朱中華,嚴旭新,盧 陵

(卓郎(常州)紡織機械有限公司,江蘇 常州 213200)

0 引言

梳棉機是紡紗的核心設備,其特有的松解纖維、除雜、均勻和成條功能,是其他紡紗設備無法替代的[1]。為了提高紗線質量,業(yè)內一直致力于對梳棉機的研究,使其近些年得到快速發(fā)展,尤其是進入21世紀后,更高效、智能的寬幅梳棉機研發(fā)成功,極大提高了梳理質量和生產效率[2-3]。筆者將重點介紹寬幅梳棉機的發(fā)展、應用及維護保養(yǎng)。

1 寬幅梳棉機的發(fā)展歷程

1.1 梳棉機的發(fā)展

1764年,英國人James Hargreaves發(fā)明了“Spinning Jenny”,即珍妮紡紗機,它是一種手動操作的梳棉機。1775年,英國人Richard Arkwright發(fā)明了“Water Frame”,這是一種利用水力驅動的梳棉機(見圖1),大幅提高了生產效率,真正實現(xiàn)紡紗工廠化,促使紡織業(yè)快速發(fā)展。

圖1 早期梳棉機

從圖1可以看出,早期梳棉機的主要結構由機架、錫林、道夫及蓋板等組成。之后的100年梳棉機并沒有太大發(fā)展,直到20世紀中期,梳棉機及相關技術開始迅速發(fā)展,其結構原理未改變,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、電氣應用、傳動機械、梳理器材及控制系統(tǒng)方面有較大改變?，F(xiàn)代梳棉機的結構示意如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代梳棉機結構示意

由圖2可知,現(xiàn)代梳棉機相比早期梳棉機有了很大不同,先進的設計元素增多,符合流行趨勢。雖然核心原理與早期梳棉機相同,但隨著新技術、新材料、新器材及安全技術的運用,梳棉機的產質量大幅提高。主要做了以下改進：① 增加錫林滾筒轉速提高除雜能力,抬高錫林滾筒位置增大梳理面積;② 回轉蓋板骨架采用鋁合金材質,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,梳理工序在棉結與短絨、梳理與轉移這2個固有矛盾的基礎上,又增加了新的挑戰(zhàn)。隨著原料越來越復雜、產質量要求提高,傳統(tǒng)行業(yè)需與高端技術人才、設備迭代更新相匹配。為解決固有矛盾和新挑戰(zhàn),促使梳理設備進一步發(fā)展,相關梳棉機制造企業(yè)研發(fā)了更高產、更智能化的寬幅梳棉機。

1.2 寬幅梳棉機的定義和發(fā)展

梳棉機的幅寬是梳理工藝的重要參數(shù),二百多年來,傳統(tǒng)梳棉機(如特呂茨施勒公司的TC 03～TC 10型、立達公司的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。進入21世紀,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;2011年德國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。隨后常州卓郎、青島宏大、鄭州宏大等國內制造商相繼推出寬幅梳棉機。表1為部分寬幅梳棉機參數(shù)對比。

表1 部分寬幅梳棉機參數(shù)對比

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

2 寬幅梳棉機的結構設計要點

梳棉機幅寬增加到1.2 m以上,雖然幅寬只增加20%～50%,但元件精度和相對隔距要求不能變,這對零件剛度、穩(wěn)定性提出更高要求。新材料的應用、新結構的設計、高性能的梳理器材和傳感技術的應用,確保了寬幅梳棉機的精度及隔距要求。

2.1 喂棉箱的均勻喂棉

就梳棉機喂棉箱而言,下棉均勻性十分重要。對梳棉機喂棉箱原有下送風和上送風結構進行CAE流體分析,發(fā)現(xiàn)都存在渦流現(xiàn)象。寬幅梳棉機喂棉箱風道通過調整送風口位置、增加收縮和擴散等結構設計,下棉均勻順暢。

2.2 后部給棉板結構

給棉部件的作用不僅是均勻握持給棉,還承擔了檢測棉層厚度的功能。原梳棉機給棉板固有頻率低,其截面結構見圖3a)。

a) 原給棉板 b) 寬幅給棉板圖3 給棉板截面結構

寬幅梳棉機給棉板通過提高給棉系統(tǒng)的固有頻率實現(xiàn)高響應,同時可以過濾掉棉層轉移過程中的虛假信息,以保證檢測準確性;其采用特殊材料增加強度和韌性,確保有金屬和硬物經過時不崩口。低慣量、高響應寬幅梳棉機給棉板截面結構見圖3b)。

根據(jù)給棉系統(tǒng)固有頻率的計算公式：

(1)

式中：

ωn——棉板系統(tǒng)固有頻率;

K——棉板等價扭轉彈簧剛性系數(shù);

J——棉板慣性矩。

由試驗可知,原給棉板等價扭轉彈簧剛性系數(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：

由試驗可知,寬幅給棉板等價扭轉彈簧剛性系數(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)定長控制最小頻率為33.40 Hz,按式(1)計算得原給棉系統(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,能更好地響應短時間內的棉層變化,寬幅給棉板檢測準確,自調勻整效果更好。

2.3 回轉蓋板骨架

錫林蓋板區(qū)是梳棉機的核心梳理區(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。細長件蓋板骨架一般為鋁合金拉拔件[4],經有限元分析得出,溫度變化對鋁合金蓋板骨架的影響較大,溫升為10 ℃時,蓋板骨架的最大變化量可達0.10 mm。

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

圖4 原蓋板骨架截面示意

寬幅梳棉機采用抗熱彎高強度鋁合金蓋板骨架(見圖5),即在蓋板骨架的肩部設置與邊夾一致的材料預應力件;加工時預加應力,目的是在溫度變化時抵消蓋板針布邊夾材料及在鋁合金蓋板骨架生產過程中溫度梯度導致的彎曲。

