陳玉峰，王子峰

(1.光山白鯊針布有限公司，河南 光山 465450；2.項(xiàng)城市紡織有限公司，河南 項(xiàng)城 466200)

0 引言

對(duì)纖維的柔性梳理，是基于對(duì)纖維強(qiáng)烈打擊、梳理而受到的損傷提出的，其目的是為減少纖維損傷、多伸直且充分梳理。梳理過(guò)程中，在纖維與針布、纖維與纖維間的作用力與反作用力下，實(shí)現(xiàn)纖維和雜質(zhì)分離及纖維的伸直平行,實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維的柔性梳理，其中針布設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，加強(qiáng)對(duì)柔性梳理理念和柔性梳理針布的研究具有積極意義。

1 梳理纖維的性質(zhì)與特點(diǎn)

1.1握持梳理

纖維層一端在握持狀態(tài)下由針齒對(duì)纖維進(jìn)行梳理，稱為握持梳理。握持梳理作用強(qiáng)度大，對(duì)纖維的損傷也較大，如發(fā)生在刺輥與固定蓋板之間，其影響因素及梳理程度一般以梳理度來(lái)評(píng)價(jià)。

刺輥梳理度以每根纖維受到的平均作用齒數(shù)表示，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：

C——每根纖維受到的平均作用齒數(shù)；

v——給棉羅拉線速度/(m·min-1)；

W——棉層定量/(g·m-1)；

nt——刺輥轉(zhuǎn)速/(r·min-1)；

Z——刺輥針布總齒數(shù)；

L——纖維平均長(zhǎng)度/m；

Tt——纖維平均線密度/tex。

刺輥針布總齒數(shù)Z由下式計(jì)算：

Z=Dt×π×b/(P×R)

(2)

式中：

Dt——刺輥針布齒尖面直徑/mm；

b——刺輥針布齒尖面長(zhǎng)度/mm；

P——齒條縱向齒距/mm；

R——齒條間距/mm。

高產(chǎn)梳棉機(jī)刺輥針布的梳理度值一般為0.5齒/根～1.0齒/根。分析式(1)可知，刺輥針布的梳理度與刺輥轉(zhuǎn)速、刺輥總齒數(shù)、纖維平均長(zhǎng)度、纖維線密度，刺輥針布齒尖面直徑及長(zhǎng)度成正比，而與喂入棉層線密度、給棉羅拉線速度、刺輥齒條齒距以及齒條間距成反比。該公式僅從接觸纖維角度分析，未考慮齒條的工作角。原蘇聯(lián)則是考慮棉束開(kāi)松和除雜的主要參數(shù)，未考慮棉束大小、刺輥結(jié)構(gòu)、齒條工作角以及齒條總高、齒距的作用[1]。刺輥金屬針布是減少纖維損傷和保證梳理效果的關(guān)鍵，其梳理作用是改善纖維的取向度，實(shí)現(xiàn)單纖維化約為70%，除大雜不少于50%。

由于握持梳理的針布對(duì)纖維的沖切力較大，是實(shí)現(xiàn)柔性梳理須首先攻克的重點(diǎn)。

1.2自由梳理

自由梳理的纖維層被配置的一對(duì)針布分別控制、交替分梳和轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)纖維層的分離。自由梳理主要發(fā)生在錫林—回轉(zhuǎn)蓋板間，同時(shí)存在于刺輥—錫林、錫林—道夫、固定蓋板—錫林間。自由梳理強(qiáng)度取決于纖維的分布狀態(tài)，其梳理度以梳理力和梳理負(fù)荷來(lái)評(píng)價(jià)。

