉機改造中得到越來越廣泛的應用，了解各附加梳理區(qū)分梳裝置的特點、針布齒條形式及其特性、齒條蓋板的結構特點等，對選配附加分梳裝置，提高棉網及成紗質量十分重要。

1 蓋板針布的起源及發(fā)展

1.1 蓋板針布的起源

早期梳理機的主要梳理元件之一是針板。早在1804年，彈性針布首先由德國彼得針布廠制造成功，彈性蓋板針布也首先在早期梳棉機上應用。初期的彈性蓋板是固定的，由于在運行中針布充塞纖維、嵌雜和梳針變形嚴重，需頻繁拆卸及維護，為解決此難題，出現(xiàn)了回轉彈性蓋板。

鋸齒條針布即金屬針布，于1849年由英國卡爾費特首創(chuàng)，1895年由英國潑拉脫公司實現(xiàn)工業(yè)化生產，1924年實際應用于包覆在錫林和道夫上［1］，此后彈性蓋板和齒條蓋板在梳棉機上的嘗試應用從未停止。

1.2 蓋板針布的發(fā)展

在老型梳棉機上只有約1/3錫林圓弧面與回轉蓋板形成梳理區(qū)，其余2/3由罩板和漏底覆蓋;因此，充分挖掘此區(qū)域以擴大梳棉機梳理能力，一直是梳理研究者探索的重點。20世紀80年代初，筆者曾參與梳理器材新產品開發(fā)的市場調研，接觸到不少固定齒條蓋板針布的應用樣例。由于彈性蓋板針布的充塞在國際上也是個難題，其應用(包括在全固定齒條蓋板梳棉機上的應用)受到制約［2］，梳理技術工作者將著眼點逐步轉移到齒條蓋板。江陰五一棉紡廠對A187型梳棉機加裝預分梳輥和固定齒條蓋板做長期試驗，三門峽會興、上海五棉、十二棉等也作了對比試用，上海棉紡公司科研所、上海針布廠、上海紡機針布廠、棉紡三機配等單位參與了早期固定齒條蓋板的研制開發(fā)［3］。

自20世紀90年代起，國外引進及國產新型高產梳棉機不斷涌現(xiàn)，新型高產梳棉機為了實現(xiàn)高產及提高成紗質量，普遍采用擴大梳理區(qū)的措施:在刺輥下加裝齒條蓋板，在回轉蓋板兩側再加裝固定齒條蓋板，以提高分梳和除雜能力，確保足夠的梳理度，同時提高梳棉機的一次分梳能力，改善棉網及成紗質量［4］。進口梳棉機、國產新型梳棉機附加分梳裝置的配套、老型梳棉機的附加分梳改造形成了巨大的市場需求。為此，青島紡機［5］、常州紡器相繼引進國外齒條蓋板制造技術［6］，浙江錦峰［7］、南通金輪［8］、常州鋼筘、上海遠東［9］適時研發(fā)，ECC 在中國設廠(常州)，Bekaert并購ECC，光山白鯊公司等及時跟進研發(fā)，在經過20多年的不懈努力后，特別是近10年對國外先進梳理主機的研究和借鑒，國產附加分梳裝置在品種、規(guī)格、性能質量等方面有了顯著提高，再加上其成本和價格優(yōu)勢，逐步形成與德國特呂茨勒(TRüTZSCHLER)、瑞士格拉夫(GRAF)名牌分庭抗禮的局面。

