DSCa-01 數(shù)字梳棉機(jī)工藝性能分析

張朝陽，魏君豪，阮夢楠，馬哈孜·葉熱克尼太依，張 馳，孫曉明

（新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

梳棉機(jī)在分離梳理階段工藝過程中發(fā)揮重要作用，承擔(dān)著分離纖維、去除雜質(zhì)及混合纖維的工藝任務(wù)。本項(xiàng)目擬通過對梳棉機(jī)性能的分析以及實(shí)踐教學(xué)的驗(yàn)證試驗(yàn)，為該設(shè)備的使用和相關(guān)實(shí)踐教學(xué)活動提供經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

1 DSCa-01 數(shù)字小樣梳棉機(jī)主要結(jié)構(gòu)分析

（1）DSCa-01 數(shù)字小樣梳棉機(jī)采用全固定蓋板形式，如圖1 所示，由15 根蓋板骨包覆彈性針布組成[1]。

圖1 梳棉機(jī)蓋板打開時

（2）可調(diào)工藝參數(shù)：①單次喂棉量，20g 左右；②錫林速度，錫林轉(zhuǎn)速高，分梳、轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量[2]，梳棉機(jī)允許的調(diào)節(jié)范圍為500～850r/min；③錫林-刺輥表面線速比，調(diào)節(jié)范圍為1.5～5.0；④出網(wǎng)速度，即道夫轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)范圍為1.5～5.0m/min；⑤總牽伸倍數(shù)，梳棉機(jī)的總牽伸倍數(shù)是由棉網(wǎng)重量和喂入定重決定的，調(diào)節(jié)范圍為31～99。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料及所用儀器

棉纖維測試儀器為USTERRHVI MF 100 棉纖維性能分析儀。取樣測試指標(biāo)為：馬克隆值，強(qiáng)度，上半部平均長度（UHML），長度整齊度（UI），短纖指數(shù)（SFI）。

2.2 試驗(yàn)流程

（1）實(shí)驗(yàn)前：利用DSWo-01 型小樣開松機(jī)對原棉進(jìn)行開松處理。將開松后的原棉進(jìn)行稱重分配。

（2）試驗(yàn)：開機(jī)，采用控制變量法，設(shè)定參數(shù)。將棉樣均勻平鋪在喂棉板上，準(zhǔn)備酒精棉（經(jīng)無水乙醇濕潤過的棉花）。點(diǎn)擊啟動，梳棉機(jī)開始工作后，用酒精棉不斷擦拭剝棉羅拉，直至出現(xiàn)棉網(wǎng)。出現(xiàn)棉網(wǎng)后，用手將棉網(wǎng)引到滾筒上，使棉網(wǎng)纏繞勻整，直到試驗(yàn)結(jié)束。每次試驗(yàn)結(jié)束后，對梳棉機(jī)進(jìn)行清理[3-4]。

（3）試驗(yàn)后：每次試驗(yàn)后，對落物進(jìn)行雜質(zhì)分析，對棉網(wǎng)進(jìn)行目測分析，對梳棉結(jié)果做HVI 數(shù)據(jù)測試。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 單次喂棉量

設(shè)定錫林速度600r/min，錫林-刺輥表面線速比2.5，出網(wǎng)速度3.5m/min，總牽伸倍數(shù)51，考察單次喂棉量10、15、20、25、30g 分別對梳棉質(zhì)量的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。由表1 可知，單次喂棉量對梳棉質(zhì)量有影響。通過梳棉后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析綜合比較后可以發(fā)現(xiàn)：單次喂棉量20g 時表現(xiàn)最佳，此時能夠較好地發(fā)揮梳棉機(jī)的性能[5]。

2.3.2 錫林速度

單次喂棉量20g，錫林-刺輥表面線速比2.5，出網(wǎng)速度3.5m/min，總牽伸倍數(shù)51，考察錫林速度500、550、600、650、700r/min 分別對梳棉質(zhì)量的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。由表2 可知，錫林速度對梳棉質(zhì)量有一定的影響。通過梳棉后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析綜合比較后可以發(fā)現(xiàn)：錫林速度在600r/min 時表現(xiàn)最佳，此時能夠較好地發(fā)揮梳棉機(jī)的性能[6]。

