新型清梳联开清工序设备关键技术进步和创新分析（上）（紧接上期）
三、开棉机关键技术进步和创新分析
3.1 开棉机发展存在的问题
开棉机是将喂入的原料进行充分、细致的分解，进一步提高纤维原料的分离度，同时在开松打手、尘棒及气流的作用下，排除原料中的杂质，主要功能是开松、除杂。原则：高效除杂的同时作用柔和，大杂被剔除而不破碎，除杂效率达到30%左右。
开棉机主要形式有三种：自由打击开棉机，非握持下进行打击开松的自由打击开棉机，主要有双轴流、单轴流、多辊筒、直线打手棉流四种开棉机；握持打击开棉机，在握持机构控制下进行打击开松的握持打击开棉机，主要有豪猪开棉机、梳针打手开棉机；混开棉机，利用混棉机和开棉机的作用和特点制成的棉箱设备，具有初步混合、自由开松和除杂作用，主要有开棉机打手和自动混棉结合的混开棉、开棉机打手与多仓混合的混开棉机。目前开棉机发展方向高效除杂、柔和开松、减少损伤、增加混合为结合的效果，以单轴流开棉机配置无动力凝棉器为主流。
开棉机存在的问题：除杂效率低，达不到35%；开松不足，纤维沿轴流运动，在无握持状态下反转揉搓，棉结增长率200%；纤维损伤大，在握持打击状态下短绒增长率大于3.5%。
3.2 开棉机（预清棉机）关键技术进步和创新分析
3.2.1 提高开棉质量的关键技术措施
（1）新型开棉打手形式减少棉束体积
采用圆棒打手设计，对纤维作用更加柔和，打手速度变频控制，在高效清洁的同时能很好保护纤维，在实际生产中可以做到短绒不增长。纤维受两只角钉辊筒自由打击，开松柔和，纤维损伤小。打手和尘棒组合，自由打击，避免损伤，以梳代打，细微开松，以利除杂；握持开松，不损伤纤维。采用V形角钉富有弹性，开松柔和充分，除杂效率高。简单的开棉变成开棉和梳理相互结合，减少角钉高度，在每组尘棒入口处设一排梳针，与打手表面共同作用，可以将喂入的较大纤维束分解成多个较小的纤维束，提高开松效率，具体见图10。进棉口为为V形曲线，出棉口为矩形刀片，柔和打击，自由开松，纤维损伤少，开松效果好。
（2）加大打手直径减少绕花
传统开棉机打手直径一般为400mm-600mm,新型开棉机打手直径增加为600-750mm,增加打手直径，提高抓取纤维的梳理，增加对筵棉的工作面积，减少绕花。打手直径增加，相应增加尘棒梳理，延长清洁区域长度，棉束在渐进开松过程中与尘棒相互作用，被清洁次数增加，相比传统双轴流预清棉机，清洁效率大幅度提升。
（3）增加打手角钉密度提高开松效果
增加打手角钉密度，降低其高度，控制棉块沉入角度底部，减少返花提高开松转移效果。V形角钉稀密对比，见图11-12。
（4）优化开棉输出棉流导流曲线提高开松效果
采用螺旋式的棉流，延长棉流轴向长度的清洁区域，保证最大的开松和清洁程度。开松罗拉两侧分别安装多片导流板，棉束和气流通过导流板被有效引导，棉束在每个开松罗拉轴向上呈螺旋形转动7-14圈，使棉束在不断地开松过程中被尘棒共清洁多次，导流设计见图。四组尘棒隔距可机外手动调节，满足不同的除杂效率要求；不同导流板和打手密度配置，满足不同含杂原料的除杂要求，具体见图13。稀密槽导流板形式见图14-15。
（5）增加尘棒数量提高除杂效率
开松除杂形式采用大直径梳针打手+尘棒结构，开松效果好，保护纤维，适纺中低含杂原棉及化纤。新型开棉机尘棒根数增加到40-64根，数量增加20%，几何结构得到进一步优化，提升了清洁效果。两根开松罗拉不同的速度设定，配合尘棒角度的无级独立调节，可实现不同尺寸和不同含量杂质纤维的有效分离。
（6）提高打手速度利用离心力提高除杂效率
采用提高打手速度，结合梳针和小角钉，增强对棉块的刺入开松效果，同时利用打手本身离心力排除杂质，做到排除而不破碎，提高除杂效率。
（7）优化配置棉箱喂棉减少揉搓
传统皮翼打手凝棉器集棉容易造成，棉流反复揉搓造成的棉结增加。新型开棉机采用集成式空气分离器喂棉，产量可达1600kg/h。空气分离器两侧布满网眼孔，棉流自上而下通过空气分离器在排风负压作用下，棉束反复撞击网眼板，棉束中微尘随棉束在下降过程中从两侧网眼孔被有效排出，实现纤维和微尘、纤维与杂质分离，进入打手室的棉流沿圆周工作面积，只进只出减少在打手室内反转揉搓，提高清除效果控制棉结增长，具体见图16。
