梳棉机气流的研究分析

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梳棉机气流的研究分析

费青(中国纺织科学研究院)

 

1       梳棉机的气流

梳棉机的气流可分三个部分来研究：（1）刺辊部分；（2）锡林盖板部分（包括前上罩板）；（3）道夫部分（包括大漏底）。

1.1    梳棉机的气流概况

如图1所示，自给棉板处开始，刺辊在回转时带动一部分气流形成附面层，其厚度逐渐增加。至除尘刀处，部分气流3仍随刺辊回转， 部分气流4则沿除尘刀工作面或刀背向下，4中一部分气流与除尘刀以后的附面层汇合进入小漏底。经过小漏底时，一部分气流5自漏底网眼逸出， 另一部分气流2走出小漏底接口，与大漏底出口处气流6汇合。这一汇合气流8通过锡林与刺辊隔距点再向上，其中一路气流7进入刺辊罩盖，另一路气流9进入后罩板。气流走出后罩板上口时与车间大气相通，然后一部分仍被锡林带动进入盖板工作区。刺辊罩盖气流7则回到给棉板处，由于棉层的存在以及刺辊与给棉板隔距较小，故常在给棉罗拉和给棉板处形成高压，一部分气流从间隙中向下流动而成为气流1的一部分。在锡林盖板部分，由于隔距逐渐缩小，因此有一部分气流10从盖板的间隙溢出，另一部分向两边流动。在盖板前区由于隔距较后区略大，特别是当盖板逐渐回转时，盖板与锡林间的间隙增大，一部分气流11自盖板间隙中进入，然后与其他气流12汇合进入前上罩板。当抄针门不密闭时，也有气流自该处进入。从前下罩板下部走出的气流14与道夫罩盖处的气流15汇合，到达锡林与道夫的隔距点。此后气流又分成两路，一路16随道夫前行，另一路17则随锡林转动，其中一部分进入锡林大漏底，另一部分18流入车肚。由于锡林大漏底的隔距逐渐收小，因而有一部分气流18逸出，其余气流6至出口处再与小漏底的气流汇合。

 

图１    梳棉机的气流示意

在研究梳棉机时，一般均须研究气流问题，从理论上说，梳棉机的气流问题，是指刺辊、锡林、道夫在高速回转时表面的气流层（附面层）对纤维和杂质运动的影响，进而影响到落棉和落杂。            

1.2    剌辊部分的气流

梳棉机后车肚或刺辊下的落棉是棉纺中落棉的重要组成部分。在整个梳棉机中，后车肚除杂效率最高，达60%以上，而且应尽可能使杂质与疵点在刺辊部分下落，以免在盖板与锡林分梳时造成嵌塞针布、杂质分裂、损害梳针锐度和分梳作用、增加用棉等缺点。由于锡林盖板部分的除杂作用有限，因此提高刺辊部分除杂效率是提高梳棉机生产率及棉网质量的重要措施和途径之一。纤维经过刺辊与给棉板分梳以后，已接近于单纤维状态（80%），因此首先充分梳理，然后利用杂质与纤维的终末速度差异来提高除杂效率。即终末速度差异愈大，则运动的轨迹与速度的差异也愈大， 可利用气流分离纤维与杂质。剌辊部分的气流分布见图2。

 

图2    剌辊周围的气流分布示意

 

后车肚的落棉大致可以分为两个部分，即给棉板至小漏底入口一段下面的落棉及小漏底下的落棉，后者包含较多的短绒，如图3（a）所示，后落棉含杂率分布见图3（b）。

刺辊在高速回转时，在刺辊周围形成一层跟着回转的气流层称附面层，刺辊的气流一般属于紊流附面层。当然，纯紊流附面层只在某些特定条件下才会发生，通常都是既有层流又有紊流的混合附面层。

 

图3    后车肚的落棉概况

 

在刺辊与给棉板的隔距点以后，高速刺辊及其锯齿带动空气回转，产生回转的附面层（见图4）。

图4    产生回转的附面层示意

 

