梳理美好未来
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新型清梳联纺纱效果和工艺分析
宋毓琳
（原无锡纺织机械试验中心）
0前言
本中试项目是经纬纺织机械股份有限公司，根据“纺织工业科学技术发展纲要”规划提出的“走新型化道路，用信息技术改造传统纺织机械”而研发的国产新型清梳联设备，即郑机、青机两套清梳联设备在无锡经纬纺织科技试验中心新组建的1.6万锭棉纺全流程生产线进行“中试”，并验证其纺纱性能，产质量及生产稳定性。经5月15日试生产验收后，我们和纺机厂科技人员继续整改设备，优选工艺，提高生产技术管理水平。近一年来三班正常连续生产，设备运行正常，自动控制精确，生产稳定，工艺效果明显，初步体现出自控、高效、优质现代化水平，为我国清梳联技术的进一步改进提高提供宝贵的经验。
1清梳联流程组合及其特点
郑纺机清梳联见图1，青纺机清梳联见图2。
图1郑纺机清梳联流程组合
图2青纺机清梳联流程组合
以上两套清梳联生产线具有以下共同特点。
1.1流程短
均设置“一抓、一开、一混、一清”的高效能设备，工艺技术先进，实施自由打击，逐步开松，“以梳代打”原则，使之减少纤维损伤和棉结产生，提高除杂效率和混和效果。
1.2采用先进的自控技术
如各机打手、吸排风机、给棉罗拉等普遍采用变频电机，无级调速。系统电气控制，各单机相对独立，机台间又有连锁信号控制，主要单机配有PLC编程器、液晶显示操作板、屏显在线状态。工艺调整简单，操作方便。
1.3设置多级连续喂棉系统
整套流程设置多级连续喂棉系统，包括系统和单机连续喂棉。系统连续喂棉是根据梳棉机组的产量和开车台数，以及上棉箱管道压力变化来控制清棉末台机喂给罗拉无级变速，连续喂棉，从而保证系统供棉量均匀、稳定。单机连续喂棉是根据梳棉机出条速度和下箱内存棉量多少，控制喂棉箱喂给罗拉无级变速，连续喂棉，从而保证下箱内棉量动态平衡，筵棉均匀一致。
1.4设置除金属和除大杂物装置
流程中设置多道除金属和除大杂物装置，以防止和减少设备意外事故。各单机出口都装有不同形式磁铁，强化系统防火安全保护，有效防止机械、开梳元件损伤。
2单机结构特点与分析
2.1JWF0011异性纤维检除仪
这是新型清梳联生产线中新增设的一个装置。它是一种在线检测和自动去除原棉中异纤或有色纤维的专用设施。这种检测装置是利用光、机、电一体化系统组合，其检测原理是原棉先经过特殊的风管，进入该装置中部的透明通道，使之成均匀分布状，之后利用CCD摄像机高速扫描，实时采集棉流图像信号，送到计算机中，再利用图像处理和识别技术DSP芯片进行分析，确定异性纤维，并将其定位，然后经过一个计算好的延时，将异性纤维喷出。并由TSA信号卡实现可调延时及可调喷阀开启时间。
整套检测系统技术先进，分辨率高，色对比度高，异纤检测灵敏，系统稳定可靠，异纤检测率可达60%以上。采用该装置后可大大减少后道染色布的染疵。JWF1051A型为JWF0011型的改进型。
2.2往复抓棉机
主要特点是两把打手刀片由原204齿加密至276齿，FA009A型齿尖改成鹰嘴形，单压或双压棉肋条，两根压棉辊有自动检测定位抓棉功能。FA006C为解决双抓辊顺逆向抓棉差异，研制了双抓辊摆动机构倒挂装置，在抓棉头换向下降时，双抓辊摆动，原逆向抓辊自动抬高约10mm，使顺向抓棉趋浅，棉束变小，最终抓棉量均匀、一致。
2.3轴流开棉机
