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無紡布廠家15838056980高速非織造雜亂梳理機的基本結構與特性

周騫、靳向煜  

（東華大學非織造研究發展中心）

0     前言

在非織造的生產過程中，梳理機扮演著承前啟后的重要角色，一方面對開清工序的纖維進行進一步開松混合，同時將塊狀的纖維梳理成由單纖維組成的薄纖網，供鋪疊成網，或直接進行纖網加固，梳理質量的好壞將直接影響最終產品的品質［1］。

在非織造產業發展初期，梳理機采用的是由原先棉紡和毛紡行業改進的梳理機。但初期的非織造梳理機產量低、幅寬窄、成網質量差。后來，隨著非織造產業的快速發展，非織造布的梳理成網設備已經實現了專業設計與制造。羅拉式梳理機屬于間歇式的梳理，對長纖維損傷少，而且可梳理纖維的長度范圍廣，無紡布廠家15838056980非常適合非織造用纖維的梳理［2］，因此當前非織造專用的梳理機普遍采用羅拉式梳理機。為了配合生產線的高產高速的生產要求，非織造梳理機目前最大幅寬可達6 m，最高出網速度可達200 m/min，產量可達到400 kg/h以上。因此，高產高速是未來非織造梳理機的主要發展方向。

1     高速雜亂梳理機的基本結構

早期的非織造梳理機，由于無統一的行業標準，型號規格種類繁多，有單錫林、雙錫林、單道夫、雙道夫，帶或不帶雜亂輥、凝聚羅拉的多種非織造梳理機。隨著科技的進步，以及對梳理工藝深入的研究，高速雜亂式的非織造梳理機的機型越來越趨于標準化、模塊化。圖1所示的是目前一種典型的高速雜亂式的非織造梳理機。該梳理機為雙錫林，雙道夫羅拉式梳理機，其由喂入部分、預梳、主梳、雜亂、凝聚、成網等部分組成。雙錫林的使用使梳理工作區面積擴大了一倍，無紡布廠家15838056980即在錫林表面單位面積纖維負荷量不變情況下，增加面積來提高產量，同時梳理質量更容易控制。雙道夫的配置便于錫林上纖維及時地剝取轉移，兩層網同時輸出，保證了高產。為了提高纖維在纖網中的雜亂程度，非織造梳理機配置高速雜亂輥和凝聚羅拉，使纖網中的纖維由縱向排列趨向于雜亂排列，來改善纖網的橫向強力。

圖1    高速雜亂梳理機基本結構

1-喂入羅拉；2-刺輥；3-工作輥； 4-剝取輥；5-胸錫林；6-轉移輥；7-主錫林；8-雜亂輥；9-道夫；10-凝聚羅拉1；11-凝聚羅拉；12-剝棉羅拉；13-毛刷輥；14-平整輥

2      高速非織造梳理機關鍵部件及特征

2.1    喂入部分

傳統的喂棉方式如圖2所示。

圖2    逆向“Λ”型喂棉示意

喂棉羅拉在喂棉板之上，給棉板鼻尖處圓弧的切線與垂直方向間夾角θ＝arcsin［（R－D）/ R］。一般在逆向喂棉中θ=20°~30°，γ=8°~15°，所以纖維的轉向α=180°－θ－γ=135°~152°。纖維喂入方向與刺輥抓取方向相反，筵棉的走向呈“Λ”型，盡管有無紡布廠家15838056980利于筵棉的握持，但纖維運動存在換向，易造成纖維扭結與斷裂，從而形成棉結與短絨, 影響產品的品質。非織造梳理機通常將喂棉板上置，形成順向的喂棉，如圖3所示。

圖3    順向“～”型喂棉示意

給棉板圓弧在鼻尖處的切線與刺輥抓取方向間的夾角β＝ arcsin（H/R）（纖維層厚度相對喂入羅拉直徑可以忽略不計），H=50~80 mm，R=207 mm，所以β=14°~23°。在喂入區只存在14°~23°的轉向，在喂入區段較為平坦，筵棉層與刺輥的運動方向基本保持一致，呈“～”，纖維在握持狀態下的分梳作用流暢、柔和，能有效減少纖維的損傷與牽伸。此外，上喂棉板的手輪調節結構結合螺桿頂升系統，可以精確調節上喂棉板與喂棉羅拉的隔距，生產過程中可根據需要，精確地調整喂棉板處所需的分梳工藝長度。該結構可以適合非織造工藝中不同的原料變化［3］。

