论棉纺高效工艺技术.doc

论棉纺高效工艺技术史志陶（沙洲工学院）1 前 言目前，谈论棉纺高效工艺技术所涉及的核心问题是如何提高单机台的速度与输出半制品的定量，实现高速高产。要实现高速高产，是有一个关键的技术，就是如何稳定产品的质量，有一个比较合理的产品制成率、比较合理的机物料消耗与吨纱用电等。此外，还一个被许多人遗忘的问题：工艺的产品适应性。对于不同类型的企业，对于产品的适应性要求是不同，大企业讲究在批量，以质取胜；而小型企业要追求的多品种，小批量。因此，棉纺高效工艺技术，不能一概而论，要根据企业的类型，品种的结构，生产技术的现状形成企业自身的技术优势，这是企业要着手做的。2 棉纺高效工艺技术的核心这儿所谈的棉纺高效工艺技术定义为：首先，要配置能实现高效工艺的装备。单机台的技术状态是实现高效工艺的前提，没有特别高的技术状态，在高速状态下，实现高产，是对社会资源的极大浪费，也是没有效益观的高速，毫无意义的高速。因此，企业要想实现单机台多高的车速，就必须配置多大技术水准的装备；同样，有多高水准技术状态的装备，就可以设计多合理高的车速。针对特定的技术装备，制定出比较合理的高速工艺，才能确保产品质量，确保装备运转的平稳性，生产出符合客户需要质量的产品，同时，确保装备有稳定的产能，有比较合理低的机物料消耗，比较低的吨纱用电量。如果仅仅提高装备的车速，就必然带来以下不利的后果：第一、导致转动机件的动平衡极度恶化、设备振动加剧，机件磨损严重，从而不能使装备在比较合理长的时间内稳定运转，必然加重设备维护的频度，增大了设备维护的强度，同时机物料消耗急剧增大。第二、生产出的产品的条干急剧恶化，表现为机械波严重，此外，棉结、竹节纱疵增多，产品质量难以提高，这为企业创建优质品牌增加了难度。第三、“三绕”、断头增多，生活不好做，用工反而增加，同时，制成率下降。第四、在高速高产情况下，电机运转负荷波动大；针对特定的装备，如果车速过高，装备在超负荷状态下运转，电机的输出功率不是最好的，从而导致能耗与产出比上升。同时，电机的散热环境要改变，否则，电机始终在高温下作业，使用寿命将大大缩短。因此，要想获得比较高的车速、比较高的产量，必须提高装备技术水平或获得更先进技术的装备。其次，纺纱系统的高效化。根据生产品种的特点，制定出能够使各工序机台实现高效化，生产系统所设置的工序道数、配机台比较合理少的工艺流程。例如，精梳纱生产，采用配置有自调匀整装置的并条机，实现单并技术的应用，这样，可降低用工、用电、原料消耗，还可以减轻熟条发毛变烂，降低成纱毛羽与白竹节纱疵；粗纱工序，采用大定量，可增大粗纱的强度，减轻粗纱的意外伸长，稳定粗纱意外伸长率，同时，细纱工序粗纱退绕稳定，断头少，这样粗纱机产量提高了，粗纱质量上去了，细纱工序粗纱更换的周期延长了，产生白竹节纱疵的可能性下降了，挡车工值车强度也下降了，生产调度使用的粗纱机台也少。最后，实现单机台高效生产的一整套工艺体系。该工艺体系应包括：生产过程各工序间牵伸工艺的衔接，粗纱捻系数的确定，单机台各工艺参数的协调配置。其配置的前提条件：各工序生产出能确保成纱质量的半制品，能确保下工序很好领用的半制品卷装。千万别对自动络筒机抱有极度的幻想，一切问题由自动络筒机来解决，否则，产品的制成率出现不可逆转的下降，络纱生产效率急速下降，自动络筒机机的张力装置、打结器等损坏加剧，捕纱系统密封性会下降，同时，因频繁结头，络纱张力稳定性将受到严重破坏，卷绕质量下降。