超大齿距刺辊针布的设计原理和应用

陆荣生

超大齿距刺辊针布的设计原理和应用

陆荣生

（江苏悦达纺织集团有限公司，江苏 盐城 224055）

介绍了超大齿距刺辊针布柔性分梳的原理。大幅降低纵向针尖距可减少纤维损伤，薄尖可提高穿刺能力，弧齿负底角可加强排杂。在实际生产中应用于细绒棉、差别化纤维，实现了柔性分梳理念，使纱线质量稳定，强力得到明显提高。

超大齿距；刺辊针布；柔性梳理

梳棉机刺辊是梳棉机的主要分梳元件之一，其主要作用是分梳、除杂和转移。实验证明，刺辊梳理作用实现棉束单纤维程度的70%，棉卷中带纤维杂质和棉结去除效率的75%左右，因此，刺辊部分在梳棉工序中排除杂质、降短绒的作用是十分重要的。在实际梳理过程中，由于是握持分梳，合理设计刺辊针布的几何尺寸，减少纤维损伤、加强排杂是柔性分梳高速高产必须解决的问题［1-3］。

1 刺辊分梳度的评价以及柔性分梳原理

1.1 刺棍分梳度的评价分析

刺辊分梳度一般以每根纤维受到的平均作用齿数来表示。

式中：C——每根纤维受到的平均作用齿数；

W——棉层定量（g／m）；

nt——刺辊转速 （r／min）；

V——给棉速度（m／min）；

L——纤维的平均长度（m）；

Tt——纤维平均线密度（tex）；

Z——刺辊表面的总齿数。

Z=Dt×π×b/（ρ×R） （1-2）

式中：Dt——刺辊直径(mm)；

b——刺辊长度(mm)；

ρ——锯条的纵向齿距（mm）；

R——锯条的条距（mm）。

高产梳棉机的刺辊分梳度值一般在0.5～1齿／根纤维之间。从上式中分析，刺辊的分梳度与刺辊转速、刺辊表面总齿数、纤维平均长度、纤维线密度、刺辊直径以及刺辊工作长度（分梳工艺长度）成正比，而与喂入棉层的线密度、给棉罗拉线速度、刺辊锯齿齿距以及刺辊锯条条距成反比［4-5］。公式只是从接触的角度上分析，没有从穿刺的角度上分析。前苏联学者的研究[1]只考虑了影响棉束开松和除杂的主要参数，但没考虑棉卷中的棉束大小、刺辊部分的结构、锯齿倾角以及齿高和齿距的作用。综合公式分析，在产量一定的情况下，实现分梳的重点是齿密和速度。由此，提高刺辊分梳度，增加针布齿密是众多工艺设计时的一项重要课题，但是纤维损伤的负面问题较为突出。

1.2 减少纤维损伤柔性分梳的原理

柔性分梳是相对于纤维损伤程度而言的，重点体现在纤维损伤的程度上，其实质是充分梳理提高平行伸直度和分离度，同时对纤维无伤害或使伤害降低到最小限度。从分梳的理念而言，是贯穿于系统流程的分梳理念；但是就梳理程度而言，重点是以减少握持分梳造成的纤维损伤。

从刺辊分梳原理上分析：锯齿对棉束的作用力由锯齿两侧同棉束间的摩擦阻力与锯齿前工作面同被它分梳的棉束间的摩擦阻力共同组成。刺辊分梳棉层，相邻两锯齿间的棉束，一方面受到压缩，另一方面因纤维的弹性而对锯齿两侧产生一定的压力。当锯齿通过棉束时，这一压力可使纤维与锯齿两侧产生摩擦力。它能使棉束改变位置，顺着锯齿的回转平面平行排列，并可能带动纤维。强分梳的理论是建立在通过齿密、速度和隔距实现纤维与纤维之间的分离。在这种理论的支持指导下，梳开纤维纤维必须承受一定的力，才能满足梳理需求。由此，柔性分梳的核心是在充分梳理纤维、伸直纤维和分离纤维的同时不损伤纤维为理想状态，其关键是纤维所要承受的分梳次数要与齿的密度相适应。