2 附加分梳裝置的特點及要求

2.1 附加分梳裝置的總體要求

a ) 適合特定梳理區(qū)的特殊設計:不同梳理區(qū)的工作任務、纖維層狀態(tài)差異較大，分梳裝置需要作針對性設計。

b) 高自潔、免維護:工作中齒尖處于內弧面，在離心力作用下纖維易沉積齒根造成充塞，其狀態(tài)難以觀測且維護不便，故不充塞、不繞掛纖維是其首要的品質要求。自潔能力除了齒型參數之外，在表面要采取特殊措施，如沖齒無毛刺，實施刷磨、拋光等，因為光潔順滑的齒部可減少纖維勾掛和損傷。

c) 高耐磨、長壽命:由于刺輥上/下齒條蓋板針布齒密遠小于刺輥，錫林—蓋板梳理區(qū)工作蓋板(回轉和固定)的總齒數遠少于錫林，故梳理中齒條蓋板針布的磨耗要快得多，壽命周期匹配要求齒條蓋板針布具有高耐磨、長壽命特性。采用高碳細晶鋼、合金鋼材質、特殊熱處理工藝和高耐磨齒型設計等措施，可確保產品具有較高的纖維梳理量［10］。

d) 良好的梳理特性:適宜齒密前提下，齒部具有良好的穿刺、握持、容納、均混、釋放纖維的能力。

e) 小工作角釋放性能好:齒前面工作方式，決定了齒條的前角特征。

f) 便于固裝，易于更換，調節(jié)方便。

g) 蓋板骨架剛性好，齒尖平面度好，精度高。h) 制造工藝成熟，方法可靠，質量穩(wěn)定。

2.2 刺輥齒條蓋板的特點及要求

刺輥齒條蓋板的任務是開松和分解粗大棉束、剝離籽殼，細化雜質，工作中齒部受力強度高且不均衡，雜質、粉塵對齒部的磨耗極大，應具有以下特征:

a) 小齒密:齒密接近，但不大于刺輥針布;

b) 大容量:橫向間距大，形成寬松的纖維通道，縱向具有較大齒隙，使針布具有足夠纖維容量(小齒密與大容量力圖產生對粗大纖維團束的握而不塞，釋放自如的效果);

c) 高耐磨:除材質和淬火保障之外，可施加表面(層)強化措施，齒部形態(tài)符合高耐磨設計;

d) 高強度:齒條固裝具有高強度，以應對強大且不均勻的梳理力。

2.3 后固定齒條蓋板的特點

后固定齒條蓋板是預分梳的推進，為主分梳創(chuàng)造條件，進一步開松和分解纖維束，分離雜質和短絨，均混纖維。工作中齒部受力強度仍較大且不均衡，應具有以下特征:

a) 齒密遞增:從上游的刺輥預分梳齒條蓋板到下游的回轉蓋板，齒密有巨大的跳躍(從預分梳板的60齒/(25.4 mm)2～90 齒/(25.4 mm)2至回轉蓋板400 針/(25.4 mm)2～550 針/(25.4 mm)2，單一齒密規(guī)格不利于纖維的漸進梳理，以幾種齒密遞增的梳理效果更好;

b) 上下銜接:刺輥預分梳齒條蓋板針布齒條幾何尺寸具有較大的規(guī)格，回轉蓋板針布的針高也較大，處于兩者之間的后固定齒條蓋板，其總高要充分考慮上、下游的銜接，齒深不應過小，否則會引起纖維流的擁堵而影響梳理效果;

c) 不充塞、不繞掛:該梳理區(qū)存在較大束狀纖維，且分布不勻，瞬間擁堵時有發(fā)生，極易充塞繞掛。

以上特點決定了后固定齒條蓋板是一組(三種或兩種規(guī)格)齒部幾何尺寸較大、齒密遞增、分級銜接的組合。

2.4 前固定齒條蓋板的特點

前固定齒條蓋板梳理區(qū)是主梳理的補充，重點彌補回轉蓋板因出、入端兼顧所造成的出口端針密不足的缺憾，在齒密遞增條件下完成精細分梳、整理分梳、順直纖維，進一步清除殘余雜質、微塵及短絨，達到改善棉網及成紗品質的目的。

a) 具有銜接性:齒密及梳理度與上游的回轉蓋板相銜接(略高于回轉蓋板);