1.2.1梳理力

束塊狀纖維在梳理區(qū)內(nèi)同時(shí)受到兩個(gè)工藝部件上的針布梳理，由于兩部件存在速度差異，接觸同一束塊狀纖維的兩針布齒尖錯(cuò)開(kāi)時(shí)則纖維必然受到一定張力，使束塊狀纖維張緊、伸長(zhǎng)，而纖維以阻力R(工藝上稱為梳理力)作用于針布上。梳理力是纖維軸向所受的力，其大小與針布結(jié)構(gòu)、工作部件相對(duì)速度、纖維相互聯(lián)系力等有關(guān)。采用功率測(cè)定法測(cè)得梳理力的數(shù)值，換算為單纖維的平均梳理力時(shí)僅為幾毫克，因而梳理力大小并不是錫林—蓋板工作區(qū)中纖維損傷的主要因素。梳理力過(guò)小，往往不能獲得較好的梳理質(zhì)量；但梳理力過(guò)大，也會(huì)局部地?fù)p傷纖維。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，錫林—回轉(zhuǎn)蓋板間有纖維負(fù)載的功率N(kW)和空車(chē)功率N0之差，可作為梳理消耗的功率。式(3)可近似求得錫林—回轉(zhuǎn)蓋板區(qū)的總梳理力。

ΣR=|N-N0|×102/vc

(3)

式中：

vc——錫林齒尖面線速度/(m·s-1)。

1.2.2錫林—回轉(zhuǎn)蓋板區(qū)總負(fù)荷Q

由于是自由梳理，錫林—蓋板同時(shí)控制纖維，總負(fù)荷Q是指在錫林—蓋板梳理區(qū)兩針布面上內(nèi)、外層纖維的總質(zhì)量。Q的計(jì)算公式為：

Q=Pvv(1-a)/nc[(c1/g1-1)+c2+

Ng2vcHB/Kvfg1(1-g2)]

(4)

式中：

Pv——棉卷定量或筵棉質(zhì)量/(g·m-1)；

v——給棉羅拉線速/(m·min-1)；

nc——錫林金屬針布齒尖面轉(zhuǎn)速/(r·min-1)；

a——后車(chē)肚落棉率/%；

g1——道夫轉(zhuǎn)移率/%；

g2——回轉(zhuǎn)蓋板轉(zhuǎn)移率/%(以單位時(shí)間內(nèi)的蓋板花總量與喂入棉層總量之比估算)；

N——梳理區(qū)回轉(zhuǎn)蓋板根數(shù)；

H——錫林滾筒上金屬針布寬度/m；

B——回轉(zhuǎn)蓋板的植針寬度/m；

vc——錫林金屬針布齒尖面線速/(m·min-1)；

vf——回轉(zhuǎn)蓋板針尖面線速/(m·min-1)；

K、c1、c2——由機(jī)臺(tái)給定的常數(shù)。

在剔除特定機(jī)型的非變參數(shù)后，可得影響Q值的參數(shù)有v、Pv、g1、g2、vF、nc(vc)等；nc單獨(dú)增速，其它參數(shù)不變時(shí)，并不能使Q降低，當(dāng)增大g1時(shí)則可減小Q；道夫轉(zhuǎn)速加快或錫林—道夫隔距減小，同樣增大g1，從而降低梳理區(qū)的纖維負(fù)荷；Q值與梳理質(zhì)量關(guān)系十分密切[2]。

錫林、回轉(zhuǎn)蓋板和道夫在梳理過(guò)程中，其針布上均有纖維層，纖維層的質(zhì)量、密度和結(jié)構(gòu)直接影響針布對(duì)纖維的握持能力、吸放性能和梳理次數(shù)，因此，對(duì)梳理功能有很大影響。纖維層在單位針面上的質(zhì)量稱為針面負(fù)荷，錫林、回轉(zhuǎn)蓋板和道夫針布上纖維層的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)均不同；自由梳理不再以簡(jiǎn)單的梳理齒數(shù)計(jì)算，因?yàn)檫€有自由纖維。自由梳理被握持纖維以不同的形態(tài)存在，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)梳理，以總纖維在兩針布間的受力大小，細(xì)分到單根纖維方面主要是纖維間摩擦和接觸分梳后的伸直平行狀態(tài)。