3 实现棉纺高效工艺技术要解决的问题3.1 缺乏在高速状态下的棉纺控制技术理论的研究在我国，从解放初期到上世纪八十年代未对棉纺及其控制技术进行系统化理论研究，鼎盛于上世纪七十年代末到八十代初。在那个时期主要研究在比较低的装备运转速度下的棉纺加工理论及其控制技术；后来由于管理体制的改革，市场机制的引入，企业与科研院所由技术开放和共享逐渐转变为技术的自主开发与保密，同时，在改革开放初期，企业不适应市场经济的环境，穷于应付，根本无心再投入很多精力、财力进行技术开发。纺机生产企业为了能实现产品的多、快、好、省，采用仿制和方式，进行纺织机械产品的升级换代。这样，棉纺生产企业与纺机企业之间没有对棉纺技术进行比较默契与深入的研究，从而，没有形成适合我国现有装备条件的在高速状态下系统化的棉纺控制技术理论。所以，要组织科研院所、企业部分精干的技术力量，就某些特定的装备在高速化前提下，纤维块的开松、除杂、均匀、梳理、牵伸、加捻与成形理论进行系统化研究，架构适合我国现有装备技术水平的棉纺控制技术理论的平台，为纺织机械的自主研发、棉纺企业的产品开发与质量控制提供强有力的技术保证。3.2 缺乏对高速运转状态下装备进行有效维护的组织管理体系与质量保证体系在解放初期，为了确保我国纺织业的迅速崛起，企业都建立完备的设备维护保障体系：有保全与保养队伍，对运转设备进行半月一保养、半年一小平、三年一大平的设备质量保障体系，从而确保了运转的纺织装备始终处于优良的工作状态。随着新型装备的引进使用，由于新型装备的设计水平、机械加工水平、电气技术水平发生了质的飞跃，设备维护技术要求也随之发生了转变，实现了保养与重点检修为基础的设备保障体系，但许多企业为实现减员增效，采取设备承保维护体制等，加上企业没有完备的技术工人培训制度、薪酬体系及人员外流，维护人员的技术水平、能力得不到保证，致使设备运行状态参差不齐，缺少了对产品质量的有效保证。同时，设备的重点检修如何做，做到何种程度不明确，极大地挫伤了技术工人工作积极性，使设备管理陷入前所未有的被动局面。技术工人觉得总有做不完的事，而设备管理人员总觉得技术工人的工作不到位，致使产品质量得不到保证，机物料消耗也大，劳资双方矛盾突出。因此，有必要组织国内的资深的设备专家编写该类的培训教材与设备维护保障体系，为企业解决后顾之忧。3.3 随时着用工紧缺，职工薪酬的提高，企业倾向于用工省，装备单机自动化、智能化水平要求越来越来高，但缺少应有的技术人员贮备在棉纺压锭以前，大量的国营棉纺织厂只有一种无私奉献精神，没有强烈的竞争意识，乐于为乡镇棉纺织企业培养技术骨干。虽然兴建许多棉纺织厂，但新建棉纺织厂所需的许多技术工人、熟练的挡车工都是通过自身灵活的经营策略、多种人脉关系，到国营企业中培训，从而确保企业有足够的技术贮备；同时，在棉纺压锭时期，大量的熟练技术工人，挡车工被迫分流到这类新兴企业，使得棉纺织技术得到了普及，棉纺织行业的整体实力得到了提高。此外，压锭前后，用工方便，劳动力便易，市场竞争不激烈，产品利润空间相对较大，故企业不但愿意采用新设备、新技术。在棉纺压锭以后，各企业充分领略了市场经济残酷，懂得了对企业技术安全的保障。加上中国加入WTO，在后配额时代，产品的利润率下降，用工困难、劳动力成本提高，使得企业开始着手考虑使用新设备，特别是联机或单机自动化、智能化程度较高的装备，以减轻用工的压力，但以前的一帮老师傅年龄偏大，接受能力相对变差，对新技术的运用能力较差，新的技术贮备没有完成，使得新装备不能发挥应有的效能。因此，棉纺企业在大量引进技术人才的同时，纺机厂家要积极配合，共同完成棉纺织企业技术人才更新换代。