刺辊是梳棉机的主要开松、除杂元件,其主要作用是去除筵棉中的杂质及有害疵点,并将喂入的筵棉尽可能分解成单纤维,为锡林主梳理区的分梳做好准备工作。生产应用中,原料在梳棉机刺辊区开松的过程越充分,筵棉中的杂质和有害疵点去除效率越高,筵棉开松状态好,锡林及周边分梳元件的分梳负荷相对就轻,梳理效率相应提高且梳理质量好,从而可以大幅改善梳棉机生条及纱线质量。 三刺辊梳棉机刺辊区域的梳理弧长约是单刺辊梳棉机的2.4倍,分梳度约是同等产量单刺辊梳棉机的4倍~8倍,但梳棉机分梳度的增加与纤维损伤不存在绝对的线性关系。许多应用厂家,通过合理配置针布和工艺参数、优化配棉和梳棉机产量,三刺辊梳棉的短绒增长率完全可以控制在合理的范围内,有些品种短绒零增长或者负增长,例如:新疆某用户加工JC 14.6 tex品种时,使用AFIS检测JWF1206A型梳棉机生条12.7 mm根数短绒平均增长率0。 本文以JWF1206型三刺辊梳棉机为例,对三刺辊的分梳原理进行简单分析。 1 JWF1206型梳棉机主要技术特点 JWF1206系列三刺辊梳棉机有1 020 mm和1 220 mm两种工作机幅。梳棉机设计最高出条速度360 m/min。喂棉箱采用宽幅大容量一体化设计,给棉板与给棉罗拉顺向给棉,分段弹性握持加压。喂棉箱下部通过输送扁管与梳棉机给棉罗拉直联,取消了普通单刺辊梳棉机喂棉箱出棉罗拉机构,筵棉无牵伸喂入,喂棉更加顺畅稳定。 梳棉机刺辊采用“两小一大”结构,三个刺辊呈“一”字形排列,每个开松辊附加刺辊分梳板, 并配以除尘刀,刺辊分梳板可使进入锡林盖板梳理区的棉束数大幅减少,从而提高锡林梳理区的梳理效率和梳理质量。第一刺辊(标配)采用梳针形式,梳针工作角58°,针密34针/(25.4 mm)2;第二刺辊采用粗锯齿,标配针齿工作角70°,齿密160齿/(25.4 mm)2;第三刺辊为细锯齿,标配针齿工作角70°,齿密210齿/(25.4 mm)2。刺辊针布密度逐渐增加,梳理力度逐渐增加,以实现对纤维层的渐进、连续开松。 锡林筒体由钢板卷圆焊接而成,经专用设备处理,确保筒体圆整度及直线度,高转速时稳定性好,锡林最大工作转速550 r/min。锡林采用专属变频驱动技术,启动平稳,胶带磨损小;锡林工作转速可以通过面板参数设定,实现350 r/min~550 r/min无级调速。用户可以根据工艺梳理需要实现梳理力度逐步连续调整。 剥棉罗拉前区采用双伺服驱动控制,实现大压辊与压碎辊牵伸在线无级调整,高产时棉网张力更稳定,避免因胶圈结构带来的偶发性纱疵。大压辊采用一体化轴承技术(专利),设备高速运行更加稳定,使用寿命更长,维护保养更加简单。 2 造成刺辊区纤维损伤的梳理度因素 梳棉机刺辊的作用是开松、除杂以及预分梳。通过刺辊针布的开松减弱消除纤维束之间的横向联系,把体积较大的纤维束(或大棉块)分解成小纤维束(或小棉块),甚至于单纤维状态。进入锡林主梳理区前单纤维占比越高,说明刺辊的开松度越好。梳棉机台产在40 kg/h 左右,经过单刺辊开松后单纤维的占比超过90%,计算得每齿分梳约1.7根纤维;如果产量提高到60 kg/h,计算每齿分梳约为3.2 根纤维[1]。 在刺辊区的开松分解过程中,利用离心率在预分梳板、除尘刀和吸口的共同作用下,去除纤维束外层的细小尘杂及部分纤维籽屑、疵点[2]。在这个过程中,开松刺辊的数量越多,棉层开松越精细,束状纤维越小,尘杂、疵点暴露在纤维束外部的几率就越大,去除效果就越好。 2.1 单刺辊梳棉机的梳理 纤维束的大小是衡量开松程度的重要依据,单刺辊梳棉机开松程度主要是通过握持分梳来完成。