自由梳理?xiàng)l件下的柔性梳理可以實(shí)現(xiàn)，而梳理強(qiáng)度是需要解決的問(wèn)題。

2 柔性梳理

2.1柔性梳理的要求

柔性梳理的理想狀態(tài)是纖維少損傷、多伸直，其相對(duì)強(qiáng)分梳要求主要是梳理器材、梳理纖維和梳理?xiàng)l件。

梳理器材指針布，梳理?xiàng)l件主要是對(duì)纖維的控制及工藝條件，三者協(xié)調(diào)作用進(jìn)行梳理，以實(shí)現(xiàn)纖維與雜質(zhì)分離、纖維伸直平行，在梳理過(guò)程中應(yīng)避免纖維受力過(guò)大造成損傷，即進(jìn)行柔性梳理。

2.2柔性梳理的特點(diǎn)

對(duì)纖維的梳理度，主要指梳理度和梳理強(qiáng)度。梳理度是針或齒作用于纖維的次數(shù)，梳理強(qiáng)度是纖維受力后的伸直狀態(tài)。

柔性梳理是相對(duì)“緊隔距、強(qiáng)梳理”而言，其纖維受力伸直充分且損傷少，柔性梳理使伸直三度不小于95%，纖維損傷(短絨增長(zhǎng)率)少且增長(zhǎng)率不大于喂給筵棉，棉結(jié)清除率不小于80%，雜質(zhì)清除不小于99%；后紡的質(zhì)量指標(biāo)主要體現(xiàn)在紗線強(qiáng)力和條干均勻度，同時(shí)部分自由纖維(浮游纖維)在牽伸運(yùn)動(dòng)中容易或者能夠及時(shí)得到控制[3]。

2.3柔性梳理的影響因素

柔性梳理的影響因素是：針布材質(zhì)及其尺寸規(guī)格、纖維的喂入狀態(tài)、針布的運(yùn)行狀態(tài)和梳理作用力的相關(guān)工藝因素。

2.3.1握持條件下的柔性梳理

握持梳理?xiàng)l件下，針布損傷纖維的類(lèi)型，如圖1所示。

從圖1可知，握持梳理?xiàng)l件下纖維的伸直狀態(tài)、針布梳理的齒數(shù)、齒條齒部的尺寸規(guī)格(梳理時(shí)纖維的受力形式)對(duì)實(shí)現(xiàn)柔性梳理有很大的影響；同時(shí)合理的隔距和速度，都是實(shí)現(xiàn)柔性梳理的必要條件。

a) b) 圖1 握持條件下針布損傷纖維的類(lèi)型

2.3.2自由梳理?xiàng)l件下的柔性梳理

自由梳理時(shí)，纖維沿針布運(yùn)動(dòng)的形態(tài)：① 纖維向齒底部移動(dòng)的力克服T(法向力)，則纖維向齒底部移動(dòng)，沉入齒隙形成纖維層；② 不能克服T，纖維雖有向齒底移動(dòng)的趨勢(shì)，卻只能停留在齒頂面接受梳理；③ 纖維有向齒頂面移動(dòng)的趨勢(shì)，但不足以克服T，只能停留在齒前面接受梳理；④ 纖維向齒頂面移動(dòng)的力能克服T，結(jié)果滑出錫林齒尖面，纖維轉(zhuǎn)移到回轉(zhuǎn)蓋板針尖面上。顯然，②和③兩種情況時(shí)纖維接受梳理的條件最佳。由于錫林、回轉(zhuǎn)蓋板兩針面的彈性層并非恒定，因此纖維實(shí)際停留在齒前面接受梳理的情況要復(fù)雜得多。另外，齒條工作角α與纖維的運(yùn)動(dòng)有關(guān)：α大時(shí)纖維容易沉入齒底；α小時(shí)，又容易使纖維向齒頂滑出；所以，α的大小與纖維是否能獲得充分梳理關(guān)系密切。

