朱中華,嚴(yán)旭新,盧 陵

(卓郎(常州)紡織機(jī)械有限公司,江蘇 常州 213200)

0 引言

梳棉機(jī)是紡紗的核心設(shè)備,其特有的松解纖維、除雜、均勻和成條功能,是其他紡紗設(shè)備無(wú)法替代的[1]。為了提高紗線質(zhì)量,業(yè)內(nèi)一直致力于對(duì)梳棉機(jī)的研究,使其近些年得到快速發(fā)展,尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后,更高效、智能的寬幅梳棉機(jī)研發(fā)成功,極大提高了梳理質(zhì)量和生產(chǎn)效率[2-3]。筆者將重點(diǎn)介紹寬幅梳棉機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及維護(hù)保養(yǎng)。

1 寬幅梳棉機(jī)的發(fā)展歷程

1.1 梳棉機(jī)的發(fā)展

1764年,英國(guó)人James Hargreaves發(fā)明了“Spinning Jenny”,即珍妮紡紗機(jī),它是一種手動(dòng)操作的梳棉機(jī)。1775年,英國(guó)人Richard Arkwright發(fā)明了“Water Frame”,這是一種利用水力驅(qū)動(dòng)的梳棉機(jī)(見(jiàn)圖1),大幅提高了生產(chǎn)效率,真正實(shí)現(xiàn)紡紗工廠化,促使紡織業(yè)快速發(fā)展。

圖1 早期梳棉機(jī)

從圖1可以看出,早期梳棉機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、錫林、道夫及蓋板等組成。之后的100年梳棉機(jī)并沒(méi)有太大發(fā)展,直到20世紀(jì)中期,梳棉機(jī)及相關(guān)技術(shù)開(kāi)始迅速發(fā)展,其結(jié)構(gòu)原理未改變,還是以三滾筒(錫林、道夫、刺輥)加蓋板等組成,但各部件在安全性、電氣應(yīng)用、傳動(dòng)機(jī)械、梳理器材及控制系統(tǒng)方面有較大改變?，F(xiàn)代梳棉機(jī)的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代梳棉機(jī)結(jié)構(gòu)示意

由圖2可知,現(xiàn)代梳棉機(jī)相比早期梳棉機(jī)有了很大不同,先進(jìn)的設(shè)計(jì)元素增多,符合流行趨勢(shì)。雖然核心原理與早期梳棉機(jī)相同,但隨著新技術(shù)、新材料、新器材及安全技術(shù)的運(yùn)用,梳棉機(jī)的產(chǎn)質(zhì)量大幅提高。主要做了以下改進(jìn)：① 增加錫林滾筒轉(zhuǎn)速提高除雜能力,抬高錫林滾筒位置增大梳理面積;② 回轉(zhuǎn)蓋板骨架采用鋁合金材質(zhì),減少蓋板針布變形;③ 采用高性能金屬針布齒條減少針布變形;④ 增加多樣式的分梳板及吸塵系統(tǒng)提高除塵效果等。

21世紀(jì),梳理工序在棉結(jié)與短絨、梳理與轉(zhuǎn)移這2個(gè)固有矛盾的基礎(chǔ)上,又增加了新的挑戰(zhàn)。隨著原料越來(lái)越復(fù)雜、產(chǎn)質(zhì)量要求提高,傳統(tǒng)行業(yè)需與高端技術(shù)人才、設(shè)備迭代更新相匹配。為解決固有矛盾和新挑戰(zhàn),促使梳理設(shè)備進(jìn)一步發(fā)展,相關(guān)梳棉機(jī)制造企業(yè)研發(fā)了更高產(chǎn)、更智能化的寬幅梳棉機(jī)。

1.2 寬幅梳棉機(jī)的定義和發(fā)展

梳棉機(jī)的幅寬是梳理工藝的重要參數(shù),二百多年來(lái),傳統(tǒng)梳棉機(jī)(如特呂茨施勒公司的TC 03～TC 10型、立達(dá)公司的C50～C51型、卓郎公司的JSC230型)的梳理幅寬為1020 mm、錫林直徑為1290 mm。進(jìn)入21世紀(jì),隨著新器材的發(fā)展和高效工藝的使用,使幅寬增加成為可能。

2008年瑞士立達(dá)公司首次推出1500 mm幅寬、錫林直徑為814 mm的C60型寬幅梳棉機(jī);2011年德國(guó)特呂茨施勒公司推出1280 mm幅寬、錫林直徑為1290 mm的TC 11型寬幅梳棉機(jī)。隨后常州卓郎、青島宏大、鄭州宏大等國(guó)內(nèi)制造商相繼推出寬幅梳棉機(jī)。表1為部分寬幅梳棉機(jī)參數(shù)對(duì)比。