在握持分梳过程中,纤维层前部进入到刺辊区,后部被给棉罗拉与给棉板形成的钳口握持(握持力取决于棉层厚度、给棉板隔距和给棉板加压力)。刺辊针齿沿旋转方向从上至下顺向插入纤维层,针齿插入过程中,在纤维层挤压作用和针齿摩擦作用下,强行撕扯分梳纤维层,使纤维层表面的纤维束或者单纤维快速脱离,随刺辊针齿旋转运动,纤维层被有规律的分解成大小不一、自由离散状态的纤维束。被针齿抓取从棉层脱离纤维束的大小,基本决定了开松程度。 被转移走的纤维束在针齿握持的作用下,随刺辊快速旋转,位于刺辊最外侧的纤维束与设置在刺辊小漏底上预分梳板作用,形成接触分梳。由于刺辊转速很快,纤维束与预分梳板的接触是一次性接触,接触时间非常短,因此对改善纤维束大小的影响作用较小。对于单刺辊梳棉机来说,刺辊的分梳度是决定刺辊开松程度的关键因素。 C = n × Z × L v × W × N m (1) 式(1)中:C为单根纤维上受到的平均作用针齿数,n为刺辊的转速(r/min),Z为刺辊针布的总作用齿数,L为纤维的平均长度(mm),v为给棉罗拉的转速(m/min),W为棉层定量(g/m),N m为纤维的公制支数。 以单刺辊梳棉机为例,针布型号V.E⁃5010V,刺辊齿密41齿/(25.4 mm)2,纤维的平均长度28 mm,纤维平均公制支数为5 500。估算不同产量刺辊的平均分梳度见表1。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.013.T001 表1 单刺辊梳棉机平均分梳度估算表 刺辊速度 /r·min-1 分梳度 产量 42 kg/h时 产量 62 kg/h时 产量 82 kg/h时 797 0.280 8 0.190 7 0.142 4 858 0.302 4 0.205 3 0.153 3 930 0.327 8 0.222 6 0.166 1 1 036 0.374 6 0.254 3 0.189 9 1 200 0.422 9 0.287 1 0.214 4 齿/根 式(1)中,由于在实际生产中纤维的长度、纤维细度和给棉量等参数都是变量,表1计算中采用了平均值进行计算,与实际会存在偏差,但是分梳度的变化趋势和规律是一致的。从表1数据中可以看出,刺辊的分梳度跟刺辊转速、针齿密度等参数呈正相关,与喂入的纤维量呈负相关(即喂入的纤维越多,单位针齿上作用的纤维数量越多,单纤维受到的梳理度越低)。另外,需要注意的是,即使在同一分梳度下,纤维束受到的梳理力也是不均衡的,产量越高,这种不均衡的差异表现就会越明显,从而会导致单刺辊梳棉机梳理效率和梳理质量大幅下降。 2.2 三刺辊梳棉机的梳理 三刺辊梳棉机刺辊区的分梳作用不同于单刺辊梳棉机,其主要分梳是握持分梳和转移分梳相结合的形式。第一刺辊针齿以相对柔和的方式从纤维层上转移走纤维束,完成握持分梳。被第一刺辊抓取的纤维束,经过第一刺辊简单开松后,进入到与第二刺辊接触区域,纤维束的前端会迅速被第二刺辊针齿抓取。由于第二刺辊筒齿密约是第一刺辊的4.8倍,速度约是1.56倍,单纤维受到针齿作用力约是第一刺辊的6倍~10倍,被第二刺辊针齿抓取的纤维在多重合力的共同作用下,其尾端迅速脱离第一刺辊,完成向第二刺辊的转移并随第二刺辊运动。在这个过程中,纤维束在两个刺辊接触区域会存在两端均被针齿握持的短暂瞬间,但最终会在合力的作用下完成从第一刺辊向第二刺辊的转移。在转移过程中,大的纤维束会被抽离分梳成更加细小的纤维束或者单纤维,形成转移分梳。第二刺辊与第三刺辊、第三刺辊与锡林的纤维转移亦是如此。 纤维束先经过第一刺辊的握持分梳,再经过3次转移分梳,同时在3组预分梳板的辅助作用下,纤维束在进入到锡林工作区前基本被分梳成为单纤维状。