馬月雙 靳向煜 袁興婕 韓 旭 (.東華大學產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心，上海，0600; .紹興縣和中合纖有限公司，紹興，3000)

高產(chǎn)非織造氣流式喂棉機機構及性能特點分析

馬月雙1靳向煜1袁興婕1韓 旭2(1.東華大學產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心，上海，201600; 2.紹興縣和中合纖有限公司，紹興，312000)

分析了高速梳理成網(wǎng)工藝中影響成網(wǎng)均勻度的主要因素。介紹了A型和B型兩種新型氣流式棉箱喂棉機的機構、特點和對筵棉的均棉作用原理以及一種新型的氣壓式與傳統(tǒng)振動式組合的喂棉機。B型喂棉機帶有自調(diào)勻整裝置，輸出筵棉的面密度均勻性好，但其復雜的控制機構增加了維修保養(yǎng)的難度;A型喂棉機輸出筵棉面密度的均勻性稍遜于B型喂棉機輸出的筵棉，但仍可達到一定要求，且其設備機構簡單，易于保養(yǎng)，也是一種可供選擇的性能良好的喂棉機。

非織造材料，氣流式喂棉機，機構，性能

非織造工藝中纖網(wǎng)均勻度是一項很關鍵的技術指標，其對產(chǎn)品的后道加工以及最終使用性能有著直接的影響。從高速高產(chǎn)梳理成網(wǎng)非織造技術角度討論，氣流(壓)式喂棉機輸出筵棉的均勻性直接關系到梳理機成網(wǎng)的均勻度。本文將分析非織造梳理成網(wǎng)工藝中影響纖網(wǎng)均勻度的因素，介紹可改善非織造干法成網(wǎng)均勻度的A型和B型兩種新型氣流棉箱喂棉機裝置的機構與性能特點。

1 影響梳理成網(wǎng)均勻度的因素

根據(jù)在醫(yī)衛(wèi)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化過程中高速梳理成網(wǎng)的工藝特征，影響高速梳理成網(wǎng)均勻度的因素主要可歸納為以下幾方面:

(1)給棉定量的周期性波動，即棉箱輸出的棉層重量隨時間而變化。這種給棉定量的周期性波動是由給棉環(huán)節(jié)的定量控制形式和控制精度所決定的。周期性波動過大時，會嚴重影響梳理成網(wǎng)非織造材料縱向面密度的均勻性。

(2)棉箱輸出棉層的橫向均勻度差異。這是梳理纖網(wǎng)極易出現(xiàn)云斑，甚至出現(xiàn)破洞的主要原因。

(3)梳理纖網(wǎng)的缺陷性均勻度差異。梳理機在工作中由于多種因素的擾動，使輸出的纖網(wǎng)可能出現(xiàn)云斑、條紋、局部破損等缺陷。在梳理機針布和隔距等工藝條件穩(wěn)定時，出現(xiàn)纖網(wǎng)隨機云斑，這與前道的開松度密切相關。在高速生產(chǎn)非織造技術中，前道的開松程度必須將體積密度控制在18～23 kg/m3范圍內(nèi)。

2 氣流式喂棉機的工作原理和機構

2.1 A型喂棉機

圖1是A型喂棉機的機構示意圖。A型喂棉機的代表機型為法國蒂博(Thibeau)公司的TCF喂棉機。

A型喂棉機的工作原理是:

經(jīng)過開松的纖維隨氣流輸送進入儲料槽，儲料槽一側的抽吸除塵管道內(nèi)產(chǎn)生負壓將輸送纖維的高壓氣流排出并排除部分雜質(zhì)，此負壓不能過大，否則纖維會被吸附在除塵網(wǎng)板上，產(chǎn)生纖維下落不順暢或纖維無法下落現(xiàn)象［1]。

落下的纖維在喂入羅拉和喂棉板握持下被開松羅拉開松，壓縮風機輸出的高壓氣流經(jīng)壓縮空氣分配系統(tǒng)分配后，將開松羅拉角釘上的纖維吹下落入下儲料槽內(nèi)，高壓空氣從一側的抽吸除塵網(wǎng)板上排出，在將纖維壓實的同時起到氣流橫向均棉的作用。