4 影响装备高效能的因素装备的高效能，体现在装备能确保市场需要的产品质量的前提下，适当高车速，较大的半制品定量，实现完美的高产。但是，高速带来了许多诸如纤维操作、棉结增多等问题，如果处理不当，高速高产适得其反，企业产生不了应有的效益。4.1 在清梳联流程中，高速、高产对纤维损伤的影响4.1.1 开松形式对纤维损伤的影响 握持喂给时的开松对纤维的损伤握持喂给时，打手对纤维块的开松形式为：打手对纤维层的犁割、打手对纤维块的撕扯及被打手抛出后受到尘棒的阻击作用而开松。在高速状态时，到底会怎么样呢？首先，假设被握持喂给的纤维层在接受打击时的速度为，打手接触纤维层时的速度为，再设打手接触纤维块开始到打手与纤维块同速，其经过的路径为圆弧，其弧长为C，打手的角速度为，打手臂长为R，纤维块的质量为m，则纤维块从纤维层上分离下来所需的时间为，则纤维块从纤维层上分离下来过程中所受到打手的作用力为，有。可以认为，cR为一个常数，则随着打手转速成的提高，打手对纤维块的打击力随时纤维块的速度变化与打手的速度的乘积成正比。而设纤维块与纤维层之间的联系力为，则与两者间的关系有如下三种情况：第一，当小于纤维块与纤维层的联系力时，打手不可能将纤维块从纤维层直接上分离下来，而是将纤维层逐渐地犁割成条状，此时有部分纤维被割断，形成短绒，因此，要减轻纤维的损伤，就必须采取薄喂方式，有利于减小纤维块与纤维层之间的联系，促进纤维层的解体，可减少损伤的纤维，降低短绒的产生。第二，当大于纤维块与纤维层的联系力，而纤维块与纤维层之间联系纤维的强力总和大于纤维块与纤维层的联系力时，纤维块就从纤维层中抽拨撕扯下来，纤维损伤很小；第三，而当远远大于纤维块与纤维层之间联系纤维的强力总和时，纤维块则从纤维层上犁割下来，纤维损伤严重。且被损伤的纤维数量极多。在实际工程中，只希望能发生第二种情况，或发生极少量和纤维损伤。在高速开松时，纤维块从纤维层上分离下来过程中所受到打手的作用力为，有。故，在高速时，打手开松对纤维的损伤就加剧，要减轻此类现象，就必须减小，即降低打手的速度速度，或者采用薄喂的方式，以减小纤维块之间的联系力，在打手打击时纤维块尽早分离，才能减少因犁割造成的纤维损伤。因此，要降低打手开松对纤维的损伤，必须采用薄喂方式，合理的低速。4.1.2 打手对飞行中纤维块的作用 设没有被打手抓住的纤维块部分质量为M，打手接触纤维块开始到打手与纤维块同速，其经过的路径为圆弧，其弧长为C，打手的角速度为，打手臂长为R，原纤维块飞行的速度为，打手抓住纤维后的速度为，其速度差为，加速所需时间为，则没有被打手抓住的质量为M的纤维部分克服惯所需的力为，有。当大于纤维之间的联系力时，纤维块被开松，甚至被解体；当小于纤维之间的联系力，不被开松解体，纤维块被撞飞。当实际生产中，往往较大，对纤维表面冲击作用较大，纤维损伤较严重，也易产生短绒。4.1.3 抓棉打手高速时，对抓取作用的影响 抓棉打手抓取纤维块的方式可以用以上第二种模式来解释，但由于打手速度提高，被打手抓取的纤维块从静止到与打手相同的速度分离，其时间极短，纤维丧失了蠕动的时间，导致纤维块中的纤维瞬间收缩集聚，纤维之间的联系陡然增大，纤维块分离的边缘向外延伸，这样，抓棉打手抓取的纤维块变得非常大。因此，往复式抓棉机，抓棉手刀片为何要缩在肋条内，以实现能抓取更小的纤维块。4.2 高速对牵伸带来的影响高速对牵伸过程无多大的影响，造成牵伸恶化的原因在于：牵伸钳口上下运动控制器件的速度一致性对牵伸不匀的影响。