任家智

（1.中原工學院，河南鄭州，450007；2.先進紡織裝備技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州，450007）

精梳產(chǎn)品具有優(yōu)越的品質及獨特的風格，倍受消費者的青睞。精梳紗線和面料一直被認為是棉紡織產(chǎn)業(yè)中的高檔產(chǎn)品。精梳技術是實現(xiàn)紗線及面料產(chǎn)品高端化的重要手段，也是實現(xiàn)棉紡織產(chǎn)業(yè)升級的重要支撐。梳理我國不同階段棉紡精梳機的技術特點、發(fā)展歷程及發(fā)展內容，總結棉紡精梳機的創(chuàng)新發(fā)展思路與經(jīng)驗，展望棉紡精梳機發(fā)展的新趨勢，對于新一代棉紡精梳機的研究與開發(fā)具有重要意義。

1 國產(chǎn)精梳機的創(chuàng)新發(fā)展

國產(chǎn)精梳機圍繞“高速、高產(chǎn)、優(yōu)質”的發(fā)展目標，經(jīng)過60 多年的創(chuàng)新發(fā)展，形成了第一代至第四代精梳機，精梳機的紡紗性能及紡紗速度發(fā)生了巨大變化，機器的速度由原來的116 鉗次/min提高到550 鉗次/min，產(chǎn)量由原來的10 kg/h 提高到90 kg/h。

1.1 A201 系列精梳機

1.1.1 技術特征

1958 年上海國棉二廠在國外納斯米式（又稱為“鉗板擺動式”）精梳機的基礎上，設計制造了我國第一臺棉紡精梳機，命名為“紅旗牌”精梳機［1］，結束了我國不能制造精梳機的歷史。在20 世紀60 年代初期，通過吸收國外的精梳技術，在“紅旗牌”精梳機的基礎上，上海第一紡織機械廠研制了第一代A201 型精梳機，該機的主要技術特征如下［2］。第一，分離羅拉的驅動采用“凸輪+扇形齒輪+圓柱齒輪+離合器”方式，實現(xiàn)在一個工作周期內分離羅拉的倒轉、基本停止及順轉運動，完成纖維叢的分離與纖維叢的接合。第二，在精梳機一個工作周期中，后分離膠輥前、后滾動。在纖維叢接合開始時后分離膠輥向后擺動，將分離羅拉倒入機內纖維網(wǎng)下壓，方便與下鉗板送來的新纖維叢接合；在新舊纖維叢的接合完成后，分離膠輥向前滾動。第三，鉗板擺軸采用曲柄滑塊機構驅動，通過四連桿機構實現(xiàn)鉗板的前后擺動，且鉗板的前擺臂支點在錫林軸心的下方（稱為“下支點”式）。第四，精梳機的承卷羅拉間歇給棉（即每個工作周期喂給一定長度的棉層），并采用雙給棉羅拉喂棉，只配備了前進給棉方式，給棉長度有5.72 mm、6.86 mm 兩種。第五，頂梳由鉗板擺軸通過四連桿機構單獨驅動。第六，錫林直徑為127mm，有17 排梳針，梳針弧長約占錫林弧面四分之一。第七，精梳機眼數(shù)為6 眼，車面條為3 并1，形成2 根精梳條輸出，牽伸裝置采用二上二下簡單羅拉牽伸。第八，圈條采用單筒雙圈條，即1個條筒中圈放2 根精梳條。第九，精梳機的速度為116 鉗次/min，理論產(chǎn)量為8 kg/h～10 kg/h。

1.1.2 創(chuàng)新發(fā)展

20 世紀60 年代至80 年代，國產(chǎn)第一代精梳機圍繞“高速、高效、優(yōu)質”發(fā)展目標進行技術創(chuàng)新，相繼出現(xiàn)了A201A 型、A201B 型、A201C 型及A201D 型精梳機，形成了A201 系列精梳機。

為了增大條筒的容量，減少換筒次數(shù)及精梳條接頭次數(shù)，提高紡紗質量，降低勞動強度，將A201 型精梳機的棉條筒尺寸（條筒直徑×條筒高度）由350 mm×900 mm 增大為400 mm×900 mm，精梳條筒的容量增加了23.4%。條筒直徑400 mm 的精梳機命名為A201A 型。

由于A201 型及A201A 型精梳機分離羅拉驅動機構結構復雜，機件加工精度難以提高，不但維修保養(yǎng)困難，且在精梳生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)機件磨損、損壞現(xiàn)象；為此設計開發(fā)了“多連桿平面運動機構+內差動行星輪系”新的分離羅拉驅動機構；“多連桿平面運動機構”產(chǎn)生變速及錫林軸傳來恒速同步輸入“內差動行星輪系”，由“內差動行星輪系”合成后輸入分離羅拉，完成倒轉、基本靜止、順轉輸出的基本動作，從而實現(xiàn)錫林新舊纖維叢的接合及纖維的分離工作。這種驅動機構的精梳機，命名為A201B 型精梳機。A201B 型精梳機與A201 型精梳機相比，分離羅拉的有效輸出長度由46.81 mm 變?yōu)?6.55 mm，速度由原來的116鉗次/min 提高到145鉗次/min，理論產(chǎn)量由8 kg/h～10 kg/h 提高到12 kg/h～15 kg/h。