FA103A双轴流开棉机的最大改进是棉流喂入方向由原FA103型机的轴向喂入改为径向切线喂入，棉流随辊筒表面转两圈左右开松后输出。自由开松作用缓和，纤维损伤少，除杂效率可达25%左右。FA105A单轴流开棉机，棉流由辊筒切线方向喂入，沿辊筒轴向螺旋线前进，在导流槽气流作用下，经5.5圈开松后输出，并在与尘棒作用下，杂质被清除，除杂效率可高达35%以上。
2.4多仓混棉机
FA029-6仓型机和FA028B-8仓型机均为大容量（约储棉250~300 kg）储棉箱，能有效调节前后供棉，减少波动，稳定生产。FA029型机具有棉流喂入仓内时的瞬时混和以及多仓同时喂入不同时输出的时差混和，棉箱内斜帘抓取均棉辊开松散棉的翻滚混和，因此混和较均匀。FA028B型机特点是不同时喂棉，但同时输出的时差混和与前后仓输出分层叠加混和，混和效果也好。
2.5主除杂机和三辊筒清棉机
FA116A型主除杂机，其三辊筒呈45°斜置式排列。辊筒锯条纵向齿密小，横向齿密大，横/纵齿密比为24.38、7.32。辊筒转速较低，主除杂辊转速只有300~360r/min，开梳强度缓和，减少纤维损伤，同时随辊筒直径的渐增，有利于增加分梳弧长，增强梳理作用。FA109A型三辊筒清棉机，其辊筒平行配置，依次为针辊、粗锯齿辊、细锯齿辊。棉层顺向喂入转移，自由开松，以梳代打，有利于减少纤维损伤和短绒棉结产生。除杂效率高达47%左右。棉束平均重量约为0.5mg/个。
2.6除微尘机
FA151A型和FA156型机结构基本相同，两机均具有较强的排除微尘与短绒的功能。
2.7FA203A/B梳棉机
主要特点：（1）抬高锡林中心高度，加装锡林前后固定盖板各3根及前2后1组棉网清洁器；（2）活动盖板，总数82根，工作盖板32根，小踵趾面，反转；（3）大直径100mm菱形齿给棉罗拉，双直线给棉板；（4）选用新型优质针布，齿条七配套，保证高效梳理；（5）配用长短片段混合环自调匀整器，微机调控给棉罗拉转速，并设有4处检测、4处自停（厚卷、断条、返花、刺辊降速）；（5）吸尘系统，机上由双滤尘尘箱、7个吸尘点连续吸，机外间歇吸，车肚有帘子输出，由单独风机吸送至吸口处；（6）采用先进的自控技术。
2.8FA221D、JWF1204型机
两机型的共同特点：（1）锡林、道夫、刺辊均为整体结构，钢性强，不变形；（2）锡林径向跳动≤0015mm，保证紧隔距精确；（3）锯齿给棉罗拉，顺向喂棉；（4）工作面分梳长度可调；（5）盖板小踵趾面（0.56mm），倒转，齿形带传动；（6）前后加装模块化设计双联固定盖板与棉网清洁器；（7）锡林道夫下装有16块弧形钢板，三个吸口及盖板花等机上连续集体吸落棉系统；（8）上下翻斗式弧形气动棉网集束器；（9）配长短片段混合环自调匀整装置；（10）采用先进的自控技术。
两机型的不同点是：（1）JWF1204型机是FA221B的改进型；（2）锡林前后装固定盖板2根×4组，2根×3组，前1后2棉网清洁器；（3）轻质辊铝合金盖板条，踵趾面为圆钢棒，并在盖板中托脚左右装有弹簧作用的石墨块，贴附在踵趾棒上润滑；（4）活动盖板80根，工作盖板30根；（5）锡林后固定盖板处可选用固定在锡林下方两侧边板上的ZFU293磨针布机；（6）锡林下装有11块弧形钢板，两个吸尘口，道夫下装5块弧形罩板，1个吸尘口。
3纺纱工艺参数优化试验
