萊賽爾纖維精梳過程中錫林梳理力的研究

常昊雨 任家智 郭 平 陳宇恒 尚龍飛

（中原工學(xué)院，河南鄭州，450007）

近年來，棉型化纖用量迅速增加。為了大幅提升棉型化纖的紗線質(zhì)量，進(jìn)一步改善織物風(fēng)格，不少棉紡企業(yè)打破傳統(tǒng)，探討對(duì)棉型化纖進(jìn)行精梳加工［1-2］。由于萊賽爾等棉型化纖在長度、整齊度、細(xì)度、表面摩擦性能等方面與棉纖維差別較大，如果在棉紡精梳機(jī)上照搬紡棉纖維時(shí)的精梳專件（如錫林）及工藝，會(huì)出現(xiàn)纖維損傷大、纏繞針齒、落纖多等問題，嚴(yán)重影響精梳生產(chǎn)。

在棉紡精梳機(jī)錫林梳理力的研究方面，白予生［3］在國產(chǎn)傳統(tǒng)植針式錫林精梳機(jī)上，采用裝有傳感器的特制上鉗板測試錫林對(duì)棉纖維叢梳理過程中的梳理力，得出了梳理力的最大值小于30 N，梳理過程中梳理力的變化曲線呈倒V 形及M 形的變化規(guī)律，為傳統(tǒng)精梳機(jī)植針式錫林的密度、角度等參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。賈振飛等［4］在HC500 型鋸齒式錫林精梳機(jī)錫林軸上安裝扭矩傳感器，通過測試棉纖維梳理過程中錫林軸所受力扭矩，得到了錫林梳理力的變化規(guī)律：錫林梳理力的變化規(guī)律為山形鋸齒狀；增加精梳機(jī)的速度，錫林梳理力的變化規(guī)律基本不變，錫林梳理力曲線的峰值增幅較小。賈振飛等［5］還進(jìn)一步研究了紡棉時(shí)精梳機(jī)給棉工藝對(duì)錫林梳理力變化規(guī)律的影響。

本研究采用錫林軸扭矩傳感器測試錫林梳理力的方法，在相同工藝條件下分別測試紡萊賽爾纖維及棉纖維精梳過程中的錫林梳理力，分析紡萊賽爾纖維時(shí)錫林梳理力的變化規(guī)律，探討給棉長度、落棉隔距及頂梳插入深度對(duì)錫林梳理力變化規(guī)律的影響，為紡棉型化纖精梳工藝參數(shù)及錫林針齒參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 影響錫林梳理力的因素分析

1.1 梳理力的表達(dá)式

在精梳過程中，錫林鋸齒對(duì)纖維叢的梳理力F的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示。式（1）不僅適用棉等天然纖維錫林梳理力計(jì)算，也適用于各種棉型化纖。

式中：n為鉗板鉗口外纖維叢所接觸鋸齒數(shù)；μ為纖維與錫林針齒之間的摩擦因數(shù)；Ni為某一鋸齒對(duì)纖維叢的擠壓力。

1.2 影響錫林梳理力的因素

1.2.1 纖維叢接觸的錫林齒數(shù)及摩擦因數(shù)

研究表明，在精梳機(jī)錫林規(guī)格參數(shù)不變的情況下，隨著精梳機(jī)落棉隔距、給棉長度的增加，纖維叢接觸的錫林鋸齒數(shù)n增大，因此錫林的梳理力F增大；采用后退給棉時(shí)，鉗板鉗口外纖維叢長度較采用前進(jìn)給棉時(shí)大，纖維叢接觸的錫林鋸齒數(shù)n增大，錫林的梳理力F增大。

由式（1）可知，錫林對(duì)纖維叢的梳理力F隨纖維與錫林針齒之間摩擦因數(shù)μ的增大而增大。原料不同，纖維與錫林針齒之間摩擦因數(shù)μ不同，錫林對(duì)纖維叢的梳理力F亦不同。采用XCF-1A 型纖維摩擦因數(shù)測試儀測得棉纖維、萊賽爾纖維與金屬動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0.24 和0.28。因此，在相同條件下，紡萊賽爾纖維時(shí)的錫林梳理力大于紡棉纖維時(shí)的錫林梳理力。