附面层厚度δ随回转长度x增加而增厚，δ∞ｘ，当：

（1）x=0，δ=0。

（2）x增加，δ增厚。

（3）当x增加到一定值后， δ不再增厚。

（4）δ=Kx^m     （1）

式中：δ为附面层厚度；x为离附面层开始形成点的距离；K、m为与附面层性质有关的系数。

在附面层中，各点的气流速度都不相同，离刺辊表面愈远，气流速度愈小，靠近刺辊表面的气流具有和刺辊表面相仿的速度。

利用热线风速仪在尘刀处测定的附面层内的气流速度见表1。

 

（5）在除尘刀处，附面层厚度δ≥10 mm，但除尘刀隔距很小（0.31～0.4 mm左右），附面层大部分在除尘刀背下流，小部分通过除尘刀。

（6） 过除尘刀后附面层又开始增厚，到小漏底入口处，大部分附面层的气流（9 mm）进入小漏底，而有部分附面层气流进入车肚。

尘刀不仅有托持长纤维，清除短纤维和杂质的作用，而且在尘刀反面补给气流时，还有回收部分纤维的作用。

附面层外层中的短纤维、尘杂和少量长纤维就随之吹入后车肚。小漏底入口隔距的大小，影响着这两部分气流的比例，因而也影响纤维和杂质的落下量。

在刺辊与小漏底间，其压力由进口到出口逐渐增大。在刺辊锡林间隔距极小，刺辊与锡林的高速回转气流在此汇合，形成高压区。当气流通过隔距点后，进入后罩板和刺辊盖罩内。但在刺辊罩盖内，由于给棉板隔距小和喂入棉层的阻塞，气流的动压转变为静压，致使此处压力很快升高，形成另一个压力更高的高压区，在后罩板内亦形成一个高压区。

根据测定，梳棉机后部的气流压力测点及压力值如图5所示。测点位置见图5（a）。

 

图5（a）   测点位置

可以看出：

（1）产量、速度增加，刺辊罩、小漏底、大漏底和后罩板内压力增高，见图5（b）。

（2）采用吸风罩后压力明显下降，见图5（c）。

 

 

图5 （b）    无吸罩时压力分布

 

 

图5（c）    加吸罩后压力分布

 

（3）刺辊罩、大漏底出口和后罩板内是后部三个高压区。                                        

1.3    刺辊部分的气流及其对落棉落杂的影响

1.3.1  气流对落棉的影响

如图2所示，给棉板下补入空气a，对刺辊上的纤维起到一定的托持作用，被尘刀分割气流层中的杂质及少量纤维，由刀背落下。由于除尘刀与小漏底间气流增厚，产生刀下补入气流d， 因而由刀背下流的气流，有部分重新向小漏底入口处流动，形成回收区，使由刀背落下的部分纤维有可能随气流进入小漏底。进入小漏底的气流，因刺辊与小漏底间隔距逐渐收小而有部分气流e和短绒、尘屑一起溢出网眼。

1.3.2    影响刺辊落棉的因素

影响刺辊落棉的因素很多，可归纳为刺辊转速、给棉板和刺辊间隔距、棉卷定量、梳棉机产量、除尘刀的高低和角度、小漏底的规格和型式及小漏底和刺辊间隔距等。

（1）刺辊速度

刺辊速度提高，分梳加强，离心力加大；空气阻力变化较小，因而落棉率增加

P₂=P₁（n₁/n₂）    （2）

式中： P₁为刺辊转速n₁时的后落棉率；P₂为刺辊转速n₂时的后落棉率。

因而随着刺辊速度增加，后落棉率和后落杂率增加，除杂效率也有所提高。

（2）梳棉机产量

随着产量的提高，分梳下降，刺辊表面握持的纤维多，杂物不易下落，故后落棉率减少（见表2）。

 

 

（3）给棉板与刺辊的隔距

隔距小，分梳作用好，落棉含杂多，但隔距过小，纤维损伤大（见表3），一般隔距为7~12/1000 in，可不作为调整落棉的措施。

当棉层厚，给棉板工作面较短，加工纤维的强力偏低，为减少短绒，隔距应适当放大。

 

