梳棉机刺辊速度的研究及选择

梳棉机刺辊速度的研究及选择

时间:2018-07-18 分享到:

梳棉机刺辊速度的研究及选择

  摘要:通过对比20世纪80年代刺辊速度和近几年刺辊速度发现,随着梳棉机产量的提高,梳棉机刺辊速度是下降的。刺辊速度下降的原因有:原棉质量下降、清棉采用梳理打击、清梳联技术的采用、梳棉机普遍采用附加分梳件、新型梳理器材的发展。从而提出要根据不同工艺条件来选择刺辊速度,并给出了不同条件下梳棉机刺辊速度的选择范围。
 

  1、梳棉机刺辊速度的演变

 
  梳棉机刺辊速度的大小直接决定着梳棉机分梳质量的好坏,因而正确选择刺辊速度一直是梳棉机研究的重点之一。
 
  20世纪80年代梳棉机(纺棉)刺辊的实际使速度如下:
 
20世纪80年代梳棉机(纺棉)刺辊的实际使速度
  说明:
 
  (1)表中数据是根据20世纪80年代112套产品工艺设计中的刺辊速度所进行的汇总,由于其中有不少工艺所加工的产品是名优特获奖产品和出口产品,因而所统计的刺辊速度可以代表20世纪80年代中期梳棉机刺辊速度的实际水平;
 
  (2)所配套的清棉流程大部分为A系列,梳棉机也大部分为A186型。
 
  多刺辊梳棉机刺辊速度如下:
 
多刺辊梳棉机刺辊速度
 
  由此可以看出,对于单刺辊梳棉机而言,尽管产量成倍提高,但刺辊速度总体上是下降的,平均下降幅度在139r/min~320r/min;对于多刺辊梳棉机,刺辊实际速度也是下降的。为什么在梳棉机产量增高的情况下,刺辊速度反而下降?在新形势下如何根据梳棉机不同条件正确选择刺辊的速度?这是本文要探讨的。
 

  2、梳棉机刺辊速度下降的原因

 
  在梳棉机产量提高的情况下,刺辊速度不升反降的主要原因有:原棉质量下降、清棉普遍采用梳理打击、清梳联技术的应用、梳棉机普遍采用附加分梳件、新型针布的发展。
 

  2.1原棉质量下降

 
  国内外棉纺界[2~6]普遍反映,最近二十余年来,原棉的总体质量是下降的,其原因是棉花初期加工过程中的强度加大。
 
  第一,由于在采摘过程中,由机摘取代手摘,使得原棉中纤维长度下降,而短绒和棉结杂质却增加了;
 
  第二,轧棉强度普遍增加,如为了增加品级,在轧棉过程中普遍使用带有类似刺辊的开松梳理、除杂能力强的皮辊清棉机来作为末道工序对棉花进行处理(国内外均有报道),其结果是,纤维的损伤(包括潜在损伤)加剧,杂质虽然总量上减少,但小杂质粒数(特别是难清除的籽屑数量)却是增加的,导致原棉可纺性下降[7](这种情况在近十年来尤为严重)。原棉中短绒由棉铃中1%~4%增加到15%~20%,最高达25%,棉结数量也大幅度提高。
 
  面对原棉质量下降的这种情况,我们在选择纺纱过程中各种设备和工艺参数时必须要充分考虑到这种变化,在保证纺纱过程正常进行的条件下,尽量避免使原棉总体质量进一步下降,这也是我们在选择刺辊速度时所要考虑的。由于刺辊部分是梳棉机对纤维损伤最严重的部位,因而,在尽可能条件下,要降低刺辊速度,以保证纤维不受到进一步损伤,提高成纱质量。
 

  2.2清棉普遍使用梳理打击

 
  在当代清梳联系统中,各纺机厂普遍采用梳理打击来对纤维流进行开松和除杂,如Hollingsworth的MAC型机、Trutzschler的CVT3型机、CVT4型机,郑纺机、青纺机的与之类似的FA109型机、FA116型机等均配有带有锯齿和分梳板的多辊筒等梳理部件对纤维进行开松和除杂。梳理打击具有如下特点:
 