圖1 A型喂棉機機構示意

當下儲料槽內(nèi)的纖維過多時，除塵網(wǎng)板上的出氣孔眼就會排氣不暢，下儲料槽內(nèi)氣壓增加，當達到設定的氣壓值上限時，壓力傳感器發(fā)出信號并通過速度調(diào)節(jié)器減慢給棉羅拉電機的運轉速度或停止其運轉，以減少纖維喂入量;隨著輸出羅拉連續(xù)輸出纖維層，下儲料槽內(nèi)纖維高度和氣壓值回到設定值的下限時，給棉羅拉又恢復快速喂給，從而達到輸出纖維層定量穩(wěn)定的目的［2]。

此外，通過調(diào)節(jié)下儲料槽兩側的幅寬調(diào)節(jié)擋板可使輸出筵棉的幅寬控制在要求幅寬范圍內(nèi)，分布均勻的筵棉由輸出羅拉輸出后，沿導網(wǎng)板輸送進入梳理機。

2.2 B 型喂棉機

圖2是B型喂棉機的機構示意圖。B型喂棉機的代表機型為德國特呂茨勒(Trutzschler)公司的FBK539喂棉機。

圖2 B型喂棉機機構示意

B型喂棉機配有精密的縱橫向同步自調(diào)勻整系統(tǒng)，可以同時控制喂入梳理機的筵棉在縱橫向的均勻分布。

B型喂棉機的工作原理是:

氣流輸送管道把纖維連續(xù)地送入儲棉箱，儲棉箱兩側的壓縮空氣導出柵把纖維與空氣分離，纖維通過恒定的正壓力凝聚。儲棉箱的喂入高度保持在一定的范圍內(nèi)并自調(diào)壓力。如果壓縮空氣導出柵被纖維原料遮掩較多，壓力會升高，從而使纖維下落到該部位的量自動減少;如果某部位原料下落不足，則壓縮空氣導出柵表面壓力下降，下落的原料會自動向該處集中，從而使棉箱中纖維原料橫向分布達到均勻。

儲棉箱中的纖維層在活動喂棉板和喂入羅拉握持下被開松羅拉打手順向打擊，減少了對纖維的損傷［3]，纖維開松后由循環(huán)風機氣流將纖維剝離送入下儲棉箱。活動喂棉板采用不銹鋼板焊接結構，幅寬方向由多塊喂棉板組成，每個喂棉板有多個氣缸加壓點，并且根據(jù)工藝需要，壓力可調(diào)［4]。下儲棉箱輸出纖維層至梳理機，其輸出速度由梳理機決定并由自調(diào)勻整裝置保證縱向的均勻度。橫向不勻除了上述儲棉箱中均有壓縮空氣導出柵根據(jù)纖維原料覆蓋面積大小由氣流自動調(diào)節(jié)纖維流向之外，還有特殊的調(diào)節(jié)機構。

3 喂棉機構均棉作用和機構原理介紹

3.1 A型喂棉機橫向氣流均棉作用原理

儲料槽內(nèi)的氣壓對纖維密度均勻性有較大的影響，儲料槽內(nèi)的靜壓值必須控制在一定范圍內(nèi)，否則纖維密度的均勻性就不能得到保證。A型喂棉機利用檢測下儲料槽氣壓的壓力傳感器產(chǎn)生的信號來控制給棉羅拉電機的速度，使下儲料槽內(nèi)的纖維量維持在一定范圍內(nèi)，亦使氣壓穩(wěn)定維持在一定范圍內(nèi)，從而保證纖維密度均勻性的穩(wěn)定［2]。

由于機器結構的限制，在整個抽吸除塵網(wǎng)板幅寬上抽吸壓力是不均衡的，因此在幅寬上均棉作用強弱及纖維的壓實程度是不均等的。為解決該問題，A型喂棉機將下儲料槽的前壁設置成可調(diào)節(jié)式罩板，在罩板外側裝有若干個調(diào)節(jié)螺釘，根據(jù)抽吸除塵網(wǎng)板上抽吸壓力的分布情況調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘。抽吸壓力較大的部位將調(diào)節(jié)螺釘向內(nèi)側調(diào)節(jié)，以縮小該部位的儲料槽寬度;相反，抽吸壓力較小的部位則將調(diào)節(jié)螺釘向外側調(diào)節(jié)。

