本文作者对高产梳棉机盖板反转,减少盖板根数提出了全新的梳理理论;否定前后固定盖板的“自洁”作用,认为是“接触分梳”分梳有限,不能替代回转盖板;棉网清洁器除吸除短绒,尘屑外,对周边气流、气压产生影响,应予防范。希能引起梳理学者的关注和研究,推动梳理理论的提升。

0 前言
近代棉纺梳棉机向高产方面的发展已有长足的进步。梳棉机的结构和梳理方式也作了许多创新。例如机械的部件与结构如何适应高速运转,增加刺辊部分分梳及除杂的能力,盖板反转并减少盖板根数,增加前后固定盖板和清洁器等等。在这些改变或革新中提出了一些工艺理论问题,例如盖板反转对梳理作用有何影响,减少盖板根数是否合理,过去在正转时增加盖板根数是否多余或者是一种错误,有的认为时代的趋势是取消回转盖板,增加固定盖板。也有认为固定盖板仅是辅助分梳,不能替代盖板锡林间的“主梳”作用[3],不同的观点集中到一点是对回转盖板和固定盖板的作用认识不一致。

1 盖板反转时的梳理作用
作者在上文[1]中对盖板正转时的梳理作用与纤维运动提出了新的见解,即盖板有吸收和释放纤维与纤维束的功能,从而在锡林盖板区将纤维和纤维束以转移分梳和接触分梳两种分梳的形式使纤维之间及与杂质间产生分离运动而完成梳理的目的。盖板梳理这种基本作用,在盖板反转时,仍然存在。因为盖板与锡林没有结构上本质的变化,仅仅是运动方式的改变。所以盖板反转时,纤维和纤维束的运动随之发生改变。

首先,盖板针间纤维充填的情况有了改变。后区盖板充填的纤维层负荷比较大,前区进口处的盖板负荷较小。但除进口的几根外,前中区盖板负荷也不会轻,因为盖板与锡林的速比有数千倍,假定盖板反转的速度为100 mm/min,则盖板走过全程的时间约为10 min。台时产量40 kg,每分钟为0.67 kg,故盖板走过工作区全程所处理的纤维量约为6.7 kg。而30根盖板的总纤维量不过50 g左右,相差悬殊,盖板充填的情况可想而知。

其次,从锡林盖板间纤维的运动来观察就与正转时大不相同了。设中间某一盖板,由于纤维层弹性回复力的作用,使喂入后充填在该盖板表面的纤维或纤维束向下运动,受到锡林高速针齿的分梳,转移到锡林上。即所谓转移分梳。然后由于锡林回转时的离心力使该纤维(束)的尾端翘起与前方盖板接触进行接触分梳。设纤维(束)自由端翘起e的距离才能与盖板接触。则需要的时间t为:

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在这个时间内,纤维(束)在锡林上被带走的切向距离为:

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式中,r为锡林半经,ω为角速度。
设e=0.5 mm,r=645 mm ,则S=26 mm。
S与纤维或纤维束的重量无关。

所以锡林上纤维(束)再度与盖板接触至少跨过一根盖板,即所谓跳跃式的。如果考虑锡林针齿的摩擦力以及纤维(束)可能深入针齿,则还会跳得更远。因而从运动学角度分析,在正转时纤维在盖板工作区的运动是交错式向前运动。但在盖板反转时,变成向后——向下转移到锡林再跳跃式向前与前方盖板接触分梳,部分移到盖板上纤维(束)又向后运动,故成为返回螺旋式回旋运动。这种运动无疑使盖板发挥了更多作用,30根盖板可抵上五六十根盖板的作用,而且纤维在工作区梳理的时间也延长了。因此盖板倒转改变了纤维(束)运动的方式,加强了锡林盖板工作区的梳理作用,创造了减少盖板根数的客观条件。另一方面,刺辊部分增加分梳板,以及后固定盖板也使锡林盖板梳理区的梳理负荷减轻。

但盖板反转后,中后区盖板的梳理负荷加重。喂入纤维和纤维束的一部分在进入工作区经分梳后移向盖板的那些纤维(束)很快走出工作区成为落棉,因而在相同的盖板速度下,盖板花落棉是增加的。有的研究人员以梳理力测试数据,第1根盖板处测得棉束为146只,第7根处棉束仅6只,因而认为经过后区7根盖板的梳理即解决了棉束的95%。这是一种误解,因为棉束的减少并不一定是已经被7根盖板分梳成单纤维,那是不可能的。一个小棉束1 mg也有150~200根纤维。7根盖板只可能有2~3次接触分梳,不可能就分梳成单纤维,而恰恰证明棉束已大部分被充塞或吸收到后7根盖板中了。所以根据上述棉束分析来说明盖板根数可以大大减少的论点是不能成立的。