1.2.2 纖維與針齒間的擠壓力

在纖維叢接觸的錫林鋸齒數(shù)n及纖維與錫林針齒之間摩擦因數(shù)μ不變的條件下，錫林梳理時(shí)針齒與纖維間的擠壓力Ni大時(shí)，錫林梳理力F亦大。針齒與纖維間的擠壓力Ni的大小取決于針齒與纖維叢接觸處（或稱為梳理點(diǎn)）的纖維根數(shù)，即針齒與纖維間的擠壓力隨著梳理點(diǎn)纖維根數(shù)的增加而增大。為了研究錫林梳理點(diǎn)的纖維根數(shù)多少，以纖維叢最前端為基準(zhǔn)點(diǎn)（0 點(diǎn)），把鉗板鉗口外纖維叢（如圖1 所示）按3 mm 長度切斷稱重，可得到鉗板鉗口外的纖維叢的重量（或根數(shù)）分布曲線。在小卷定量及精梳機(jī)給棉工藝參數(shù)相同的條件下，利用此方法分別得到萊賽爾纖維和棉纖維鉗板鉗口外纖維叢重量分布曲線，如圖2 所示。

圖1 鉗板鉗口外纖維叢

圖2 萊賽爾纖維及棉纖維鉗板鉗口外纖維叢重量分布

由圖2 可知，自纖維叢前部基準(zhǔn)點(diǎn)至上下鉗板握持點(diǎn)處纖維的重量逐漸增大，在鉗板握持點(diǎn)處，基本接近纖維卷的厚度；萊賽爾與棉纖維相比，在距離前基準(zhǔn)點(diǎn)3 mm～27 mm 處纖維重量顯著增大，在距離頭端18 mm 處萊賽爾纖維比棉纖維的重量增加61%。因此紡萊賽爾纖維與紡棉纖維相比，在距離纖維叢前基準(zhǔn)點(diǎn)相等的梳理點(diǎn)上纖維受到的擠壓力不同，從而造成錫林梳理力有較大不同。

2 測試原料、工藝條件、原理及方法

2.1 測試原料及小卷的制備

萊賽爾纖維為新型纖維素纖維，其長度為38 mm，細(xì)度為13 dtex；棉纖維為新疆細(xì)絨棉，手扯長度為29 mm。

將萊賽爾纖維和棉纖維分別經(jīng)過開清棉聯(lián)合機(jī)制成梳棉生條，再分別經(jīng)過并條機(jī)及條并卷聯(lián)合機(jī)，制成定量均為68 g/m 的精梳小卷。條并卷聯(lián)合機(jī)牽伸均為1.68 倍，并合數(shù)均為24 根。

2.2 精梳工藝條件

在HC500 型精梳機(jī)上，通過適當(dāng)改造，單眼運(yùn)行。精梳工藝條件：落棉隔距11 mm，前進(jìn)給棉，給棉長度4.7 mm，頂梳插入深度+0.5，頂梳齒密26 針/cm，搭接刻度為+0.5。在梳理過程中，錫林針齒與上鉗板的隔距如表1 所示，在40 分度時(shí)隔距最小，為0.35 mm。

表1 錫林針齒與上鉗板下沿隔距

錫林采用5 個(gè)分區(qū)，如圖3 所示。第1 區(qū)為最前區(qū)，第5 區(qū)為最后區(qū)，錫林總齒數(shù)為21 085 齒，第1 區(qū)～第5 區(qū)針齒的前角、針齒數(shù)、針齒密度、齒片長度及齒深等參數(shù)如表2 所示。

圖3 錫林針齒分區(qū)

表2 錫林針齒分區(qū)針齒規(guī)格參數(shù)

2.3 測試方法

測試原理如圖4 所示。在單眼精梳機(jī)的錫林軸上安裝扭矩傳感器，可測得在錫林梳理纖維層的過程中錫林軸扭矩大小及變化規(guī)律，再根據(jù)錫林的工作半徑換算出錫林梳理力的大小及變化規(guī)律。

圖4 精梳機(jī)錫林梳理力在線測試裝置

測試方法：在測試過程中，為消除錫林不平衡而產(chǎn)生的測試誤差，在單眼精梳機(jī)車速相同的情況下，分別測試錫林梳理過程中有無小卷喂入時(shí)錫林扭矩的大小，兩者差值即為錫林梳理時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際扭矩。為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，將錫林梳理從開始至梳理結(jié)束等分為40 個(gè)點(diǎn)，分別測試10 次，取其平均值，并繪制梳理力變化曲線。為減少測試時(shí)錫林不平衡而產(chǎn)生振動(dòng)誤差，在精梳機(jī)速度為50 鉗次/min 條件下進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 錫林梳理力的變化規(guī)律