新型清梳联工艺参数配置是发挥其纺纱性能的关键，我们根据客户薄型高档织物的要求，对纺细号精梳纯棉、棉涤“米通”纱，在配棉质量、纺出定量、产量设定基础上，对新清梳联进行工艺优化试验。配棉主要质量（常规试验）如下：品级2.14，主体长度29.32mm，品质长度34.49 mm，细度5657 Nm，成熟度1.65%，棉结313Cnt/g，短绒率（＜16 mm）12.96%，含杂率1.55（%）。
配棉主要质量（AFIS仪测试）如下：平均长度L（mm）根数加权N为22.48 mm；重量加权W为27.65 mm，根数加权5%（长度）为36.47 mm，重量加权上四分位长度为32.45 mm；线密度为1.72 mtex；成熟比为0.93%；棉结为186 Cnt/g；短绒率N为178%，W为5.1%；杂质总数为68.2Cnt/g。
3.1抓棉机抓棉辊速度试验
设定抓棉臂下降1mm，小车行走速度16m/min，不同抓棉辊转速对棉束质量的影响见表1。取样在抓棉机出口处，每种速度取5、10个样平均值。
由表1可见，在抓棉辊速度1000r/min时，棉结、重量与根数短绒、可见异物均最少，杂物与可见异物含量也较低，为此在本试验条件下优选抓棉辊速度1000r/min。
注：杂物总数包括SCN带纤籽屑+Trash杂质+Dust尘埃之和。（下同）
3.2FA103A双轴流开棉机工艺试验
根据配棉情况调整好第二开棉辊上方导流板，调节进入棉流方向至最佳状态，进行开棉辊速度试验，在进、出棉口分别采样，试验结果见表2。
由表2可见，在开松辊速度400r/min时，棉结、重量与根数短绒率及除杂物均较好，为此，在本试验条件下优选开松辊速度为400r/min。
3.3FA105A单轴流开棉机工艺试验
试验结果见表3。
由表3可见，在开松辊速度500r/min时，棉结、短绒率、可见异物均为负增长；同时随开松辊速度加大，除杂物效率有增高趋势。为此，在本试验条件下，优选FA105A开松辊速度为500r/min。
3.4FA028B多仓混棉机工艺试验
测试多仓混棉机输棉开松辊不同速度，对散棉质量影响。在喂入仓口与输棉平帘上分别取样。试验结果见表4。
由表4可见，在开松辊速度570r/min时，棉结、重量加权短绒率增长较少，杂物排除相当，在本试验条件下，优选开松辊速度为570r/min。
3.5FA116A主除杂机工艺试验
FA116A主除杂机是清梳联流程中唯一握持开清与最后一台开松主除杂机。现以5档主除杂辊速度对生条质量的影响作试验，结果见表5。
由表5可见，以主除杂辊320r/min时，棉结、短绒最少，除杂效率有随速度增大而减少的趋势，考虑到减少纤维损伤与降低棉结、短绒，优选320r/min。
3.6FA109A三辊筒开棉机工艺试验
选择FA109A第一清棉辊三档速度与第三、三辊筒四档速比进行试验，结果见表6。
由表6可见，在三个辊筒速比为１∶1.5∶1.5时，棉结增长率低，除杂物效率高，短绒增长率较低，以速比１∶1.4∶1.4短绒增长最低，同样可看出，在每种速比一定时，随着辊筒速度提高，棉结短绒增加，除杂物效率趋向增高。考虑到既保护纤维又减少棉结短绒，优选第一辊筒低速为716 r/min，速比为１∶1.5∶1.5，或更低速比的工艺。
3.7FA177B清梳联喂棉箱工艺试验
因喂棉上箱为正压，正常生产时难以采样，故在上箱开松辊不同速度试验时，采集喂入梳棉机的筵棉和生条检测，结果见表7。由表7可见，随上箱开松辊速度增大，棉结短绒有增加趋势，但差异不明显，除杂物效率显著增大。杂物数量仍是增加的。综合考虑棉结、短绒、杂物的增减，优选速度为592r/min。
3.8JWF1051A异性纤维检除仪工艺试验