在20 世紀70 年代，為了進一步提高精梳機的產(chǎn)量、質量及增大條筒容量，對A201B 型精梳機進行了兩個方面的改進：第一，對分離羅拉驅動機構的“多連桿平面運動機構”連桿支點位置及“內差動行星輪系”的齒輪齒數(shù)配比進行了改進設計，使分離羅拉有效輸出長度由原來的46.55 mm減小為37.24 mm，增大了纖維叢的接合長度與接合牢度，改善了精梳條的均勻度及高速時的棉網(wǎng)破裂現(xiàn)象；第二，將A201B 型精梳機的單筒雙圈條改為雙筒大圈條，使條筒的容量增大了1 倍。改進后的A201B 型精梳機命名為A201C 型。

20 世紀80 年代初期，在A201C 型精梳機的基礎上，進行3 個方面的改進［3］：第一，車頭齒輪箱實施了整體密封油浴，改善齒輪及相關部件的潤滑狀態(tài)，提高機件壽命；第二，車中分離羅拉、鉗板擺軸、錫林軸、毛刷軸等部件的滑動軸承改為滾針軸承，以減輕機件的磨損及運動阻力；第三，毛刷軸與錫林軸同步驅動改為毛刷軸采用單獨電機驅動，實現(xiàn)了毛刷對錫林定時高速清掃。改進后的精梳機命名為A201D 型，速度可達170 鉗次/min，機器的運轉穩(wěn)定性、可靠性及紡紗質量明顯提高。在A201 系列精梳機中，應用最多的為A201C 型及A201D 型精梳機。由于A201 系列精梳機在生產(chǎn)中仍存在振動噪聲大、錫林梳理隔距變化大、給棉方式單一等問題，精梳機的生產(chǎn)速度難以突破170 鉗次/min。

1.2 FA251 系列精梳機

1.2.1 技術特征

在20 世紀70 年代末至80 年代初，由上海第一紡織機械制造廠在國產(chǎn)A201 系列精梳機的基礎上，通過消化吸收國外先進技術，設計開發(fā)了我國第二代精梳機，命名為FA251 型精梳機，并于1980 年3 月通過技術鑒定［4］；之后對其牽伸裝置等部位進行了改進，命名為FA251A 型精梳機［5］，具體技術特征如下。第一，分離羅拉驅動采用“五連桿平面運動機構+外差動行星輪系”，與A201系列精梳機相比，力學性能好，適應高速。第二，鉗板擺軸的驅動采用雙曲柄機構，與A201 系列精梳機相比，鉗板運動的最大加速度值較小，且在分離接合過程中鉗板前擺速度較小，有利于纖維叢的接合與分離。第三，鉗板前后擺動的支撐點在錫林軸的上方（稱為“上支點”式），在錫林梳理過程中梳理隔距的變化相對于A201 系列精梳機小；鉗板組件的質量較輕，減小了高速時鉗板的沖擊力與噪聲。第四，承卷羅拉連續(xù)回轉喂棉，減小高速時振動及棉層張力的波動。第五，采用單給棉羅拉給棉，有利于纖維叢的抬頭，方便新舊棉叢的搭接；配備了前進及后退兩種喂棉機構，提高精梳機對不同纖維原料及不同紗號的適紡性。第六，取消了后分離膠輥的前、后游動，簡化了傳動機構，為精梳機的高速創(chuàng)造了條件。第七，整機有8 個棉卷喂入，4 并1，輸出2 根精 梳條；牽伸形式為三上三下壓力棒。第八，精梳速度可達160 鉗次/min～200鉗次/min，理論產(chǎn)量為16 kg～30 kg。

1.2.2 創(chuàng)新發(fā)展

20 世紀80 年代末，為了提高精梳條的條干質量，將FA251 型精梳機的輸出條子改為8 并1，并使牽伸機構的總牽伸倍數(shù)提高了1 倍，圈條機構由雙筒單圈條改為單筒單圈條，改進后命名為FA251B 型精梳機［6］。到90年代，將FA251B 型精梳機的分離機構及牽伸機構由彈簧加壓改為氣動加壓，提高了加壓的穩(wěn)定性及可靠性，減少了因彈簧壓力的差異而引發(fā)的牽伸質量波動及紗疵的產(chǎn)生，由此產(chǎn)生了FA251C 型精梳機［7］。

