全梳理概念梳棉机及可行性探讨

文/刘古立 倪 远

作者单位：上海市老科学技术工作者协会纺织委员会、纺之远（上海）纺织工作室

在传统梳棉机的结构中，刺辊、锡林和道夫中心从上游到下游基本呈“一”字形设置，与锡林针布形成主梳理区的盖板针布数量也难以增加和扩展，导致锡林表面积的利用率只有50%左右。新型高产梳棉机对筒体结构设计进行了调整，将锡林中心位置抬升，刺辊、锡林和道夫中心位置基本形成了“品”字形，增加了主梳理区回转盖板与固定盖板总根数，使锡林表面积的利用率显著提高。但仍有一部分锡林表面积没有得到有效利用。如果能够更加充分地对梳棉机锡林表面积宝贵分梳资源的合理利用，对提高梳棉机的工作效率、提升产能和/或改善产品质量等都有着重要意义。

1 梳棉机主梳理区的技术演变

历史上梳棉机主梳理区的设置有过多种形式的演变。

1.1 拱形罩板梳棉机

最早的是拱形罩板梳棉机（见图1、图2）。在锡林的上方固定一块拱形罩板，罩板的内凹面植有钢丝针齿，与锡林的钢丝针布相对，形成早期的梳棉机主梳理区，共同梳理纤维。拱形罩板梳棉机容易充塞纤维，导致无法持续梳理，不得不频繁停机清理掉充塞的纤维才能重新恢复梳理，因而生产效率低下。

图1 拱形罩板梳棉机简图

图2 拱形罩板梳棉机车间

1.2 罗拉式梳棉机

为解决拱形罩板梳棉机存在的缺陷，开发出了罗拉梳棉机（见图3、图4）。在锡林上方原拱形罩板的位置上，布满了分梳辊和剥棉辊，与锡林针布形成主梳理区。分梳辊在梳理过程中缠绕的纤维被剥棉辊剥取返回到锡林上再次进行分梳。罗拉梳棉机解决了纤维充塞的问题，梳棉机不再需要停机清理充塞纤维，实现了连续工作。

起初的罗拉梳棉机被寄予厚望，试图取代拱形罩板梳棉机。但由于罗拉梳棉机没有排除短绒结杂的功能，因而生条质量无法达到拱形罩板梳棉机的水平。后来罗拉梳棉机逐步转向成为纤维较粗的毛纺行业的专用梳理设备。

图3 罗拉式梳棉机简图

图4 罗拉式梳棉机样照

1.3 回转式盖板梳棉机

1857年，在美国出现了回转式盖板梳棉机（见图5），由于具有排除针齿间纤维和结杂的功能，既解决了拱形罩板纤维充塞的问题，又改善了梳理质量。因为设计合理，性能优良，回转式盖板梳棉机成为了棉纺梳棉机的标准机型，延续了一百多年没有发生变化。

图5 回转式盖板梳棉机简图

历史上回转式盖板梳棉机有过一些机幅的变化，如除了现今主流应用1000mm（40英寸）机幅外，也出现过1200mm（48英寸）机幅宽度的梳棉机，但数量很少。英国曾进行过300mm（12英寸）道夫直径的实验室试验，试验结果没有问题，生条质量正常，但没有正式设计制造。

1.4 高产梳棉机

从20世纪60年代开始，梳理技术进入高产梳棉机时代，随着梳棉机金属针布化，剥棉罗拉取代斩刀剥棉，驱动控制技术的进步，及清梳联喂入等技术创新的应用，梳棉机产量节节攀升。

为了达到高产优质的目标，双锡林的双联梳棉机也被开发应用，生条质量得到明显改善。但双联梳棉机的投资成本过高、维护管理过于复杂，最终被市场淘汰。

锡林的直径也出现了多元化发展，除了主流应用的1290mm（50英寸）外，还有1000mm（40英寸）的规模化行业应用。但更小直径锡林的梳棉机，因各种原因未能形成成熟应用的机型。

由于固定盖板分梳技术的逐渐成熟应用，从上世纪九十年代起回转盖板数量出现了减少设置的趋势，以腾出空间用于增加固定盖板。

当梳棉机台时产量突破100kg/hr时，高产梳棉机也有增加刺辊数量到3刺辊（见图6）的应用。

图6 高产梳棉机示意图

1.5 新型高产梳棉机

进入21世纪，梳理技术进入新型高产梳棉机时代（见图7）。

图7 新型高产梳棉机车间

为了进一步提高梳棉机产量，新型高产梳棉机采用了新的梳理结构（见图8），如刺辊、锡林和道夫中心基本呈“品”字形排列，梳理面积增加了50%左右，锡林表面积利用率达到70%以上。