（8）优化吸落棉设计提高除杂效率
开棉产量提高后，杂质和落棉量相应增加，新型开棉机将进棉口φ300mm、出棉口直径φ300mm、吸落杂管径φ190mm,增加为进棉口φ350mm、出棉口直径φ350mm、吸落杂管径φ250mm,加大了杂质的集聚能力，提高了除杂效率。
3.2.2 提高开棉产量的关键技术措施
（1）增加幅宽提高产量
传统开棉机幅宽一般在1200mm，新型开棉机增加幅宽到1700mm，有限增加了工作面积，产量大幅提高。
（2）无障碍喂棉提高产量
新型开棉机取消凝棉器，采用集排风和除微尘功能为一体的空气分离器，实现无障碍喂棉。采用更加优化的棉流设计，使得产能大幅度提高，故障率低，同时在打手室内翻滚的概率减少，棉结增长率也得到控制。
（3）增加打手直径和角钉数量提高产量
新型开棉机针对初步开松的筵棉，打手直径增加到700mm,角钉数量增加到200根以上，有效增加了对工作面积和工作角钉，产量得到大幅增加。
（4）增加棉箱高度保证连续喂棉稳定
增加棉箱高度增加了储棉量，采用集成式空气喂棉，在产量提高的同时保证了喂棉的连续稳定性。
3.2.3提高设备运行稳定性技术措施
（1）无动力凝棉机构，没有凝棉器转动的动力消耗，棉束可以携带一定风量进入双开松罗拉，滤尘排风量减少30%，设备运行稳定。
（2）螺旋形的棉流方式，开松罗拉变频控制，使开棉机加工每公斤原料的能耗明显降低。
3.2.4智能化
（1）智能检测落物自动调节
智能化设计落物自检自调，开棉机与抓包机同步生产信号，光学传感器持续实时监测落杂成分，根据杂质和棉花比例的分析，可同时处理两种不同含杂原料，自动切换清洁工艺设定。尘棒的角度可无级独立调整，开松罗拉的速度和尘棒角度，即清洁强度会根据不断变化的进料品种自动进行切换。当处理杂质含量低的品种时，打手速度低，尘棒角度小。相反，当处理杂质含量高的品种时，打手速度高，尘棒角度大。在保证所需清洁效果的同时，确保好棉花损失降至最低。实时视觉监控为机器智能化提供保证，可有效节约用棉量。
（2）落杂自调装置
新型开棉机推杆有伺服电机分别控制各自区域尘棒开口大小，尘棒开口大小可实现无级调节，在机器控制屏上可直接设定尘棒开口大小，从而保证落杂的调整。
四、混棉机关键技术进步和创新分析
4.1 混棉机的发展存在的问题
混棉机是清梳联加工中的重要环节，其作用是将初步开松的原料进行充分混合。混棉机主要有四种形式：横铺直取、多层混合的棉箱混合，预混设备角钉和水平帘结合的撕扯混合，多仓混棉机，精确称重（棉簇混棉）。
随着现代纺纱原料和产品多样化，特别是非棉混纺品种、多组分纤维混纺、色纺混纺产品的开发对混合方式和质量的要求越来越高，混棉方式和混棉设备也主要成多样化发展。目前是以混合精准的多仓混合和精确称重混合为发展方向，多仓混合主要用于棉纤维以及纯纺品种，精准称重混合主要用于多组分纤维混纺。
混棉机存在的问题：混合不充分，出现色差；缠绕打手，剥取不畅，棉结增加；棉簇经多仓压实后，产生索丝，增加后道开松难度；除杂效率低，杂质裹进纤维束里面，后道清除难度大。
4.2 混棉机的关键技术进步和创新分析
4.2.1 提高混棉质量的关键技术措施
（1）多重混合组合多仓混棉技术
时差混合和程差混合是多仓混棉机的两个重要混合方式，其原理是不同时间喂入同时间输出的时差混合，同时间喂入不同时间输出的程差混合。新型多仓混棉机采用多重混合组合，时差混合、气流（自由）混合、程差混合、角钉帘横铺直取立体混合，回棉混合的立体混棉方式，使混合更均匀。根据“时差混棉”新工艺理论，达到充分混和的目的。多仓混棉机的四重混合：各分割仓同时喂入，实现了第一次气流自由混合；棉层通过90°移动，实现第二次路程差混合；角钉帘同时将多层棉束输出，实现第三次混合；均棉罗拉将多余棉束剥到混料仓，随角钉帘输出，实现第四次混合；因此同时喂入各仓的原料不同时输出，各仓棉层相互错位，使不同成分的原料发生混和，路程差越大、仓数越多、纤维密度越大，则混和效果越好。混合示意图见图17。
（2）增加棉箱仓数及棉箱储棉量提高混棉效果