FA251 系列精梳機存在問題是：第一，分離羅拉驅動機構、鉗板驅動機構、頂梳傳動機構等缺少機構平衡設計，高速時產(chǎn)生較大的振動力，使精梳機的生產(chǎn)速度難以突破200 鉗次/min。第二，對鉗板、錫林及分離羅拉等部件的運動配合缺少系統(tǒng)的優(yōu)化設計與分析，各部件運動配合精準度較差，精梳質量難以得到大幅度提高。第三，鉗板組件為三支點支撐，精梳機高速時鉗板組件運動的平穩(wěn)性較差，鉗板鉗口對須叢橫向握持不夠均勻。

1.3 國產(chǎn)第三代精梳機

1.3.1 技術特征

在20 世紀90 年代，通過引進、吸收消化國外先進技術，加速了我國棉紡精梳機的發(fā)展，相繼開發(fā)了FA261 型、FA254 型、FA255 型精梳機等，精梳機的速度達到了300 鉗次/min，其技術特征如下［8-10］。第一，鉗板擺軸采用曲柄、滑塊及滑桿機構驅動。當錫林軸帶動曲柄回轉一周時，通過滑塊使滑桿以鉗板擺軸為支點前后擺動，從而實現(xiàn)鉗板擺軸的擺動。鉗板組件采用四連桿機構支撐，其支點分別是鉗板擺軸和錫林軸。當鉗板擺軸前后擺動時，通過四連桿機構使鉗板前后擺動。鉗板組件的前支點為錫林軸，在錫林對棉層實施梳理時上鉗板與錫林的隔距變化較小，有利于提高梳理質量。第二，上鉗板采用偏心軸機構牽吊。偏心軸由鉗板擺軸通過齒輪驅動，并與鉗板擺軸一起共同完成上鉗板開閉口運動及鉗板鉗口加壓作用；在錫林梳理過程中，偏心軸通過牽吊桿及彈簧對上鉗板施加壓力，增大上下鉗板鉗口的握持力；在分離接合過程中，偏心軸通過牽吊桿對鉗板組件實施牽吊，有效地分解了鉗板組件的質量，減輕了鉗板高速時的沖擊力。第三，上、下鉗板鉗口握持棉叢的狀態(tài)為兩點握持。與A201系列及FA251 系列精梳機的一點握持相比，增大了對棉層的握持牢度，有利于減少可紡纖維的損失。第四，分離羅拉的驅動采用外差動行星輪系。錫林軸通過橋齒輪傳動行星輪系的回轉臂，使輪系回轉臂作恒速回轉，并帶動行星齒輪繞太陽輪公轉；同時錫林軸又通過多連桿機構，驅動行星輪系的太陽輪作周期性的正反轉運動，并帶動行星齒輪自轉；行星齒輪的復合運動通過分離齒輪傳向分離羅拉，使分離羅拉產(chǎn)生倒轉、基本靜止及順轉運動。分離羅拉的有效輸出長度為31.71 mm，較A201 系列及FA251 系列精梳機小，有利于提高纖維叢的搭接質量。第五，牽伸機構采用三上五下牽伸。前、后兩牽伸區(qū)均為曲線牽伸，即在前、后牽伸區(qū)內均能利用羅拉包圍弧使牽伸區(qū)中后部的摩擦力界向前方擴展，有利于控制浮游纖維的運動和彎鉤纖維的伸直。

1.3.2 創(chuàng)新發(fā)展

為了提高FA261 型精梳機高速時的生產(chǎn)穩(wěn)定性及可靠性，對其進行了以下改進［11-13］。第一，優(yōu)化了鉗板擺軸驅動機構關鍵機件尺寸，即傳動鉗板擺軸的曲柄半徑由原來的77.5 mm 減為70 mm，在一個工作周期中鉗板運動的加速度減小，使精梳機高速時的振動與能耗減??；同時也減小了分離接合時鉗板的前擺速度，使鉗板攜帶纖維叢頭端與下分離羅拉表面碰撞的可能性降低，有利于改善棉網(wǎng)的接合質量。第二，改進了給棉羅拉驅動方式，即給棉棘輪的驅動由內齒驅動變?yōu)橥恺X輪驅動，簡化了機構，解決了內棘齒輪難加工、易磨損的問題，并實現(xiàn)了前進給棉與后退給棉的給棉長度一致性，方便了工藝調整。第三，給棉羅拉位置前移了10 mm，加強分離接合過程中對短纖維運動的控制，增強對短纖維的適紡性，并有利于降低精梳落棉率。第四，通過改進鉗板組件的結構設計及減輕鉗板組件的質量，減小鉗板高速運動時的慣性力；如改進下鉗板座及下鉗板的結構設計，從而使鉗板組件的質量由原來3.5 kg減小至2.9 kg。第五，優(yōu)化了分離羅拉驅動機構的連桿尺寸及周轉輪系齒輪的齒數(shù)配比，減小了分離羅拉運動量、運動的加速度及有效輸出長度，從而降低了高速時的沖擊與振動，并提高了棉網(wǎng)的接合質量。

