楊 嵐

（陜西職業(yè)技術學院，陜西西安，710038）

梳棉機智能化是建立在自動化發(fā)展的基礎上，包括自動檢測、自動調整和自動控制，是減少用工、提高效率、穩(wěn)定質量的有效措施，具有在線檢測、自動控制、維護方便的特點。梳棉智能化設計從結構、維護、工藝調整、操作運轉、專用工具、能耗等各方面都要統(tǒng)籌兼顧，采取各種手段技術創(chuàng)新，提高效率，盡可能為用戶爭取更大的效能。梳棉針布是梳棉機實現(xiàn)梳理的基礎核心工藝器材，梳理針布的創(chuàng)新設計必須滿足和適應梳棉機智能化發(fā)展要求，實現(xiàn)與智能化的相互促進和提升。

1 智能化梳棉機的特點

智能化梳棉機的主要特點是高速化、高產(chǎn)化、高效化和自動化，同時實現(xiàn)對梳理質量、工藝校正、前后聯(lián)動等進行系統(tǒng)的反饋、檢測和控制，滿足無人工廠或者免維護工廠的需求。

智能化梳棉機是梳理工程信息化、數(shù)字化、自動化的最終目標，也是發(fā)展的必然趨勢。作為核心基礎的針布在適應方面還存在如下問題：針布的耐磨性不高，使用周期短，頻繁更換，影響智能化梳棉機的正常運行；針布的維護過程對質量造成周期性的影響；針布的個別部位易磨損，造成梳理質量波動，影響智能化生產(chǎn)質量的穩(wěn)定；適應多種纖維多組分梳理和適紡范圍窄，改換品種需要更換針布，影響針布使用和生產(chǎn)效率；針布機械加工精度影響到智能檢測和執(zhí)行精度及正確性。

2 智能化梳棉機對梳理針布的要求

智能化梳棉機對針布的要求：免維護，適紡范圍廣，能夠滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，且在梳理過程中滿足數(shù)字化技術發(fā)展專家系統(tǒng)的檢測、反饋、執(zhí)行的需要。智能化梳棉機對針布配套提出了高質量、高效率、高產(chǎn)量、免維護、適應自動化的要求，才能滿足智能化的需求。

針布滿足高速化的技術要點：必須控制錫林和道夫三角區(qū)的氣流，減少落網(wǎng)和棉網(wǎng)的異常狀態(tài)，提高轉移率；高速輸出時轉移棉網(wǎng)的波動和質量的穩(wěn)定，對針布提出了高轉移、強控制的要求。

針布滿足高產(chǎn)的技術要點：必須提升刺輥喂入時的開松效果，保證預開松，把精細梳理的負荷盡可能的減輕；高產(chǎn)，輸入時喂入纖維的預開松排雜情況是否能實現(xiàn)喂入的連續(xù)性。對錫林、蓋板、刺輥針布提出強化梳理、免維護、周期長、兼容性適紡范圍廣的要求[1]。

針布實現(xiàn)高質量的技術要點：保證錫林?蓋板精細梳理區(qū)蓋板的精度，同時盡可能的增加預分梳，從而實現(xiàn)高質量；梳理時的精細程度，對系統(tǒng)配套針布以及針布的周期穩(wěn)定性提出了要求。

基于智能化條件下梳理針布創(chuàng)新設計目的之一，主要是為實現(xiàn)在線檢測，自動控制，維護方便，為提供精準數(shù)據(jù)打好基礎，其中對針布維護、生產(chǎn)環(huán)境、纖維原料、工藝設定、設備運行狀態(tài)的適應和反饋提出了新要求。

3 智能化梳棉機配套梳理針布的研發(fā)和設計要點

3.1 梳理針布的光潔度設計

針齒齒身光潔度不好，易造成纖維損傷，在梳理過程中造成掛花，棉結增加；同時光潔度差的針布與纖維的摩擦因數(shù)大，在造成短絨增加的同時，降低針布使用壽命。

齒尖穿刺力差、存在毛刺造成掛花。在梳理過程中，與纖維最先接觸的是針尖，齒尖穿刺力差，細小的毛刺就會造成掛花，對梳理效果影響十分明顯[2]。這種現(xiàn)象在刺輥針布和錫林針布梳理過程中尤其明顯。由于其速度高，細小的毛刺與纖維摩擦因數(shù)大，毛刺在控制少量的纖維之后，隨時間的增加，纖維越聚越多，會形成大量的纏繞纖維，造成棉結大量增加。在梳理化學纖維和差別化纖維時，針布掛花對質量的影響非常明顯，如圖1所示。

