论棉纺高效工艺技术

1、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。要实现高速奇产，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， 棉纺离效工艺技术，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

2、儿所谈的棉纺高效工艺技术定义为： 首先，要配苣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，在髙速状态下，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，亳无意义的髙速。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 特立的技术装备，制泄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，生产岀符合客户需要质量的产品，同时，确保装备有稳左的产能，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、

3、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左运转，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、生产岀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、在髙速髙产情况下，电机运转负荷波动大；针对特左的装备，如果车速过高， 装备在超负荷状态下运转，电机的输岀功率不是最好的，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，电机始终在髙温下作业，使用寿命

4、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

5、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.

6、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，釆用仿制和方式，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

7、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，就某些特立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

8、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、 崭酬体系及人员外流，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而。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，

9、致使产品质量得不 到保证，机物料消耗也大，劳资双方矛盾突岀。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计干。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

10、，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 力得到了提髙。 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，务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

11、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 的半制品左量，实现完美的高产。但是，髙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，高速髙产适得其反，企业产生不了应有的效益。 4.1在渭梳联流程中，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岀后受到尘棒 的阻击作用而开松。在髙速状态时，到底会怎么样呢？ GJ 首先

12、，假设被握持喂给的纤维层在接受打击时的速度为V,打手接触纤维层时的速度 为V2,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，苴呱长为 C,打手的角速度为3,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= 总=等，则纤维块从纤维层上分离下来过程中所受到打手 GJ0C503r孑 亍 的作用力为F,有F=m(V2-Vl)/At = m(V2-V1)V2/cRo可以认为，cR为一个常 数，则随着打手转速成的提髙，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 CJGJ 度的乘积成正比。而设纤维块与纤维层之间的联系力为f,则F与f两者间的关系有如下 三种

13、情况： GJ 第一，当F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F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F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

14、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 GJ 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F ,有 BGJG5， F=m(V2-Vi)/At = m(V2-V1)V2/cR.故，在髙速时，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，

15、其弧长为C,打手的角速度为， GJGJ 打手臂长为R.原纤维块飞行的速度为V3,打手抓住纤维后的速度为V-其速度差为 AV加速所需时间为4，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 F ,有=mav-, m(v4-V3)v；,当F大于纤维之间的联系力时，纤维块被开 tcR GJ 松，甚至被解体；当F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 GJ 产中，往往F较大，对纤维表而冲击作用较大，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

16、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。 皮辘、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，表而纺纱性能恶化，导

17、致粘滞严重，粘花、绕花严重。因此，在髙温季节，要 做好降温工作外，要制订合适的加压量，确保皮馄、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,后罗拉钳口的输入速度为V 入，则V ,v.=V hj/Eo再设浮游纤维加速头端加速时，其产生的冲量I=M (V -V *;) =MV (E-l) /Eo因此，当牵伸装宜提髙车速时，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，能对其周国联系较大的 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 周国未

18、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濟梳工序打手髙速，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，也能实现一泄有效的除杂，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，不见纤维层积聚大疑杂质。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淸梳

19、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 ooo V? 出来后，貝运动速度为V2,圆周运动半径为R，则离心力为f，有f = m：纤维块 R 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T ,有 a gj osVi 1B GJ T=pF=p 。当fT时，纤维块很快滑脱打手，并远离而去；当fT时， At 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朿，逐 步恢复变形，其对打手的压力逐渐变小，然而，迎而而来的运动空气阻力却较大，使得纤 维块滑脱的阻

20、力较大，加之打手经过尘格区域的时间极短，故英很难脱离打手。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，对于特立的高速度旋转的 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。当髙速喂入时，为

21、提髙除杂效果， 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 层凝聚到尘笼表而后，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疋。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

22、效除杂。 4.5各工序定呈对高效工艺实现的影响 各工序半制品的龙量的确怎，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左量和细纱牵伸。 纺纱线密度 年代 粗纱特数 末并定虽： 生条定址 精条定虽 条卷定虽 细纱牵伸 Tex g/5m g/5m g/5m g/m 倍 19.5 早年 583 24.29 24.29 24.29 64 29.0 2000 850 27 27 24.5 75 43.59 14.5 T 486 20.82 20.82 20.82 60 33.51 2000 740 27 27 24.5 75 51.03 10 早年 486 18.2

23、2 18.22 20.82 60 4&6 2000 590 24.5 27 22.5 75 59.() 6 233 16.2 16.20 18.22 56 38.83 2000 420 21 27 21.0 65 70.0 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

24、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，实现粗纱机髙效是比较有效的、可靠的，这样对提髙粗纱的质 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

25、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。属于髙速高产，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、盖板两针而负荷的相对合理时，英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、盖板两针而的纤维负荷，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，

26、必须考虑针齿容纳纤维的能力，苴两针而的纤维负荷， 否则，既影响梳棉机的梳理质量，又要产生大疑棉结。 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，纤维从一针而惯性漂浮的距离、时间都缩短，同时，锡林髙速时动平衡 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）淸梳联技术中，要实现损伤纤维少、轻，必须采取薄喂、适当减小打手转速。 2）要实现淸梳的有效除杂，必须控制各开松打手的速度，使英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