梳棉机工作幅宽也有了多元化发展，从主流的1米增加到了1.2-1.5米。1.5米机幅的梳棉机主要采用了直径为814mm的锡林。

分梳区回转盖板根数有逐步恢复到原来40根的趋势，回转盖板可以产生盖板花，而盖板花是对纤维流进行过滤的有效介质，增加分梳区回转盖板根数，有利于排除细小杂质和疵点。

图8 新型高产梳棉机剖视图

2 梳棉机技术进步的制约

现代高产梳棉机的技术结构在提升产能方面的发展，主要经历了增大梳理针齿密度、梳理速度和梳理面积的创新进程，这些工艺技术结构的变革，本质上都指向一个最关键的梳理参数：梳理度。但是包括梳理针齿密度、梳理速度和梳理面积在内与梳理度相关的主要工艺技术参数，都有着不同角度和方面的制约因素。

如对于梳理针齿密度和梳理速度的提升，已经受到梳理工艺技术因素制约，而按照现有的技术模式发展，想要再增大梳理面积，就只有进一步的增大或者抬高锡林，以及进一步加大机幅宽度，这样除了会导致梳棉机结构庞大、投资运行成本增大和相对性价比受到制约外，一个不可忽视的方面是梳棉机单机产能继续增大，使梳棉机与并条机配套数量比越来越小，大大偏离最佳纺纱工艺装备配置，由此也导致梳并联技术解决方案应用受限。

同时单机产能继续增大，将使现有梳棉机道夫下部的棉网负荷和/或输出速度增大，由于道夫下部承载动态棉网的能力受到重力作用的影响，无论是棉网厚密定量加大或道夫出条加速，都会影响道夫棉网的顺利转移、剥取和输送，影响梳棉机运行的稳定性。

再者，目前的行业领域，主机制造商竞相追求梳棉机的高产量，标称产量与实际产量差异极大，导致了梳棉机产量严重虚高的现象。行业需要的是在最终纱线产品质量满足市场需求条件下的产量，而不是无止境拔高的标称产量。因此梳棉机的产能，最终将会回归到纺纱质量与纺纱流程工艺技术需求的合理水平上。

3 全梳理梳棉机

3.1全梳理概念梳棉机的提出

要打破现有技术格局，构建结构更为合理、性价比更高的梳理机械，目前看来可能只是一种隐性需求。但是随着行业技术和社会环境的持续进步，对梳棉机多样化的需求就会呈现出来，与其他方面的技术发展一样，隐性需求将转变为显性需求。特别是对自动化、连续化和工序缩减的适应性，以及更高性价比装备技术的追求。

全梳理概念梳棉机的构思已有20年，全梳理概念（结构）梳棉机的全称为“锡林全弧度梳理区梳棉机”，可以简称为“全梳理梳棉机”。

出于从一个全新的角度挖掘锡林有效梳理面积，尽可能利用锡林圆周弧长，使得在锡林直径不变的情况下，不需要加宽梳棉机机幅，就可获得比现有梳棉机更大的有效梳理面积；或者在有效梳理面积相同情况下，大幅度缩小锡林和道夫等筒体直径，大幅度降低梳棉机制造成本。

随着纺纱工艺技术的发展，及伴随梳并联合机组或清梳并联合机组技术的应用需求，全梳理梳棉机将打破传统梳理机架构格局，顺应行业技术进步。

3.2全梳理梳棉机的设计架构

经过20多年的构思和求证，全梳理概念梳棉机对传统的梳棉机在结构上进行突破性的改革。其基本形式为：以锡林为基点，适当抬高刺辊位置，把道夫直径适度缩小并将其置于刺辊下方，使刺辊和道夫处于梳棉机的同侧。这样，工作盖板（活动盖板与固定盖板）的区域相对大幅度增加，主梳理区面积大幅度增加，全梳理梳棉机结构示意图见图9。

图9 全梳理结构梳棉机示意图

这一创新结构的梳棉机具有下列一系列的特点：

（1）大大提高了梳棉机的梳理能力和效率。传统梳棉机仅有锡林上半部为有效工作区，而下半部分为一段空程。创新设计的梳棉机突破性地延伸和拓展了锡林盖板主梳理区域，使锡林整个圆周弧度的绝大部分都被利用起来，因而可以被称为锡林全弧度梳理区梳棉机；同时其设计突破传统思维，超越常规理念，工作性能超乎寻常，因此也可称之为超级梳棉机。梳理面积大幅度增加，使以每根纤维梳理针齿数定义的梳理度（无论是对所有纤维还是对一次纤维）都有了很大的改善。