對FA261 型精梳機進行以上改進后，分別定型 為FA266 型、FA269 型、F1268 型及F1268A 型精梳機，精梳機的速度由原來300 鉗次/min 提高到350 鉗次/min～400 鉗次/min，同時也改善了對細絨棉的適紡性。

1.4 國產(chǎn)第四代精梳機

1.4.1 技術特征

在2007 年至2012 年，我國紡織科技工作者通過消化吸收國外先進技術，在總結國產(chǎn)第三代精梳機的基礎上，利用計算機編程、機構設計分析及精梳工藝技術，對精梳機主要機構及其運動配合進行了優(yōu)化設計，開發(fā)了我國第四代棉紡精梳機，如JSFA588 型及HC500 型精梳機等，生產(chǎn)速度達到了450 鉗次/min～500 鉗次/min。第四代棉紡精梳機技術特點如下［14-16］。第一，優(yōu)化了精梳機鉗板傳動機構及鉗板組件的結構，如：進一步減小傳動鉗板擺軸的曲柄半徑，使鉗板組件運動的動程及加速度減小，并增大了分離接合時間，從而減小了精梳機高速時的慣性力，提高了精梳機運轉的穩(wěn)定性及輸出棉網(wǎng)的接合質量。第二，優(yōu)化了上偏心軸的偏心距及偏心位置；優(yōu)化了上下鉗板的握持力、鉗板開閉口時間及上下鉗板閉合時的角速度，從而減小了鉗板閉合時的沖擊，并使上下鉗板的握持力更加穩(wěn)定均勻。第三，在分離羅拉驅動部分，保證行星輪系齒數(shù)配比不變的前提下，優(yōu)化了多連桿機構各部件的結構尺寸及分離羅拉運動曲線的關鍵技術參數(shù)，如減小了分離羅拉的倒轉量、前段倒轉量等參數(shù)，使分離羅拉高速運動時的角加速度及運動慣量減小，提高了分離羅拉與錫林的運動配合精度及對較短纖維的適紡性。第四，采用三上三下壓力牽伸機構，與原有三上五下牽伸機構相比，在主牽伸區(qū)壓力棒對較短纖維的控制能力增強，后區(qū)牽伸區(qū)的羅拉隔距及牽伸倍數(shù)可根據(jù)纖維長度的變化進行調整，提高了對不同纖維長度的適紡性。

1.4.2 創(chuàng)新發(fā)展

第四代棉紡精梳機的創(chuàng)新主要集中在以下幾方面。第一，為了使錫林梳理過的棉叢提前抬頭，提高分離接合質量，研究開發(fā)了錫林變速梳理機構，在錫林梳理開始定時不變的情況下，錫林梳理結束定時與錫林恒速梳理相比提前了3 個～4 個分度，為鉗板提前開口及采用130°錫林梳理創(chuàng)造了條件［17］。第二，為了提高錫林對棉叢的梳理效果，設計開發(fā)了130°大弧面梳理錫林，錫林針齒的齒數(shù)由原來的2.5 萬齒～3 萬齒增大至4 萬齒～5萬齒，使精梳條中纖維的伸直度、分離度及平行度提高，并增強了錫林排除短纖維、棉結及雜質的能力［18］。第三，運用機構動力學、三維建模、仿真分析及機構平衡優(yōu)化設計方法，分別對鉗板機構擺軸及分離羅拉驅動機構進行創(chuàng)新設計，并研究開發(fā)了新的鉗板組件及分離羅拉驅動機構的平衡裝置，有效降低了精梳高速時的振動，提高了機件壽命［19-21］。第四，研究開發(fā)了棉型化纖用精梳專用錫林及鉗持給棉機構，在保證梳理效果的同時可大幅度降低精梳落纖率，減少可紡纖維的損失；并優(yōu)化了棉型化纖精梳機的牽伸工藝，解決了生產(chǎn)過程中斷網(wǎng)斷條的問題［22］。第五，研究開發(fā)了棉卷的自動接頭系統(tǒng)，實現(xiàn)了精梳機的自動落管、自動上卷、棉卷自動接頭、棉卷和筒管自動運輸［23］。第四代精梳機經(jīng)過10 多年的技術創(chuàng)新，最高生產(chǎn)速度可達550 鉗次/min，最高產(chǎn)量為90 kg/h。

2 國內外精梳新技術分析

2.1 國外精梳新技術分析

目前國外生產(chǎn)高端精梳機的公司主要有瑞士立達公司和德國特呂茨施勒公司。瑞士立達公司在對E86 型精梳機進行多項改進后，于2019 年推出了E90 型精梳機；德國特呂茨施勒公司對原有的TCO12 型精梳機不斷完善，于2021 年推出了TCO21 型精梳機。國外新型精梳機與原有的機型相比，具有高速高產(chǎn)、紡紗質量優(yōu)、智能化水平高等特點。