（4）落杂区长度

后车肚落杂区一般由第一落杂区、第二落杂区和小漏底落杂区三部分组成。当小漏底弦长不变时，第一、第二落杂区长度随除尘刀位置高低而互为增减。当棉层中所含杂质大且数量较多时，应适当加大第一落杂区长度， 以保证杂质抛出有必要的时间。第二落杂区少数大杂及大部分较小杂质均应在此落下。较小杂质在离开刺辊表面向外抛出的速度较小，因此， 第二落杂区应比第一落杂区有较大的长度。第二落杂区较长，可纺纤维落下的机会亦增多，故在这一区域，还须注意气流的回收作用。在小漏底落杂区内要求利用一定的气压排除短绒和尘屑。如排除短绒与尘屑的矛盾不突出或不需排除短绒 （如化纤纯纺）时，则小漏底可以是部分无网眼或全部无网眼。

（5）除尘刀的高低位置和角度

①除尘刀高低。除尘刀高低对落棉的影响很大，主要影响第一、二落杂区的分配，增大第一落杂区可使较大杂质有较多机会落下。同时附面层增厚，使纤维、杂质脱离锯齿并按各自的轨迹分离，除尘刀可挡落较多的杂质，使落棉率增加。虽第二落杂区减小（当小漏底弦长不变时），总落棉率还是增加的。当除尘刀高度分别为4mm和平机框时，落棉率分别为1.653%和1.75%。

A186梳棉机当除尘刀位置相对机框面为－6 mm时，一般第一落杂区长度为25~30 mm（当采用吸风时，第一落杂区为38~50 mm）。如此长度太长，即除尘刀太低，则发生落白。调整要根据落棉率和含杂情况而定。

②除尘刀角度。影响除尘刀刀背气流流动和小漏底的回收作用，角度小，在刀背可能会产生涡流，阻碍刮除杂质的作用，并影响小漏底入口的回收作用。一般以采用低刀大角度为好。

③除尘刀的隔距。隔距小，从除尘刀背面处刮下的附面层气流多，刮除下落的杂质和落棉增加，此隔距一般调整不多，约12/1000 in左右。

④除尘刀形式。以前曾采用弧形除尘刀和在尘刀下接装挡板，前者制造、安装困难，生产中并未采用； 而后者主要是增加下端回收时的气流阻力，使杂质下落增加，在试验中采用过。

（6）小漏底规格和工艺

①小漏底弦长。第二落杂区长度A186为94～106 mm，老机A181C为76～90 mm。小漏底弦长短，第二落杂区长度则长，附面层增厚，下落短纤维、杂质多，表4为A186和老机A181C的小漏底弦长与后落棉的关系。

②小漏底隔距。一般入口隔距4.7～9.5 mm，A186一般为9 mm。当入口隔距增大时，进入小漏底的气流多，入口处挡落附面层中的纤维、杂质少（即小漏底的回收作用强），虽小漏底因排出气流多而使小漏底落杂区排出的短绒和细小杂质增多，但总的后落棉率还是减少。

③小漏底形式和网眼大小。全网眼小漏底回收作用大，全尘棒式小漏底间隙大，且入口回收作用小，后落棉率增大。尘棒网眼混合式调节弦长方便（A186）。网眼直径大，小漏底部分排除短绒多，且不易堵塞网眼。

④小漏底入口形式。大圆口回收作用强。尖口挡落作用分明，回收作用弱。A186为小圆口，介于圆口和尖口之间。

⑤网眼直径大，小漏底部分排除短绒、小杂质多，且不易堵塞网眼。A186网眼直径为4 mm。

⑥刺辊罩吸气风量。吸风量增大，则后落棉率减小。A186梳棉机的风量在130、150、170 m³/h时的后落棉率依次为1.85%、1.73%、1.68%。

（7）刺辊下各落杂区落物的分布

相对应于三个落杂区，落物亦可分后、中、前三个落物区，各区的落物量和落物内容有所不同。在刺辊车肚内采用分格收集落棉的方法，可得落物分布情况。在普通情况下，后区（对应于第一落杂区）为较大较重的破籽不孕籽和少量带纤维杂质与尘屑，颜色最黑。中区落物以尘屑和带纤维籽屑居多。前区为小漏底落下的短绒及少量小尘屑，颜色最白。整个后车肚落物含杂率分布以除尘刀下最高，两端较低。根据后车肚落物量及其含杂率分布可分析刺辊落杂区的作用优劣，从而作相应的调整。

 