根据特吕茨勒的估算,喂入到梳棉机刺辊区的纤维束平均约为0.1 mg,经过第一刺辊后纤维束的平均重量降低至0.05 mg,经过第二刺辊变为0.01 mg,经过第三刺辊约为0.005 mg;按照普通细绒棉估算,筵棉经过三刺辊开松分梳后,进入到锡林区的纤维基本呈单纤维状[3]。理论和生产实践表明,进入锡林梳理区的单纤维占比越高,越有利于大幅提高锡林的梳理效率和梳理质量,还可使锡林周围分梳元件受到的冲击力下降,延长分梳元件使用寿命。 JWF1206型梳棉机第一刺辊为角钉辊,辊筒工作直径172.5 mm,植针密度约33针/(25.4 mm)2;第二刺辊采用粗锯齿,辊筒工作直径172.5 mm,齿密160齿/(25.4 mm)2;第三刺辊为细锯齿,工作直径250 mm,齿密210齿/(25.4 mm)2。不考虑针齿形态等因素,仅从分梳度相关因素分析,以相同参数,计算JWF1206型梳棉机三刺辊分梳度见表2和表3。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.013.T002 表2 JWF1206型梳棉机刺辊转速 项目 第一刺辊转速 第二刺辊转速 第三刺辊转速 第1档 690 1 080 990 第2档 839 1 310 1 204 第3档 922 1 440 1 322 第4档 1 100 1 735 1 593 项目 产量42 kg/h时分梳度 产量62 kg/h时分梳度 产量82 kg/h时分梳度 第一刺辊 第二刺辊 第三刺辊 第一刺辊 第二刺辊 第三刺辊 第一刺辊 第二刺辊 第三刺辊 第1档 0.135 1 1.024 9 1.233 1 0.091 7 0.695 9 0.837 3 0.068 4 0.519 5 0.625 1 第2档 0.164 2 1.243 2 1.499 6 0.111 5 0.844 1 1.018 3 0.083 2 0.630 1 0.760 1 第3档 0.176 2 1.366 6 1.646 6 0.119 6 0.927 9 1.118 1 0.089 2 0.692 6 0.834 6 第4档 0.215 3 1.646 5 1.984 2 0.146 1 1.118 1.347 3 0.109 1 0.834 5 1.005 7 表3 JWF1206型梳棉机刺辊平均分梳度估算表 单位:齿/根 r/min 影响梳棉机刺辊分梳度的因素很多,如果不考虑其他因素,仅从式(1)估算的分梳度数据对比分析,三刺辊梳棉机刺辊区的梳理度约是单刺辊梳棉机的4倍~8倍。同时,从表3中也可以看出三刺辊梳棉机在产量较低,从第一刺辊向第二刺辊过渡时,分梳度差异较大,但是随着产量的提升,刺辊间的分梳度差异逐渐减小。这说明三刺辊梳棉机适合于产量较高或者需要较高开松度的工作需求。 2.3 梳理度因素小结 从分梳原理上分析,单刺辊梳棉机刺辊区的分梳以握持分梳为主,接触分梳为辅[4],纤维的开松状态基本由握持分梳的强弱决定,当产量较低或者筵棉中含杂不高时,单刺辊的分梳度能够满足梳棉机对梳理的要求。三刺辊梳棉机刺辊区的分梳是握持分梳和转移分梳为主,接触分梳为辅,第一刺辊在握持分梳阶段能够比较柔和地从棉层上抓取纤维,然后通过刺辊间的转移分梳实现渐进、柔性分梳,三刺辊的分梳更为充分,纤维束离散度和趋向度更好,对杂质的去除效果也更好。因此,三刺辊梳棉机更适合高产量、对分梳度要求高、筵棉含杂高的梳理要求。 3 造成刺辊区纤维损伤的其他因素 纤维束在刺辊区开松、分梳过程中必然伴随纤维的损伤。