b) 具有延伸性:向高齒密精細分梳、整理分梳方向延伸，進一步提升纖維的伸直度。

以上特點決定了前固定齒條蓋板是一組(兩種或一種規(guī)格)齒形較小、齒密大于回轉蓋板且遞進加密的組合。

3 附加分梳齒條蓋板針布齒條特性

3.1 針布類別

梳理針布誕生200多年以來盡管不斷地發(fā)展和演變，根據其結構形式仍然可以歸并為兩大類，即齒條類和梳針類。

3.2 齒條類針布的特性

齒條類針布特性:① 強度高，剛性好;② 不易充塞;③ 齒密適應范圍廣;④ 適紡性能好;⑤ 精度高;⑥ 握持纖維能力強;⑦ 調控纖維能力強;⑧ 易損傷纖維。

3.3 梳針類針布的特性

梳針類針布特性:① 梳針排列可調性好;② 穿刺能力強;③ 纖維損傷小;④ 梳理作用好;⑤ 纖維容量大，均混效果好;⑥ 分離短絨及雜質效果好;⑦易充塞，嵌雜;⑧ 強度低，易倒針;⑨ 大針密受限;⑩ 握持能力弱。

3.4 齒條蓋板針布的特點與展望

根據齒條蓋板針布的結構型式，分為齒條式和齒片式兩類;而齒片式又可細分為基部齒片式和隔距齒片式兩種，如圖1所示。

圖1 齒條蓋板針布齒條片

3.4.1 基部齒片式蓋板針布

基部齒片式蓋板的齒片設計有雙臺型基部，在基部中區(qū)設置串排用板銷孔;圖1a)的上圖屬于壓條式固裝，下圖屬于邊夾式固裝，其具有以下特點:

a) 抗軋能力強:齒部呈楔形，自齒頂至齒底逐漸加寬，不易彎倒;

b) 自潔能力好:縱、橫向齒間不易嵌夾纖維束團及雜質，即使有瞬間充塞發(fā)生，也不易夾死，在纖維流滑擦和拖帶作用下可自動解脫;

c) 以邊夾式或壓條式固裝;

d) 制造工藝為:成品鋼絲→多道軋制→沖淬卷→截切→串排→固裝;

需要注意的是，軋制時雙臺的形態(tài)規(guī)整有難度，臺側平面不足或寬度不一致也會影響排列精度，坯條彎度控制有一定難度;齒片成形與淬火可由現(xiàn)有沖淬卷生產線完成，但板銷孔與總高非一次加工，串排固裝后易產生齒片的高低不一致而影響齒尖平面度;符合棉紡廠的現(xiàn)有條件和生產習慣。

3.4.2 隔距齒片式蓋板針布

隔距齒片式蓋板針布將齒片的基部分離為隔距片，具有以下特點:

a) 齒片整體淬火，全齒硬化，強度高;

b) 齒尖鋒利，雙平面齒側，穿刺能力好;

c) 拋光處理的表面粗糙度好，單片裁切成形后，采用了拋光處理，使齒棱及片棱微圓角，齒片平面光滑;

d) 可用隔距片齒密調整齒密，增減隔距片厚度及片數后，使同一齒片獲得不同齒密;

e) 拋光處理后不易繞掛;

f) 齒尖平面長為34 mm，與同齒密相比的工作齒數多。

隔距齒片式蓋板針布在保持其特有風格的前提下，需要在齒片形態(tài)、固裝結構、抗軋強度、機械化裝排等方面尋求創(chuàng)新與突破。

3.4.3 齒條式蓋板針布

齒條式蓋板針布具有以下特點:

a) 固裝精度高——齒尖平面度好:齒條總高尺寸規(guī)格小，嵌鑲固排時更直立，更穩(wěn)定，其固裝基準為齒條片的底面，兩端嵌鑲部位經過優(yōu)化設計(考慮到強度、擠壓變形、定位、露齒程度、易裁切、排列等)，再經特別設計的工裝擠壓變形，實現(xiàn)各齒條以底面定位的一致性，其固裝精度高，齒條針布與骨架合體后的齒尖平面度不大于0.03 mm，見圖2。

