精梳准备工艺分析

1、瑞士立达精梳技术与工艺分析(上)2008年7月15日 中原工学院图1 CAPD500技术优化内容摘要：分析了瑞士立达精梳机计算机辅助工艺设计与优化技术的目标、内容及优化效果；介绍了锡林变速技术的目的、原理及运用效果。讨论了精梳准备工序的牵伸倍数、并合数的设计原则与方法，并进行了纺纱实验验证；分析讨论了精梳机工艺设计采用“重定量、短给棉”的理论依据及纺纱实验结果。1 瑞士立达精梳技术分析1.1 计算机辅助工艺设计与优化技术1.1.1计算机辅助工艺设计与优化技术的必要性 精梳机的机构复杂，钳板、锡林及分离罗拉的运动配合的精度对纺纱质量、机器速度有较大影响，新型精梳机的设计应根据精梳工艺、质量、运转

2、稳定性及提高速度的要求，利用计算机辅助设计手段对钳板、锡林及分离罗拉传动机构及部件尺寸，进行多方案比较与优化，这就是计算机辅助工艺设计与优化技术，简称为CAPD技术。 瑞士立达公司自从1995年开始到2007年多次运用CAPD技术，使精梳机的综合质量水平得到了大幅度提升。瑞士立达公司首次在E60精梳机的平台上运用CAPD技术，于1999年推出了E62、E72型精梳机；之后又运用CAPD+技术对E62精梳机的关键机构有部件进行优化设计，于2004年推出了E65、E75型精梳机。在E65型精梳机的基础上，再次运用CAPD500技术对E65精梳机进行优化设计（优化内容如图1所示），于2007年推出了

3、E66、E76型精梳机。1.1.2计算机辅助工艺设计与优化技术内容 （1）以提高精梳机对短纤维的适纺性为目标的优化（特别是对28mm以下长度的棉纤维）。第一是对分离罗拉的运动参数的优化，如分离罗拉的顺转定时、有效输出长度、继续顺转量等参数，使之对短纤维的适纺性更好。研究表明，缩小分离罗拉的继续顺转量或有效输出长度可增强精梳机对短纤维的适纺性。第二是改进给棉罗拉位置及对分离牵伸过程的优化，以改善给棉罗拉对分离牵伸过程的控制。例如E62型精梳机给棉罗拉位置较E7/6型精梳前移了11.2mm，在分离牵伸过程中加强了对短纤维的控制作用，有利于改善分离罗拉输出须条条干均匀度，并可使精梳落棉率降低1%-2

4、%。第三是改进牵伸机构与牵伸工艺配置，例如E65型精梳机将三上五下曲线牵伸改为三上三下压力棒牵伸，增强了牵伸过程对短纤维的控制；将原来的预牵伸区罗拉握持距由原来的固定式改为可调式，都是为了增强对短纤维的适纺性。 （2）以提高锡林、钳板及分离罗拉运动配合精度，提高纺纱质量、降低精梳落棉率为目标的优化。此方面的优化内容是：第一，通过优化钳板摆传动机件的尺寸及上偏心轴的偏心尺寸，改进钳板运动与锡林运动的配合；如钳板开口、闭口定时及钳板加压量等参数的优化。第二，通过分离罗拉传动机构连杆尺寸的优化，改进分离接合时分离罗拉运动速度与钳板运动速度的配合，提高分离接合质量。第三，通过优化锡林定位、分离罗拉定时

5、，完善锡林运动与分离罗拉运动的配合。第四，以减少顶梳对对分离接合工作的干扰为目标，对顶梳的运动规律及对棉丛的插入深度进行优化。第五对成条机构须条输出方向的优化，以减少棉网高速运动时的破网、堵塞及断头。 （3）以减小钳板、分离罗拉及锡林运动的惯性力，提高精梳机速度、效率及运转平稳性为目标的优化。例如对分离罗拉传动机构部件的尺寸、钳板传动机构部件的尺寸及钳板、锡林结构（轻量化）的优化。1.1.3优化结果 （1）对短纤维的适纺性更好。研究表明，E60型精梳机适纺纤维长度的范围是22.95 mm -52.52mm，经优化后的E62、E65及E66型精梳机适纺纤维长度的范围是20.19 mm -49.0