表2 錫林速度變化后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析

2.3.3 錫林-刺輥表面線速比

在錫林速度600r/min，單次喂棉量20g，出網(wǎng)速度3.5m/min，總牽伸倍數(shù)51，其他條件固定的前提下，考察錫林-刺輥表面線速比1.5、2.0、2.5、3.0 及3.5 分別對梳棉質(zhì)量的影響，對試驗(yàn)結(jié)果做HVI 測試分析、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)目測分析，相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。由表3可知，錫林-刺輥表面線速比對梳棉質(zhì)量有一定的影響[7]。通過梳棉后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析綜合比較后可以發(fā)現(xiàn)：錫林-刺輥表面線速比為2.0 時表現(xiàn)最佳，此時能夠較好地發(fā)揮梳棉機(jī)的性能。

表3 錫林-刺輥表面線速比變化后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析

2.3.4 出網(wǎng)速度

在單次喂棉量20g，錫林速度600r/min，錫林-刺輥表面線速比2.5，總牽伸倍數(shù)51，其他條件固定的前提下，考察出網(wǎng)速度2.5、3.0、3.5、4.0、4.5m/min 分別對梳棉質(zhì)量的影響，對試驗(yàn)結(jié)果做HVI 測試分析、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)目測分析，相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 出網(wǎng)速度變化后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析

出網(wǎng)速度即道夫速度，而梳棉機(jī)道夫直接關(guān)系到梳理機(jī)的生產(chǎn)速度。道夫速度的變化對梳棉質(zhì)量和產(chǎn)量均有一定的影響[8]。由表4 可知，出網(wǎng)速度對梳棉質(zhì)量有一定的影響。通過梳棉后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析綜合比較后可以發(fā)現(xiàn)：出網(wǎng)速度在4.0m/min時表現(xiàn)最佳，此時能夠較好地發(fā)揮梳棉機(jī)的性能[9-10]。

2.3.5 總牽伸倍數(shù)

在出網(wǎng)速度3.5m/min，單次喂棉量20g，錫林速度600r/min，錫林-刺輥表面線速比2.5，其他條件固定的前提下，考察總牽伸倍數(shù)31、41、51、61 及71 分別對梳棉質(zhì)量的影響，對試驗(yàn)結(jié)果做HVI 測試分析、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)目測分析?？偁可毂稊?shù)變化影響結(jié)果如表5 所示。由表5 可知，通過梳棉后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析綜合比較后可以發(fā)現(xiàn)：總牽伸倍數(shù)61 時表現(xiàn)最佳，此時能夠較好地發(fā)揮梳棉機(jī)的性能[11]。

表5 總牽伸倍數(shù)變化后HVI 測試、落物雜質(zhì)分析及棉網(wǎng)分析

3 性能總結(jié)與評價

3.1 一次梳理

使用可調(diào)工藝參數(shù)試驗(yàn)得到的最佳工藝參數(shù)進(jìn)行一次梳理[12-13]，為排除偶然因素，做6 次實(shí)驗(yàn)求平均值后與原棉數(shù)據(jù)做對比，以評價梳棉機(jī)性能。

3.1.1 HVI 測試比較

表6 為最佳工藝參數(shù)[14]。由表6可知，原棉和梳棉HVI測試數(shù)據(jù)相比，UHML增加1.78mm，UI增加6.73%，SFI 減少11.01%。梳理前后棉纖維指標(biāo)有所改善。因此，使用DSCa-01 數(shù)字小樣梳棉機(jī)梳理棉纖維，對成紗質(zhì)量有一定的提高作用。