在小卷定量及精梳工藝相同的條件下，經(jīng)實(shí)際觀測萊賽爾纖維及棉纖維的梳理過程，錫林梳理開始時(shí)間（即第一排針開始接觸纖維叢）為36分度，錫林最后一排針脫離纖維叢時(shí)間為8 分度；分別測試得到萊賽爾纖維及棉纖維精梳過程中錫林梳理力的變化曲線，如圖5 所示。

由圖5 可以看出：

圖5 梳理過程中梳理力的變化曲線

（1）在萊賽爾纖維精梳過程中，錫林梳理力的變化規(guī)律與棉纖維基本相同，即在梳理開始時(shí)梳理力迅速增大，到達(dá)最大值后又迅速減小，并緩慢減小為零，梳理力曲線呈現(xiàn)山形鋸齒狀。

（2）從36 分度梳理開始至8 分度梳理結(jié)束，紡萊賽爾纖維錫林梳理力均大于紡棉纖維的錫林梳理力，紡萊賽爾纖維錫林梳理力峰值為87.3 N，紡棉纖維錫林梳理力峰值為44.5 N，紡萊賽爾纖維錫林梳理力峰值是棉纖維的1.96 倍，這是因?yàn)槿R賽爾纖維與錫林針齒的摩擦因數(shù)大，在相同的梳理點(diǎn)上萊賽爾纖維叢上纖維數(shù)量較多，產(chǎn)生的擠壓力較大。

（3）萊賽爾纖維錫林梳理力峰值出現(xiàn)的分度數(shù)40.2 分度，相對(duì)于棉纖維錫林梳理峰值（出現(xiàn)在39.6 分度）推遲了0.6 分度，這主要是由于鉗板鉗口外纖維層中萊賽爾纖維重量（或根數(shù)）分布與棉纖維重量分布不同而形成的。

3.2 給棉長度對(duì)錫林梳理力的影響

在小卷定量及其他精梳工藝相同的條件下，分別測試給棉長度為4.3 mm、4.7 mm、5.2 mm時(shí)，萊賽爾纖維精梳過程中錫林梳理力的變化曲線，如圖6 所示。

由圖6 可以看出：

圖6 給棉長度對(duì)錫林梳理力的影響

（1）當(dāng)給棉長度增大時(shí)，梳理過程中錫林梳理力的峰值出現(xiàn)的位置（40.2 分度）及變化規(guī)律不變，但錫林梳理力有所增大。錫林梳理力隨給棉長度增大而增大，主要原因是鉗板鉗口外纖維叢中的纖維量增加，使梳理點(diǎn)處纖維擠壓力增大所致。當(dāng)給棉長度由4.3 mm（梳理力峰值81.7 N）增大到5.2 mm（梳理力峰值97.8 N）時(shí)，錫林梳理力增大19.7%，因此給棉長度對(duì)錫林梳理力具有顯著的影響。

（2）當(dāng)給棉長度增大時(shí)，不同梳理區(qū)域錫林梳理力的增加幅度不同，即錫林梳理力在37 分度至2 分度時(shí)增加明顯，而其他區(qū)域梳理力的增幅較小。分析原因：在37 分度至2 分度時(shí)錫林的梳理隔距較?。ㄒ姳?），錫林針齒梳理時(shí)對(duì)纖維產(chǎn)生的擠壓較大，在相同條件下錫林梳理力增大明顯；在36.4 分度～37 分度及2 分度～8 分度梳理區(qū)內(nèi)，錫林梳理隔距較大，梳理時(shí)產(chǎn)生的擠壓力較??；另外通過實(shí)際觀測可知，在36.4 分度～37 分度區(qū)間內(nèi)鉗板鉗口外纖維叢上只有第一梳理區(qū)的2 排～3 排針參與梳理，在5 分度～8 分度梳理區(qū)間內(nèi)，隨著錫林針排退出梳理，參與梳理的針排數(shù)逐漸減少，因此錫林梳理力的增幅較小。