圖5 抗熱彎鋁合金蓋板骨架示意

2.4 自動檢測和調整裝置

寬幅梳棉機配置多種檢測裝置,主要有給棉金屬檢測、刺輥落棉檢測、錫林金屬檢測、溫度檢測、粗細節(jié)檢測、蓋板隔距檢測等,確保機器運行安全。

3 寬幅梳棉機的應用

Autocard SC6型寬幅梳棉機自2019年進入全球市場后,已在各種場景下有了實際應用。寬幅梳棉機分梳面積增加,分梳能力增強,增大了纖維喂入量和輸出量,提高了產能[5]。在實際生產中,可根據(jù)產能、原料和品種質量要求,制定對應的寬幅梳棉工藝,充分發(fā)揮寬幅梳理優(yōu)勢。以下為Autocard SC6型寬幅梳棉機的應用實例。

3.1 渦流紡粘膠

渦流紡品種對纖維梳理度和伸直平行度要求比較高,Autocard SC6型梳棉機幅寬為1.38 m,有效梳理面積為4.2 m2,梳理效果提升,工藝調整后可高質高產。蘇州某企業(yè)選用Autocard SC6型梳棉機,生產渦流紡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,產量為116.3 kg/h,成紗質量見表2。

表2 渦流紡R 14.58 tex紗成紗指標

3.2 賽絡集聚紡

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

表3 賽絡集聚紡9.72 tex紗成紗指標

3.3 氣流紡

Autocard SC6型寬幅梳棉機非常適合氣流紡的高產需要。土耳其某客戶原料含雜率較高,為12%,通過采用Autocard SC6型寬幅梳棉機,并通過提高錫林轉速、調整落雜長度等工藝,解決了落雜與分梳問題。該客戶生產氣流紡19.44 tex紗,生條定量為6.8 g/m,出條速度為320 m/min,產量為130.5 kg/h,成紗質量指標見表4。

表4 氣流紡19.44 tex紗成紗指標

3.4 環(huán)錠紡

環(huán)錠紡對梳理質量的要求較高,寬幅梳棉機能在梳理質量達到要求的前提下提高產量。山東某客戶生產環(huán)錠紡C 19.44 tex紗,原料采用新疆細絨棉,生條定量為6.95 g/m,出條速度為223 m/min,產量為93 kg/h,成紗質量指標見表5。

表5 環(huán)錠紡C 19.44 tex紗成紗指標

3.5 生產再生環(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),生產多種再生棉混紡紗,產品均達GRS紡織服裝全球回收標準(Global Recycle Standard)。該公司選用Autocard SC6型寬幅梳棉機并配置MTA(超短片段勻整),省去并條工序,梳棉條直接進入氣流紡紗機;所紡再生環(huán)保紗線質量優(yōu)良,應用于T恤衫、針織運動布、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,產量為113.6 kg/h,生產53 tex品種的成紗質量指標見表6。

表6 意大利再生環(huán)保紗成紗指標

4 寬幅梳棉機的維護保養(yǎng)

在維護保養(yǎng)方面,寬幅梳棉機實現(xiàn)了數(shù)字化智能控制和按需保養(yǎng)。傳統(tǒng)梳棉機一般按周期維修,如每月1次小平車,每2個月1次大平車;無論梳棉機實際狀況如何,都需全部拆裝1遍,這是因為傳統(tǒng)梳棉機難以定位。寬幅智能梳棉機通過傳感器、變頻器等設置,實現(xiàn)開關門故障監(jiān)測、氣壓監(jiān)測、轉速監(jiān)測、落棉監(jiān)測、電流監(jiān)測、金屬探測及質量指標監(jiān)測等,使維保更加精準,實現(xiàn)按需維保、及時應對。

4.1 Predata系統(tǒng)的應用

卓郎云Predata系統(tǒng)使梳棉設備實現(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、車間看板和手機等)。Predata系統(tǒng)囊括了梳棉機的生產狀況、工藝設定、質量情況、故障報警信息、單機信息和產線總覽等;不論何時何地,都能第一時間發(fā)現(xiàn)或預判故障,使維護保養(yǎng)更精準,管理更簡單。

4.2 針布的保養(yǎng)

設置合理的設備維護周期,設置系統(tǒng)定期提醒,根據(jù)系統(tǒng)提醒結合棉條質量對針布修磨或保養(yǎng),能提高針布使用壽命及棉條質量。一般用油石珩磨機修磨錫林、道夫針布,用機上磨蓋板機修磨蓋板。

4.3 定期查閱質量頁面

通過定期查閱Predata的負載頁面,查看各驅動電機電流,分析判斷各電機工作狀態(tài)是否良好、原料梳理轉移是否異常。設備故障時,屏上信息條顯示故障信息,進入故障顯示界面,故障信息顯示日期、發(fā)生時間、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,進入正常生產。

4.4 加強日常巡回

需定期檢測維護設備傳動系統(tǒng)、檢測感應系統(tǒng)。檢查濾塵管道清潔、梳棉通道掛花、皮帶張力、各電機溫升、各傳感器設定等是否變動。

5 結語

寬幅梳棉機從結構設計、智能檢測控制及自動調整、器材穩(wěn)定性方面都能適應高速高產的要求。因結構、器材、自動化及互聯(lián)網技術的加持,寬幅梳棉機實現(xiàn)了數(shù)字化智能控制、按需維護保養(yǎng)等。相較傳統(tǒng)梳棉機,設備管理也更為簡潔和精準。在紡織行業(yè)逐步向高質高產發(fā)展的時期,寬幅梳棉機作為紡紗核心設備,滿足了新時代紡紗要求,為紡紗行業(yè)帶來了更高效益。