圖1 齒尖不鋒利毛刺掛花造成棉結疵點

在智能化條件下，這些問題不僅影響質量，同時也增加了檢測負荷。智能化梳棉機的針布需要采用新型材料或表面處理技術，提高針齒光潔度，使用中不掛花，才能實現(xiàn)生產(chǎn)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測的精確性。

3.2 梳理針布的結構優(yōu)化設計

智能化梳棉機不單單是硬件提高，其主要核心質量必須有保證。在針布梳理纖維過程中，針尖刺入纖維，工作面控制纖維，再與對應配置的針布進行相互作用實現(xiàn)梳理，從而使纖維充分分離。如果齒尖不鋒利或齒尖過厚，刺入時會造成纖維損傷；同時，控制纖維的工作面太鋒利，同樣會造成纖維的損傷，增加短絨，造成成紗條干惡化、強力下降。特別是梳理部分干強大于濕強的纖維素纖維尤為明顯。普通針布如果采用薄齒尖，鋒利度增加，但是耐磨性明顯下降，這對矛盾難以解決。智能化梳棉機配置的梳理針布設計時需要解決薄齒尖不耐用的問題，可以采用提高硬度的辦法，兼顧梳理效果和使用壽命。采用薄齒尖，能夠減少沖擊，減少纖維損傷。錫林齒尖厚度由0.08 mm減少到0.04 mm，同時，對齒尖采取錐齒化處理，進一步減少對纖維的損傷，這對智能化梳棉機提高質量尤其重要。

3.3 梳理針布使用周期設計

高產(chǎn)梳棉機的梳理針布使用周期一般在800 t左右，淬火深度影響硬度和耐磨性，針布的硬度決定耐磨性和使用壽命。在針布加工過程中，針布的淬火深度和高度分為五點。通過回火淬火后，其淬硬區(qū)一般在針布的1/3處，齒尖的磨損度能夠滿足梳理需求，但是淬硬區(qū)0.3 mm～0.5 mm的工作面是針布磨損的重點，主要原因是其硬度低，造成耐磨度不夠。此種磨損在金屬梳理針布，部分工作角大的金屬針布非常明顯，磨損后使用周期縮短，棉結增加。

智能化梳棉機必須減少這種磨損，實現(xiàn)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。因此，必須采取滿足彌補第二點硬度的要求，從而達到智能化梳棉機生產(chǎn)的穩(wěn)定性。具體針布設計可以采用復合涂層技術處理針布，提高第二點的硬度，能夠有效適應智能梳棉機的需要，經(jīng)過涂層處理后第一點硬度由HV860～HV970增加到HV1100～HV1300，第二點硬度由HV780增加到HV960。

3.4 梳理針布無走熟期設計

針布的衰退周期一般分為漸成熟和漸衰退周期兩種。漸成熟和漸衰退的區(qū)別是，開始逐步走向梳理的平穩(wěn)期，最后衰退。漸衰退則是開始平穩(wěn)，很快衰減[3]。由于針布在梳理過程中較快的磨損增加了更換針布的周期和數(shù)量。頻繁的更換針布，不僅維護成本增高，還會造成梳理質量不穩(wěn)定。圖2為兩類針布使用周期紡紗質量對比。

圖2 不同針布使用周期對比圖

智能化梳棉機的針布設計宜采用漸成熟設計，同時減少走熟期，質量穩(wěn)定且延長了使用壽命。無走熟期設計，重點改善針布表面的粗糙度，減少針布淬火后的氧化皮，從而滿足梳棉機智能梳理的需求。具體對比見圖3和圖4。

圖3 有走熟期針布

圖4 無走熟期針布

3.5 梳理針布防腐蝕性設計

金屬針布在梳理染色纖維和部分化學纖維時，由于染色纖維中的酸堿殘留和柔順劑、消光二氧化鈦以及抗靜電劑，這些對針布腐蝕性很大，由此造成針布生銹腐蝕、磨損程度加劇。同時在一些加工靜電嚴重纖維的車間內，相對濕度在70%以上，對針布的抗氧化防銹提出新的要求。智能化梳理針布必須滿足可以不作任何特殊防護地裸處于常規(guī)環(huán)境中，在梳理染色纖維和消光劑的化學纖維、纖維素纖維，以及車間溫濕度大的生產(chǎn)環(huán)境，能夠有效降低對針布的腐蝕，延長使用周期[4]。