如果钳口上下运动器件运动不一致恶化，导致排列恶化，浮游纤维运动的娈速分布分散，使用权牵伸输出条干恶化。皮辊、皮圈在高速状态下运行，易发热；特别在重加压情况下，易发生运转不平衡现象。此外，表面纺纱性能恶化，导致粘滞严重，粘花、绕花严重。因此 ，在高温季节，要做好降温工作外，要制订合适的加压量，确保皮辊、皮圈纺纱性能始终保持良好的状态。4.3 高速对牵伸区棉结产生的影响设牵伸区的牵伸倍数为E，前罗拉钳口的输出速度为V前，后罗拉钳口的输入速度为V入，则V后=V前/E。再设浮游纤维加速头端加速时，其产生的冲量I=M（V前-V后）=MV前（E 1）/E。因此，当牵伸装置提高车速时，纤维头端在加速时冲量的增量是极大，也就是说，变速时的纤维头、尾之间的张力较大。当纤维蠕动抽拨时，能对其周围联系较大的邻近纤维产生较大的下压力，也即产生较大的摩擦作用，从而阻碍变速纤维的蠕动，发生周围未变速的慢速纤维向其挨近集聚，从而产生棉结。因此，当纤维条中的纤维排列较紊乱时，提高车速、增大牵伸倍数易产生棉结。4.4 高速对除杂的影响4.4.1 清梳工序 打手高速，必然导致杂质早碎，对后续机台除杂产生极为不得的影响。如抓棉机在抓取纤维块的同时，也能实现一定有效的除杂，环形抓棉机在打手抓取到底层时，纤维层上积聚了许多杂质，在换包时，通过人工的方式实现除杂。而高速的往复式抓棉机，在打手抓取到纤维层底部时，不见纤维层积聚大量杂质。因此，可以推断，打手高速时易击碎杂质，而细小的杂质由后道的强力风机的吸引下被吸到下道机台，致使抓棉机失去除杂的功能。4.4.2 高速、高产对除杂作用的影响 清梳联除杂方式主要有两种：打手与尘格共同除杂，尘笼及强力除尘机对纤维层的除杂。第一种情况：打手与尘格共同除杂方式。在握持喂给开松时，纤维块从纤维层上分离出来后，其运动速度为，圆周运动半径为R，则离心力为，有；纤维块与金属之间的静摩擦系数为，则纤维块与打手之间的摩擦阻力为，有。当时,纤维块很快滑脱打手，并远离而去；当时，纤维块即被打手俘获，并随打手一起运动。而此后随打手一起运动的纤维块加速结束，逐步恢复变形，其对打手的压力逐渐变小，然而，迎面而来的运动空气阻力却较大，使得纤维块滑脱的阻力较大，加之打手经过尘格区域的时间极短，故其很难脱离打手。同样打手对飞行的纤维块作用，其情况同样如此。因此，在实际生产中，对于特定的高速度旋转的打手，产生强大的气流附面层，经过尘格所需的时间就缩短，这样其对纤维块携带能力随其运转速度的增大，从而阻碍了纤维块与杂质的有效分离，同时，也减少了打手对纤维块的开松作用。因此，有必要改变打手的结构，做到既有利于对纤维块的打击开松，又得于纤维块从打手上滑脱，纤维块的有效转移，促进纤维杂质分离，提高除杂效果。第二种情况：尘笼及强力除尘机除杂方式。尘笼及强力除尘机除杂是通过空气流过纤维层空隙时，将尘杂带出纤维层进入尘笼，实现除杂。当高速喂入时，为提高除杂效果，往往以提高尘笼吸风量的办法来实现。但是，当进入尘笼除杂区域的纤维层较厚时，纤维层凝聚到尘笼表面后，其吸风阻力就迅速增大，则尘笼内外的空气压力差就迅速增大，从而使纤维层被严重压缩，纤维层的空隙率就迅速下降，纤维层中的尘杂很难被吸走。因此，要解决这除杂杂问题，则必须做到快喂薄喂，同时必须能稳定尘笼内外的空气压力差，将其控制在较为有利于除杂的合理的范围内，让纤维层适度压缩，确保纤维层有足够大的空隙率及空隙大小，否则就很难实现高效除杂的目标。但台湾王田、金坛纺机生产的无动力凝棉器，纤维块流在无压缩状态下进入尘笼室，纤维块也可在自然状态下翻滚，使杂质与纤维块有效分离，实现高效除杂。