高产时梳理负荷增加,锡林每转所处理的纤维量增多,因而盖板上纤维负荷也有所增加。后区的盖板经过工作区全程后,负荷更重,须释放纤维,但喂入的纤维(束)要求它们收纳纤维(束),因而在交错的矛盾中容易造成纤维(束)的缭乱而形成棉结疵点。但因很快被走出工作区的盖板带走,前方又有棉网清洁器,故未能在棉网中表现出来,但在一些试验数据中[4]有所显示,即盖板根数多时,反转增加棉结。

盖板反转时其运行的速度对梳理作用的影响与正转时不同。反转时盖板速度低,则纤维在工作区上下交替时回程少了,纤维(束)被梳理时间短。盖板速度快,纤维向后退的回程就长,停留在工作区被梳理的时间也就长,梳理作用增加。在一定的临界速度时,部分纤维会一直回旋在锡林盖板间出不去。因此盖板反转时,速度过快,会使棉结增多,盖板落棉也多,是很不利的。

有的作者[7]把特吕茨勒公司资料中盖板30根,速度每分钟120 mm作为标准,提出盖板全程运行时间9 min为标准梳理时间。从前面的分析可见是把梳理过程简单化了,因而是不确当的。盖板运行工作全程的时间并非是梳理时间。每一纤维或纤维束在工作区梳理时间比盖板工作全程的时间要快得多。在盖板工作运行全程中,锡林盖板区要通过或处理好几千克的纤维,不能让这几千克的纤维(束)都挤在工作区。由于纤维(束)在工作区运动的复杂性,难以计算被梳理的时间,但可以计算在工作全程中处理纤维(束)的重量。 见表1。

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从表1中看出,在各种产量,速度的情况下,盖板工作全程处理的纤维量从3 kg增至4~5 kg。前述10 min的例子中,以产量40 kg/h计,达到6.7公斤。实际上,盖板全过程工作时间是盖板上纤维层工作的时间,纤维层不断抓取与释放纤维(束)进行转移分梳。只要不丧失弹性回复力,它可以一直工作下去,含杂率也可以高一些。表1中在低产时,盖板全程工作时间也有10~18 min,可见问题不在于全程工作时间。

表1中比较有意义的指标是锡林每转所处理的纤维量ε,多数是1.3~1.67 g。这个数值接近於在锡林表面布满一层纤维的重量。

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表2中棉纤维每克根数为2×105,平均长度25 mm,锡林上有返回负荷,故不止一层纤维,但表面这一层纤维是喂入而能处理好的。以此作为加工棉纤维的正常数量,则可以推算锡林相应转速为:

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式中:P为台时产量 kg;ε为锡林每转加工纤维量(g)。
16.67由下式得出:
P(kg/h)=1000 g/60 min=16.67 g/min

在高产时,锡林转速过高会有损伤纤维的问题。例如有的[6]报道锡林500 r/min时,短绒增多。但在梳理力测试中[4]以1 mg棉束150~200根纤维计,最大脉冲梳理力每根纤维不到1 g。锡林速度增大时,脉冲最大梳理力也并未相应增大。所以损伤问题有待进一步研究;例如是否是锯齿棱边损伤。但在高产时,可以选择较低速度为宜。有的厂在20 kg产量时锡林转速选用360 r/min,ε=0.9 g偏低。

2 固定盖板的作用
增加前后固定盖板及相应的棉网清洁器是高产梳棉机主要措施之一已是定论,但对作用的机理和程度及增加的根数仍有很多分歧。根本原因认为是对固定盖板作用的理解不同,各厂的产量和品种不一。

有的认为[5]固定盖板有“自洁”作用,并引用了力的分析。但分析中有向外的U力,是不准确的,因为固定盖板没有离心力产生,也没有纤维层的弹性回复力,因此没有向外的力,而因为锡林上纤维的离心力和纤维层的回复力产生向固定盖板齿尖的力。

因此,纤维(束)与固定盖板锯齿作用时,部分被齿尖抓取,产生分梳作用。如果产生“自洁”作用时,就没有分梳。倒齿盖板成剥取配置,也没有分梳作用。任何剥取作用,包括刺辊向锡林转移的剥取,以及三刺辊之间,都没有分梳作用,只能将纤维束之间的距离拉开。剥取的力总是小于分离纤维束的力。在固定盖板齿尖上的纤维(束)被锡林上后继的许多纤维碰撞,或缠绕所带走。“自洁”是不可能的。

固定盖板的分梳作用,是接触分梳,因此基本上是一次分梳。由于隔距收小而使后继的固定盖板也产生接触分梳。隔距收小(1/1000)in,差不多是增加一根纤维的接触空间。纤维束从固定盖板分梳后离开盖板时有向锡林表面方向的运动分量,因而也难以与后一盖板相接触,分梳作用是有限的。对这方面的论述文献[8]早有报道。因而用固定盖板代替全部回转盖板的论点是没有根据的。