表1 部分寬幅梳棉機(jī)參數(shù)對(duì)比

由表1可以看出,最新機(jī)型的梳棉機(jī)幅寬都大于1.2 m,我們暫且將幅寬超過(guò)1.2 m的梳棉機(jī)稱為寬幅梳棉機(jī);其一般都疊加了智能化裝置,具備高效、智能的特點(diǎn)。

2 寬幅梳棉機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

梳棉機(jī)幅寬增加到1.2 m以上,雖然幅寬只增加20%～50%,但元件精度和相對(duì)隔距要求不能變,這對(duì)零件剛度、穩(wěn)定性提出更高要求。新材料的應(yīng)用、新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、高性能的梳理器材和傳感技術(shù)的應(yīng)用,確保了寬幅梳棉機(jī)的精度及隔距要求。

2.1 喂棉箱的均勻喂棉

就梳棉機(jī)喂棉箱而言,下棉均勻性十分重要。對(duì)梳棉機(jī)喂棉箱原有下送風(fēng)和上送風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAE流體分析,發(fā)現(xiàn)都存在渦流現(xiàn)象。寬幅梳棉機(jī)喂棉箱風(fēng)道通過(guò)調(diào)整送風(fēng)口位置、增加收縮和擴(kuò)散等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),下棉均勻順暢。

2.2 后部給棉板結(jié)構(gòu)

給棉部件的作用不僅是均勻握持給棉,還承擔(dān)了檢測(cè)棉層厚度的功能。原梳棉機(jī)給棉板固有頻率低,其截面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3a)。

a) 原給棉板 b) 寬幅給棉板圖3 給棉板截面結(jié)構(gòu)

寬幅梳棉機(jī)給棉板通過(guò)提高給棉系統(tǒng)的固有頻率實(shí)現(xiàn)高響應(yīng),同時(shí)可以過(guò)濾掉棉層轉(zhuǎn)移過(guò)程中的虛假信息,以保證檢測(cè)準(zhǔn)確性;其采用特殊材料增加強(qiáng)度和韌性,確保有金屬和硬物經(jīng)過(guò)時(shí)不崩口。低慣量、高響應(yīng)寬幅梳棉機(jī)給棉板截面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3b)。

根據(jù)給棉系統(tǒng)固有頻率的計(jì)算公式：

(1)

式中：

ωn——棉板系統(tǒng)固有頻率;

K——棉板等價(jià)扭轉(zhuǎn)彈簧剛性系數(shù);

J——棉板慣性矩。

由試驗(yàn)可知,原給棉板等價(jià)扭轉(zhuǎn)彈簧剛性系數(shù)為414.5,棉板慣性矩為0.85;故原給棉系統(tǒng)的固有頻率為：

由試驗(yàn)可知,寬幅給棉板等價(jià)扭轉(zhuǎn)彈簧剛性系數(shù)為948.4,棉板慣性矩為0.021;故寬幅給棉系統(tǒng)的固有頻率為：

根據(jù)控制理論,給棉系統(tǒng)定長(zhǎng)控制最小頻率為33.40 Hz,按式(1)計(jì)算得原給棉系統(tǒng)固有頻率為3.52 Hz,寬幅給棉系統(tǒng)固定頻率為33.82 Hz,達(dá)到控制要求的最小頻率。給棉系統(tǒng)固有頻率提高,能更好地響應(yīng)短時(shí)間內(nèi)的棉層變化,寬幅給棉板檢測(cè)準(zhǔn)確,自調(diào)勻整效果更好。

2.3 回轉(zhuǎn)蓋板骨架

錫林蓋板區(qū)是梳棉機(jī)的核心梳理區(qū),錫林與蓋板間的隔距穩(wěn)定性尤為重要。寬幅梳棉機(jī)一般使用鋼制錫林筒體,錫林滾筒包卷金屬針布齒條后的齒尖平整度不大于0.02 mm,因此錫林與蓋板隔距的穩(wěn)定性取決于蓋板針布的平面度。細(xì)長(zhǎng)件蓋板骨架一般為鋁合金拉拔件[4],經(jīng)有限元分析得出,溫度變化對(duì)鋁合金蓋板骨架的影響較大,溫升為10 ℃時(shí),蓋板骨架的最大變化量可達(dá)0.10 mm。

