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精梳机变速梳理与恒速梳理技术特点探讨
作者:真人游戏

  探讨精梳机变速梳理与恒速梳理的技术特点。对比分析了两种梳理技术的优缺点。指出:采用锡林轴瞬时变速技术使大齿面角锡林的使用成为可能。分离罗拉顺转定时、锡林定位和钳板闭合定时三项工艺参数调节范围的扩大并不会造成有效纤维的流失,具有节棉优势。其缺点是锡林产生的加速度大,机器振动大、耗电量大、不利于高速。恒速梳理的精梳机不产生加速度,具有机器振动小、耗电少、有利于高速的优势,由于锡林恒速梳理区间较大,使上述三项工艺参数调整的空间相对较小,调节不当往往会造成落棉率增加、有效纤维流失,增加纺纱成本。认为,恒速梳理可采用同时兼容齿面角为90和110的锡林托架,以大幅度提高梳理效果,增强排除短绒和结杂质的能力,可借鉴变速梳理实现高速稳定运行的技术措施,实现进一步的改进和优化。所具有的节棉优势使变速梳理技术仍然是精梳机生产厂商今后的重点研发方向。

  自2008年起,国内精梳机生产厂家相继开发了变速梳理精梳机,认为变速梳理技术是将缩短的锡林梳理分度时间让给了分离前的准备时间,即为增加分离接合工作创造了条件,较好地解决了分离结合棉须丛抬头不足的问题,为精梳机车速的进一步提升创造了条件,但近几年恒速梳理精梳机又得到一定重视,并且恒速梳理精梳机的速度高达600钳次/min,如新一代数字化伺服多轴驱动车速高达600钳次/min的TCO12型精梳机就是恒速梳理精梳机,并且输出棉网的清晰度也较好,究竟是等速梳理好还是变速梳理好呢?笔者就变速梳理精梳机与恒速梳理精梳机技术特点进行分析探讨,仅供读者参考。

  E80型、E65型、E62(90)型(括号内数字表示锡林齿面角,下同)和E62(111)型精梳机齿面角、锡林梳理、钳板开口、闭合的对应关系见表1。

  现代高效能精梳机采用锡林轴瞬时变速技术,使纤维层经过锡林梳理的时间明显缩短。以表1中齿面角为90的锡林为例,锡林梳理时间由9.5个分度缩短到6个分度,锡林开始梳理时间向后推迟而结束时间提早,完全可以确保锡林在开始梳理到梳理结束时的梳理区间范围内,钳板钳唇能够牢固而有效地握持住棉须丛而不被锡林梳针梳掉,在分离罗拉传动机构的设计中采用了倒转开始阶段分离罗拉倒转小的传动变化规律,同时配合锡林变速梳理的末排针可提前到达分离罗拉最近点,两种优化设计有机相结合,使得分离罗拉顺转定时、锡林定位和钳板闭合定时的三项工艺参数调节范围扩展,且不会造成有效纤维的流失,也不会对精梳落棉产生任何影响。这也正是高效能变速梳理精梳机可节约用棉1%~2%的关键技术之所在。

  锡林变速梳理为精梳机在高速条件下采用大齿面角锡林创造了条件。瑞士立达公司率先在E65型精梳机上采用了变速梳理技术,当锡林定位为36分度、分离距为13.5mm时,钳板闭合区间为34.6分度~8.8分度,占据了14.2个分度,其锡林梳理区间为35.8分度~1.8分度,仅占了6个分度,仅为E62(111)型精梳机的一半。经笔者计算,E65型精梳机潜在的锡林齿面角增加范围可达130~150,锡林梳理面积可以增加44.4%~66.7%,极大拓展了新型精梳锡林齿面角的梳理区间,在不增加齿条密度的前提下,为大幅度提高精梳机的梳理度及锡林梳理时的容纤量提供了理论依据。国内外新型高品质精梳锡林的齿面角为130,其梳理区增加了44.4%,锡林的总梳点数增加了60%,总梳理点可达4.7万点~6万点,可以更彻底的从棉层里清除短绒和棉结杂质。

  图1几种精梳机梳理隔距曲线齿面角锡林梳理隔距和给棉方式分析如下:

  130齿面角锡林始梳点隔距偏大,E80型精梳机始梳点的锡林梳理隔距高达0.9mm,在34.5分度~36.5分度区间内,梳理隔距都在0.55mm以上,随后又急剧缩小,其最紧点的梳理隔距也仅为0.35mm。偏大的梳理隔距区间约占整个锡林梳理区的25%,始梳点隔距偏大,既不利于前区锡林齿片对须丛的穿刺、开松及整理,也不利于后区锡林针布对棉须丛的梳理及对细小棉结杂质、短绒的排除。尤其是采用重定量的棉卷工艺时,棉须丛不能完全被锡林齿片插入,部分棉须丛仍浮游在锡林针布表面,非常不利于纤维单根化程度的提高。

  采用130齿面角锡林较90齿面角锡林的精梳落棉率高1.7个百分点~3.0个百分点,通常只能采用前进给棉工艺。前进给棉工艺在每一重复循环梳理中较后退给棉工艺的锡林梳理长度少了一个给棉长度,而前进给棉工艺中顶梳的梳理负荷较大,其中有50%~60%的精梳落棉率是由仅有一排梳针的顶梳来承担的,在排除小卷中的短绒、棉结上发挥了较大作用,并非是传统技术理念所认为的顶梳只影响精梳落棉率的2个百分点~5个百分点。同时我们也注意到在前进给棉中,顶梳梳理起到了极其重要的作用,而这显然非常不利于130超大齿面角锡林梳理效能的充分发挥。因此,只有在长绒棉纺纱中、采用后退给棉工艺、纺制细号及特细号纱线、要求较高的落棉率时,130超大齿面角锡林才能发挥较大作用。

  精梳机采用锡林轴瞬时变速技术,即使纤维层经过锡林梳理的时间大大缩短。以齿面角为90的锡林为例,锡林梳理时间由9.5个分度缩短到6个分度,并将缩短的锡林梳理分度时间分别让给梳理前准备及分离前的准备时间,而分离结合工作阶段所用时间没有改变。通常,分离前的准备阶段是从梳理结束到开始分离接合为止,这一阶段中的1.8分度~8分度,钳板处在闭合状态,在8分度~18分度,上、下钳板才由闭合到逐渐开启,但开口量极小,只有在分离结合阶段18分度~24分度,上、下钳板的开口量才逐渐放大,因此,缩短的锡林梳理分度时间让给了分离前的准备时间,其分离前的准备时间对钳板内棉须丛的充分抬头没有帮助,因此也就谈不上较好地解决分离接合棉须丛抬头不足的问题,对提高车速没有帮助。

  锡林变速梳理的线速度呈快速加速梳理的过程。用N锡表示精梳机锡林速度,经过锡林梳理起始非圆齿轮啮合传动计算,锡林变速梳理过程的瞬时转速为1.387 N锡~2.2N锡。在500钳次/min的速度下,锡林梳理时的线速度相当于精梳机恒速梳理区间的690钳次/min~1 100钳次/min,锡林加速变速梳理过后直至毛刷清洁锡林时,锡林的速度迅速下降至0.25 N锡,此时的锡林速度相当于精梳机恒速500钳次/min的25%即为125钳次/min。因此,在变速梳理区间,锡林产生的加速度大,机器的振动大、耗电多、不利于高速。号称500钳次/min的国产变速梳理精梳机实际生产速度仍在350钳次/min~380钳次/min水平徘徊。其原因:锡林变速传动,锡林产生的加速度大,机器的振动大,不利于高速,尤其非圆齿轮材料的选择不当、热处理工艺不佳,会导致非圆柱椭圆齿轮损坏,造成钳板、锡林损坏,甚至出现锡林轴断裂和齿轮箱损坏等严重机械故障。

  为了降低锡林变速产生加速度导致机器振动大、耗电多的不利因素,实现变速梳理精梳机的高速稳定运行,使用计算机辅助工艺设计手段,优化传动机构零部件尺寸,以降低其传动机构的加速度,减少运动惯量,特别是往复运动传动机构。主要有以下技术措施:

  6.1 钳板曲柄半径由65mm改变为55mm,使钳板摆角由36.6变为30.8,最大角加速度由19.17rad/s减少到15.1rad/s,由于钳板轴摆动幅度的大幅度减少,降低了钳板摆轴的角加速度和加速度,有效地降低了机器的振动和噪声。

  6.2 优化连杆尺寸和行星轮系齿轮配比,尽量降低分离罗拉的角加速度并减少角位移,使分离罗拉顺转瞬时速度降低,遏制分离罗拉在高速顺转、倒转的扭振现象。

  6.3 优化行星轮系的齿侧间隙,对行星轮系的齿形进行齿形修缘,并优化了行星轮内部轴承润滑油路,减少磨损降低车头箱内的温度,提高车头箱内润滑油的清洁度,在行星轮的正反转中进一步降低噪声。

  6.4 采用钛合金钳板结合件,使钳板具有较高的强度、弹性和韧性,质量由2.9kg减少到2.6kg,有的厂家甚至达到2.1kg,更适应于高速度,增加了整机运行的稳定性。同时将锡林轴的锡林托架改用铝合金或钛合金材料,使锡林托架质量减轻80%以上。

  6.5 对车头箱、机中墙板、底板进行增强加厚优化设计,并优化铸造、机加工、装配等生产过程中的各个环节及进行严格的工艺监管、控制,以确保机器高速运行时的平稳性。

  以上这一系列的技术创新有效降低了梳理组件的运动惯量,减轻了机器振动,降低了噪声,为高效能变速梳理精梳机的高速运转创造了条件。

  恒速梳理精梳机在锡林梳理时,由于锡林不产生加速度,具有机器振动小、耗电少、有利于高速的优势。将实现变速梳理精梳机高速稳定运行的技术措施嫁接到恒速梳理精梳机上来,可起到优势互补的效果。利用计算机辅助工艺设计手段,对恒速梳理精梳机的分离罗拉、钳板摆动及开启闭合运动轨迹相关联的参数进行优化,实现精梳机全系统的低负荷设计,达到短纤维的可纺性增强、机器运转振动低、噪声小、能耗低、车速高、温升低、输出棉网清晰的目的。如果锡林定位、钳板闭合定时及分离罗拉顺转定时工艺参数调节得当,输出棉网不易看出搭接痕。同时恒速梳理精梳机的车速突破600钳次/min也并非遥不可及。

  恒速梳理精梳机同时兼容齿面角为90和110的锡林托架。采用110锡林,在不增加齿条密度的前提下,可大幅度提高精梳机的梳理度,梳理区间较长,锡林针布对纤维作用柔和,排除短绒、棉结杂质能力增强,提高了单纤化程度,改善了成纱质量,由于拓展了梳理区间,使锡林梳理分度更趋于合理,梳理隔距过渡缓和平坦有利充分梳理,总针数高达4万点~5.5万点,可满足长绒棉7.4tex(80s)~1.97tex(300s)特细号纱梳理质量要求。

  由于锡林恒速梳理区间较大,使锡林定位、钳板闭合定时及分离罗拉顺转定时工艺参数调整的空间相对较小,甚至E62(90)型精梳机锡林梳理区间要比E80(130)型大1.5个分度,过分延迟锡林定位工艺,则锡林末排针在通过分离罗拉表面最紧点处会触及分离丛尾端纤维,以致锡林针会将分离丛内的纤维抓走。而齿面角为111的锡林梳理阶段长达12.5个分度,较齿面角为90锡林梳理推迟了约3个分度,因此分离罗拉倒入机内的棉网被锡林末排针抓走的几率大大增加,锡林定位工艺采用36分度可以满足锡林及棉网不被锡林末排针抓走的条件。但是由于钳板闭合定时早,钳板开口就迟,开口量小;反之,闭合定时迟开口就早,开口量大,因而钳板的闭合定时应早于锡林梳理开始定时,否则钳板钳口内的有效棉须丛会被锡林的前排针抓走,形成精梳落棉。若采用高速度、重定量工艺,使锡林对棉须丛的梳理力急剧加大,钳板的闭合定时又晚于锡林梳理开始闭合,钳板不能有效握持棉须丛,钳板钳口内的有效棉须丛就会被锡林的前排针抓走,形成精梳落棉。与此同时,如果搭接刻度调节不当,尤其是采用111锡林时,在其末排针通过锡林与分离罗拉最近点的那一刻,分离罗拉倒入机内的棉网长度随着搭接刻度的增大而增大,锡林末排针抓走有效纤维的几率大大增加,既便是优化车头连杆长度以减缓分离罗拉倒转速度,仍然不能解决锡林末排针抓走有效纤维的问题,搭接刻度调节不当往往会造成精梳落棉率的急剧增加,落棉质量下降,而E65型和E66型变速梳理精梳机就不会出现上述问题。两种梳理方式落棉比较见表2。