6、7 mm。 （2）精梳机车速与产量逐步提高。瑞士立达公司不同时期精梳机的速度与产量见表1。E66精机与E60相比产量提高了44%。 表1 瑞士立达公司精梳机的速度与产量精梳机型号投产时间车速/钳次min-1产量/kgh-1E60199535050E62199940058E65200445065E66200750072 （3）精梳机的能耗进行逐步降低。瑞士立达公司从E7/6型精梳机到E66每生产1kg精梳条的耗量变化如图2所示。E66型精梳机与E7/6 相比，生产1kg精梳条耗电量下降了43%。图2 不同时期精梳机生产1kg精梳条的能耗 （4）精梳落棉中的长纤维进一步减少。E65、E75精梳机与

7、其它精梳机相比，在纺纱质量基本相同的情况下，精梳落棉率可降低2%，且精梳落棉的长纤维明显减少，短纤维明显增多。在纺纱工艺流程及所纺纱的特数相同的情况下，使用原棉的长度为29mm，精梳落棉率为15%，测得E65精梳机及其它精梳机的精梳落棉的长度分布曲线如图3所示。图3 E65、E75精梳机与其它精梳机落棉纤维长度的分布的对比 （5）机器运转的平稳性提高，故障率降低。瑞士立达E60、E62、E65及E66型精梳机两次非正常停机平均间隔时间统计结果见图4。由此可知E66型精梳机两次非正常停机平均间隔时间统计值是E60型精梳机的4.8倍，因此机器的运转效率大幅度提高。图4 立达精梳机两次非正常停机平均

8、间隔时间的统计值（6）纺纱质量进一步提高。分别在E66、 E62型精梳机上，利用长度为27mm的棉纤维纺制40英支精梳纱，在精梳落棉率为18%、细纱的英制捻系数为3.6时，测得成纱的粗节、细节、棉结杂质数及IPI值见图5。图5 成纱的粗节、细节、棉结杂质数及IPI值1.2 锡林变速梳理技术1.2.1高速精梳机存在的问题 （1）锡林与分离罗拉的运动配合问题。在高速精梳机上，在锡林梳理将要结束时，分离罗拉倒转把上一钳次的输出的棉网倒入机内，准备与锡林梳理过的棉丛接合；如果工艺参数设计不当，极有可能使分离罗拉倒入机内的棉网被锡林末排针抓走，从而使精梳落棉中可纺纤维增多及分离接合工作不良而使输出棉网的

9、均匀度恶化；特别是采用110度的锡林及纺长绒时，此种现象极易发生。 （2）精梳机高速时棉丛的抬头问题。众所周知，精梳机的工作分为锡林梳理、分离接合前准备、分离接合及梳理前准备四个工作阶段，E62型精梳机各工作阶段所用时间见表2。随着精梳机速度的提高，各阶段所用时间越短，特别是分离接合前准备阶段，如果时间太短，会使上钳板下压的棉丛抬头困难而造成棉丛抬头不良，影响它与分离罗拉倒入机内棉网的接合，如图6所示。E62型精梳不同速度时各工作阶段所用时间见表3。 表2 精梳机各工作阶段所用时间阶段锡林梳理分离前准备分离接合梳理前准备锡林恒速所占分度数35-5(10)5-18(13)18-24(6)24-3

10、5(11)所占比例25%32.5%15%27.5%锡林变速所占分度数35-2（7）2-18（16）18-24（6）24-35（11）所占比例17.5%40%15%27.5% 表3 精梳机速度对各工作阶段时间的影响 n / N梳理阶段分离接合前准备分离接合梳理准备250/0.240.060.0780.0360.066300/0.200.050.0650.030.055400/0.150.03750.04880.02250.0413500/0.120.030.0390.0180.033图6 分离接合准备1.2.2 锡林变速梳理技术的运用 解决精梳机高速时的分离罗拉与锡林运动配合及棉丛抬头问题的基本