在高速高產(chǎn)方面，國外新型精梳機主要采用了以下技術措施。第一，分離羅拉采用伺服電機驅動，如在TCO21 型精梳機上，分離羅拉的驅動取消了傳統(tǒng)精梳機采用的“多連桿與行星輪系相結合”的模式，徹底消除了多連桿及行星輪系產(chǎn)生的運動慣量和沖擊力，取而代之的是4 個伺服電機兩側同步驅動分離羅拉，簡化傳動機構，為高速創(chuàng)造了條件。第二，優(yōu)化改進車頭分離羅拉驅動系統(tǒng)，如立達E90 型精梳機采用高精度的凸輪與行星輪系相結合的模式，提高了精梳機高速時的運轉穩(wěn)定性及可靠性，并簡化搭接刻度等工藝參數(shù)的調整，減小了工藝參數(shù)調整的工作量，提高了生產(chǎn)效率。

在提高紡紗質量方面，國外新型精梳機采取了以下技術措施。第一，采用大弧面錫林梳理，如立達E90 型精梳機采用130°大角度錫林梳理，錫林總齒數(shù)可達到5 萬齒以上，大幅度提高了錫林梳理度，排除短絨、棉結雜質的能力大幅度提高。第二，鉗板擺軸、錫林軸及分離羅拉采用雙側同步驅動，以減小高速時的扭曲變形，降低精梳質量指標及精梳落棉率的眼差；如TCO21 型精梳機采用雙側驅動后可使分離羅拉的扭曲變形減少75%，分離羅拉的振動減少25%，精梳機眼與眼間的質量指標波動減少54%。第三，提高精梳機關鍵部件的運動配合精度，如立達E90 型精梳機可根據(jù)所加工的纖維長度，通過優(yōu)化錫林、分離羅拉及鉗板的運動配合，在相同精梳工藝的條件下可使精梳落棉率降低3%［24］。

在智能化方面，國外新型精梳機主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，E90 型及TCO21 型精梳機均配備了精梳小卷的自動接頭及換卷機構，大幅度提高了精梳機的工作效率及紡紗質量，用戶可根據(jù)情況進行選配。第二，采用了精梳條質量監(jiān)測系統(tǒng)，如E90 型及TCO21 型精梳機均可對精梳條的條干均勻度、重量偏差等質量指標進行在線監(jiān)控與觀測，并可隨時在操作屏上在線讀取，保證了紡紗質量及紡紗生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并節(jié)省了精梳條常規(guī)取樣檢測的工作量。第三，關鍵工藝參數(shù)在線調整或自動優(yōu)化，如TCO21 型精梳機可通過調節(jié)按鈕對棉叢接合質量進行自動優(yōu)化，并找到最優(yōu)接合點，從而保證了精梳機分離接合過程中新舊棉叢搭接質量，并減小了工藝調整的工作量，提高了工作效率。

瑞士立達E90 型及德國特呂茨施勒TCO21型精梳機主要技術特征如下。其中，前者給棉長度有4.3 mm、4.7 mm、5.0 mm、5.2 mm、5.6 mm、5.9 mm，分離羅拉驅動方式為連桿輪系單側驅動；后者給棉長度有4.3 mm、4.7 mm、5.0 mm、5.2 mm、5.5 mm、5.9 mm，分離羅拉驅動方式為伺服電機雙側驅動。

2.2 國內精梳新技術分析

國內新型精梳技術的開發(fā)主要圍繞3 個方面進行。第一，大弧面錫林梳理專件及錫林變速驅動機構的開發(fā)，以增大錫林的針齒數(shù)量，提高梳理效果；第二，非棉纖維精梳技術，如棉型化纖精梳、化纖混和精梳、天然纖維與化纖混和精梳等，其目的是提高非棉纖維產(chǎn)品的質量及附加值，改善產(chǎn)品的風格；第三，采用伺服驅動等措施提高精梳機的數(shù)字化及智能化水平，以簡化繁瑣的工藝調整，提高勞動生產(chǎn)率，并簡化傳動機構。國產(chǎn)新型精梳機的最高生產(chǎn)速度可達500 鉗次/min～550 鉗次/min。

大弧面錫林梳理技術。大弧面錫林是指錫林第一排針至末排針的夾角為130°的錫林，與90°錫林相比可使錫林針齒總數(shù)大幅度增加；在分離羅拉及鉗板運動規(guī)律不變的前提下采用大弧面錫林梳理，需使錫林的運動狀態(tài)改變，以避免錫林第一排梳針及末排梳針對鉗板及分離羅拉的運動產(chǎn)生干擾。為此，采用大弧面錫林梳理時常采用錫林變速運動，即在錫林梳理時錫林速度加快，梳理結束后錫林速度減慢，并使錫林轉一個工作周期所用的時間不變。驅動錫林變速運動的機構常采用兩對齒數(shù)相同的非圓齒輪完成。國產(chǎn)JSFA588型、JSFA2186 型、JWF1286 型精梳機采用了非圓齒輪式錫林變速機構；但由于大弧面錫林在結構平衡、制造等方面存在一些問題，尚未大面積推廣應用。