3.6 梳棉機針布免維護功能設計

梳棉機配套針布的保養(yǎng)維護也十分重要?，F(xiàn)代高產(chǎn)梳棉機還配備了精調蓋板?錫林隔距、在線自動磨針體系（自動磨錫林、蓋板針布）、蓋板隔距調整系統(tǒng)，精度很高；自動磨蓋板既磨針尖又磨側面，使其保持原有針布的鋒銳外形。自動磨針不僅能根據(jù)需要磨礪針布鋒銳度，而且包括針的側磨技術，使針布能保持原狀，從而提高錫林?活動蓋板梳理能力。

高產(chǎn)梳棉機在道夫下方安裝棉結在線監(jiān)測系統(tǒng)，可根據(jù)棉結量的變化情況，由計算機在線調整蓋板隔距、除塵刀位置，并可自動對針布進行磨針。目前，高速梳棉機磨針過程中無需停車，由計算機控制錫林和蓋板自動在線磨針，與人工磨針相比，可以節(jié)約時間80%，此外還延長針布使用壽命20%左右，產(chǎn)量提高20%。

這種磨針系統(tǒng)需要具備檢測功能、反饋功能、分析功能、調節(jié)執(zhí)行功能、磨針系統(tǒng)等，運行過程相對較為復雜，在針布的復磨過程中容易造成對紗線質量的污染。因此，智能梳棉機的針布設計必須免維護，將磨針系統(tǒng)的功能和檢測功能用于對質量的檢測上面去，更利于智能梳棉機的發(fā)展和推廣。

3.7 錫林蓋板針布滿足隔距在線自動調整

梳理過程中，打開纖維間的橫向聯(lián)系主要是通過分梳，分梳的關鍵是分梳件之間保持適當?shù)母艟?，“緊隔距，強分梳”是梳理質量穩(wěn)定的核心。在具體實踐中“緊隔距，強分梳”包含兩種含義：一是梳理隔距點隔距越小，品質越高；二是精確調節(jié)蓋板隔距，在精準隔距條件下實現(xiàn)分梳，是獲得最高清潔度和最少棉結量的決定性因素[5]。

各梳理元件之間的隔距對梳理效果以及紗線質量有十分重要的影響。通常是設置在靜止狀態(tài)，或者說是在冷車狀態(tài)下進行的。由于設備在運轉過程中的動態(tài)變化（如離心力、溫度升高），實際分梳隔距會發(fā)生輕微改變。智能化梳棉機設有生產(chǎn)變量監(jiān)控裝置：如碰針監(jiān)控器，能最安全地保證不發(fā)生碰針；隔距優(yōu)化設置，能進行準確的參數(shù)設定，保證最佳的紗線質量；運行狀態(tài)分析，設定控制的先決條件；隔距片，快速準確調整、校準隔距，可在線設置。

智能化梳棉機錫林?蓋板隔距校準和檢測的工作原理是：在起動錫林前，執(zhí)行一次功能檢測→在達到錫林的額定轉速后，執(zhí)行基準測量→接通輸棉裝置后，檢測系統(tǒng)執(zhí)行基準測量→機器熱車后，執(zhí)行基準測量→在梳棉機停機和重啟后，重新執(zhí)行上述步驟。

在這種情況下，對錫林和蓋板的平整度要求很高，微小的隔距差異就會造成問題和故障。因此，蓋板平整度要保證在0.010 mm，錫林針布包卷后的平整度要保證在0.019 mm以內的精度，運行后的溫差形變不大于0.030 mm，才能滿足智能梳棉機的需要。

目前，影響免維護的因素主要是錫林針布、蓋板針布、錫林輥體、蓋板骨架精度等，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)必須提高這些部件的精度。設計中可采用磁力超強的釹磁體，針布條通過磁力固定于蓋板骨上。蓋板和針布上的黏合劑及補償層可降低單個蓋板骨間的公差，紗線質量由此得到改善。當將傳統(tǒng)的針布安裝于蓋板骨上時，針布條不可避免地存在著不同程度的變形。要使針布變得平整，還需進行打磨操作，而使用高精度釹磁蓋板，打磨工序即可省去[6]。

錫林針布采用“矮，淺，尖，薄，密，小”的設計特點，密度大[965齒/（25.4 mm）2]、工作角較大（50°）、基厚（均為0.4 mm）、針高矮齒高均較小的配置（2.0 mm，1.7 mm），以加強對纖維的分梳。采用新型的大平頂齒針、尖齒平頂結合、直齒錫林針布，保證平整度，保護纖維和梳理效果兼顧，同時滿足智能化梳理的需要。