  (1)梳理打击的优点是纤维的开松度大大提高,例如用上述清棉机加工原棉,可使其棉束平均达到1.45mg/束~1.35mg束/[8,9],而20世纪80年代清棉机加工原棉的平均棉束为34mg束/~37mg束/[10],两者相差达24倍~27倍。当代清棉机所加工的棉束大小已经与传统梳棉机刺辊上的棉束和到达后罩板处的棉束相差无几了,根据有关文献[11~13],传统梳棉机刺辊上棉束一般在0.52mg束/~3.8mg/束,在后罩板处棉束大小在0.061mg束/~0.13mg束/,可见当代清棉机所加工的棉束与传统梳棉机刺辊上棉束大小相差无几,甚至比之要远小些,而与传统梳棉机后罩板处棉束大小相差在10倍~24倍左右。由此可见,由于当代清棉技术的发展,刺辊所面对的加工对象已经发生了巨大的变化,其表现在棉束进一步变小,而棉束越小越有利于纤维分离度的提高[14],因而刺辊对之加工时开松阻力将会大大减少,开松负担是下降的,这是当代梳棉机刺辊速度没有必要增加的根本原因。
 
  (2)采用梳理打击的另一个优点是清棉机除杂强度和效率提高了。由于采用梳理打击,棉束进一步变小,而杂质露出机会增加,再加上清棉流程中采用棉网清洁器、分梳板、强力除尘等技术措施,使得现代清棉机具有很强的除杂强度和效率[15]。这样梳棉机的除杂负担就减轻了,而传统梳棉机强调增加刺辊速度的原因之一是希望通过提高刺辊速度来增加对较大杂质的清除力度,这一任务由于清棉除杂的改善而变得有所弱化(因为在采用锯齿清棉机之后再提高梳棉机刺辊速度并不能提高梳棉机除杂效率[16]),这是刺辊速度降低的另一理由。
 
  (3)采用梳理打击的缺点是,由于将原本是由梳理过程完成的一部分任务提前由清棉机来完成,再加上原棉质量下降的原因,因而在加工过程中就不可避免造成纤维的进一步损伤(包括潜在损伤),这是当代清梳联短绒普遍增加[17~19]的根本原因。而短绒增加将导致成纱质量进一步下降,这种情况就客观上要求我们在制订梳棉机各工艺参数时,要尽量避免纤维进一步损伤(有人甚至据此指出[18]:清梳联工艺和设备的核心是保持纤维原有的特性不受或少受损害),因而刺辊速度在保证纤维分离度达到纺纱要求的前提下,更要注意尽量低一些选择。
 

  2.3清梳联技术的采用

 
  采用清梳联技术,筵棉是通过棉箱喂入到梳棉机中,取消了传统工艺中的卷喂环节。根据有关研究[20],与卷喂相比,棉箱喂棉可使刺辊开松阻力大为减少,在相同条件下,刺辊开松能力提高2.6倍~2.9倍,因而采用棉箱喂入,刺辊速度是可以下降的。
 
  棉箱喂入与卷喂相比具有如下一些特点:
 
  (1)棉束定向度差。根据有关研究[21],当纤维排列差(定向度差),在刺辊加工时,纤维所受到的损伤就会愈加严重,因而从防止纤维损伤出发,刺辊速度在纤维排列差(即纤维定向度差)时更要低一些选择,以避免纤维进一步受到伤害。
 
  (2)棉层比较蓬松、厚度大。棉箱喂入棉层的厚度约为卷喂棉层厚度的2倍以上。棉层厚度大,在刺辊分梳时锯齿插入就比较深,因而容易造成纤维损伤,这种情况在刺辊速度高时尤为严重,因而适当降低一些刺辊速度对防止纤维损伤也是有利的。
 

  2.4梳棉机普遍采用附加分梳件

 
  近20年来,梳棉机产量是不断提高的。梳棉机产量提高的主要技术措施之一是采用附加分梳件,例如在刺辊下采用分梳板、在前后罩板处采用前后固定盖板及采用多刺辊等。由于这些附加分梳件可增加对纤维的分梳度,且对纤维的分梳属于自由分梳,不像刺辊(多刺辊中的第一刺辊)采用握持分梳,对纤维损伤严重,因而在当代高产梳棉机中被普遍采用。根据文献[22,23]对不同类型梳棉机的刺辊、刺辊下分梳板、后固定盖板的分梳度计算可知,采用各种附加分梳件也可提高分梳度,因而当采用附加分梳件时,刺辊速度是可以适当降低的[24]。
 
  这里要特别提到的是当代多刺辊高产梳棉机的刺辊速度与20世纪80年代及以前多刺辊梳棉机相比也是下降的,如DK903型机第一刺辊速度与KU12型机相比下降26%,第二刺辊速度与KU12型机相比下降21%,第三刺辊速度与KU12型机相比下降23%。当代多刺辊梳棉机刺辊速度下降,其原因除原棉总体质量下降、清棉采用梳理开松、棉箱喂棉外,有利于辊筒间速比的提高也是一个因素。辊筒间速比的提高有利于纤维束的开松和定向度的提高。根据文献[25]的研究,刺辊上的纤维转移到锡林上时,纤维的开松度、取向度均有不同程度的提高,其中棉束数由907减少到375,纤维束取向度由70%提高到77%,棉束的长度增加而宽度减小。
 