多纖維精梳技術。在2016 年至2018 年，相關單位在JSFA588 型精梳機的基礎上，對牽伸機構、分離羅拉運動規(guī)律、鉗持給棉機構、牽伸工藝等進行了優(yōu)化設計，研發(fā)了JSFA2186 型多纖維精梳機，不但可以進行細絨棉、長絨棉、棉型化纖精梳，還可進行天然纖維與棉型化纖混和精梳及不同化纖原料混和精梳，實現(xiàn)了棉型化纖及其混和產(chǎn)品的高品質加工，提高了產(chǎn)品附加值。2018年10 月，JSFA2186 型多纖維精梳機在上海國際紡織機械展覽會上展出。

單眼精梳機數(shù)字化技術。在2020 年至2022年，相關單位以JSFA2186 型多纖維精梳機為基礎研究開發(fā)了ZGFA600 型數(shù)字化單眼精梳機，其精梳機的特點如下。第一，全機采用1 個精梳小卷喂入，利用少量的原料即可紡制精梳紗，適用于“小批量，多品種”的生產(chǎn)方式；第二，分離羅拉采用伺服電機驅動，取消了“多連桿+行星輪系”復雜的驅動方式，簡化了傳動機構；第三，給棉羅拉至承卷羅拉之間的張力牽伸倍數(shù)、車面張力牽伸倍數(shù)、牽伸機構的牽伸倍數(shù)、棉網(wǎng)搭接刻度等均可通過操作屏設定，操作簡單方便；第四，可根據(jù)所加工纖維原料不同設定合適的分離羅拉運動曲線，提高了對不同纖維原料的適紡性。

2.3 國產(chǎn)新型精梳機的優(yōu)勢與不足

國產(chǎn)新型精梳機的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個方面。第一，可用棉纖維精梳、棉型化纖精梳及不同類型纖維混和精梳，從而提高非棉纖維及其混紡紗線面料的品質；第二，在ZGFA600 型單眼精梳機上，取消了各種張力變換齒輪、牽伸變換齒輪及棉網(wǎng)搭接刻度盤，實現(xiàn)了單眼精梳機的棉卷張力牽伸倍數(shù)、車面條張力牽伸倍數(shù)、牽伸裝置牽伸倍數(shù)及棉網(wǎng)搭接刻度調整的數(shù)字化。

國產(chǎn)新型精梳機存在的主要問題是：第一，精梳機主要部件（如鉗板、錫林、分離羅拉等）的加工精度、裝配及精梳運動配合精度較低，致使精梳機各眼間質量差異及不同時間質量指標的差異較大，精梳機的生產(chǎn)速度難以大幅度提高；第二，缺少精梳條質量在線監(jiān)測及控制系統(tǒng)，精梳條的質量只能采用人工取樣離線檢測，精梳條的質量缺陷無法及時發(fā)現(xiàn)排除，從而引起成紗質量的波動；第三，精梳關鍵工藝參數(shù)（如棉網(wǎng)搭接刻度）無自動優(yōu)化功能，需人工調整，費工費時，影響精梳機的生產(chǎn)效率；第四，現(xiàn)有8 眼精梳機數(shù)字化、智能化程度較低。

3 國產(chǎn)新一代精梳機的展望

新一代棉紡精梳機的技術特征，除了具有“高速、高產(chǎn)、優(yōu)質”的特點之外，還應具備“數(shù)字化、智能化、多纖維、綠色化”的功能。

3.1 數(shù)字化

精梳機的數(shù)字化是把原來模擬的、手工的或人工處理的工作，由顯示操作屏、計算機及軟件系統(tǒng)來完成，有以下幾個方面：

（1）牽伸倍數(shù)調整的數(shù)字化。包括喂卷張力牽伸、車面條張力牽伸、牽伸機構的后區(qū)牽伸倍數(shù)及總牽伸倍數(shù)的調整。牽伸倍數(shù)調整數(shù)字化的意義是：第一，可實現(xiàn)精梳機各部牽伸倍數(shù)的連續(xù)、精準調整；第二，可大大簡化精梳機的牽伸傳動機構；第三，省去了牽伸計算、牽伸變換齒輪調整的工作量。實現(xiàn)牽伸倍數(shù)調整的數(shù)字化關鍵在于承卷羅拉、分離羅拉、車面輸出羅拉及牽伸羅拉采用伺服電機直接驅動，通過可編程控制器、伺服驅動器、伺服電機及顯示操作屏實現(xiàn)。