  如表1所示,在E62(111)型恒速梳理精梳机锡林定位工艺为36分度时,钳板闭合定时为34.7分度,锡林第一排针到达钳板钳口下缘时为34.2分度,而钳板在最前位置时的开口量为21mm,显然不能满足锡林第一排针到达钳板钳口下缘时钳板应处于完全闭合状态的梳理工艺要求,而当钳板闭合定时在33.7分度时,始梳点位置仍为34.2分度,所对应的钳板最前位置的开口量则为19.5mm,完全可以满足锡林开始梳理时不被锡林前排针抓走的条件,因此在使用齿面角为111锡林且锡林定位在36分度的情况下,适当减少钳板开口量可减少有效纤维的流失,降低精梳落棉率,提高落棉质量,但开口量也不能太小,否则将导致分离丛过早地脱离顶梳梳针,影响顶梳的梳理效能及分离结合时纤维的抬头,因此钳板的开口量可控制在19.0mm~20mm范围内,若精梳机没有钳板开口控制机构,其开口量可以逐眼调节。笔者认为:分离罗拉顺转定时越迟,其前段倒转量的绝对值越小,分离罗拉倒入机内的棉网长度越短,易满足棉网不被锡林末排针抓走的条件,因此,从降低精梳落棉率,减少有效纤维流失的角度考虑,分离罗拉顺转定时应迟一些,车头内的搭接刻度值应向-2方向调节,以确实减少有效纤维流失。

  1、高速精梳机采用锡林轴瞬时变速技术,将纤维层经过锡林梳理的时间大大缩短,由于锡林开始梳理时间向后推迟而结束时间提早,很好地解决了锡林末排针对分离罗拉倒入机内棉网的干扰问题,使落棉中有效纤维数量极少,锡林定位、钳板闭合定时和分离罗拉顺转定时三项工艺可调范围较大,并不会使有效纤维流失及对精梳落棉质量产生影响,这也正是高效能变速梳理精梳机可节约用棉1%~2%的关键技术之所在。

  2、变速梳理技术的应用,使大齿面角锡林的应用成为可能,国内外新型高品质精梳锡林的齿面角为130,其梳理区增加了44.4%,锡林的总梳点数增加了60%,总梳理点可达4.7万点~6万点,可以更有效地清除短绒和棉结杂质。

  3、锡林变速梳理的加速度大,机器振动大、不利于高速,尤其在非圆齿轮材料选择不当、热处理工艺不佳时,会导致非圆柱椭圆齿轮损坏造成损坏钳板、锡林的现象,甚至会造成锡林轴断裂和齿轮箱损坏等严重机械故障。这也正是国产变速梳理精梳机实际生产速度仍在350钳次/min~380钳次/min水平徘徊的原因。

  4、锡林恒速梳理不产生加速度,具有机器振动小、耗电少、有利于高速的优势,可采用同时兼容齿面角为90和110的锡林托架,大幅度提高梳理效果,增强排除短绒和结杂的能力;可借鉴变速梳理实现高速稳定运行的技术措施,实现进一步的改进和优化,其车速有望突破600钳次/min。

  5、锡林恒速梳理区间较大,使锡林定位、钳板闭合定时及分离罗拉顺转定时工艺参数调整的空间相对较小,如果这三项工艺调节不当,往往会造成落棉率增加及大量有效可纺纤维的流失,增加纺纱成本。因此,恒速梳理精梳机没有节棉的优势。精梳机变速梳理技术仍然是精梳机生产厂商今后的重点研究和发展方向。


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