前面我们从梳理度角度对单刺辊梳棉机和三刺辊梳棉机进行了分析,但是刺辊分梳度数学计算模型,只是体现了每根纤维作用的平均齿数(或者每个针齿作用的平均纤维根数),没有考虑受梳理时纤维的状态以及纤维受到的冲击力等因素。在梳理时,纤维束处于自由状态、轻松握持、强力握持等状态下,即使单位时间内受到的作用齿数相同,但是纤维束受到的梳理力千差万别;另一方面,针齿布局、针齿形态也是影响纤维损伤的重要因素。因此单纯从分梳度角度考虑纤维损伤是不全面的。 3.1 握持分梳纤维损伤的对比分析 梳棉机给棉罗拉与刺辊的握持分梳是一种移动握持分梳,分梳过程中纤维是否损伤主要取决于3点:一是喂入棉层中纤维间纠缠的程度;二是给棉板与给棉罗拉的握持力度;三是针齿作用于每根纤维的作用力,包含针齿数量、针齿形状,针齿与纤维之间的摩擦力,针齿作用纤维的长度等[5]。 转移握持分梳时,刺辊针齿刺入棉层的过程中,由于刺辊转速很高,喂入的棉层速度很慢,刺辊针齿剧烈作用在棉层上,纤维受到剧烈冲击,纤维受到损伤;针齿进入棉层后对纤维(束)的作用力迅速增大,这个作用力是由针齿对纤维(束)的摩擦、伸直变形等产生。当纤维(束)上的作用力等于或大于纤维(束)与周围纤维的黏结力或者给棉板传导过来的握持力时,纤维(束)就被分离,在刺辊梳理力克服纤维与纤维之间摩擦力、纤维与针齿之间的摩擦力时,均会不同程度的对纤维产生损伤。通过以上分析,对比单刺辊、三刺辊在转移分梳过程如下。 (1)刺辊工作角与转速的影响。单刺辊梳棉机在纺棉时,针布前角通常采用10°,刺辊转速相对要高一些,因此在刺入棉层的瞬间作用比较剧烈。三刺辊梳棉机纺棉时,标配第一刺辊针齿的前角为32°,沿旋转方向刺入棉层时相对单刺辊针布作用柔和,同时第一刺辊针齿线速度约为单刺辊线速度的一半。因此,在转移握持分梳阶段三刺辊梳棉机对纤维的损伤更小。 (2)针布形态。单刺辊采用锯齿针布,齿顶形状呈扁长方形,针齿在穿刺棉层的过程中,受针齿形状影响,针齿四周的纤维受力不均衡,棉纤维在针齿两侧横向受到挤压远小于针齿纵向。从针齿的形态分析,齿顶尖前部纤维受到的力最大,两侧次之,齿背最小。三刺辊梳棉机第一刺辊采用梳针结构,齿顶尖形状为圆形,齿顶尖面积约是普通锯齿针布齿顶尖面积的五分之一至三分之一,因此针尖更加锋利。刺入棉层后,梳针针齿体积均匀放大,针齿四周纤维受力均匀,纤维损伤更小。 3.2 速比对纤维损伤的影响分析 在握持梳理阶段,纤维束在从棉层转移到刺辊针布上,刺辊针齿不仅要提供纤维束脱离棉层所需要的力,还要提供纤维束加速所产生的力。由于给棉罗拉与刺辊的转速相差很大,纤维束被刺辊抓取,脱离棉层的瞬间,纤维束的移动速度基本是从缓慢到高速,加速产生力必然反作用在针齿上,速比越大,纤维束提速越快,受到的反作用力也就越大。具体对比见表4和表5。 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.013.T003 表4 单刺辊梳棉机给棉罗拉与刺辊线速比估算表 刺辊速度 /r·min-1 线速比 产量 42 kg/h时 产量 62 kg/h时 产量 82 kg/h时 797 1∶338 1∶231 1∶174 858 1∶364 1∶249 1∶188 930 1∶395 1∶270 1∶204 1 036 1∶440 1∶301 1∶227 XX.XXXX/j.issn.1000-7415.2020.04.013.T004 表5 三刺辊梳棉机给棉罗拉与第一刺辊线速比估算表 刺辊速度 /r·min-1 线速比 产量 42 kg/h时 产量 62 kg/h时 产量 82 kg/h时 690 1∶202 1∶138 1∶104 839 1∶245 1∶168 1∶127 922 1∶270 1∶184 1∶139 三刺辊梳棉机仅第一刺辊抓取纤维时,纤维束从缓慢到高速运动。