圖2 齒條式嵌鑲及精度

b) 不易嵌雜充塞:齒條金屬針布固有特性。

c) 齒條工藝先進:齒條可由新型金屬針布齒條生產線完成，加工工藝先進，精度高。

d) 抗軋強度高:齒部呈楔形，自齒尖至齒底逐漸加寬，不易彎倒。

e) 以座板嵌鑲固裝。

f) 制造效率高:所用齒條及其裁排在生產線上自動化連續(xù)完成，生產效率高、成本低，可實現(xiàn)規(guī)模化制造。

由于具備上述優(yōu)勢，齒條式已逐步成為固定蓋板的發(fā)展趨勢;固定蓋板上的針布齒條在不同梳理區(qū)所面臨的纖維狀態(tài)、分梳特點、梳理要求不同而需要不同的齒型規(guī)格參數，纖維特性、成紗品質、梳棉機機型、工藝配置等也要求與固定蓋板針布相適應;因此，齒條蓋板針布齒條的優(yōu)化設計，對附加分梳功能至關重要。

3.5 梳針類蓋板針布的特點與展望

梳針類蓋板針布可分為底布植針式，如圖3a)和底板植針式，如圖3b)。

3.5.1 底布植針式蓋板針布

如文首所述，底布植針式蓋板針布在梳棉機上應用最早，起因是將回轉蓋板的植針式蓋板針布借用到固定蓋板上十分方便，但由于此種在底布上植針的彈性蓋板的充塞十分嚴重，很快遭到淘汰。筆者認為，如果能在化解充塞、植針基體材料、磨針等方面有所創(chuàng)新和突破，此種蓋板應有一定的市場前景，畢竟其成熟的底布植針工藝及設備具有較高的生產效率。

圖3 梳針類蓋板針布

3.5.2 底板植針式蓋板針布

近十幾年來底板植針蓋板的研究和使用有一定進展，克服了底布植針式固有的弱點，在刺輥、刺輥齒條蓋板、固定蓋板等分梳元件上的試驗效果明顯優(yōu)于齒條蓋板，其特點如下［11-13］:

a) 鋼針表面光滑對纖維損傷少;

b) 鋼針穿刺能力強，有利于梳理功能的發(fā)揮，針體光滑不掛纖維、不易扭結纖維而生成棉結，分梳效果優(yōu)于同齒密的金屬針布;

c) 梳針的針尖角約為10°，穿刺能力強不充塞;

d) 鋼針強度高，符合力學懸臂梁結構。

底板植針的鋼針鋼號高，全針淬火的鋼針硬度高，耐磨性能好，壽命長。

底板植針式梳理元件作為新一代分梳元件有廣闊前景，但其在梳棉機上的應用和完善尚需以下創(chuàng)新和突破。

3.5.2.1 梳針截面與強度

梳棉機附加分梳裝置不同于清花開松工序用針板，前者針密遠大于后者，高針密條件下梳針占用空間與針隙空間(纖維容納空間)的矛盾凸顯，圓形截面梳針的強度不足，此即為底布植針式蓋板針布針密受限制和采用異形截面鋼絲的原因。唯有采用扁平形截面的梳針才可實現(xiàn)較高針密且保障梳針強度，針密在200針/(25.4 mm)2以上時應考慮改用扁平形梳針截面。

3.5.2.2 梳針底板選材及結構設計

由于梳針底板不僅需對梳針具有足夠的握持強度，還需滿足梳針排列變化，所以底板應為實體。采用鋁合金成本過高且限制植針工藝方法，試選新型材料(如復合材料、非金屬板材等)十分重要，其材質選用及結構設計應兼顧成本、植針、握持強度、便于加工、易與蓋板骨架裝配等。