2.2    梳理部分

非織造梳理機梳理區域分預梳和主梳兩部分，預梳通常配置3~4無紡布廠家15838056980組梳理單元，使纖維束獲得初步分解，并起到排雜的效果。主梳配置4~5組梳理單元，對纖維進行分梳、混合、剝取等作用，逐步將纖維束分解為單纖維。要實現非織造的高產梳理，必需要提高錫林的有效梳理面積，可以從縱向、橫向、以及旋轉速度等三個方面擴展錫林有效梳理面積。在縱向，高產非織造梳理機增加了錫林直徑。目前，主錫林直徑達到了1500 mm。傳統梳理機錫林與轉移輥的中心軸幾乎在同一水平線，高產梳理機相對抬高了錫林中心，以便配置更多的梳理單元，實現對纖維的有效梳理。以配置5組梳理單元的主錫林為例，如圖4所示。主錫林的的名義工作區定義為轉移輥、雜亂輥與主錫林的隔距點之間所對應的區域。該區域梳理的弧長為L=αR=2.355 m。整臺梳理機包括胸錫林和主錫林的總無紡布廠家15838056980名義梳理面積達到了19.24 m2，相比常規的梳理機如表1所示，總的名義梳理面積提高了206.4%。在橫向，主流的高速雜亂式梳理機幅寬達到了3.8 m。此外，錫林的最高線速度可達到1500 m/min。

圖4    主錫林梳理單元示意

幅寬增加后, 傳統的鋼鐵材料已滿足不了生產要求。碳纖維復合材料、高強度鋁合金在梳理機中的工作輥、剝取輥大量運用。由于幅寬、轉速明顯的提高，對錫林輥體也提出了新的設計要求，大錫林輥體采用鋼板卷制，取代了原先的鑄鐵，減輕了重量，降低了功率消耗，便于迅速啟動和停止。此外，對寬幅錫林的輥體設計了加筋技術，如圖5所示，以滿足非織造梳理機高速旋轉的強度要求。

圖5     錫林加筋

2.3    雜亂部分

由于經過非織造梳理機各級梳理單元的梳理作用，大多數纖維處于伸直平行的單纖維狀態，這將造成纖網縱橫向性能差異較大，而大多數非織造材料要求纖維在纖網中呈隨機排列，形成雜亂的狀態［4］。為了使無紡布廠家15838056980高速梳理機梳理的纖網達到相應的要求，為此設計了雜亂和凝聚裝置，如圖6所示，使得纖維在氣流的作用下趨向一種雜亂的狀態。

圖6    雜亂凝聚部分

這類梳理機主要在主錫林與道夫之間配置了高速旋轉的雜亂輥，在道夫之后再安裝一對凝聚羅拉，將兩種雜亂效應有效的結合起來，進一步提高纖維的雜亂程度［5］。

雜亂輥上的針齒與錫林針齒呈平行配置，且二者同向旋轉，雜亂輥的線速度大于錫林線速度，且遠大于道夫的線速度。對于高無紡布廠家15838056980速旋轉的回轉圓柱體會帶動四周的氣流高速地旋轉，而相鄰流體間由于粘性會產生一定的速差，對于外部沒有能量補給的流體而言，旋渦運動基本方程如式（1）所示［6］：

Ln(Vr)＝常數，即Vr＝C（常數）      （1）                                  

式中：V為氣流線速度；r為氣流半徑。

即錫林與雜亂輥四周的氣流隨半徑的增大，氣流的線速度呈雙曲線下降，如圖7所示。由于高速旋轉的回轉圓柱體的氣流具有流速分布，因而纖維在這樣的氣流中有沿氣流切線方向運動的傾向，如圖7所示。在氣流中有一根纖維其速度為Vf，取纖維的dl段分析，該處的氣流速度為V=C/r，C為常數。則氣流對dl段在氣流切線方向的作用力為［7］：

式中df為纖維直徑，Cg為與氣流相關的常數。

由上式可知，纖維各點的F切不同，如果Vf與纖維上某段氣流速度相等，那么氣流作用于該段上下部位的作用力不同，形成轉動的力矩，使纖維向著流體切線方向轉動。

而錫林，雜亂輥，與高精度圓弧板三者之間形成相對封閉的三角區為雜亂三角區，如圖8所示。

圖7 旋轉體氣流速度分布  圖8 雜亂三角區氣流

由于錫林、雜亂輥都包覆金屬針布，針隙容量小，錫林高速旋轉產生的氣流在錫林、雜亂輥隔距點未能完全通過，部分氣流受阻而折返，與雜亂輥的高速氣流匯合，部分氣流變向，如圖9所示，在CD方向（cross direction）無紡布廠家15838056980產生氣流分布。當錫林的氣流與雜亂輥的氣流相遇時，產生渦旋氣流。當錫林運轉至雜亂區時，一部分纖維未受雜亂區的氣流作用直接被雜亂輥的針布所抓取，另一部分錫林表面的纖維當其轉至雜亂三角區附近時，由于受氣流作用，纖維的一端勾住錫林針布，另一端被氣流吹起，被吹起纖維的自由端受到渦旋氣流和CD方向氣流的作用，使得纖維的自由端發生向CD方向的位移，從而達到良好的混合雜亂效果［8］。 