（2）道夫从锡林上剥取棉网的方式，从传统的道夫底部输出改为从道夫上部输出。这一独特的棉网输出方式，有效地突破了道夫承载动态棉网的能力，不会受棉网重力作用的限制。无论是对于较厚密而慢速的棉网，还是对于疏薄而快速的棉网，都能够顺利地转移、剥取和输送。这可以从根本上提升梳棉机运行的稳定性，大大提高梳棉机对产量、速度、定量、温湿度、纤维品种以及前部张力牵伸等工艺条件的适应性。能杜绝道夫棉网重定量或高速生产时的掉棉网现象，改善生条条干水平。从而实现对梳棉机高产高速第二制约因素和障碍的有效突破。

（3）两大高产高速障碍的突破，可以使梳棉机在同样的机件尺寸情况下实现质量的改善和产量的提高，或者可以在同样的质量和产量条件下实现梳棉机的小型化。例如，可以将锡林直径从传统梳棉机的1290mm减小为760mm甚至更小。从而可减少梳棉机的占地面积、降低梳棉机制造成本及提高运行稳定性。

（4）小型化全梳理梳棉机道夫与传统形式不同，直径可选择300mm左右。增加灵活性，提高工作效率。道夫直径的缩小，理论上不影响道夫的转移率，历史上也有过实验定论。

（5）锡林直径可以有不同的选择，可以从产量最大化和成本最小化两个出发点设计全梳理梳棉机。

产量最大化：锡林的直径可以选择与传统锡林尺寸相同，分梳区回转盖板与固定盖板总根数可以达到80根以上。可以显著增加锡林梳理面积，从而提高梳棉机的梳理能力，有利于提升产能和生条质量。

成本最小化：锡林直径也可以选择非传统的小直径尺寸。在保持传统的分梳区回转盖板与固定盖板数量的情况下，锡林直径可以明显减小，如选择直径为760mm左右，同时缩小刺辊和道夫直径，分梳区回转盖板与固定盖板总根数可以达到50根以上。梳棉机制造成本和加工难度明显降低。同时可以节约梳棉机占地面积。

成本最小化而不以追求高产量为目标的小型化全梳理梳棉机，既满足纺纱工艺梳棉机与并条机配置比例的合理化，又可以满足梳棉机与并条机联合机组的整合设计和应用，开创梳并联合机组或清梳并联合机组技术应用的新途径。

（6）可以开发多分区盖板技术。双区盖板技术应用在上个世纪就已经提出，全梳理梳棉机主梳理区的大幅度增大，锡林工作弧度大幅度扩展，为双区或双区以上分区盖板技术的应用拓展了空间。多分区盖板技术应用可以大幅度增加活动盖板部分工艺设置的柔性，如2或3分区数、分区盖板的根数分配、各分区盖板针齿密度、各分区盖板运行转向和运行速度等，提供有利于产量、质量和纤维利用率等技术经济指标改善的选择。

（7）便利值车和维护操作。梳棉机喂入和出条处于同一侧，挡车工不用经常兼顾梳棉机前后两端的状况，只要在一端观察就可以了解梳棉机的喂入与输出状态。

（8）锡林直径缩小和锡林中心的下移，都为梳棉机设备维护保养提供了便利。

（9）创新的整机设计，使整机结构合理化，也使梳棉机的性价比大幅度提升，市场竞争能力增强。

3.3全梳理梳棉机与现有梳棉机对比

两种全梳理梳棉机与现有梳棉机的主要技术指标对比（梳棉机幅宽以1000mm为比较基准）情况见表1。

表1 两种全梳理梳棉机示例与现有梳棉机的对比

成本最小化的全梳理结构梳棉机由于锡林和道夫筒体直径的缩小，使增大梳棉机机幅更为便利和合理，相应提高产量和应用性价比。

4 结语

传统梳棉机的结构限制了锡林表面积的利用，浪费了宝贵的分梳资源。锡林全弧度梳理区梳棉机通过对刺辊、锡林、道夫相对位置的调整，优化了梳棉机的技术结构，最大限度地挖掘了有效梳理面积，提高了锡林表面积的利用率。全梳理梳棉机不仅对产能提升、质量改善创造了有利条件，而且为梳理装备和工艺技术发展提供了多种可能性。

在锡林筒体直径和宽度不变的情况下，锡林表面梳理面积的大幅度增大是全梳理梳棉机对现有技术的重大突破，通过梳棉机架构装备和工艺技术的创新，实现梳棉机综合性价比的提升。一方面在制造成本相近的条件下为梳棉机高产高质创造条件；另一方面为高性价比及满足纺纱流程工艺技术需求产能水平的梳棉机提供装备与工艺技术解决方案，从而为更短流程的梳并联及清梳并联技术的推进应用开创新途径。

开展全梳理梳棉机的研发，可以为新时代梳棉机的创新突破带来新的机遇。

编辑：纺织大学堂

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