3.2 氣流式喂棉機與振動式喂棉機均棉作用的差異

振動式喂棉機棉箱內(nèi)纖維密度的穩(wěn)定程度主要取決于纖維塊的大小、自重及振動板的振動次數(shù)。當遇到大塊狀纖維落入箱槽時，由于受箱槽尺寸的限制，纖維塊與箱壁之間的摩擦力增大，不可能呈自由狀態(tài)落下。由于傳統(tǒng)的振動式喂棉機沒有橫向均棉機構，盡管經(jīng)振動板反復抖動和擠壓，纖維仍只是在振動下被壓實，纖維量多的部位在振動作用下向周邊纖維較少的區(qū)域滑落，因此早期的振動式喂棉機對纖維層幅寬方向的均棉效果非常差。又因受化學纖維抱合力差、彈性大等性能的影響，纖維塊之間不能很好地相互靠實，導致喂給梳理機的纖維層密度穩(wěn)定性差，容易造成纖網(wǎng)的長片段不勻［2]，因此纖網(wǎng)面密度均勻度較差。振動式喂棉機比較適合加工較粗的纖維(線密度大于3.3 dtex)，筵棉層均勻性波動大。

下面介紹一種新型設計思路的組合式喂棉機(圖3)。該喂棉機上半部分為氣壓式喂棉機機構，下半部分為振動式喂棉機機構。此種機型為了保證纖網(wǎng)均勻度，并適應高產(chǎn)的要求，采取了振動與氣流抽吸相結合的方式，筵棉輸出網(wǎng)簾采用透氣編織網(wǎng)簾，在其下方設置抽吸機構。

組合式新型喂棉機的特點是振動擋板及下部抽吸機構同時處于工作狀態(tài)。當棉箱處于預填充狀態(tài)時，下部的抽吸機構能夠起到類似于氣壓式棉箱橫向均棉的作用;隨著棉箱內(nèi)纖維量的增加，均棉作用隨之下降。在振動擋板擠壓及抽吸機構抽吸的雙重作用下，對纖維層密度的增加有利，單位時間內(nèi)輸出纖維量增加，從而達到輸出筵棉的密度要求并達到高產(chǎn)的目的。由于纖維層密度增加，筵棉在幅寬方向重量不勻率也隨之下降。

圖3 組合式新型喂棉機機構示意

3.3 A型喂棉機X射線密度檢測長片段不勻反饋調(diào)節(jié)機制

A型喂棉機的反饋調(diào)節(jié)是由X射線密度控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。筵棉由輸出羅拉輸出后，通過裝配在梳理機喂入羅拉前方的X射線密度探測裝置對筵棉面密度進行探測，將探測采集到的實時筵棉面密度值與筵棉面密度設定值進行比較，之后將對比信息反饋給電氣控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)輸出羅拉的線速度以及下儲料槽內(nèi)的氣壓值來達到調(diào)節(jié)輸出筵棉面密度的目的，以使其長片段不勻控制在規(guī)定范圍內(nèi)。該X射線密度控制系統(tǒng)無需清理，維護簡單，運行可靠，可將筵棉面密度不勻率CV值控制在3% ～6%之內(nèi)，效果明顯。

圖4是NSC Nonwoven公司Servox使用說明書中示出的X射線密度控制系統(tǒng)原理圖。

圖4 X射線密度控制系統(tǒng)原理

3.4 B型喂棉機機械式橫向均棉作用的調(diào)節(jié)機構

在B型喂棉機下儲棉箱下部有一氣動支撐桿支持的托盤(圖5)。托盤根據(jù)喂棉機幅寬分成12段，輸出羅拉上方的壓縮空氣導出柵也分為12段，且兩者一一對應。托盤下方的氣動支撐桿氣缸內(nèi)通有恒定的氣壓。當某一段托盤與輸出羅拉之間的纖維層密度過高時，在輸出羅拉的壓迫下，托盤將壓迫氣動支撐桿下移一定的距離，電信號探測裝置通過檢測氣動支撐桿軸的位移，將其轉換為電信號。該電信號經(jīng)電腦控制系統(tǒng)處理后，傳輸給輸出羅拉上方的壓縮空氣導出柵驅(qū)動電機，使壓縮空氣導出柵向內(nèi)移動一定距離，以減小下儲棉箱相應區(qū)段的厚度，從而減少此段儲棉箱內(nèi)纖維量。同時，調(diào)整輸出羅拉以及羅拉梳理機喂棉羅拉相應的轉速，從而保證輸出纖維層的縱、橫向均勻度，達到使輸出纖維層均勻的目的［4]。由于該閉環(huán)系統(tǒng)從測量點到調(diào)節(jié)點的路徑很短，因此筵棉實際“自由狀態(tài)”的時間很短。自調(diào)勻整裝置的使用更好地改善了梳理成網(wǎng)非織造產(chǎn)品的均勻度，特別是在梳理機車速較高時，效果更為明顯。如今，采用氣壓喂棉箱加自調(diào)勻整裝置的B型喂棉機可以將筵棉面密度不勻率CV值控制在2%～3%以內(nèi)。