表6 原棉與一次梳理后HVI 測試比較

3.1.2 棉網(wǎng)質(zhì)量評級

在可調(diào)工藝參數(shù)試驗(yàn)獲得的最佳參數(shù)下得到的棉網(wǎng)如圖2 所示。

圖2 最佳工藝參數(shù)下輸出棉網(wǎng)照片

從圖2 可以觀察到，棉網(wǎng)整體厚度適中、清晰可見，棉網(wǎng)上無黑白檔和棉結(jié)，少見疵點(diǎn)，棉網(wǎng)邊緣部分略有顏色不一，無破裂現(xiàn)象。棉網(wǎng)質(zhì)量一般分為3 個級別,優(yōu)質(zhì)棉網(wǎng)定為一級，良好棉網(wǎng)定為二級，差的棉網(wǎng)定為三級。DSCa-01 數(shù)字小樣梳棉機(jī)輸出的棉網(wǎng)質(zhì)量屬于二級棉網(wǎng)水平。

3.2 二次梳理

二次梳理，即將一次梳理得到的成品再次梳理一遍。2 個輪次的梳理均采用可調(diào)工藝參數(shù)試驗(yàn)得到的最佳工藝參數(shù)。為排除偶然因素，做6 次實(shí)驗(yàn)求平均值后與一次梳理的平均值做對比[15]，以評價梳棉機(jī)性能。

3.2.1 HVI 測試比較

2 種梳理方式的測試數(shù)據(jù)見表7。由表7 可知，一次梳理和二次梳理結(jié)果差異較小。二次梳理與一次梳理后的HVI 測試數(shù)據(jù)相比，UHML 增加0.01mm，UI 增加0.31%，SFI 減少0.71%。即二次梳理后質(zhì)量有所改善，但改善程度有限，且二次梳理需要花費(fèi)2 倍的時間，故教學(xué)實(shí)踐中不推薦二次梳理。

表7 一次梳理與二次梳理HVI 測試比較

3.2.2 棉網(wǎng)質(zhì)量評級

二次梳理后輸出的棉網(wǎng)，勻整清晰但仍存在極少疵點(diǎn)、淡云斑；掛花時有出現(xiàn)；稍有破邊,相比一次梳理的棉網(wǎng)，提升幅度不大。故二次梳理輸出的棉網(wǎng)質(zhì)量依舊屬于二級棉網(wǎng)水平。

4 教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證

本研究對《紡紗學(xué)》《紡紗工藝設(shè)計(jì)》教學(xué)活動進(jìn)行驗(yàn)證，5 次實(shí)驗(yàn)后平均數(shù)據(jù)如表8 所示。

表8 教學(xué)實(shí)踐測試數(shù)據(jù)

實(shí)踐結(jié)果的熟條CV，粗紗CV，細(xì)紗CV、毛羽指數(shù)及斷裂伸長率均可達(dá)到2018 年烏斯特公報(bào)95%水平（參考圖3、圖4、圖5）。

圖3 EH-斷裂伸長率

圖5 CVm-質(zhì)量變異系數(shù)

在本項(xiàng)目的第二階段實(shí)踐驗(yàn)證工作中，通過驗(yàn)證，對相關(guān)文件給出了意見和建議，協(xié)助修訂相關(guān)教學(xué)文件。同時，亦證明，數(shù)字化小樣紡紗系統(tǒng)功能全面、性能良好，可以滿足教學(xué)和生產(chǎn)需要。

5 結(jié)論

對單次喂棉量、錫林速度、錫林-刺輥表面線速比、出網(wǎng)速度、總牽伸倍數(shù)這5 個工藝參數(shù)進(jìn)行可調(diào)工藝參數(shù)試驗(yàn)之后，本研究分別對比了試驗(yàn)結(jié)果的HVI數(shù)據(jù)、落雜數(shù)據(jù)以及棉網(wǎng)質(zhì)量。最終本研究總結(jié)出能夠表現(xiàn)出梳棉機(jī)最佳性能的工藝參數(shù)取值：單次喂棉量20g；錫林速度600r/min；錫林-刺輥表面線速比2.0；出網(wǎng)速度4.0m/min；總牽伸倍數(shù)61。棉網(wǎng)數(shù)據(jù)測試可達(dá)到2018 年烏斯特公報(bào)95%水平。