多仓的仓数有传统的4-6仓，增加到6仓、8仓、10仓是混合根据更加均匀，更适应于高产量；增加棉箱高度和宽度，窄幅大约400kg（纯棉），宽幅大约550kg(纯棉) ，保证清梳联系统长期可靠、稳定。出棉口设置重物排杂装置，进一步排除金属和杂质。
（3）增加剥棉打手直径防绕提高开松效果
时差混合的传统的多仓混棉机，下部剥棉打手φ250mm，出现缠绕罗拉索丝多、造成后部棉结多的问题，新型多仓混棉机增大打手直径到φ406mm，速度最高可以提高到715r/min，提高了开松效果，减少缠绕现象。
（4）增加工作幅宽提升横向混合效果
为了提升混合效果，多仓混棉机有1200mm、1600mm、1800mm、2000mm 四种工作机幅，结合有6仓和10仓的混合使各种成分结混合更加均匀。
（5）新型喂入输出输送方式质量稳定
棉束通道不光洁造成棉簇的绕、挂、缠，影响后部开松效果，造成棉结增加。新型多仓混棉机采用皮帘输送纤维无损伤。直线喂入，平衡喂入输棉气流，实现喂入棉流混合；储棉量大，保证清梳联系统长期稳定；各个储棉仓输出速度配置差异化组合控制混棉效果。
（6）精准混棉技术
精准混棉机或者精准混棉系统是近几年根据多纤维混合的需求而开发出来的产品，国内外多家纺机企业都有同类产品，精准混棉机的使用可以有效防止因原料混合不匀而引起的色差、布面横档等质量问题。目前混纺比例精度都能够达到±1%，每100称的名义称重误差小于1‰ ，每200称名义称重误差小于1.2 ‰ 。这将是生产多纤维混合品种提升质量、减少用工的关键。混合原理见图18。在流程中的应用见图19。
（7）增加除杂功能
4.2.2 提高开棉产量的关键技术措施
（1）增加幅宽，增加容纳棉流数量。
（2）增加多仓数量，提高工作面积。
（3）采用加大剥棉打手直径，提高开松能力。
（4）提高打手速度，提高对纤维的工作次数，满足高产后的产量需求。
4.2.3 提高设备运行稳定性技术措施
（1）采用变频多项新技术，运行稳定可靠，混棉效果提50%-100%。
（2）配置轻型铝合金材质打手，质量轻，纤维损伤少，不易缠绕运行稳定。
（3）优化灌仓程序，解决大容量多仓工作时往复抓棉机运行效率分配不均的问题，能够进一步发挥往复抓棉机抓小、抓细、抓匀的工艺要求，运行稳定。
（4）采用均衡喂入，精准输出，隔板+小网眼板改为大网眼板，减少纤维输送过程中的缠、挂、绕现象，运行稳定。
4.2.4 智能化
智能化在混棉机的发展主要在精准称重混棉机。
（1）精确混棉最小混合比达1%
可灵活地采用自动化或人工等多种喂给模式。按比例要求精确称重，可同时混合2-6种不同品种的纤维，不同原料配比最小可达1%，无论是常规混纺比（例如50%棉/50%涤纶），或者是小比例的混纺比（例如1%的红色纤维/99%的灰色纤维），都可实现灵活轻松混合。
（2）可视化电子精密称重
实时称重，动态显示称重单元重量，并自动累计称重次数及总重量。采用高精度称重传感器，实现电子精密称重。
（3）自动补偿称重精度可达1%
每次称重会根据上一次称重与目标值差异，自动调整称重单元的目标值，实现长期重量混合比一致，称重精度可达1%；采用三点称重传感器，结构稳定可靠，提升称重精度。
（4）记忆存储，批次更换便捷
称重机不再需要每次都进行手动繁琐的输入。通过记忆功能，操作者可以轻松选择历史记录中的配棉参数，使得整个生产过程更智能协调。
（5）自动配衡，精准校准
每次称重都会自动去皮，可避免因尘杂或其他外在因素导致称重单元误差，确保称重精准。
（6）支持多种原料混合
模块化称重单元，最多可支持六种不同原料的实时混合，满足小批量、多品种的生产需求。定制化产量生产根据客户不同产量订单需求，灵活设定不同品种的不同产量，做到智能化控制生产。
（7）自动清理功能
设备调试阶段或者更换原料品种时，多余原料能自动清理，无需人工专门清理，实现高效清理。主动式压辊，提升产量与质量，输送帘上主动式压辊结构，进一步提升称重系统产量，同时提升叠层混合均匀度，提升混合质量。
（未完待续）
作者：陈玉峰 光山白鲨针布有限公司 倪敬达 青岛宏大纺织机械责任有限公司
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