馮喜奎、王雪峰/鄭州科技學院機械工程學院 鄭凱旋/恆天重工股份有限公司
0前言
隨著“中國製造2025”國家戰略的推進，高端裝備製造和升級越來越受到人們的關注，中國紡織業也進入了結構調整、產業升級的新階段。要走出困境，必須提高裝備水平、創新生產模式，提升產品檔次和水平。發展自動化、數字化、智能化生產線是我國製造業也是紡機業今後的發展方向，梳棉機是紡織裝備科技水平的標誌性設備，梳理針布作為梳棉機的心臟，為其高效、智能工作提供強有力保障。而隨著梳理裝備技術研究的進展，附加分梳對高產、高效梳理的作用與貢獻越來越受到人們的關注，附加分梳延伸纖維路徑，擴大梳理作用區，細化區域功能組合，不但增加臺時產量，且顯著提高棉網和成紗品質。附加分梳的核心是分梳板的針布，它的設計、優化及創新對梳棉機整機功效提升至關重要。
1.附加分梳板針布現狀
伴隨著梳理技術的發展，自上世紀90年代起進口及國產新型高產梳棉機不斷湧現，新型高產梳棉機在追求高產的同時，更加關注棉網及成紗質量，普遍採用擴大梳理面的措施：在刺輥部位加裝預分梳板，在活動蓋板前後兩側加裝固定蓋板，增加分梳和除雜，確保足夠的梳理度，同時提高梳棉機的一次分梳能力，改善棉網及成紗質量［1~3］。進口梳棉機附加分梳元件的更換、國產新型梳棉機附加分梳元件配套、老型梳棉機的附加分梳元件改造形成了一個巨大的市場需求。
經歷了二十多年的不懈努力，特別是近十年對國外先進梳理主機的研究和借鑑，國產附加分梳元件作為高端器材,在品種、規格、質量性能等方面有了顯著提高，再加上國產分梳板有成本和價格優勢，逐步形成了與國外名牌（如Trützschler、Graf）分庭抗爭的局面［4］。但高端梳棉機配用國產附加分梳元件的比例仍然較低，國產附加分梳元件在製造精度、使用壽命、設計創新等方面與國外一流品牌尚存在一定差距。
2.附加分梳板針布設計
2.1附加分梳板針布設計要則
2.1.1分區段、巧對應
附加分梳在梳棉機上跨度大，配置在三個不同工作區間：刺輥預分梳區、後固定蓋板區、前固定蓋板區，由於在不同區間及同一區間的不同位置所處理纖維的狀態不同，針布具體承擔的任務不同，針布應具有的梳理特性也截然不同，需要作針對性的特殊設計［5、6］，其變化規律是伴隨著纖維束的細化、分解、順直，針布的齒距和齒深減小、齒密增大。
2.1.2小角度、大容量
分梳板齒體處於內弧面,在錫林或刺輥離心力作用下纖維層極易向齒底沉積，影響梳理效果，小角度（小α—齒前面與底面垂線之間夾角）有利於將纖維調控在上齒區。
在刺輥預分梳及後固定蓋板工作區間，纖維層中以較大束狀為主，且混雜較大破籽雜質，束狀纖維的鬆解、細化，雜質的剝離、破碎，都要求提供足夠的空間，同時大的齒隙容量能保障良好的釋放性能，可有效避免充塞及嵌雜的發生。對前固定蓋板來說，來自迴轉蓋板區的纖維流不會因齒隙容量驟減（迴轉彈性蓋板的齒隙容量比金屬針布要大得多），而影響精細分梳和整理分梳的效果。
2.1.3高自潔、免維護
附加分梳被固定封裝在工作位置上，其狀態無法觀測，維護及檢查也十分不便，要求其自潔能力強（不掛花、不嵌雜）、檢修週期長、免維護。
採取小角度（小α）、楔形齒截面、錯位排齒、較大齒夾角、圓弧形齒底、加大過渡圓弧等設計特點，保障對纖維的有效釋放，最大限度地避免掛花及嵌雜的發生。
2.1.4高耐磨、長壽命
由於刺輥梳理作用區預分梳板總齒數遠少於刺輥，錫林~蓋板梳理作用區工作蓋板（迴轉加固定）的總齒數遠少於錫林，故梳理作用中分梳板的磨耗要大得多，產品壽命週期的匹配要求附加分梳板具有高耐磨、長壽命特性。
應採用高碳細晶鋼、合金鋼材質，特殊熱處理工藝，高耐磨齒形設計等措施，確保產品具有較高的纖維梳理量［7］。