11、思路是缩短锡林对棉丛的梳理时间，增大分离接合前准备时间；即锡林在对棉丛梳理开始定时不变情况下，使锡林梳理的速度加快，并使锡林梳理阶段提前结束及钳板提前开口。这样既使锡林末排针提前通过了分离罗拉，避免锡林末排针对分离罗拉倒入机内棉网的干扰，又解决了锡林梳理过的棉丛抬头时间不足的问题。 E65型精梳机的锡林传动是采用两对非圆齿轮机构（即椭圆齿轮机构）传动。如图7所示，O1为主动椭圆齿轮轴心，以等速回转，由车头轴传动；O2、O3为从动椭圆齿轮轴心，两齿轮同轴；O4为锡林轴；四个齿轮都为35齿。在传动时由于两对椭圆齿轮的啮合节点的位置在两椭圆齿轮连心线上变化，因此两齿轮的传动比不再是常数而是按一定规律

12、变化，即第一齿轮恒速运动，第二齿轮作变速运动，并通过O3使锡林轴O4作变速运动。这种变速机构的特点是：主动椭圆齿轮轴O1 与锡林轴O4转一周所用的时间相同，但不同分度时的速度不同。图7 锡林变速传动系统1.2.3锡林变速技术的效果E65型精梳机在锡林定位为37分度、落棉隔距为13. 5mm、锡林齿面角为90度时，测得开始梳理定时为35.8分度，结束梳理定时为2分度，精梳机四个工作循环的所用时间见表2。与E62精梳机相比锡林梳理时间减少了30%，开始梳理时锡林转速比车速高出约40% 。2 精梳准备工艺分析2.1 精梳小卷的质量评价内容 （1）精梳小卷的纤维伸直度、平行度及分离度要好，以减少精梳加

13、工过程中的纤维损失及梳针的损伤；（2）精梳小卷的纵向结构及横向结构要均匀，以使钳板的横向握持均匀，有利于改善梳理质量、精梳条的条干CV%及重量不匀率，减少精梳落棉；（3）精梳小卷成形良好、层次清晰、不粘卷；（4）在精梳准备加工时，产生的棉结要少。 实际生产中，在精梳小卷质量评价时存在问题：重视小卷的纵向均匀度，忽视纤维的伸直度及小卷的横向均匀度。2.2梳理过程中弯钩纤维的产生及精梳准备工序弯钩纤维的方向分布 研究表明，在梳棉机上经锡林盖板工作区梳理的纤维由锡林带至道夫时，道夫抓取的纤维前端受到锡林针布梳理而伸直，因此在道夫输出的棉网中后弯钩纤维较多。根据对金属针布梳棉机所作的示踪纤维实验统计结

14、果表明：道夫上后弯钩纤维占64.89%，前弯钩纤维占2.82%，两端弯钩占1.07%，无弯钩纤维占24.12%，其它弯钩占7.10%；其伸直度分别为65.3%，66.7%，54.9%，95.5%，59.0%。也有学者利用示踪法对3121根纤维进行纤维伸直度的测定，其平均值为62左右。 在纺纱过程中，纤维每经过一道加工设备，纤维的弯钩方向都要改变一次；例如在梳棉机后弯钩纤维最多，则到头道并条机上变为前弯钩最多。精梳机的梳理功能主要是由锡林完成；而锡林的梳理方式是钳板握持棉丛的尾端，锡林针齿梳理棉丛的头端，因此精梳机对前弯钩纤维的梳直效果要优于后弯钩及其它弯钩纤维。为使喂入精梳机的大多数纤维呈前弯

15、钩状态，需使梳棉到精梳的设备道数为偶数；这就是精梳准备工序设备道数的偶数法则。在精梳准备工序，纤维弯钩方向分布如图8所示。图8 精梳准备工序的弯钩方向2.3精梳准备工艺原则 在精梳准备工序并合数、总牵伸倍数及部分牵伸倍数设计的基本原则是：（1）精梳准备的头道设备上牵伸工艺参数尽可能满足前弯钩纤维的伸直条件；（2）在精梳准备的第二道设备上尽可能满足后弯钩纤维的伸直条件。2.4 条并卷工艺的工艺设计2.4.1 并条机 根据弯钩纤维的伸直理论可知：如图9所示，前弯钩纤维的伸直效果随牵伸倍数e的增大而增大，到了最大值B后随着牵伸倍数e的增大而减小，到达C点后随牵伸倍数e的增大没有任何伸直作用。在喂入生