蓋板針布通過(guò)邊夾與蓋板骨架聯(lián)接,蓋板邊夾的材質(zhì)通常是鋼,熱膨脹系數(shù)小,鋁合金蓋板骨架熱膨脹系數(shù)大;高速運(yùn)行的梳棉機(jī),蓋板區(qū)溫升為10 ℃時(shí),蓋板上拱變形量為0.10 mm～0.15 mm,嚴(yán)重影響梳理質(zhì)量。圖4為原蓋板骨架截面示意。

圖4 原蓋板骨架截面示意

寬幅梳棉機(jī)采用抗熱彎高強(qiáng)度鋁合金蓋板骨架(見(jiàn)圖5),即在蓋板骨架的肩部設(shè)置與邊夾一致的材料預(yù)應(yīng)力件;加工時(shí)預(yù)加應(yīng)力,目的是在溫度變化時(shí)抵消蓋板針布邊夾材料及在鋁合金蓋板骨架生產(chǎn)過(guò)程中溫度梯度導(dǎo)致的彎曲。

圖5 抗熱彎鋁合金蓋板骨架示意

2.4 自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整裝置

寬幅梳棉機(jī)配置多種檢測(cè)裝置,主要有給棉金屬檢測(cè)、刺輥落棉檢測(cè)、錫林金屬檢測(cè)、溫度檢測(cè)、粗細(xì)節(jié)檢測(cè)、蓋板隔距檢測(cè)等,確保機(jī)器運(yùn)行安全。

3 寬幅梳棉機(jī)的應(yīng)用

Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī)自2019年進(jìn)入全球市場(chǎng)后,已在各種場(chǎng)景下有了實(shí)際應(yīng)用。寬幅梳棉機(jī)分梳面積增加,分梳能力增強(qiáng),增大了纖維喂入量和輸出量,提高了產(chǎn)能[5]。在實(shí)際生產(chǎn)中,可根據(jù)產(chǎn)能、原料和品種質(zhì)量要求,制定對(duì)應(yīng)的寬幅梳棉工藝,充分發(fā)揮寬幅梳理優(yōu)勢(shì)。以下為Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī)的應(yīng)用實(shí)例。

3.1 渦流紡粘膠

渦流紡品種對(duì)纖維梳理度和伸直平行度要求比較高,Autocard SC6型梳棉機(jī)幅寬為1.38 m,有效梳理面積為4.2 m2,梳理效果提升,工藝調(diào)整后可高質(zhì)高產(chǎn)。蘇州某企業(yè)選用Autocard SC6型梳棉機(jī),生產(chǎn)渦流紡R 14.58 tex紗,原料采用線密度為1.33 dtex粘膠纖維,生條定量為7.6 g/m,出條速度為255 m/min,產(chǎn)量為116.3 kg/h,成紗質(zhì)量見(jiàn)表2。

表2 渦流紡R 14.58 tex紗成紗指標(biāo)

3.2 賽絡(luò)集聚紡

山東德州某紡織廠選用Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī)生產(chǎn)9.72 tex賽絡(luò)集聚紡紗,其原料采用奧地利蘭精公司細(xì)旦莫代爾,線密度為1.0 dtex,纖維長(zhǎng)度為34 mm,生條定量為5.3 g/m,出條速度為160 m/min,產(chǎn)量為50.8 kg/h。在清梳總落棉率為2%時(shí),成紗管紗指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 賽絡(luò)集聚紡9.72 tex紗成紗指標(biāo)

3.3 氣流紡

Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī)非常適合氣流紡的高產(chǎn)需要。土耳其某客戶原料含雜率較高,為12%,通過(guò)采用Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī),并通過(guò)提高錫林轉(zhuǎn)速、調(diào)整落雜長(zhǎng)度等工藝,解決了落雜與分梳問(wèn)題。該客戶生產(chǎn)氣流紡19.44 tex紗,生條定量為6.8 g/m,出條速度為320 m/min,產(chǎn)量為130.5 kg/h,成紗質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 氣流紡19.44 tex紗成紗指標(biāo)

3.4 環(huán)錠紡

環(huán)錠紡對(duì)梳理質(zhì)量的要求較高,寬幅梳棉機(jī)能在梳理質(zhì)量達(dá)到要求的前提下提高產(chǎn)量。山東某客戶生產(chǎn)環(huán)錠紡C 19.44 tex紗,原料采用新疆細(xì)絨棉,生條定量為6.95 g/m,出條速度為223 m/min,產(chǎn)量為93 kg/h,成紗質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 環(huán)錠紡C 19.44 tex紗成紗指標(biāo)