2.1.5佈局好、分梳強
在附加分梳的各區段，通過不同規格針布的設置與佈局，強化與對應梳理元件針齒面的協同作用，使纖維層處於恰當的梳理條件之下，最終獲得增強的分梳效果。
2.2產品分類細化
與傳統梳棉機不同，新型梳棉機大量採用了新技術和新材料，設備造價高，具有高速、高效、高針對性的特點。附加分梳依附於主分梳，依據梳理主機梳理特性的不同需要應具有針對性的針布配置，以保障梳理過程的高效和產品的高品質。為此作者認為附加分梳板針布應細化產品類別，逐步形成以下品類。
2.2.1通用型分梳板針布
適用於中、低端具有附加分梳的梳棉機配套，與老型梳棉機做附加分梳改造相配套。適用於紡織企業生產中在棉和棉型化纖之間經常變更，對針布通用性有一定要求的梳棉機。
2.2.2高耐磨型分梳板針布
適用於高檔清梳聯生產線配套的梳棉機。高檔設備投資大，要求設備的開臺率高、維護週期長，梳理器材耐用、壽命長，需要配用高耐磨、長壽命的針布。應採用優質的合金鋼，採取特殊的熱處理等強化工藝，對齒形作高耐磨設計。
2.2.3高速高產型分梳板針布
適用於高速、高產梳棉機。梳棉機車速高使離心力加大，需減小針布前角；高產條件下，梳理強度高，需要足夠高的齒密來應對；高負荷強分梳條件下要求針布具有高耐磨、長壽命特質，應採用優質的合金鋼，採取特殊的熱處理等強化工藝，對齒形做高耐磨設計。
2.2.4化纖型分梳板針布
適用於純化纖或以化纖為主的混紡，以小角度（小α）、大齒隙設計應對化纖梳理中因靜電而纏繞及糊齒的現象。
2.3齒形設計
針布作用於纖維時，所表現的效能包括對纖維的穿刺、吸納、握持、均混、分梳、釋放、轉移等，隨針布所服務的梳理機型特點、纖維種類、工藝配置、紡紗產品、包覆或固裝工作部位等的不同，其效能的突出和強化不同，就形成了不同類別、不同齒形、規格眾多的各型針布產品。就針布產品的齒形而言，在滿足沖模加工和衝齒工序要求的前提條件下，可以有廣闊的設計空間。
2.3.1直線負角大容量齒形設計
較大規格的附加分梳板針布相對於刺輥針布而言齒深要淺些，設計成直齒齒形時，齒前面前角直線部分過淺，對纖維的容持空間不足，應設計成負角前面，並適當減小齒尖角（大約40°），增大齒體空間面積（在齒深平面區域內無齒體的空間~齒空遠大於有齒體的空間~齒體），形成直線負角前面大容量齒形，如圖1所示。
圖1 直線負角大容量齒形設計
2.3.2高耐磨慢衰退齒形設計
當為直齒齒尖時，齒尖角設計得過小，有兩大缺陷，一是齒尖強度不足易掉尖（崩尖），二是齒尖部體積容量小，儲備的供磨損的材料不足。加大齒尖角又影響鋒利度且齒空容量下降。
高耐磨慢衰退齒形如圖2所示，在較小齒尖角的負角前面齒形基礎上優化齒形，將齒前面靠近齒尖部（直線部分的三分之一）角度加大（α約8°），齒背靠近齒尖處設計成弧形（弧尖），α角是針布的主要技術參數，影響對纖維的握持與釋放，僅在齒尖部小區域加大α角，對全齒深纖維流層的握持與釋放不會造成大的影響。
此設計方案的優越性表現在三個主要方面：一是既採用了較小齒尖角，獲得較大的齒空容量，又增加了齒尖強度，抑制掉尖發生；二是有效地增加了齒尖區域可用磨損體積，為梳理磨損儲備下較多的材料，可明顯提高齒體的耐磨性和壽命［7］；三是可有效減慢針布的衰退。齒體的衰退突出表現在三個方面：齒高變矮、齒尖及稜角圓鈍、形態“走形”。
圖2所示的齒形設計可以減緩齒高變矮，尤其是對減緩齒形衰退將有所作為，觀察針布齒體的磨損可知，磨損極不均勻，越靠近齒尖磨損越快，伴隨著齒體磨損，α角在逐漸變小，纖維的握持逐漸不足，而釋放及滑脫在加劇，梳理功效逐漸衰退。當採用齒尖區加大α角並做弧頂設計時，在高耐磨慢衰退的預期方面會有不俗的表現。