该异纤微尘检除器具有检除异纤、尘屑的功能。在调整吸排风参数，确定进出棉口、排尘口处参数的条件下进行工艺试验，结果见表8。
为验证该仪器对异纤检除的能力，采用不同颜色的30mm×5mm的色条喂入试验，结果见表9。
4纺纱试验
经各单机大量工艺优化试验，确定清梳联主要工艺配置列于表10。
4.1纺纱品种
JC14.6tex、18.2tex；JC/T（60/40）11.7tex、13tex；JC/T（55/45）13tex；JT/C（65/35）13tex。
配棉主要指标参见第3小节。
4.2试纺质量
4.2.1生条质量数据
常规试验生条质量（生条定量19.3g/5m）见表11，AFIS仪试验生条质量见表12。
4.2.2成纱质量
清梳联两条线各自纺JC14.6tex、JC/T（55/45）13tex两个品种，于6月~3月连续三班正常生产10个月，其成纱质量数据列于表13。
4.3成纱质量分析
由表11、12可见，两条清梳联生产线生条棉结数常规试验仅为31、32Cnt/g，AFIS仪试验为45、47Cnt/g；棉结清除率两种试验均在85%以上，开清棉棉结增长率为70.43%、75.81%，优于80%内控要求；生条短绒常规试验为17.77%、17.86%，比配棉仅增长4.81%、4.9%，优于≤5%要求；AFIS仪试验重量与根数短绒率两套开清棉筵棉分别增长1.96%、3.34%与23.6%、29.78%；生条短绒均负增长，L（w）为-8.92%、-9.62%，L（n）为-19.80%、-24.2%，说明两套新型清梳联设备在减少纤维损伤和控制棉结的性能良好，优选工艺合适；重不匀率CV%为0.99、0.96，总不匀率CV%为1.24、1.23；重偏合格率为97.8%、98.6。以上试验说明两套清梳联设备性能良好，质量优越，生产稳定，同时反映在16000r/min较高锭速时（见表13），细号纱条干CV%、细节、粗节、棉结、强不匀等质量都在Uster2001公报5%良好水平，产质量都优于FA系列水平。新型清梳联能取得上述较好的纺纱效果，主要原因是：（1）流程短，“抓、开、混、清梳”符合清梳工艺原则，以及有较完善的自动控制系统；（2）设备结构合理，机架墙板整体结构、给棉、剥棉、附加分梳件等组合装配，辊筒打手型选配合适，弹性握持，顺向喂入；（3）机械制造精度提高，如锡林径向跳动仅0.015mm，达到国际前卫水平；（4）机电一体化水平有很大提高，如采用变频电机，无级变速，传感器的大量应用，自调匀整在线检控，PLC单机及全流程调控，彩屏数显设备运行动态，以及故障安全保护装置等确保系统连续稳定生产。
4.4合理优选针布
针布是梳棉机的“心脏”，优选针布应以锡林为中心，再选配盖板、刺辊、道夫针布等组成七配套。选配针布必须考虑常规品种质量要求、纤维特性、速度、产量、定量及纺纱条件，以发挥各自分梳、除杂、均混转移等作用，尽可能减少纤维损伤，保持纤维原有特性，减少短绒和棉结。中试时曾有机台因配用ECC盖板针布规格质量不当，影响除结杂效果，后经调换才得以解决。优选的针布见表14。
梳棉机锡林、道夫、盖板、刺辊等七配套均选用Graf针布，关键是光洁、耐磨。采用上述配套针布在单产40kg左右时，可实现刚开车（AFIS仪试验）短绒为零增长，开车1~2个月后生条短绒负增长。
4.5工艺是清梳联生产的核心