梳理過(guò)程中，纖維沿齒前面運(yùn)動(dòng)和繞齒部運(yùn)動(dòng)非常重要，前者是剝?nèi)『吞嵘幕A(chǔ)，后者則是梳理的基礎(chǔ)；沒(méi)有沿齒前面運(yùn)動(dòng)，纖維無(wú)法沉入齒底部或提升到齒頂面，也不能脫離一個(gè)針布而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)針布上去。繞齒部運(yùn)動(dòng)可以把大束纖維分解成小束、直至分解成單根纖維狀態(tài)。在梳理過(guò)程中，這兩種運(yùn)動(dòng)經(jīng)常同時(shí)發(fā)生。梳理的關(guān)鍵是減少纖維的橫向聯(lián)系，增強(qiáng)纖維的縱向聯(lián)系，纖維的沿齒前運(yùn)動(dòng)以及繞齒部運(yùn)動(dòng)都會(huì)因受力造成纖維損傷。

在自由梳理?xiàng)l件下，針布對(duì)纖維的取向度、作用強(qiáng)度、齒條的尺寸規(guī)格和隔距等工藝條件有影響，因此，合理的尺寸規(guī)格、較小的齒條表面粗糙度值利于減小摩擦力；合理的隔距和速度是柔性梳理的必要條件[4]。

2.4柔性梳理的其它要求

柔性梳理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)做好梳理前準(zhǔn)備、梳理過(guò)程優(yōu)化及梳理后整理。梳理前，纖維束需要開(kāi)松以提高纖維取向度、減小梳理負(fù)荷；梳理中，需要合理的工藝和梳理?xiàng)l件的配合，減少過(guò)度強(qiáng)梳理后的纖維損傷；梳理后牽伸前，還要對(duì)纖維的伸直取向度進(jìn)行保護(hù)和進(jìn)一步整理，以提高牽伸效果。由此，棉束分解、單纖維梳理、伸直三度較佳纖維的進(jìn)一步伸直和狀態(tài)的保護(hù)都需要合理設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性梳理[5]。

3 柔性梳理用金屬針布的設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)要求

柔性梳理的核心是清梳用金屬針布齒條的設(shè)計(jì)與流程工藝相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維的精細(xì)梳解、充分除雜及有效整理，達(dá)到提高纖維伸直度的目的。

柔性梳理對(duì)金屬針布齒條設(shè)計(jì)的要求：① 齒條齒部與纖維接觸應(yīng)柔和，減小摩擦力和打擊力，減少直接打擊；② 優(yōu)化齒深、齒前面形態(tài)、角度和釋放能力以及齒條表面粗糙度，減少齒前面負(fù)荷，提高轉(zhuǎn)移率；③ 優(yōu)化纖維轉(zhuǎn)移角度以及針布間的配合以保證梳理強(qiáng)度，使纖維梳理、排雜充分、伸直效果好；④ 減少?gòu)?qiáng)烈打擊，采用鋼針穿刺扯松，實(shí)現(xiàn)清梳工序開(kāi)松、分解、梳理和整理之間的柔性漸進(jìn)。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1清棉用金屬針布齒條

開(kāi)清棉用金屬針布是開(kāi)松和梳理的源頭，實(shí)現(xiàn)柔性梳理的金屬針布齒條應(yīng)做到齒距大、基部寬，刀片改成鋼針，以利于減少棉塊橫向聯(lián)系、增加梳理效果、降低纖維損傷。

3.2.2大齒距、小基部寬刺輥齒條

刺輥金屬針布對(duì)纖維的沖擊和摩擦是造成纖維損傷的主要原因，降低刺輥轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致梳理度下降。合理的刺輥轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)柔性梳理主要應(yīng)在齒條齒部和齒型設(shè)計(jì)方面做研究，齒部光潔、齒頂寬由0.33 mm～0.24 mm減小為0.17 mm～0.18 mm，則刺輥金屬針布的穿刺能力增強(qiáng)；齒頂與纖維的面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，實(shí)現(xiàn)柔和梳理；齒形由直線齒前面變?yōu)殡p弧面；提高齒部淬火硬度，以提高金屬針布使用壽命[6]；普通刺輥齒條齒型與柔性梳理刺輥齒條齒型對(duì)比見(jiàn)圖2。