3.3 落棉隔距對(duì)錫林梳理力的影響

在小卷定量及其他精梳工藝相同的條件下，分別測試落棉隔距為9 mm、11 mm 及13 mm 時(shí)，萊賽爾纖維精梳過程中錫林梳理力的變化曲線，如圖7 所示。

由圖7 可以看出：

圖7 落棉隔距對(duì)錫林梳理力的影響

（1）當(dāng)落棉隔距增大時(shí)，在梳理過程中錫林梳理力的變化規(guī)律不變，但錫林梳理力增大。錫林梳理力隨落棉隔距增大而增大，主要原因是由于鉗板鉗口外纖維叢的長度增加，同時(shí)參與錫林針齒數(shù)量（即梳理點(diǎn)）增多所致。當(dāng)落棉隔距由9 mm（梳理力峰值81.7 N）增大到13 mm（梳理力峰值99.9 N）時(shí)，錫林梳理力增大22.3%。

（2）當(dāng)落棉隔距增大時(shí)，在不同的梳理區(qū)域錫林梳理的增加幅度不同，即錫林梳理力在36.4分度～2 分度時(shí)增加明顯，而錫林梳理的其他區(qū)域梳理力增幅較小。其原因與給棉長度增加導(dǎo)致錫林梳理力增加的原因相同。

加強(qiáng)校企合作，積極構(gòu)建校企合作的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容將跨境電商平臺(tái)相關(guān)實(shí)踐操作、服務(wù)技巧、國際結(jié)算流程管理等納入其中。還可校企聯(lián)合開展跨境電子支付知識(shí)競答等活動(dòng)，提高學(xué)生對(duì)掌握跨境電商及跨境支付技能的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，為就業(yè)增加砝碼。

3.4 頂梳插入深度對(duì)錫林梳理力的影響

在小卷定量及其他精梳工藝相同的條件下，分別測試頂梳插入深度為-1、0、+1 時(shí)，萊賽爾纖維精梳過程中錫林梳理力的變化曲線，如圖8所示。

圖8 頂梳插入深度對(duì)錫林梳理力的影響

分析圖8 可知，當(dāng)頂梳插入纖維叢深度增加時(shí)，錫林梳理力的變化規(guī)律不變，但錫林梳理力增大。圖9 為頂梳梳理插入纖維叢示意圖，頂梳針齒與纖維接觸的部分為錐形結(jié)構(gòu)。頂梳針齒插入纖維叢梳理時(shí)，沿纖維叢的橫向被分割成若干個(gè)緊密纖維束。當(dāng)頂梳針齒插入纖維叢的深度增加時(shí)，梳理時(shí)纖維深入頂梳針隙越深，頂梳針齒對(duì)纖維的擠壓力越大，頂梳梳理后形成的纖維束緊密度就越大，因此在錫林針齒梳理纖維叢時(shí)的梳理力增大。當(dāng)頂梳針齒插入深度由0（梳理力峰值94.8 N）到+1（梳理力峰值107.5 N）時(shí)，錫林梳理力增大13.4%。

圖9 頂梳插入深度

另外當(dāng)頂梳針齒插入深度增加時(shí)，在36.4 分度～2 分度區(qū)域內(nèi)錫林梳理力增加較為顯著，而在梳理過程的其他區(qū)域內(nèi)增加幅度較小，其原因與給棉長度對(duì)錫林梳理力影響機(jī)理相同。

4 結(jié)論

本研究采用扭矩傳感器，測試精梳機(jī)錫林梳理過程中錫林軸的扭矩變化，得到了萊賽爾纖維精梳過程中錫林梳理力變化曲線。分析了精梳給棉長度、落棉隔距及頂梳插入深度對(duì)錫林梳理力的影響規(guī)律，得到以下結(jié)論。

（1）在紡萊賽爾纖維的精梳過程中，錫林梳理力的變化規(guī)律與紡棉纖維基本相同，即呈現(xiàn)山形鋸齒狀。紡萊賽爾纖維錫林梳理力大于紡棉纖維，錫林梳理力曲線峰值是棉纖維錫林梳理力曲線峰值的1.96 倍，且峰值位置比棉纖維后移0.6分度。

（3）在萊賽爾纖維精梳過程中，纖維所受的錫林梳理力較棉纖維大，應(yīng)對(duì)精梳錫林針齒齒密、齒形、前角等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少對(duì)纖維的損傷和可紡纖維的損失。