  这一研究结果表明:
 
  第一,辊筒间纤维的速度差(速比)对纤维流具有开松作用;
 
  第二,辊筒间纤维的速度差(速比)对纤维流具有定向作用。由于这种过程是一种非强制型握持(靠针齿握持)的牵伸过程,因而既有利于纤维束分离,又能减少纤维损伤。这是梳理辊筒间分梳的优越之处。
 
  可以推断,这种优点可能随着速度差(速比)加大而得到增强。而增大速比的条件(在锡林速度不变的条件下),只能是降低刺辊速度,通过计算可以得出现代多刺辊梳棉机速比和总牵伸要比传统多刺辊梳棉机大些(见表3),其原因可能就是通过降速加大速比来提高分梳效能,而不像传统多刺辊梳棉机是通过加大速度来提高分梳效能,这可能是当代多刺辊梳棉机采取多刺辊并降速的原因之一。
 

表3传统多刺辊梳棉机与当代多刺辊梳棉机速比的比较
 
传统多刺辊梳棉机与当代多刺辊梳棉机速比的比较
 
  注:假定DK903型机和KU12型机的锡林速度相同
 

  2.5新型针布的发展

 
  梳理的实践证实,在其他条件不变的条件下,采用新型针布,可大大提高梳棉机梳理效能,因而在采用新型针布的条件下,梳棉机刺辊速度是可以下降的,很多实例均证实了这一点[24~27],限于篇幅,不一一例举。
 
  在新形势条件下,如何避免纤维进一步损伤,如何在降低刺辊等分梳件速度、最大限度发挥附加分梳件和新型针布的分梳效能,以避免纤维的进一步损伤方面可能是我们今后在研制新型高产梳棉机时要重点研究的问题。
 

  3、梳棉机刺辊速度的确定

 
  根据以上论述,我们在选择梳棉机刺辊速度时,应根据原料、清棉及梳棉机本身条件来确定,具体讨论如下(在原棉成熟度正常的条件下,以纺棉为例):
 
  (1)20世纪80年代及以前卷喂开清棉+A系列梳棉机。考虑到该开清棉流程对纤维开松较差,除杂能力较差,因为要加强对纤维开松及除杂,因而刺辊速度还是要高一些为好,刺辊速度可在850r/min~1100r/min之间选择。
 
  (2)20世纪80年代及以前卷喂开清棉+新型梳棉机。由于新型梳棉机普遍采用附加分梳装置,其整机分梳能力和除杂能力较强,因而刺辊速度可适当降低,一般可在750r/min~950r/min之间选择。
 
  (3)现代开清棉+新型单刺辊梳棉机,由于现代开清棉开松除杂能力比较强,因而刺辊速度可适当降低,其速度可在650r/min~900r/min之间选择。
 
  (4)现代开清棉+新型三(二)刺辊梳棉机。其第一刺辊速度在600r/min~1000r/min之间选择。由于新型三刺辊梳棉机整机配有多个刺辊及除杂吸口、分梳板,配有多根前后固定盖板和新型针布,因而整机开松和除杂能力均很强,所以第一刺辊分梳功能大大弱化,第一刺辊速度及其刺辊与给棉板的隔距在参数选择时主要考虑防止纤维损伤,因而第一刺辊速度要低一些选择。对于172.5mm小直径刺辊,其速度可在800r/min~1000r/min之间选择,对于直径250mm刺辊可在600r/min~750r/min之间选择,以防止纤维受到进一步的损伤。
 

  4、结论

 
  通过以上研究,我们可以得到下列结论:
 
  (1)梳棉机在产量增加的情况下,与20年前相比,当代梳棉机刺辊实际使用速度是降低的,其平均降低139r/min~320r/min。
 
  (2)刺辊速度降低的原因有:原棉质量下降、清棉采用梳理打击、清梳联技术的采用、梳棉机普遍采用附加分梳件、新型梳理器材的发展。
 
  (3)20世纪80年代及以前卷喂开清棉+A系列梳棉机,刺辊速度一般可在850r/min~1100r/min之间选择;20世纪80年代及以前卷喂开清棉+新型梳棉机,刺辊速度一般可在750r/min~950r/min之间选择;现代开清棉+新型单刺辊梳棉机,刺辊速度可在650r/min~900r/min之间选择;现代开清棉+新型三刺辊梳棉机(刺辊直径为172.5mm),其第一刺辊速度可在800r/min~1000r/min之间选择;现代开清棉+二刺辊梳棉机(刺辊直径为250mm),其第一刺辊速度可在600r/min~750r/min之间选择。
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