圖9    雜亂三角區氣流分布（CD crossdirection）

除了配置雜亂輥外，結合凝聚羅拉可以進一步提高隨機排列的效果。第一凝聚羅拉和道夫，第二和第一凝聚羅拉之間的針齒為交叉配置，故均為剝取關系。由于道夫與第一凝聚羅拉的線速度比為2∶1~1.75∶1，第一個凝聚羅拉與第二個凝聚羅拉的線速度比為1.5∶1，即V道夫＞V凝聚1＞V凝聚2。纖維在上述轉移無紡布廠家15838056980過程中存在負牽伸，凝聚羅拉剝取纖網時，纖網中的纖維處于短暫的松弛狀態，纖維在由道夫向凝聚羅拉轉移的過程中被壓縮。由于纖維屬柔性材料，從而纖網中縱向排列纖維由于擠壓力會發生向橫向的轉移，從而使得橫向排列的纖維比例增加，纖維排列改變方向，纖網的取向度降低。最終形成一種纖維呈雜亂排列的纖網。

2.4   剝取成網機構

高速雜亂式梳理機采用三輥剝棉裝置設計，可以實現纖網的連續高速剝取，同時剝取的纖網均勻平整。傳統的機械式斬刀剝取裝置，纖網在微觀上形成波浪式的痕跡，影響纖網的美觀和均勻性。目前有些高速的梳理機引入了電磁斬刀，提升了斬刀擺動頻率，實現快速的剝棉。

此外，此梳理機還應用抽吸剝棉和負壓凝網系統進行高速剝棉轉移。抽吸剝棉系統是在抽吸風機作用下，抽吸箱內產生負壓，無紡布廠家15838056980剝棉輥上的纖網在負壓作用下轉移到輸網簾上（如圖10所示）。

圖10    抽吸剝棉系統

負壓凝網系統在抽吸風機作用下在凝棉塵籠內部產生負壓，兩層纖網在負壓的作用下緊貼塵籠旋轉［9］，轉過負壓區后，纖網從塵籠上脫離（如圖11所示）。采用該抽吸剝棉和負壓凝網的組合系統，可減少纖網轉移過程中產生的意外牽伸，保持纖維雜亂的效果，更有利于實現低強力纖網的高速剝取轉移，適應梳理機高速高產的要求。

圖11    負壓凝網系統

2.5    梳理針布

針布被譽為梳理機的心臟，其選配以及本身的品質將直接影響梳理的效果。非織造梳理機對特殊的材質，不同齒形的針布進行了合理地配置，能有效地提高梳理的質量，滿足高產高速的生產要求。

由于經過開松混合的纖維大多還是處于塊狀，剛進入梳理機必然會受到針布強烈的梳理作用，非織造梳無紡布廠家15838056980理機的喂棉羅拉，刺輥等喂入、預梳部件的針布都采用V型基部自鎖針布，基部自鎖針布如圖 12 所示，包覆后各圈之間相互咬合鎖緊，使相鄰并列的針布互相鎖住，即使針布被拉斷也不會松散；而且自鎖針布比普通針布基部厚得多，抗拉、抗軋、承受載荷的能力很強，而且金屬自鎖針布表面光滑、平整度好，有利于均勻的出網［10］。

圖12    基部自鎖針布

為滿足非織造梳理機高速高產的要求，錫林針布也向矮、淺、密的趨勢發展。隨著產量的提高，針面負荷增加，梳理度下降，齒深變淺可降低針面負荷，保持梳理度不變；錫林轉速相應提高，纖維的離心力隨之增加，纖維易從針齒上滑脫，造成浮游纖維增加，為保持針齒抓取握持纖維的能力，前角必須減小，齒密相應增加。同時，矮密的針布可以使錫林的抗軋能力提高，在齒形的選擇上，錫林針布通常采用變前角齒形，如圖13所示，無紡布廠家15838056980從齒頂到齒根，前角由小逐漸變大，齒頂處前角小，有利于纖維的抓取，但隨齒深增加，前角不斷擴大，可防止纖維沉入齒隙，減小針面負荷，提高轉移率，齒底形狀設計有過渡圓弧，防止纖維下沉［11］。總之，錫林針布矮、淺、密與變前角的齒形的設計是與梳理機高速、高產的發展特點相適應的。 