在应用固定盖板的实践中对后固定盖板提供预分梳作用的同时,有损伤纤维的报道,不宜使隔距较小。但另一方面也可以考虑改用梳针盖板,特别在高速高产时,避免锯齿的棱角损伤纤维[9]。

安装固定盖板后,对锡林的气流有较多影响。在后罩板下方,三角区空间大,后罩板下端隔距大于后固定盖板隔距,气压增高。增设棉网清洁器有利于消除刺辊回花,并将刺辊输向锡林纤维流中带有的杂质尘屑吸去,也避免后固定盖板将大杂质破裂,减轻盖板除杂的负担。在后上罩板部分,因上口隔距比固定盖板隔距大,故形成低气压,但从上口到回转盖板,隔距又收小,气压升高,因而在此处有涡流出现,影响后上罩板的功能。前固定盖板在前上罩板处的隔距小于上口隔距故形成较高气压,出现上口喷花。改进方法是减小上口隔距,也可增设棉网清洁器。可以先设置倒齿盖板阻止可能的喷花中纤维散失并将纤维剥下。然后设置进风与吸风道,在锡林表面一小段弧度上形成吸风气流将略高于锡林表面浮动的疵点尘屑等,由沿除尘刀的气流吸走。部分纤维棉结是在气流附面层中运动,须防止好纤维的吸走散失。此处棉网清洁器吸走的,不是前固定盖板分梳出来的结杂而是锡林盖板工作区输出纤维流中的结杂短绒。在前下罩板至道夫的三角区,气流离开前固定盖板小隔距后,间隙放大,气压降低。原来道夫罩盖有气流溢出,现可消除。到道夫转移点时,隔距减小,气压还原。

纤维从锡林向道夫转移时,因为是分梳转移,纤维在转移点会发生弯钩方向的转换。伸直度因而也会改变。所以前固定盖板的目的并非增加棉网中纤维的伸直度。纤维在锡林盖板间分梳时,难免有重叠的现象,尤其在走出梳理区时,大多是由前区盖板转移并与锡林上已有纤维合起来向道夫输出。盖板反转时,向道夫输出的纤维更是近中区的盖板向锡林转移的纤维与锡林上纤维合起来输出。因为反转时,前区的盖板头几根还没有纤维层,没有向锡林转移的纤维。所以从工作区输向道夫的单纤维流中难免有重叠纠缠的单纤维小须丛。这些小须丛直接到道夫转移时,由于弯钩方向的转换和速度突然降低,产生很大的充塞力,容易揉成棉结,不利于棉网质量。前固定盖板可以将这些松散而纠缠的重叠的纤维丛再次分离,进一步单纤维化,并使其顺利向道夫转移。所以单装前固定盖板使生条棉结显著减少[11,12]。此处纤维是从锡林盖板工作区小隔距的条件下走出,大多被锡林针齿握持,所以要发挥上述作用,相互隔距就不能较大。过小也会使附面层气流中纤维缭乱并使其产生不正常的间歇充塞而损害其作用,产生棉网质量的波动。

3 结论
(1)盖板反转时,锡林盖板间两种基本分梳作用,即转移分梳和接触分梳仍不变,但纤维(束)的运动呈反向回旋前进方式。这种反向回旋运动增加了盖板的分梳作用,从而提供减少盖板根数的条件。

(2)盖板反转时,其运行速度对分梳作用的影响与正转时不同。盖板速度低则纤维(束)在盖板工作区梳理的时间短,反之则梳理作用强。

(3)高产时,锡林每转加工的纤维量以布满锡林针齿表面一层的纤维量为宜,纺棉时约在1.2~1.6 g之间,随纤维长度和齿密而异。因此锡林转速应相适应。过高的锡林转速会有损伤纤维的可能。

(4)固定板的作用中,有分梳必有纤维(束)向固定盖板转移,不能“自洁”。任何剥取均无分梳作用。依靠针齿光洁,工作角大,由锡林上后继的很多纤维(束)将留在固定盖板上的纤维(束)带走。因此作用是随机的,不稳定的。没有纤维的吸放功能,也就没有均匀作用。

前固定盖板的主要作用是将从盖板梳理区走出的重叠纠缠的单纤维须丛再度分离成单纤维化,并使其顺利向道夫转移;否则,由于道夫转移点纤维改变弯钩方向,同时两针面速比大,转移时因动量变化使纤维与锯齿间产生较大冲力而容易使须丛扭结压紧成为棉结。

(5)加装固定盖板后,锡林气流发生变化,须防范对纤维运动的不利影响。

参考文献:
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作者: 张文赓(东华大学)

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