从刺辊分梳纤维受力的角度上分析：作用在纤维上的各力中，梳理力是直接进行梳理的力，其大小可反映梳理的强弱，因而它和梳理、除杂、纤维伸直度均有一定关系［6］。梳理力是由于纤维在被给棉罗拉和给棉板相互握持喂给的同时，接受刺辊针齿穿刺和打击受力情况。当纤维或纤维束与针齿的接触，纤维与针齿、纤维与纤维间的摩擦系数较小以及纤维层的预开松程度较好时，梳理力均会减小。梳理力过小往往不能获得较好的梳理质量；但梳理力过大，也会局部地损伤纤维。因此，在实际工艺设计时，围绕适度控制分梳力，减少纤维损伤的设计较为多见。

综合分析可知，分梳的强与弱、纤维损伤的多与少，是在工艺、设备、流程的开松程度上综合而来。但是，梳棉刺辊后部的分梳在产量、速度、机型、喂入棉卷或筵棉一定的情况下，实现柔性分梳的空间有限，只有从针布的基础设计方面进行研发，才能更有效地实现柔性分梳。

2 超大齿距刺辊针布的设计理念和相关工艺参数

2.1 刺辊针布损伤纤维的机理分析

刺辊针布的作用是预分梳，重点是消除纤维间的横向联系，把纤维小块、小束进一步松解成单根状态，从而去除细小杂质、疵点及部分短纤维。由于梳理的特性是握持分梳，除基础件的控制能力之外，刺辊针布的的密度、刺辊针齿的几何尺寸、针齿角度控制适纺纤维的能力、纤维动态在工作面梳理过程中的运动控制等均是针布损伤纤维的关键。

图1 刺辊针布基本规格示意图

刺辊损伤纤维的机理是：针布密度大，分梳度提高，分梳强度增加，但是超过临界点会造成纤维损伤；刺辊的齿顶面积越大与纤维的接触面积越大，对纤维的开松梳理作用越强，但过大会造成对纤维的损伤，特别是在始梳点握持刺入纤维时，更为明显；刺辊针布的角度小，穿刺能力增加，但是必须与齿顶面积相互结合，如果齿顶面积大，穿刺强会造成纤维损伤，同时角度小释放能力弱，不能完全转移到锡林上，返花同样会造成纤维损伤棉结增加；工作面的设计，齿底深、横向齿尖距小会造成对纤维在横向梳理中的强打击，进而损伤纤维。为减少纤维的损伤必须将针布的纵向齿距拉大，同时又不能影响梳理效果。

2.2 刺辊针布减少损伤纤维的途径

梳棉机在梳理度和梳理强度方面的控制是减少纤维损伤和保证梳理效果的关键点。为了提高梳理强度，刺辊速度有向高速发展的趋势，在高速情况下能够满足分梳度的需要，但是梳理强度又需要速度来完成，两者同时增加会带来对纤维的损伤，此外也要兼顾排杂的功能。

刺辊针布减少纤维损伤的主要途径是：纵向齿距加大，减少纵向冲击始梳点时的损伤；齿密和刺辊速度结合，适度齿密；齿顶面积减少。满足减少刺辊损伤纤维的三个条件：纤维间横向向联系少，纤维弯钩少，纵向接触齿数多。

2.3 超大齿距刺辊设计理念和相关几何尺寸对比

超大齿距刺辊设计理念：齿顶面积减少，增加穿刺能力减少在始梳点的强分梳造成的损伤；纵向齿距加大并且是超常规加大，在横向齿密不变的情况下，横向梳理强度不变，减少纤维横向联系被梳解时的纤维损伤；加强表面光洁度减少毛刺造成的纤维损伤，保证针布的穿刺能力和锋利度。在除杂方面纵向齿加大，本身就是除杂效果增加的一个方面，同时将工作面设计成为负底角，更利于杂质在运动中的抛出，增强了排杂效果。