此外，機內(nèi)下儲棉箱的閉路循環(huán)氣流和特有的出口柵結構，可有效地均衡纖維在下棉箱整個幅寬方向上的均勻分布，大大提高了輸出筵棉的橫向均勻度［5]。

圖5 橫向均棉機構示意

3.5 B型喂棉機自調(diào)勻整裝置工作原理

FBK539喂棉機的筵棉輸出部分將控制筵棉面密度分為12個小分區(qū)，每個分區(qū)寬30 cm，纖網(wǎng)重量檢測裝置每5 s進行一次稱重，分別得到12個分區(qū)的實時重量值。將實時重量值與預先設定的重量值進行比較，以對每一分區(qū)進行精確調(diào)整，從而在控制幅寬方向重量分布均勻的前提下，保證纖網(wǎng)縱向的重量均勻度。

由于FBK539喂棉機并非獨立完成工作，而是要和后續(xù)梳理和加固設備配合工作，所以實際生產(chǎn)中12個小分區(qū)之間纖網(wǎng)重量設定值并不完全一樣，需根據(jù)后續(xù)設備的工作狀態(tài)及參數(shù)設定進行調(diào)整。如要根據(jù)梳理設備的纖網(wǎng)總牽伸比、幅寬方向上針布狀態(tài)、各工作輥之間的隔距設定值、水刺機的牽伸比、纖維損失以及為方便后道分切等工序工作的順利進行對纖網(wǎng)重量分布所做特殊調(diào)整等諸多因素，總結生產(chǎn)經(jīng)驗值，對幅寬方向纖網(wǎng)重量值分布進行適當?shù)恼{(diào)整。

(1)每個分區(qū)纖網(wǎng)重量設定值的平均值計算公式:

式中:G'——每個分區(qū)纖網(wǎng)重量設定值的平均值(g);

G——產(chǎn)品面密度(g/m2);

K——產(chǎn)品總牽伸比;

L——每個分區(qū)寬度(m);

V——筵棉輸出速度(m/min);

T——纖維重量檢測裝置每次檢測時間間隔(s)。

例如:在實際生產(chǎn)非織造材料過程中，若G=55 g/m2，L=0.3 m，V=3.13 m/min，T=5 s，則根據(jù)公式(1)計算得到G'=5.72 g。根據(jù)各影響因素進行綜合分析，12個小分區(qū)的實際重量設定值見表1。

表1 每個小分區(qū)纖網(wǎng)實際重量設定值 (單位:g)

(2)生產(chǎn)線臺時產(chǎn)量計算公式:

式中:G0——生產(chǎn)線臺時產(chǎn)量(kg/h);

G——產(chǎn)品面密度(g/m2);

L0——輸出筵棉幅寬(m);

V——筵棉輸出速度(m/min)。

4 產(chǎn)品面密度均勻性比較

用A型和B型喂棉機各生產(chǎn)10卷相同品種的非織造材料，原料是滌綸60%和粘膠纖維40%;面密度為40 g/m2。測試產(chǎn)品的卷重，結果見表2。

表2 產(chǎn)品卷重測試結果

由表2數(shù)據(jù)可知，雖然A型喂棉機生產(chǎn)的產(chǎn)品實際卷重的CV值比B型喂棉機生產(chǎn)的產(chǎn)品實際卷重的CV值略高，但是其每一卷的實際卷重與理論卷重的平均卷重偏差值達到B型喂棉機生產(chǎn)產(chǎn)品的3倍，說明其在控制縱向重量勻整性方面作用較B型要弱。

用B型喂棉機生產(chǎn)面密度為45 g/m2的非織造材料，原料是滌綸50%和粘膠纖維50%，對產(chǎn)品縱橫向面密度和厚度進行測試。產(chǎn)品取樣規(guī)則是從距離左側布邊約3 cm處開始取樣，橫向每隔約20 cm取樣一次，縱向每隔約100 cm取樣一次。樣本容量100個。圖6和圖7分別是產(chǎn)品面密度和厚度測試數(shù)據(jù)圖。樣品面密度不勻率CV值測試結果見表3。

表3 產(chǎn)品縱橫向面密度CV值 (單位:%)

圖6 產(chǎn)品面密度測試數(shù)據(jù)