圖3是兩種齒形齒體磨損衰退的比對示意圖，在齒體的早期及中期磨損中，齒尖部優化的齒體以特別增加的齒體材料抵消了齒體磨損，齒高矮縮變慢，特別是α角的衰變大大減緩，有效保持齒體形態，為取得較好的梳理效果創造條件。
圖2 高耐磨慢衰退齒形設計
圖3 針布齒體磨損衰退比對
2.3.3直線負角弧背齒形設計
弧背形設計使齒尖區域強度加大，不易掉尖，針齒齒尖角減小，形成較大齒空容量；同時弧形齒頂耐磨性優於直齒，可有效增加梳理壽命。
圖4 直線負角弧背齒形設計
2.3.4其它齒形設計
直齒齒形，直齒平底齒形，直線負角平底齒形等。
2.4刺輥預分梳板針布設計
刺輥預分梳板的任務是開松和分解粗大棉束、剝離籽殼、細化雜質，工作中針齒受力強度高且不均衡，雜質、粉塵對針齒的磨耗極大，應作如下設計。
2.4.1稀齒密
齒密與刺輥齒條匹配，可接近但一般不高於刺輥齒條。Trützschler設置齒密為78、90齒/（25.4mm）2，Graf齒密設置為40、60、90齒/（25.4mm）2；鑑於預分梳板針布製造及應用日臻成熟及國內企業已形成的共識，作者推薦60、90、120齒密系列。縱向齒距3.2~5.6 mm，橫向可以隔距片作密度調整。α角5°~－5°，刺輥轉速越高α角越小，纖維靜電越高α角越小。
2.4.2大容量
橫向間距大形成寬鬆纖維通道，縱向大齒空，使齒板具有足夠的纖維容量。齒形設計為直線負角大容量齒形，或直線負角弧背齒形、直線負角平底等齒形。
稀齒密與大容量的融合力圖產生對粗大纖維團束的握而不塞、釋放自如的效果。
2.4.3高耐磨
除了材質和淬火工藝保障之外，必要時可施加表面（層）強化措施，齒部形態符合高耐磨設計：齒尖寬可厚於刺輥齒條，並對齒形作高耐磨慢衰退齒形設計。
2.4.4高強度
體現在齒體的高強度和齒板固裝的高強度，以應對強大且不均勻的梳理力。應以較淺的齒深、楔形齒提高齒體強度，齒深在2.2~3.0 mm之間，當齒尖角≤40°時，要作弧形齒頂或弧形齒背設計，以增加齒體強度。
除了上述設計之外可對齒板上的齒段作齒序錯位排列、齒段斜角排列、“V”型排列等，以優化分梳效果。
2.5後固定蓋板針布設計
後固定蓋板是預分梳的推進，為主分梳（迴轉蓋板與錫林）創造條件，進一步開松和分解纖維束，分離雜質和短絨，均混纖維。工作中齒體受力強度仍較大且不夠均衡，應作如下設計。
2.5.1齒密梯增
從上游的刺輥預分梳板到下游的迴轉蓋板，針布的齒密有巨大的跳躍，從預分梳板的60~90 齒/（25.4mm）2至迴轉蓋板400~550齒/（25.4mm）2，用單一齒密規格不利於纖維的漸進梳理，以幾種齒密梯度增加的規格，梳理效果更好，依機型及紗線產品不同，齒密可在90~330 齒/（25.4mm）2所形成的齒密系列中適選一個齒密組合，如：160/270/330。
2.5.2上下銜接
預分梳板具有較大的齒體，植針型迴轉蓋板也有著較大的針高，處於兩者之間的後固定蓋板，其齒體高度及齒密設置都要充分考慮與上下游的銜接，齒高比預分梳漸小,但不可過小，否則會引起纖維流的湧堵，影響梳理效果。可形成齒深在2.2~0.9 mm之間的遞減系列。
2.5.3不充塞、不繞掛
該作用區存在較大束狀纖維,且分佈不均勻，瞬間湧堵時有發生，極易產生充塞繞掛，應以7°~0°設計α角，選擇較大齒空容量的齒體形態，確保對纖維的有效釋放。
以上設計形成了後固定蓋板是一組（三種或兩種規格）齒體尺寸遞減、齒密遞增、分級跨接的分梳板組合［8］。
未完待續
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