a) 普通齒型

b) 雙弧齒型

c) 駝峰齒型

3.2.3錫林金屬針布齒條

錫林金屬針布柔性梳理，重點(diǎn)從齒條的“矮、淺、尖、薄、密、小、硬、光”體現(xiàn)“柔”，錫林金屬針布齒條的主要幾何尺寸及作用見(jiàn)表1。

表1錫林金屬針布齒條的主要幾何尺寸及其作用

參數(shù)作用齒距P1.3 mm～2.2 mm,有逐步增大趨勢(shì),主要目的是減少纖維損傷基部寬b10.80 mm～0.35 mm,基部寬小,可加大對(duì)纖維須叢的橫向梳理,同時(shí)彌補(bǔ)縱向大齒距帶來(lái)的齒密減小的問(wèn)題齒密棉纖維用金屬針布有加密趨勢(shì),如雙齒型金屬針布齒條齒密增大為1500齒/(25.4 mm)2;差別化纖維也宜采用較小齒密工作角α10°～40°,逐步加大,以加強(qiáng)對(duì)纖維的控制能力(已有α= 50°)齒深h6/齒條總高h(yuǎn)1齒深結(jié)合齒部的幾何形狀有變小趨勢(shì),以利于減少齒尖面負(fù)荷、提高纖維轉(zhuǎn)移率、減少反復(fù)揉搓造成的棉結(jié)增加;目前齒深最小為0.25 mm,早期為0.50 mm,而齒條總高則降低為1.5 mm齒底形狀和弧線曲率齒底形狀和曲率逐步增大,齒底以容纖量適度、易于轉(zhuǎn)移為宜,曲率以漸大變角為宜,以減少纖維控制點(diǎn)的集中,使纖維較為分散,延長(zhǎng)針布的使用壽命;齒底形狀由直角邊發(fā)展為淺底、負(fù)角齒頂面積齒頂長(zhǎng)l由0.08 mm逐步減小為0.04 mm,以提高齒尖的穿刺能力,減少纖維損傷橫截面形狀齒條橫截面一般為左、右直角梯形和等腰梯形3種,其與纖維的軸向運(yùn)動(dòng)方向不同;等腰梯形橫截面針布齒條是發(fā)展方向;目前已有各種齒形,如大平頂、駝峰弧背、直齒表面處理技術(shù)機(jī)械拋光、等離子、化學(xué)處理、鍍層處理以及表面強(qiáng)化處理、金剛石納米顆粒涂層等,重點(diǎn)解決齒條不耐磨的問(wèn)題;通過(guò)表面強(qiáng)化處理的金屬針布硬度由960 HV提升到1200 HV4測(cè)點(diǎn)硬度提高第1、第2測(cè)點(diǎn)的硬度,降低第4測(cè)點(diǎn)的硬度,前者為了提高梳理質(zhì)量和金屬針布使用壽命,后者為了包卷方便

3.2.4道夫金屬針布齒條

在柔性梳理?xiàng)l件下，道夫金屬針布齒條設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧轉(zhuǎn)移和梳理，以提高轉(zhuǎn)移率、減小齒尖面負(fù)荷為核心。齒條設(shè)計(jì)以增加容纖量與提高轉(zhuǎn)移率相結(jié)合，齒密、齒深以控制轉(zhuǎn)移相結(jié)合。道夫金屬針布齒條型號(hào)規(guī)格和表面狀態(tài)直接影響其對(duì)纖維的抓取、握持和釋放能力，其核心是在梳理轉(zhuǎn)移適度的基礎(chǔ)上減少后彎鉤纖維的產(chǎn)生。道夫金屬針布齒條工作角大則抓取纖維能力弱，不利于轉(zhuǎn)移率的提高；齒深大，可增大齒隙容纖量，同時(shí)使錫林高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流能夠順利從道夫金屬針布齒尖溢出，提高纖維轉(zhuǎn)移率；齒密大，道夫?qū)w維的抓取能力增強(qiáng)而有利于轉(zhuǎn)移率的提高。此外，還須使齒頂面積適度，針布平齊鋒利、光潔耐磨，避免軋傷[6]。傳統(tǒng)道夫金屬針布齒條和新型道夫金屬針布齒條參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 道夫金屬針布齒條設(shè)計(jì)對(duì)比