3.5.2.3 生產效率

高針密針板制作的工作量大，效率低，不但制約其成本，也影響其可行性;雖然，制針有成熟技術做支撐，但單針的植針技術還是難點，有待化解。

3.5.2.4 針密適用全覆蓋

中、高針密存在梳針與針隙占用空間的矛盾，當針密在650針/(25.4 mm)2以上時更是難題;扁平形截面梳針高效率制作，方能保障梳針在高針密蓋板上的應用，也唯有針密適用的全覆蓋，方能保障梳針式蓋板在附加分梳系統(tǒng)上的推廣和認可。

3.5.2.5 針尖平面度

目前，梳棉機普遍采用緊隔距工藝，對蓋板針/齒平面度的要求更加嚴格;底布植針式回轉蓋板針布的針尖平面度靠磨針保障，齒條蓋板針布的齒尖平面度靠成熟的高精度聯(lián)合生產線保障，而具有約為10°針尖角的單針式蓋板同樣需要具備保障針尖平面度的技術措施。

4 固定蓋板結構與附加分梳裝置

4.1 齒條蓋板結構與裝置

齒片或齒條組裝成針布有兩種方式:一是嵌鑲于鋁合金座板形成針布，二是以板銷或軸銷串排形成針布，前者針布則以座板吊裝式或無座板吊裝式、后者以壓條式的方式與蓋板骨架結合。蓋板一般以單根、兩根或三根等組合方式應用，安裝于刺輥下稱為刺輥下齒條蓋板，安裝于錫林的刺輥一側時為后固定齒條蓋板，安裝于錫林的道夫一側時為前固定齒條蓋板，圖4～圖9是常見蓋板結構形式。相對于梳棉機的錫林—回轉蓋板主分梳區(qū)而言，它們都屬于梳棉機附加分梳裝置。

隨著梳棉技術的進步，分梳與除雜的結合更加緊密和完善，刺輥齒條蓋板與除塵刀、吸風管、偏轉刀(或托板)等組件優(yōu)化融合構成完整的刺輥預分梳裝置。齒條蓋板則與除塵刀、吸風管、控制板(或倒齒蓋板)等組成的棉網清潔器融合，構成錫林前、后固定齒條蓋板裝置。

4.2 梳針蓋板結構與裝置

梳針蓋板是以散針規(guī)律分布在底板上形成針板，針板同樣可以多種方式固裝到蓋板骨架上。鋼針蓋板的試用已顯示出令人滿意的效果，但底板選材、植針結構設計、高針密等尚需完善，其應用暫不多見。

5 結語

5.1 附加固定蓋板在工作中無法像回轉蓋板一樣清潔抄針，不充塞、不掛花的自潔能力既是高效分梳的前提，又是此類梳理元件的首要質量特性。

5.2 與附加的蓋板針布對應的刺輥、錫林、道夫針布在總齒數上具有優(yōu)勢，考慮到產品壽命周期的匹配，要求附加蓋板針布應具有高耐磨、長壽命特性。

5.3 主分梳的梳理副是錫林金屬針布與彈性蓋板針布，附加分梳的梳理副則多是金屬針布，不同梳理副在分梳中針齒與纖維的相互作用必然不同，兩者在轉移分梳效果和纖維吸放功能上有較大差異;因此，蓋板梳理的研究和發(fā)展需要新的梳理理論來支撐，對不同蓋板梳理機制的深入探討將有助于附加分梳裝置產品的創(chuàng)新。

5.4 附加分梳裝置是對梳棉機分梳除雜功能的補充和完善，其選擇和配置應與整機相輔相成，在充分考慮纖維性質、成紗品質、主機特性、梳棉工藝與其它分梳件的交互協(xié)同諸因素后優(yōu)化配置，才能獲得滿意的梳理效果。

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