（2）精梳質量指標的在線監(jiān)測。主要包括精梳條重量偏差，精梳紗條干CV，精梳條5 cm 至50 cm 長度片段重量CV，精梳條1 m、3 m、5 m 長度片段重量CV，精梳波譜圖，一定時期內精梳條的全部質量參數(shù)，長度小于2 cm 的粗節(jié)及細節(jié)等。質量指標在線監(jiān)測的意義：第一，省去了專門的檢測機構、檢測人員及檢測過程；第二，與實驗室檢測相比，大大提高了檢測的時效性及檢測效率；第三，減少半制品的浪費，提高了產(chǎn)品的制成率。實現(xiàn)精梳質量指標的在線監(jiān)測，需在精梳機精梳條的輸出部位加裝質量在線檢測機構及質量指標分析系統(tǒng)。

（3）分離羅拉運動曲線模塊化及分離接合參數(shù)調整。分離羅拉運動曲線模塊化的含義是根據(jù)所加工的原料不同，切換不同的分離羅拉運動曲線，一般機器可存儲有4 種或5 種分離羅拉運動曲線。分離接合參數(shù)調整的數(shù)字化指搭接刻度或分離羅拉順轉定時可在操作屏上直接完成，大大節(jié)省了操作時間，減輕了勞動強度，提高了工作效率。分離羅拉運動曲線的存儲、切換及搭接刻度的調整均由PLC、控制器、伺服電機及操作顯示屏完成。

（4）精梳落棉的在線監(jiān)測。是指在生產(chǎn)中對精梳機單位時間的落棉量進行在線檢測與監(jiān)控，其檢測結果可隨時在操作屏上顯示。

3.2 智能化

精梳機智能化是指將計算機技術、伺服驅動技術、控制技術、紡紗技術綜合應用于精梳機，以完成復雜的設計、操作及控制過程，其內容主要有以下幾個方面。

（1）精梳工藝參數(shù)的智能設計。主要包括牽伸倍數(shù)、羅拉隔距、羅拉加壓量、搭接刻度、棉卷定量、給棉長度、給棉方式、鉗板開閉口定時、錫林定位等工藝參數(shù)的設計。例如在精梳機操作屏上輸入棉卷纖維長度分布參數(shù)及紡紗特數(shù)，機器操作屏上就可顯示精梳所用的牽伸倍數(shù)、給棉方式、機件隔距等參數(shù)；這項工作需要專門精梳工藝計算、專家判別系統(tǒng)等軟件來完成。

（2）關鍵工藝參數(shù)的智能優(yōu)化。如“落棉隔距”參數(shù)的確定，需根據(jù)精梳落棉率而定；在精梳生產(chǎn)中，要根據(jù)紡紗質量要求及原料質量條件來確定精梳落棉率，再由精梳落棉率來確定落棉隔距，即通過調整落棉隔距的大小來滿足設計落棉率要求；為實現(xiàn)這一目標，落棉隔距需多次反復調整才能達到落棉率的設計值，費工費時，效率極低。解決這一問題，需開發(fā)落棉率與落棉隔距關系的智能軟件，在操作屏上輸入棉卷中纖維長度分布參數(shù)和落棉率，即可給出準確的落棉隔距。

（3）精梳條的自調勻整。由于精梳機分離羅拉每個工作周期產(chǎn)生一個纖維叢，將不同周期輸出的纖維叢搭接形成輸出的棉網(wǎng)及精梳條，因此精梳機輸出的精梳條存在明顯的搭接波；另外由于開清棉工序混棉的均勻性存在差異，使喂入精梳小卷在其長度方向的短纖維含量存在波動，在錫林及頂梳梳理過程中存在精梳落棉的波動也會使精梳條的重量產(chǎn)生偏差。因此進行精梳條自調勻整可使精梳條的不勻率減小。

3.3 多纖維

所謂“多纖維”是指現(xiàn)代棉紡精梳機上不僅能加工棉纖維，也能加工棉型化纖、化纖混紡、化纖與天然纖維混紡。

精梳產(chǎn)品優(yōu)越品質主要取決于精梳機極有規(guī)律的梳理方式所產(chǎn)生的普梳難以達到的梳理效果。第一，可以排除生條中50%以上的短纖維，提高成紗的條干均勻度及強力；第二，可以排除生條中50%以上的棉結及雜質，減少牽伸過程中的粗節(jié)、細節(jié)及棉結，改善成紗的外觀質量；第三，使條子中的纖維分離度、伸直度及平行度提高，并大幅度減少前、后彎鉤纖維，提高成紗的均勻度、強力及光澤。另外與普梳紗相比，精梳紗在紡紗過程中大幅度提高了條子的并合數(shù)，提高了紗線截面內纖維的混和效果，使各種成分的纖維在紗線截面分布更加均勻，從而提高了成紗強力，并改善了成紗的強力不勻率；同時也提高了紗線及面料產(chǎn)品的染色均勻性，有效地減少色差。但目前精梳紡紗技術只用于棉、毛、麻等少數(shù)的天然纖維。