新型清梳联大量各单机工艺优化试验及生条成纱质量试验（见表10~12），在纺细特号纱台时产量40 kg左右、生条定量19.3 g/5m时，所选工艺参数是适当的。清梳联工艺的核心是主开梳件速度与相应隔距的合理配制。实践得出，在梳棉机单产40~50 kg时，当前清梳联主开梳件辊筒，锡林有大幅度降速趋势，如开棉辊由700~800 r/min降到400~500 r/min，清棉主除杂辊从1800 r/min降到320r/min，多辊筒机清棉辊由3428 r/min降至1400 r/min（详见表10），有利于开清柔和，精细梳理，控制棉结、短绒增长（见表11、12）。但速度并非越低越好（见表2、3、6）。随着单产提高，定量不同，主开梳件速度需相应增加；开清梳握持开梳隔距在0.5~1.0 mm，比以前较大。自由梳理和转移隔距，在机械状态允许时，宜紧不宜松，有利于分梳排除结杂、短绒。
4.6异纤检除器
两套清梳联流程均配置自主开发的JWF系列异纤微尘检除器。实践证明它具有较强的检除异纤（60%以上）功能和良好除微尘效果。其功能特性在前第2小节中已有论述，在此不再重复。
4.7连续均匀（无级）喂棉
清梳联系多机台串联组成连续生产系统，输喂棉连续均匀是整个系统稳定生产和良好生条重不匀的基础；单机和系统风速、风量、风压在实际生产中有个调试过程。一是要结合实际，调试确定输喂棉风量、风压参数，如梳棉机出棉口、轴流开棉机、除微尘机进出口、多仓、三辊筒清棉机出棉口、喂棉箱入口和下箱内气压稳定。二是合理调整连续喂棉PID参数，提高机台运转率，调整好抓臂下降量和小车往复行走速度，使抓棉机运转率在90%，清棉机运转率100%，杜绝绕花、阻塞，才能连续、均匀稳定喂棉，有效控制生条重不匀率。
4.8除尘和空调系统
除尘系统设备配套，管道设置合理，风量、风压参数依据实际生产配置适当，是确保系统稳定运行的必要条件。过多耗费能源，增加落棉，损耗原料，必将增加成本；风量、压力过小，吸落棉不畅，造成吸口堵塞，以至引发事故，中断生产；新机除尘风量大于原机30%左右，负压要求也提高，滤尘器容量要有15%左右余量。空调要保证气候条件变化时，加强调节和门窗管理等，确保车间温湿度稳定，以稳定空气粘滞系数，使输喂棉和棉箱纤维密度均匀，机台“滑爽”，开梳、除杂顺利，而不粘连缠绕、损伤纤维，增加短绒、棉结。
5结语
（1）新型清梳联机台配置合理，贯彻短流程工艺原则。单机结构设计合理，结合采用新技术，为细匀抓棉、轻开、柔清创造条件。选配以锡林为中心的优质针布七配套，是提高梳理质量的坚实基础，优选工艺参数是优质、高产、低耗的必要条件；异纤检除器的配用，是提高成纱质量和产品档次的根本保证。
（2）两套新清梳联机电一体化水平较高，传感器检测，在线调速、数显质量与生产动态状况，键盘输入工艺参数。自调匀整监控生条台、班间重不匀率，PLC调控全流程稳定运行，并实施网络化管理，远程通讯，开始实现信息化、智能化生产。
（3）清梳联设备精度较高，工艺优选合理，综合体现在生条短绒、棉结增长率低，除杂物效率高，生条重不匀率低，主要质量指标在乌斯特公报5%水平，最终成品细号纯棉、棉涤“米通”精品纱等主要质量指标，优于乌斯特2001公报5%水平。
（4）国产新型清梳联总体水平比原设备跨越了一大步。工艺效果显著，成纱质量优越，生产稳定，纺纱厂只要生产管理正常，即可放心选用国产清梳联。但国产清梳联在自动化装置、在线检测、棉网检测，尤其是自动磨锡林盖板针布，在线自动校隔距，连体牵伸，智能型落物控制系统，在线监控等方面，尚存在一定差距，需要纺织科技界进一步研制改进提高，加速实现信息化智能型清梳联供国内外客户选用。
（参考文献略）