2      刺辊的除杂作用

2.1    刺辊

在刺辊高速回转时，锯齿上的纤维和杂质在空气阻力R和离心力C的作用下，较重的杂质离心力大而空气阻力小，易脱离锯齿而落下，长而轻的纤维离心力小而空气阻力大，不易下落。在通过除尘刀时，露出锯齿的纤维尾部受尘刀的托持，杂质由尘刀挡住而下落。进入小漏底后，较长的纤维就很少有机会成为落棉。由于剌辊部分有良好的分梳作用，纤维与杂质得到充分的分离，为刺辊除杂创造了极为有利的条件。在正常情况下，刺辊部分能除去棉卷含杂的50%～60%，含杂率40%左右，后落棉率=棉卷含杂的110%～150%。

2.2    除尘刀

作用：（1）配合刺辊排除杂质；（2）托持长纤维；（3）可根据工艺要求调整高低、隔距、角度。根据过去的研究试验认为以低刀大角度对后车肚除杂有利。当刺辊罩放气或吸风后可下降除尘刀位置（放大第一落杂区）。

2.3    小漏底

（1） 作用是托持纤维， 排除部分短绒和细小杂质。

（2）形式有：  ①全网眼，如A181C型梳棉机，网眼直径为2.38mm（3/32 in）； ②尘棒网眼混合式，如A186网眼直径为4 mm； ③全尘棒式； ④光板式（可与分梳板相结合）； ⑤吸风小漏底（在网眼部分能吸出很多短绒和细小尘杂）。

（3）弦长。A181C型为205～230 mm左右。A186为175 mm。当刺辊罩放气或吸风后可缩短小漏底弦长（放大第二落杂区）。

（4）小漏底与刺辊隔距：小漏底本身4点隔距，第5点为大漏底与刺辊的隔距，此5点隔距应由大到小，有利于托持纤维、气流溢出和排除尘杂短绒。

（5）为保证小漏底本身4点隔距由大到小，R_小漏底>R_刺辊。

R_小漏底=R_刺辊+（小漏底入口隔距+出口隔距）/2≈130 mm

R_小漏底= R_刺辊+（3～5 mm）

当入口隔距增大时，进入小漏底的气流多，入口处挡落附面层中的纤维、杂质少（即小漏底的回收作用强），虽小漏底因排出气流多而使小漏底落杂区排出的短绒和细小杂质增多，但总的后落棉率还是减少。

 

3      锡林盖板间的气流

锡林表面所带动的气流在经过后罩板时，形成高的气压。后罩板出口处的气流压力一般大于车间大气压力，因此有气流溢出，一部分则仍随锡林进入锡林盖板工作区域，气流逐渐自盖板隙缝向墙板处溢出。对盖板隙缝气压的实测数据如图6所示，图中曲线1为空车时的测定值，曲线2为纺棉时的测定值，约在进口第7根盖板处，隙缝的气压已与大气压相近。

 

图6    盖板隙缝气压的实测数据

锡林盖板间的气流与梳理作用的关系曾引起人们的注意，对棉纤维来说，当气流速度在10 m/s左右时，作用力约为0.4～2.5 mg/cm，气流对纤维的作用力较梳针或齿的机械梳理力要小得多。                                    

 

4      前上罩板的气流

前上罩板是控制斩刀花的一个机件，具有控制锡林上纤维向道夫转移的作用。当锡林回转时，一部分气流进入前上罩板内，一部分气流则自盖板与前上罩板的空隙中流出。当前上罩板与锡林间的隔距减小时，流速增大，罩板内气压降低，因而原来流出罩板外的气流被吸入罩板内，从而使部分盖板上的纤维一起带入前上罩板内， 使斩刀花减少。

前上罩板隔距减小将使纤维压向锡林梳针，增加与梳针接触的面积，然后由梳针的作用将盖板上的纤维剥下，在测定盖板隙缝间的气流时，发现在近前上罩板的盖板隙缝处有负气压，气流自隙缝间流入，巴甫洛夫^［8］的试验见表5。

 

（1）前上罩板隔距减小，盖板花减少，抄针花增加，表明前上罩板确有帮助锡林梳针抓取纤维的作用。

（2）当无前上罩板时就失去了前上罩板帮助抓取纤维的作用，因此盖板花大增。前上罩板高低位置对盖板花也有明显的影响。

前上罩板对盖板花的影响主要是机械作用力和气流作用力。当隔距减小，无论是从机械因素或气流因素分析，都使盖板花减少。反之，当隔距增大，盖板花增加。

 