3.5 生產(chǎn)再生環(huán)保紗線

意大利Fil.bi公司是歐洲再生環(huán)保紗線的重要企業(yè),生產(chǎn)多種再生棉混紡紗,產(chǎn)品均達(dá)GRS紡織服裝全球回收標(biāo)準(zhǔn)(Global Recycle Standard)。該公司選用Autocard SC6型寬幅梳棉機(jī)并配置MTA(超短片段勻整),省去并條工序,梳棉條直接進(jìn)入氣流紡紗機(jī);所紡再生環(huán)保紗線質(zhì)量?jī)?yōu)良,應(yīng)用于T恤衫、針織運(yùn)動(dòng)布、褲子、襯衫等眾多紡織面料。

原料為30%毛+25%再生棉+40%滌綸+5%廢棉,生條定量為7.2 g/m,出條速度為263 m/min,產(chǎn)量為113.6 kg/h,生產(chǎn)53 tex品種的成紗質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 意大利再生環(huán)保紗成紗指標(biāo)

4 寬幅梳棉機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)

在維護(hù)保養(yǎng)方面,寬幅梳棉機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化智能控制和按需保養(yǎng)。傳統(tǒng)梳棉機(jī)一般按周期維修,如每月1次小平車,每2個(gè)月1次大平車;無(wú)論梳棉機(jī)實(shí)際狀況如何,都需全部拆裝1遍,這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)梳棉機(jī)難以定位。寬幅智能梳棉機(jī)通過(guò)傳感器、變頻器等設(shè)置,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門故障監(jiān)測(cè)、氣壓監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)、落棉監(jiān)測(cè)、電流監(jiān)測(cè)、金屬探測(cè)及質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測(cè)等,使維保更加精準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)按需維保、及時(shí)應(yīng)對(duì)。

4.1 Predata系統(tǒng)的應(yīng)用

卓郎云Predata系統(tǒng)使梳棉設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通,所有信息可方便地呈現(xiàn)在各種終端(電腦、車間看板和手機(jī)等)。Predata系統(tǒng)囊括了梳棉機(jī)的生產(chǎn)狀況、工藝設(shè)定、質(zhì)量情況、故障報(bào)警信息、單機(jī)信息和產(chǎn)線總覽等;不論何時(shí)何地,都能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)或預(yù)判故障,使維護(hù)保養(yǎng)更精準(zhǔn),管理更簡(jiǎn)單。

4.2 針布的保養(yǎng)

設(shè)置合理的設(shè)備維護(hù)周期,設(shè)置系統(tǒng)定期提醒,根據(jù)系統(tǒng)提醒結(jié)合棉條質(zhì)量對(duì)針布修磨或保養(yǎng),能提高針布使用壽命及棉條質(zhì)量。一般用油石珩磨機(jī)修磨錫林、道夫針布,用機(jī)上磨蓋板機(jī)修磨蓋板。

4.3 定期查閱質(zhì)量頁(yè)面

通過(guò)定期查閱Predata的負(fù)載頁(yè)面,查看各驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流,分析判斷各電機(jī)工作狀態(tài)是否良好、原料梳理轉(zhuǎn)移是否異常。設(shè)備故障時(shí),屏上信息條顯示故障信息,進(jìn)入故障顯示界面,故障信息顯示日期、發(fā)生時(shí)間、原因及如何處理;故障解除之后,屏上指示燈由亮變暗,視為故障解除,進(jìn)入正常生產(chǎn)。

4.4 加強(qiáng)日常巡回

需定期檢測(cè)維護(hù)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)感應(yīng)系統(tǒng)。檢查濾塵管道清潔、梳棉通道掛花、皮帶張力、各電機(jī)溫升、各傳感器設(shè)定等是否變動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

寬幅梳棉機(jī)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能檢測(cè)控制及自動(dòng)調(diào)整、器材穩(wěn)定性方面都能適應(yīng)高速高產(chǎn)的要求。因結(jié)構(gòu)、器材、自動(dòng)化及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加持,寬幅梳棉機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化智能控制、按需維護(hù)保養(yǎng)等。相較傳統(tǒng)梳棉機(jī),設(shè)備管理也更為簡(jiǎn)潔和精準(zhǔn)。在紡織行業(yè)逐步向高質(zhì)高產(chǎn)發(fā)展的時(shí)期,寬幅梳棉機(jī)作為紡紗核心設(shè)備,滿足了新時(shí)代紡紗要求,為紡紗行業(yè)帶來(lái)了更高效益。