4 智能化梳理針布的有關問題

4.1 三刺輥的適紡性和兼容性

現(xiàn)代梳棉機通過增加刺輥的數(shù)量和速度，增加預分梳板、除塵刀以及落棉吸口等裝置來提升刺輥的分梳和除雜作用。當單刺輥結構不能滿足梳棉機高產(chǎn)狀態(tài)下的開松要求時，三刺輥結構應運而生。通過采用不同排列結構、不同針齒形狀及密度的3個刺輥漸進開松，能夠有效解決刺輥開松過程中的棉束差異，可以滿足梳棉機在高產(chǎn)狀態(tài)下所需的開松要求。但是從生產(chǎn)使用效果看，高產(chǎn)梳棉機即使采用三刺輥結構，其開松效果也并非無限增大。第一刺輥采用針輥分梳，雖然能夠減少纖維損傷，但是紡非棉纖維時，容易出現(xiàn)纏繞梳針的問題，阻礙了三刺輥的推廣；其次，三刺輥的速度最高在2000 r/min，存在對纖維的損傷問題，同時棉流經(jīng)過的路徑較多，在此處減少棉結和短絨增長是一對矛盾。如何避免損傷三刺輥纖維，減少棉結增加，充分提高開松度，滿足智能化條件下梳理的兼容性是今后需要解決的問題[7]。

4.2 高產(chǎn)量與多品種混合梳理技術的探討

隨著棉纖維、人造纖維、各種新型化學纖維、纖維素纖維的廣泛應用，必然要求對梳棉機從結構上進行差異化配置，以滿足不同特性原料的加工需求。色紡、差別化、多組分混紡批量小，品種多，翻改頻繁，智能化梳棉機如何適應小批量生產(chǎn)，需要進一步探索。智能梳棉機開松流程中，不僅僅是單纖維混和，還出現(xiàn)了滌綸、粘膠、棉或者其他差別化纖維的混和，但是多種纖維的摩擦因數(shù)差異大，針布適應性需要提高。如何設計兼容性強的梳理針布，需要我們進一步的探討和研究。

4.3 不同材質膨脹系數(shù)對質量的影響

隨著梳棉機的不斷發(fā)展，新型的材質不斷運用，部分梳棉機采用了新型的鋁材和鋼板材質，有些梳棉機還采用了鋁合金型材，不同的材質熱脹系數(shù)不同，在工藝設定時存在冷車和熱車的區(qū)分，在實際運用中，熱脹系數(shù)對針布的影響程度需要進一步研究[8]。

4.4 梳棉機針布的研究展望

智能化梳棉機的普及和進步是今后的發(fā)展趨勢。針布是梳棉機的關鍵梳理部件。以錫林針布為例，錫林針布在刺輥區(qū)域時，要盡可能將刺輥上的棉束轉移剝取過來，保證抓取的纖維不被刺輥針布再次轉移，要求針布對纖維的抓取牢靠度為100%；在活動蓋板區(qū)域，為了保證分梳質量，要求錫林針布對纖維既要有一定的抓取度，又不能完全控制，讓纖維可以在錫林和活動蓋板之間完成數(shù)次交替分梳；在道夫區(qū)域，為了提高道夫一次轉移率，要使錫林針布對纖維的抓取牢靠度盡可能低。同時隨著梳棉機產(chǎn)量的增加，針布纖維負荷和容纖率增加，梳理度下降，這就對錫林針布提出了更高的使用要求。隨著新材料、新工藝以及整體社會技術進步和協(xié)作水平的提高，針布齒形、針布密度、針布結構、針布材料、針布熱處理方法和效果，錫林、道夫、蓋板、給棉、刺輥、預分梳等針布兼顧發(fā)展，科學搭配等方面的細化研究會越來越深入。

5 結語

智能化梳棉機在經(jīng)過多年研發(fā)后步入成長期，今后的發(fā)展方向是高速度、高質量、高產(chǎn)量、穩(wěn)定可靠、自動化、智能化、模塊化。梳理針布要滿足耐磨度、免維護、兼容適紡范圍廣、智能化調整隔距、自動化檢測等方面的技術要求，必須從梳理、智能、質量互動的角度研究創(chuàng)新，梳理針布才能滿足智能化梳理的需要。