5      锡林道夫部分的气流

在道夫凝聚过程中气流也有一定的作用，当气流通过道夫锡林隔距点时（见图7），由于隔距小，气压增加，气流进入道夫罩内并于机前喷出进入车间，因此在锡林~道夫三角区采用道夫吸罩，以吸除散发出来的飞花和粉尘。

 

图7    道夫与锡林间的气流分布示意

                                                         

6      梳棉机吸尘吸落棉系统

梳棉机是棉纺织厂产生大量废料和散发纤维性粉尘的工序，搞好梳棉机吸落棉除尘系统，直接关系到减轻劳动强度、改善劳动环境、确保安全生产、搞好产品质量和稳定机器运转。故吸尘是高产梳棉机的重要内容。

6.1    梳棉机吸点

随着梳棉机产量、速度的提高，梳棉机吸点不断增加（8~17个）。机上一般有刺辊给棉部分、前后棉网清洁器、盖板部分（前、中、后，其中一个有时可结合吸盖板花）、盖板清洁刷辊、道夫罩、安全清洁辊、圈条器，罗拉剥棉、机前预牵伸等。机下有刺辊下的吸风尘刀、大漏底吸口和道夫下吸口等，一般工艺吸点连续吸，机下吸落棉采用吹吸结合（间歇吹吸），视具体装置而定。

6.2    吸尘系统的方式

（1） 机上各吸点单独风机滤尘箱连续吸， 尘箱与车肚由滤尘系统一组多台（10~20台）程控间歇吸;（2）机上吸点和车肚落棉分别由每台单机前后两滤尘箱连续吸， 前后滤尘箱一组多台（10~20台左右）由滤尘系统程控顺序间歇吸;（3）机上吸点和车肚吸点分别由滤尘系统直接连续吸，并装有压力连续检测。

随着梳棉机速度产量的提高，方式（3）逐渐增加，总风量在3000~4000 m³/h左右。

6.3     各主要吸点的风量

（1）刺辊吸风低压罩

可达到减少落棉、提高除杂效率的目的，这是工艺上的要求。根据 A186、FA201等梳棉机使用情况，风量可在250~350 m³/h之间。

（2）锡林~道夫三角区（道夫吸罩）

主要吸除散发出来的飞花和粉尘，建议风量在300~400 m³/h左右。

（3） 车肚吸落棉吸点

主要是清除落棉，保证车肚气流稳定，减轻劳动强度，有吹吸结合、帘子输送与吸棉结合、大风量连续吸和大风量间歇吸等方式。各种方式的吸风量也不同，采用助吹或帘子输送作辅助，则吸风量可在800~900 m³/h左右，如没有辅助吹或帘子输送，则吸风量要在1000 m³/h 以上。当采用间歇吸时，吸风量在2000~3000 m³/h 左右。

（4）盖板花吸点

吸盖板花，一般风量采用300~400 m³/h 。

（5）安全清洁辊：其作用是把返花打碎并吸走，保证返花不随道夫进入锡林道夫隔距点或挤压前下罩板下端。在产量为30~35 kg/h的情况下应考虑采用安全清洁辊。其风量为350~450 m³/h。

（6）其他吸点

有的高产梳棉机上还装有其他吸点，如盖板部位、大压辊部位、棉网清洁器等，多者全机有10多个吸点。

 

参考文献 

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《梳理技术》于2017年更名为《纺织技术》，杂志创刊于2000年，由金轮针布公司和原上海纺科院部分老专家，在梅自强院士（已故）的指导下联合创办。黄锡畴（已故）、许鑑良、孙鹏子（已故）、周建平先后任主编。并拥有一支国内外学界权威、行业技术专家组成的编委队伍。《纺织技术》每期发行一万多份，读者覆盖高校、科研机构、纺织企业各层面。成为纺织行业梳理领域内公认的具有极高专业性、权威性的技术刊物。《纺织技术》的宗旨是助力纺织行业进步，致力于行业技术的突破与提升，积极倡导学术争鸣，为技术交流提供平台，坚持免费提供给读者的原则，愿与广大客户和各界朋友携手共创梳理技术美好未来！