16、条中的前弯钩纤维的伸直度为65%时，经计算可知前弯钩伸直效果最佳时牵伸倍数为1.96倍，前弯钩没有伸直效果时的牵伸倍数为4.26倍。因此并条机的后区牵伸倍数在1.6-2.0较好，前区牵伸倍数在3.5以下为宜。并条机的并合数在4-6为宜。2.4.2 条并联合机（或条卷机） 因在条并条机上喂入条子中多为后弯钩，根据后弯钩纤维的伸直理论，在条并卷联合上后弯钩纤维的伸直效果与牵伸倍数e的关系如图9所示，ABE；因此增大牵伸倍数e，对提高伸直效果有显著作用。一般并合数为24-28，牵伸倍数在1.4-2.5倍。图9 前、后弯钩纤维的伸效果与牵伸倍数的关系2.5 精梳准备工艺设计与实验结果举例2.5.1实验

17、方案 在并条-条并联工艺中，喂入原棉及其它工艺条件不变的情况下，改变并条机的并合数及总牵伸倍数，测试成纱的综合质量指标的变化情况。2.5.1实验条件实验结果 喂入并条机的并合数为6，总牵伸倍数为6，后区牵伸倍数为1.67；方案2喂入并条机的并合数为5，总牵伸倍数为4.956，后区牵伸倍数为1.67。实验结果见表4。 表4 实验结果实验方案方案1（并合数为6）方案2（并合数为5）管纱CV%（100米）1.41实测纺纱特数/tex14.614.7重量偏差/%+0.3+1.7单强/CN235.1245.9单强CV/%6.427.95纱线断裂强度/CNtex-118.118.8伸长率/%5.175.2

18、3伸长CV/%7.737.65细纱棉结粒数/粒克-11914黑板条干5上5中7上3中条干CV/%13.1713细节个数/个km-141粗节个数/个km-14836棉结个数/个km-18267细、粗节及棉结总数/个km-11341042.5.3实验结果分析 在其它条件不变的情况下，精梳预并条机的并合数由6根改为5根后成纱的条干CV、单强、千米粗细节及千米棉结等指标均有明显改善。这主要是由工条机并合数由6根改为5根后，减小了预并条机的前区牵伸倍数，即前区牵伸倍数由3.59变为2.97，从而提高了前弯钩纤维的伸效果，改善了精梳小卷的结构，因此成纱质量明显提高。3 精梳工艺分析 在进行精梳工艺时应采用

19、“重定量、低落棉、短给棉及后退给棉”的工艺路线。3.1精梳小卷定量 A201系列精梳机加工的棉卷定量为39-50g/m，FA251A型精梳机棉卷定量为45-65g/m，而立达系列精梳机为60-80g/m。 在其它条件不变的情况下，采用重定量的棉卷有以下优越性：（1）棉卷定量重时，精梳机的产量高。（2）棉卷定量重，棉丛的变形恢复力大；钳板开口时棉丛易抬头，在分离接合过程中有利于新、旧棉网的搭接。（3）棉卷定量重，每钳次分离出的棉网厚，纤维抱合力大，棉网接合牢度大，不易出现棉网破边、破洞及纤维缠绕胶辊现象。（4）采用重定量的精梳小卷，有利于改善钳板对棉层的横向握持不匀。（5）棉卷定量重时，在并条、

20、成卷牵伸过程中纤维所受的引导力与控制力较大，有利于弯钩纤维的伸直。因此，棉卷采用重定量是精梳机高速、高产及提高质量的要求。但精梳小卷的定量大时，要保证精梳输出条子的定量不变时，需增大精梳机的牵伸倍数。3.2给棉长度3.2.1给棉长度梳理的影响 锡林对棉丛的梳理强度可用锡林对钳板握持棉丛的重复梳理次数表示。由于梳理时钳口外棉丛的梳理长度大于喂棉罗拉的每次喂棉长度，因此须丛要经过锡林的重复梳理后才被分离。自须丛受到锡林梳理开始到被完全分离时为止，所受到锡林梳理的次数称为重复梳理次数。重复梳理次数大时梳理效果好。设、2分别为前进给棉、后退给棉的喂棉系数，为钳板最前位置时下钳板钳唇至分离钳口的距离(m