从第一刺辊向第二刺辊、第二刺辊向第三刺辊转移时,纤维束已经具有了较高的速度,纤维转移时受速度影响所产生的作用力基本可以忽略。 对比表4与表5数据,可以看出在握持分梳阶段,即使纤维束受到的针齿作用数相当,但三刺辊梳棉机在握持分梳过程中纤维受到的作用力要小的多。在转移分梳阶段,JWF1206型三刺辊梳棉机第二刺辊与第一刺辊线速比约为1.56,第三刺辊与第二刺辊线速比约为1.33,为了方便分析,我们可以将纤维束的速度等同刺辊转速。由于被第一刺辊抓取的纤维已经具有了较高运动速度,因此纤维束在刺辊间转移时所需的力一部分由前面刺辊所提供,另一部分则是由纤维束随刺辊高速旋转而产生离心力。这时纤维束虽然单位时间内作用的齿数相同,但受到的梳理力要远小于握持分梳阶段,因此在计算第二刺辊和第三刺辊梳理度时,应该乘以一个小于1的系数。 在实际梳理过程中,第二、三刺辊的分梳属于转移分梳,纤维基本处于相对自由状态,纤维和纤维之间杂乱无序的横向联系已经很弱,纤维受力较小;另一方面,进入刺辊区域的纤维通过分梳作用已经处于较高的分离和平行状态,因此对纤维的损伤并不大。 4 生产应用 国内某大型纺织集团从2006年到2019年10月,共购买单、三刺辊梳棉机总计约2 230台,其中购买JWF1206型三刺辊梳棉机累计1 200余台,占购买总台数的57%。该集团新疆分公司使用JWF1206A型三刺辊梳棉机,采用高含杂新疆机采棉加工JC 14.6 tex纱线,台产约67 kg/h时,AFIS平均棉结去除率约为81.6%,梳棉机杂质去除率约为99.2%,梳棉机生条12.7 mm短绒(根数法)增长率为-0.4%。对应JC 14.6 tex管纱平均质量指标如下:条干CV值11.99%,-50%细节0个/km,+50%粗节14个/km,+140%棉结182个/km,+200%棉结27个/km,单纱强力302 cN,单强CV值6.7%。 另一纺织企业,采用乌兹别克斯坦原棉,配棉平均等级3.2,配棉含杂5.5%~7%,用于加工生产C 36.4 tex赛络纺纱。使用清梳联配JWF1206⁃120型梳棉机,单台产量约为85 kg/h,梳棉机的AFIS平均棉结去除率约为72.6%,梳棉机生条12.7 mm短绒(重量法)增长率为-1.9%,梳棉机杂质去除率约98.1%。筒纱平均质量指标如下:条干CV值10.83%,-50%细节0个/km,+50%粗节23个/km,+140%棉结319个/km,+200%棉结33个/km,单纱强力720 cN,单强CV值4.81%。 5 结语 随着我国经济快速发展,原棉采摘机械化的趋势不可避免。资料表明,新疆阿克苏地区2013年机采棉面积约3千亩,2017年为30万亩,2018年达到了180万亩,棉花中杂质含量的增多已经成为现实;同时,用户对梳棉机产量要求不断提高,直接影响着梳棉机的梳理效率和梳理质量。三刺辊梳棉机通过3个刺辊连续、渐进开松,不仅能够有效去除筵棉中绝大部分的杂质、疵点,绝大部分的棉束都能被分解为单纤维,而且适当的气流速度可以提高棉花的清洁度,降低棉花在梳理过程中的打击强度,减轻纤维的损伤。这些作用对提升三刺辊梳棉机的梳理效率和梳理质量,减轻锡林及周围分梳元件的工作负荷,延长分梳元件针布使用寿命都有着明显的作用。

使用Chrome浏览器效果最佳,继续浏览,你可能不会看到最佳的展示效果,

确定继续浏览么?

复制成功,请在其他浏览器进行阅读