據(jù)統(tǒng)計，我國棉紡織行業(yè)在2011 年加工非棉纖維量已超過棉纖維；在2018 年棉紡織行業(yè)所加工的棉纖維占加工纖維總量的37.3%，而滌綸、粘膠等非棉纖維占62.7%［25］；另外，從目前我國棉紡行業(yè)的紗線產(chǎn)品構成分析，棉型化纖混紡、化纖與天然纖維的混紡紗線越來越多。因此研究開發(fā)“多纖維”精梳機，對于提高棉型化纖及多種纖維混紡紗線的品質，改善紗線面料的風格，提高紡紗經(jīng)濟效益，具有重要意義。多纖維精梳機開發(fā)的思路是保持棉紡精梳機原有的基本結構，分別研發(fā)適用細絨棉、長絨棉、棉型化纖及長度在65 mm 以下毛麻纖維的分離牽伸機構、錫林頂梳專件及相關配套的精梳工藝參數(shù)。

3.4 綠色化

綠色化是指：在保證產(chǎn)品質量、功能和成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造，即在產(chǎn)品整個加工過程中，資源利用率最高、能源消耗最低、對環(huán)境影響最小。

精梳加工的綠色化具有以下3 個方面的含義。第一，在精梳過程中對車間環(huán)境不產(chǎn)生污染，即所產(chǎn)生的精梳落棉由吸風系統(tǒng)及除塵設備處理后所排出的氣流符合排放及環(huán)保要求，現(xiàn)在所采用的精梳濾塵系統(tǒng)均能達到環(huán)保要求；第二，在精梳過程中對纖維的損傷要少，且精梳落棉中的可紡纖維要少；第三，精梳加工過程中能耗要小。

減少精梳過程中的原料消耗，可從以下3 個方面考濾。第一，可通過改進鉗板部件材質，減少鉗板握持纖維層時橫向變形量，提高鉗板對纖維層的橫向握持均勻度，減少錫林梳理過程中可紡纖維損失。研究表明［26］，在鉗板壓力相同的條件下，下鉗板分別采用3 種不同材料時模擬下鉗板變形，其結果是采用鈦合金時下鉗板的最大變形最小，鋁合金次之，鉻合金最大，因此鈦合金下鉗板握持狀態(tài)最好，有利于改善梳理質量及減少可紡纖維損失。第二，可通過改進并合工藝提高棉卷橫向均勻度方法，減小上下鉗板對棉卷橫向握持力的差異，以減小錫林梳理的纖維損失。第三，進行錫林及分離羅拉的工藝參數(shù)優(yōu)化，提高錫林與分離羅拉的運動配合精度，減少梳理時錫林末排針對分離羅拉倒入機內棉網(wǎng)的干擾；進行錫林與上下鉗板工藝參數(shù)的優(yōu)化，提高錫林與鉗板的配合精度，使上下鉗板鉗口閉合定時早于錫林梳理開始定時。

減少精梳過程纖維的損傷，可從以下兩個方面考慮。第一，優(yōu)化精梳準備工序的并合數(shù)、牽伸倍數(shù)等工藝參數(shù)，提高棉卷中纖維的分離度、伸直度及平行度，減小錫林梳理過程中的梳理力及纖維損傷。第二，根據(jù)纖維類型及棉卷定量等工藝參數(shù)，優(yōu)化錫林及頂梳的針齒密度、角度、針齒排列等規(guī)格參數(shù)，并提高錫林、頂梳針齒的加工精度，減少精梳過程中的纖維損傷。

4 結束語

（1）國產(chǎn)第一代至第四代棉紡精梳機創(chuàng)新發(fā)展主要是圍繞分離羅拉驅動機構、鉗板驅動機構、鉗持給棉機構、錫林頂梳梳理機構、牽伸機構等持續(xù)進行，以減小精梳機關鍵機構或機件的質量、運動慣量、加速度及振動，改進主要部件的運動規(guī)律，開發(fā)高質量的梳理專件，優(yōu)化錫林、鉗板及分離羅拉的運動配合，從而實現(xiàn)棉紡精梳機“高速、高產(chǎn)、優(yōu)質”的發(fā)展目標。

（2）在“高速、高產(chǎn)、優(yōu)質”的基礎上，實現(xiàn)棉紡精梳機的“數(shù)字化、智能化、多纖維及綠色化”是當前國產(chǎn)棉紡精梳機的發(fā)展趨勢。承卷羅拉、分離羅拉、車面輸出羅拉及牽伸羅拉采用伺服電機驅動是實現(xiàn)精梳機數(shù)字化的必要條件；采用精梳工藝參數(shù)的智能設計、關鍵參數(shù)的自動優(yōu)化及精梳條的自調勻整是實現(xiàn)精梳機智能化的重要內容；在保持棉紡精梳機原有基本結構不變情況下，分別開發(fā)適用不同纖維類型的分離牽伸機構及相關專件是多纖維精梳機開發(fā)的重要途徑；提高鉗板等關鍵部件的材料及加工精度，優(yōu)化關鍵機件的運動配合精度，是實現(xiàn)精梳機綠色化的重要手段。