21、m)（如图10所示），为给棉长度(mm)，为钳唇的死隙长度(mm)（如图11所示），则前进给棉、后退给棉的重复梳理次数n、n分别为：（1） （2） 在E62型精梳机上，测得3mm；在落棉刻度为8时，算得10.6、2=1(1)、21.9mm；当给棉长度分别为4.2 mm、4.7 mm、5.2 mm时，算得重复梳理次数见表5。 表5 重复梳理次数给棉长度（mm）重复梳理次数前进给棉后退给棉4.24.95.54.74.45.05.24.04.6 因此，采用短给棉时，可增大重复梳理次数，提高梳理效果。3.2.2给棉长度对精梳落棉率的影响 在锡林梳理过程中，锡林梳理的棉丛长度即为进入落棉的最大长度为，如

22、图11所示。当棉丛中的纤维长度小于此长度当，被锡林梳掉，成为精梳落棉。因此锡林梳理的棉丛长度越长，精梳落棉度就越高。设L1、L2分别为精梳机前进给棉与后退给棉的进入落棉的最大纤维长度（如图11所示），根据对精梳机给棉过程分析可知： （3） （4） 在E62型精梳机上，当10.6、2=1、21.9mm，给棉长度分别为4.2 mm、4.7 mm、5.2 mm时，算得进入落棉的是大纤维长度值见表6。 表6 进入落棉的最大纤维长度给棉长度（mm）进入落棉的最大纤维长度（mm）前进给棉后退给棉4.223.5826.14.723.7826.65.223.9827.1因此，增大给棉长度时，进入精梳落的纤维长

23、度增大，落棉率增大。图10 分离隔距图11 梳理长度3.2.3 给棉长度对产量的影响 设P为精梳机的产量（kg/h），G为精梳小卷定量（g/m），A为给棉长度（mm），a为精梳机的落棉率（%），m为精梳机的眼数（一般为8眼），n为精梳机的车速（钳次/min），则精梳机的产量P可表示为： （5） 由（5）式可知，精梳机的产量P与给棉长度A成正比。根据（5）式测算，当给棉长度由4.7mm增大到5.2mm时，精梳机的产约提高11%。3.3给棉方式 由公式（1）、（2）、（3）、（4）及表3、4可知，在分离隔距B与给棉长度A相同的情况下，采用后退给棉时较前进给棉时重复梳理次数大，梳理效果好；但进入落棉

24、中的最大纤维长度长，精梳落棉率高。3.4 精梳机的落棉率 在保证成纱质量的前提下，应使精梳落率尽可能减小，以降低纺纱成本。3.5 精梳工艺设计的实验结果及分析3.5.1 实验方案及测试仪器 在纺纱工艺流程、工艺参数及纺纱专件不变的情况下，分别在两台精梳机采用不同的精梳小卷定量及喂给长度，试验观察成纱粗节、细节、棉结、成纱条干CV质量指标的变化情况。 成纱条干CV值及成纱疵点的测试采用Y136型条干均匀度试验仪。3.5.2 纺纱工艺流程、原料及主要工艺参数 纺纱工艺流程为：FA009抓棉机FA105单轴流开棉机FA029多仓混棉机FA116主除杂机FA156除尘器FA023梳棉机D35C并条机UNllapE32条并卷机E65型精梳机D35C并条机FA491型粗纱机JWF1516细纱机。 利用美棉与澳大利亚棉混和纺制40英支纯棉纱，原棉的性能指标见表7。精梳准备设备及精梳机的主要工艺参数见表8。 表7 原棉的性能指标商业检验纤维长度/ mm28.51%纤维跨距长度/ mm36.1平均长度(n)/ mm21.012.5以下纤维含量/%6.8棉结数(FAIS)/1g-146纤维细度/Micdtex-14.4纤维强度/gtex-131.3 表8 精梳准备设备及精梳机的主要工艺参数实验方案方案