由以上測試數(shù)據(jù)分析，使用B型喂棉機生產(chǎn)的產(chǎn)品縱橫向面密度及厚度CV值控制在4%～6%范圍內(nèi)，比傳統(tǒng)喂棉機生產(chǎn)的產(chǎn)品CV值5% ～12%的精度提高很多。產(chǎn)生偏差的主要原因是纖維層在梳理機分梳、轉移和剝?nèi)∽饔眠^程中也會對纖網(wǎng)不勻率造成一定的影響，且梳理機輸出的纖網(wǎng)在進行加固時仍會受到一定的意外牽伸，使得纖網(wǎng)不勻率有進一步的增加。

圖7 產(chǎn)品厚度測試數(shù)據(jù)

由圖6可發(fā)現(xiàn)，幅寬方向第四橫列產(chǎn)品面密度明顯低于其他橫列產(chǎn)品面密度，從而使橫向面密度CV值過大，造成這種現(xiàn)象的原因可能有:①喂棉機筵棉輸出網(wǎng)簾受到意外波動，導致筵棉層瞬間“斷層”;②梳理機抽吸飛花裝置在吸走飛花的同時帶走了工作輥表面的一些纖維;③纖網(wǎng)在水刺加固過程中，纖網(wǎng)喂入預濕時張力波動，速比過大，造成局部意外牽伸，纖網(wǎng)面密度降低;④面密度控制系統(tǒng)與其反饋系統(tǒng)設置不當，造成短片段不勻明顯;⑤傳動皮帶有個別帶齒損壞，導致出現(xiàn)頓挫現(xiàn)象，造成筵棉意外牽伸。

5 特點分析

A型喂棉機優(yōu)點在于均棉作用原理簡單，設備機構簡單和相應的電氣控制系統(tǒng)簡單，便于設備的維修保養(yǎng);缺點在于當有棉塊堵塞在抽吸除塵網(wǎng)板表面時，空氣抽吸阻力增大，導致堵塞處的橫向均棉作用被大大削弱，纖維的壓實程度也相應變小，筵棉變得蓬松，橫向不勻增加，需要定時停車清理堵塞棉塊，因而會降低生產(chǎn)效率。

B型喂棉機優(yōu)點在于帶有自調(diào)勻整裝置，能夠控制輸出筵棉的縱橫向均勻度，較短的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)使得筵棉縱向不勻能夠得到及時調(diào)節(jié)，輸出的筵棉均勻度的精度高;缺點在于自調(diào)勻整機構復雜，設備內(nèi)部機構復雜，不利于設備的維修保養(yǎng)，且其復雜的電氣控制系統(tǒng)也增加了機器故障發(fā)生的概率。

6 結語

從以上分析可知，A型和B型喂棉機各有特點。在實際使用中，B型喂棉機的均棉效果更為理想，輸出筵棉均勻穩(wěn)定，但其復雜的控制機構增加了設備維修保養(yǎng)的難度。A型喂棉機雖然其均棉效果稍遜于B型喂棉機，但其輸出筵棉的質(zhì)量仍可達到一定要求，且其設備機構簡單易于保養(yǎng)，故A型喂棉機也是一個不錯的選擇。

［1]李永亮，張運啟，李倩.ZFA134型振動棉箱常見問題淺析［J].紡織器材，2007(5):45.

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［4]喬國治，閆新.自調(diào)勻整型氣壓棉箱喂棉機的研制［J].非織造布，2008(1):38-39.

［5]魏宇曉，閆新，郜永.非織造布梳理機新技術及展望［J].國際紡織導報，2007(8):61-64.

The analysis on structure and characteristics of airflow type of feeder with high capacity

Ma Yueshuang1，Jin Xiangyu1，Yuan Xingjie1and Han Xu2

(1.Donghua University Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education; 2.Shaoxing Hezhong Fibre Co.，Ltd.)

The key factors on influence of web forming uniformity during high-speed carding and web forming technique were analyzed.The structure and property of A and B types of novel airflow feeder and their fiber-uniform processing principle and a new type of feeder composed with characters of air pressure and traditional vibration were introduced.B type of feeder have self-adjusting uniformity installation and have complex control structure which increase difficulty of maintenance，this kind of processing property of A type of feeder is poorer than B feeder，and can meet the requirement of proper uniform web forming with characters of simple structure and easy maintenance.

nonwovens，airflow type of feeder，structure，performance

TS173.32

A

1004－7093(2010)11－0025－06

2010－09－15

馬月雙，男，1986年生，在讀碩士研究生。研究方向是非織造工藝技術。