4.5 各工序定量对高效工艺实现的影响各工序半制品的定量的确定，随着装备的技术进步了发生了较大的变化。如下表RIETER公司早年和近年推荐各工序定量和细纱牵伸。纺纱线密度年代粗纱特数末并定量生条定量精条定量条卷定量细纱牵伸Texg/5mg/5mg/5mg/m倍19.5早年58324.2924.2924.296429.02000850272724.57543.5914.5早年48620.8220.8220.826033.512000740272724.57551.0310早年48618.2218.2220.826048.6200059024.52722.57559.06早年23316.216.2018.225638.832000420212721.06570.0由以上表中数据可知：随着细纱机牵伸控制性能的不断提升，对各品种工艺设计的牵伸倍数分配由原来的各工序承担改为主要由粗、细两工序承担。这样无论何品种，生条、熟条、精梳条的定量设计其差异在不断缩小。梳棉机尽管梳理技术有了极为完善的发展，针布质量有了前所末有的提升，但生条定量的变化仍然不大；因此，梳棉机提升产量的空间不是很大，这与道夫针布的容张能力有极大的关系。如果一味地增大生条的定量，就必然导致锡林道夫之间的纤维一次转移率下降，生条中反复梳理的纤维增多，产生棉结的可能性也随之增大。从上表中可以看出，实现粗纱机高效是比较有效的、可靠的，这样对提高粗纱的质量，降低粗纱意外伸长率的波动，对提高细纱质量直到积极的推动作用。5 抓包方式对纤维混合的影响圆盘式纤维包排列方式：能够实行边开松边混合，实现由粗及细的充分、细致的均匀混合，确保小比例成份原料能够均匀地混合到其他各成份中去。而且，完全能够实现低速高产的高效能生产方式，低耗能、低维护性。而直线式纤维包排列方式：为了保证混合的均匀性，要求各种原料的混合比例比较接近。同时为降低纤维包排列的头尾抓取纤维的重复性带来的混合不均匀性，可采用多种原料并排排列，纤维包底部长边与纤维包排列方向平行。该方式特别不适合小比例原料及回花、再用棉的混合。属于高速高产，能耗电量大，维护要求相对高。6 高速、高产对生条棉结、含杂的影响锡林、盖板两针面负荷的相对合理时，其针齿具有较强的抓取纤维能力，这样飘浮于针隙带中的纤维就少，产生棉结的机会就少。但锡林的转速不变或不能提高时，提高梳棉机的产量，就势必增大锡林、盖板两针面的纤维负荷，同时，增大针齿的容纳纤维量。这样，针齿的容纳纤维量超过某一合理范围时，针齿抓取纤维的能力就随之削弱，针隙带中的飘浮纤维数量就增多，产生棉结就增多。因此，提高梳棉机的产量时，必须考虑针齿容纳纤维的能力，其两针面的纤维负荷，否则，既影响梳棉机的梳理质量，又要产生大量棉结。选择质量、性能优越的针布，在确保设备有良好的运转状态，采用“四快一准”的工艺原则，是解决生条棉结的前提。采用小锡林，纤维从一针面惯性漂浮的距离、时间都缩短，同时，锡林高速时动平衡要更好，故针隙带漂浮的纤维就减少，产生棉结的能力相对有所下降。7 结 论1）清梳联技术中，要实现损伤纤维少、轻，必须采取薄喂、适当减小打手转速。2）要实现清梳的有效除杂，必须控制各开松打手的速度，使其在比较合理的范围内，或者，有必要改变打手的结构，做到既有利于对纤维块的打击开松，又得于减少打手携带纤维块的能力，实现纤维杂质的有效分层，从而实现有效除杂。此外，控制强力除尘机尘笼内外的空气压力差，采取薄喂的方式，控制纤维层的空隙率，降低纤维层