項(xiàng)目道夫金屬針布齒條傳統(tǒng)型新型工作角α/(°)25～3030齒形直線齒直線齒,弧形齒多變齒條總高h(yuǎn)1/mm3.5～4.54.0～5.0齒深h6/mm1.9～2.42.0～2.6齒頂長(zhǎng)l/mm0.10～0.130.11～0.15齒密/[齒·(25.4 mm)-2]306～550306～550(直線齒紡化學(xué)纖維加密)基部高h(yuǎn)2/mm1.2～1.41.0～1.3適紡范圍通用專紡性強(qiáng)齒條側(cè)面光潔有橫紋和溝槽(1～5)表面處理技術(shù)無(wú)機(jī)械拋光、涂層等技術(shù)

分析表2可知：道夫金屬針布齒條的技術(shù)進(jìn)步主要是工作角α增大(當(dāng)其穩(wěn)定在30°時(shí)利于抓取和轉(zhuǎn)移)、齒深h6增大、齒密結(jié)合齒形適度增減、齒形設(shè)計(jì)多樣性以及采取表面處理技術(shù)等，既結(jié)合纖維性能又兼顧抓取、轉(zhuǎn)移、控制和釋放等性能，齒條齒部硬度增大，與纖維摩擦因數(shù)減小，在便于轉(zhuǎn)移的同時(shí)提高防腐防銹能力，有利于柔性梳理。

3.2.5固定齒條蓋板針布

固定齒條蓋板針布是清梳聯(lián)梳棉機(jī)重要的附加器材，后固定齒條蓋板針布具有預(yù)梳理作用，前固定齒條蓋板針布具有整理作用，其數(shù)量與梳理質(zhì)量正相關(guān)[7]。固定齒條蓋板針布—錫林針布間為自由梳理，以減少嵌雜為核心，從而忽視了梳理作用；因此存在柔性梳理但梳理強(qiáng)度不足的問(wèn)題。如：大圓弧齒前面齒形，梳理效果好，但對(duì)纖維損傷大；負(fù)角齒底齒形齒條不嵌雜，梳理效果一般；平齒底齒形，排雜、梳理效果好，但使用壽命短，所以，梳理效果與不嵌雜對(duì)齒條蓋板針布而言是一對(duì)矛盾體，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧齒密、減少纖維損傷和嵌雜問(wèn)題。

3.2.6彈性蓋板針布

彈性蓋板針布設(shè)計(jì)的柔性理念是：針尖小(0.03 mm～0.05 mm)、總高小(7.0 mm～8.0 mm)、植針漸密、角α適中(12°～28°)、鋼絲截面為卵形(也可為菱形、雙凸形)、淬火后硬度高(960 HV)、針尖平面度好(同副偏差不平磨為±0.25 mm，平磨為0.15 mm)等，使控制纖維能力和排雜通道有機(jī)結(jié)合，以利于梳理兼顧排雜，達(dá)到控制纖維適度、抗彎能力強(qiáng)、排雜效果好和梳理效果好等目的[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1實(shí)現(xiàn)柔性梳理的過(guò)程中，纖維與針布、纖維與纖維以及針布與針布間產(chǎn)生作用力與反作用力，實(shí)現(xiàn)了纖維與雜質(zhì)分離和纖維的伸直平行，但也不可避免地使部分纖維受梳理時(shí)大于其承受力，造成纖維損傷和梳理過(guò)度的矛盾。

4.2新型刺輥金屬針布齒條采取小齒尖寬提高其對(duì)塊狀纖維的穿刺能力，而大齒距利于減少縱向打擊；配套小表面粗糙度值齒部、高轉(zhuǎn)移的密齒道夫金屬針布以及小工作角、密齒蓋板針布等，能提高纖維轉(zhuǎn)移率和梳理效果，減小針布負(fù)荷，是實(shí)現(xiàn)柔性梳理的基礎(chǔ)。