图2 超大齿距刺辊针布实物图

传统刺辊的设计存在工作角度大、齿深深、分梳握持纤维能力强。但存在损伤纤维、杂质排除困难、成纱疵点多等问题。超大齿距刺辊针布有关工艺尺寸设计：（1）相邻两个齿之间的齿距P由传统的5～7 mm增加到10～12 mm； （2） 齿顶面积L×B凡1.0 mm×0.22 mm改为1.0 mm×0.15 mm； （3） 总高保持不变；（4）夹角保持不变；（5）工作面齿底有圆形齿底设计成为负底齿提高排杂能力。综合以上超大齿距刺辊使得在增大容纳纤维的同时，保证足够的齿距和齿深，达到增强释放、加强落杂、减少小杂嵌塞、增强排杂的效果。这种结构能够加大落杂、减少小杂嵌塞和纤维损伤。具体实物图见图2，原刺辊针布设计图见图3，具体的几何尺寸对比见表1。

由表2可知：超大齿距刺辊在相同的梳理条件

图3 传统刺辊设计图

表1 超大齿距刺辊针布与传统刺辊针布几何尺寸对比

3 超大齿距刺辊在实践中的应用体会

3.1 超大齿距刺辊在细绒棉中的应用效果

刺辊型号：AT5610×1211；原料为328B细绒棉，含杂率1.6%，长度28.3 mm，强力29 cN；FA231梳棉机主要工艺参数：锡林速度360 r/min，刺辊速度710 r/min，出条速度100 m/min，品种：CJ14.6 tex。具体使用效果见表2。下，提高穿刺能力，保护了纤维，在稳定质量的同时，提高了成纱强力。

表2 超大齿距刺辊细绒棉应用质量对比 品种：CJ14.6tex

3.2 超大齿距刺辊在纤维素纤维上的应用效果

刺辊型号：AT5610×1211，原料为粘胶纤维，R1.33×38 mm;机型FA201，主要工艺参数：锡林速度330 r/min，刺辊速度780 r/min，出条速度90 m/min，品种RSJ14.8 tex。具体指标见表3。

表3 超大齿距刺辊细绒棉应用质量对比 品种：R14.8tex

由表3可知：粘胶纤维强力偏低，在梳理时极易造成纤维损伤，采用超大齿距刺辊针布，通过纵向齿距拉大实现了对纤维的保护，保证质量稳定，强力提高。

4 结语

超大齿距刺辊针布设计的原理是：在针布设计上纵向针尖距采取超出常规的增加，以薄尖弧齿大齿距为基础，提高穿刺能力减少纤维损伤；具体采取几何尺寸纵向由5.6 mm增加到12 mm，齿尖厚度由0.22 mm减少到0.15 mm，齿形采用负底角设计梳理排杂以及减少纤维损伤兼顾；实践中应用于细绒棉、差别化纤维，实现质量稳定的同时，明显提高纱线强力。

［1］ （苏） И.Г.鲍尔茹诺夫，著.梅自强，译.棉与化纤纺纱工程（上册） ［M］.北京：纺织工业出版社，1989：90-96.

［2］LAWRENCEC，著.郭昕，高丽丽，译.刺辊部分的开松作用及锡林-盖板间的梳理作用［J］.辽东学院学报（自然科学版），2016，23(1)：11-15.

［3］孙鹏子.高产梳棉机工艺技术理论的研究 ［M］.上海：东华大学出版社，2002：20-26.

［4］费青.梳理针布的工艺特性制造和使用 ［M］.北京：中国纺织出版社，2007：460-480.

［5］张曙光，耿玉琴，张治，等.现代棉纺技术［M］.上海：东华大学出版社，2012：112-119.

［6］费青.高产梳棉机提高除杂作用的研究与分析［J］.棉纺织技术，2007，35(8)：1-5.

Design principle and application of taker-in clothing with oversized tooth pitch

LU Rong-sheng
（Jiangsu Ydtex Group，Ltd，Yancheng 224055，China）

The soft carding mechanism of taker-in clothing with oversized tooth pitch is introduced.By greatly reducing the longitudinal needle point distance,the fiber can be less damaged.The thin tips can improve the impalement ability of the clothing.The minus base angle of the curved tooth can help to remove the impurities.The practical results on carding fine staple cotton and differential fiber show that this clothing can fulfill the soft carding,and theyarn quality isstable and itsstrength isimproved remarkably.

oversized tooth pitch；taker-in clothing；soft carding

TS103.22

A

1673-4939（2017）04-0235-04

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.04.02

2017-05-23

陆荣生（1967—），男，江苏盐城人，高级工程师，研究方向：新型纺纱和梳理工艺。

（责任编辑：鞠衍清）