圖13    變前角針布

為了加強工作輥對纖維的控制，適合高速高產的需要，常選用帶橫紋設計的針布，如圖14所示。即在工作輥針齒斜側面上增加2～4根橫紋。工作輥增加橫紋設計后，能有效地增加纖維與針布的靜摩擦因數，從而提高工作輥針布對纖維的控制能力，提高梳理能力，提高纖網的均勻度。目前，金輪公司研發的雙面橫紋針布，能進一步增強針布對纖維抓取控制能力，提高針布的梳理效果［12］。

此外，Bekaert公司成功地引入了SiroLock針布應用于工作輥，這種針布無紡布廠家15838056980的特點是在針齒前部有一個獨立的平臺，能夠幾乎獨立于輥的速度而實現纖維的“鎖定”(如圖15所示) ，從而加強纖維的被攜帶和握持能力，提高梳理能力［13］。

圖14    橫紋針布

圖15    SiroLock針布

非織造生產線對產量有較高的要求，因此對道夫的轉移能力要求較高,道夫通常選用鷹嘴形齒形,并采用橫紋設計，來提高其轉移能力。

目前非織造用梳理機的產量和所加工原料的品種都在不斷增加，致使梳理機元件受到的磨損也越來越嚴重，針對該問題， TCC研發了NovoStar+高性能針布，其材質使用高耐磨合金鋼，提高了鋼中合金的比例并優化元素配比，形成高碳耐磨合金鋼，可進一步提高針布的耐蝕和耐磨性能，其使用壽命延長了15%~35%。梳理壽命可達1000 t以上，即使在非常高的產量下加工粗糙的原料，該針布也可保證優異的加工品質和超長使用壽命。

3     電氣控制系統

目前新型的高速非織造雜亂梳理機的電氣控制系統充分利用了先進的自動化控制技術，采用PLC、伺服驅動等技術對梳理機進行智能化控制，克服了傳統控制系統接線復雜、高故障率等缺點，使非織造梳理機智能化水平大幅提高［14］。

高速非織造梳理機通常采用西門子S7 300的PLC，能在0.1~0.6 s內快速的處理指令，系統內集成操作，方便的人機界面服務，智能化的CPU診斷系統，可以連續監控系統的功能是否正常。

整臺梳理機的電機采用變頻電機與伺服電機相結合的方式，對轉體部件進行有效驅動。其中主錫林與胸錫林采用西門子的低壓交流電機，配合變頻器，從而達到變速、節能的目的。

其余部件均采用伺服電機驅動，伺服系統具有穩定、快速、準確等特點，可以實現跟蹤指令的快速響應，對外界的干擾，經過短暫的調節即可恢復原先狀態，從而實現精確的控制。

此外，梳無紡布廠家15838056980理機工作輥與剝取輥的傳動均為同步帶傳動，提高了傳動精度并降低噪聲；并采用了電磁剎車，可實現急停，以保障設備和人身安全。

4     結語

綜上所述，非織造專用梳理機為了適應高產高速的生產要求：

（1）采用順向“～”型喂棉方式，形成均勻的筵棉；（2）采用雙錫林雙道夫系統，多組梳理單元逐級梳理的方式，減少針布對纖維的損傷，實現良好的梳理效果；（3）引入高速旋轉的雜亂輥與二級凝聚羅拉進行雜亂，實現纖維在纖網中雜亂排列，有效地提升非織造布的橫向強力；（4）抽吸剝棉和負壓凝網系統配合使用，進行高速剝取成網；（5）使用多種變化齒形和特殊材質的針布，提升梳理效果及使用壽命；（6）運用先進的自動化電控系統，對梳理機進行精確控制。最終實現良好的梳理效果及高產高速的生產要求。

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《梳理技術》于2017年更名為《紡織技術》，雜志創刊于2000年，由金輪針布公司和原上海紡科院部分老專家，在梅自強院士（已故）的指導下聯合創辦。黃錫疇（已故）、許鑑良、孫鵬子（已故）、周建平先后任主編。并擁有一支國內外學界權威、行業技術專家組成的編委隊伍。《紡織技術》每期發行一萬多份，讀者覆蓋高校、科研機構、紡織企業各層面。成為紡織行業梳理領域內公認的具有極高專業性、權威性的技術刊物。《紡織技術》的宗旨是助力紡織行業進步，致力于行業技術的突破與提升，積極倡導學術爭鳴，為技術交流提供平臺，堅持免費提供給讀者的原則，愿與廣大客戶和各界朋友攜手共創梳理技術美好未來！