國產精梳機技術改造的研討
1 我國精梳機的現狀
我國精梳設備經過近40年的發展，取得了巨大成就。截止到2000年，我國精梳機的臺數己達到13264臺，是1990年精梳機臺數(為7081臺)的1．87倍；自1990年到2000年每年平均增加103套(每套按6臺計算)，精梳機的萬錠配臺由原來的1．8臺增加到3．9臺，1998年精梳紗所占比例為15．1％，到2000年增加到19％。精梳機的速度己由原來A201A型的116鉗次／min提高到FA266型的350鉗次／min，精梳機的產量提高了3倍。精梳機的綜合質量水平(如精梳條質量、精梳落棉質量及機器的穩定性等)及自動化水平有很大提高。
目前，我國精梳機的機型繁多、品種不一，精梳機的速度水平與紡紗質量水平差別很大；按精梳機的工藝速度可化分為四個層次：第一層次是工藝速度在300鉗次／min以上的高效能精梳機，如FA266型、F1268型及PX2-J型精梳機；第二層次是工藝速度在200鉗次／min～280鉗次／min的精梳機，如FA261型等；第三層次是工藝速度在160鉗次／min／～190鉗次／min的精梳機，如FA251型等；第四層次是工藝速度在120鉗次／min～155鉗次／min的精梳機，如A201B、C、D型。在這四個層次中，以A201系列精梳機最多，約為7200臺[2]，該機速度低、紡紗質量差。因此在積極推廣應用高效能精梳機的同時，利用精梳新技術對不同層次的精梳機進行技術改造，使精梳設備的整體技術水平和紡紗質量全面提高，為改善我國棉紗的產品結構、提高產品檔次和產品競爭力奠定技術基礎。
2 高效能精梳機的推廣應用
采用高效能精梳機的經濟與技術優勢如下：
(1)高效能精梳機速度高、產量高，萬錠配臺、用人及占地面積少。
精梳機產量與精梳機的速度、小卷定量、給棉長度及每臺精梳機的眼數成正比。用公式表示為：
G＝60×A×g×n×a×(1一c％)／10002 ①
式中：
A——給棉羅拉的給棉長度(mm)；
g——精梳小卷定量(g／mm)；
n——精梳機的速度(r／min)；
a——每臺精梳機的眼數；
c——精梳機的落棉率(％)。
由①式算得FA266型、F1268型與A201D型精梳機產量見表1。
表1 精梳機的產量比較
由表1可知：在精梳機的給棉長度與精梳落棉率相同的情況下，FA266型、F1268型精梳機的產量為A201D型精梳機產量的4．15倍。
紡14．5 tex及18．2 tex精梳紗精梳機的萬錠配臺數見表2。
表2 精梳機的萬錠配臺數量
由此可知：FA266型、F1268型精梳機的萬錠配臺數只有A20lD型精梳機的l／4；占地面積和用人也只有A20lD型精梳機的l／4；萬錠精梳機耗電量大大減少。因此采用高效能精梳機具有的巨大的經濟效益。
(2)高效能精梳機的機械性能與紡紗質量水平高。由于高效能精梳的分離羅拉傳動機構、鉗板傳動機構及鉗板組件等關鍵機構設計合理，機器長時間運轉時，故障少、壞車少、穩定性好。精梳條的質量指標(如條干CV值、重量不勻率、精梳條含短絨率等)及精梳落棉指標(精梳落棉率、落棉含短絨率等)都能達到規定要求。
(3)高效能精梳機自動化水平高，勞動強度低。
在高效能精梳機上普遍采用了高靈敏度的自停裝置、計算機監控系統、PLC程序控制系統等。
3 A201系列精梳機的技術改造
3．1 A201B(C、D)型精梳機存在的問題
3．1．1 整體基礎差
A201B型、C型精梳機車頭、機中、車尾及圈條器整體緊固作用差，特別是車尾和圈條器之間僅用兩根撐桿連接，缺乏牢固性；高速時機器振動加劇。另外在車頭內傳動分離羅拉的差動齒輪、分離齒輪及傳動鉗板機構的滑桿、滑塊等主要機件的潤滑條件差，機器高速時機件的磨損大、損壞多。
3．1．2 承卷羅拉慣性大、給棉量難以控制由于A201系列精梳機的承卷羅拉為間歇轉動，承卷羅拉與精梳小卷的慣性力隨車速的提高而急劇增加，因此機器的振動和噪聲增大，且承卷羅拉每次的給棉量難以控制。
3．1．3 紡紗適應性差
由于A201系列精梳機只有前進給棉，棉叢的梳理效果與精梳落棉量受到限制，難以適應紡高檔精梳紗的要求。
3．1．4 鉗板組件的重量大
A201系列精梳機鉗板機構復雜，有上給棉羅拉、下給棉羅拉、給棉棘輪、上鉗板座、下鉗板座、上搖架及上下鉗板等組成；且機件的材料是鑄鐵與鋼，比重大，整個鉗板組件重量為16．2 kg[3]。因此精梳機高速時，鉗板組件的慣性力和沖擊力大，機器的振動和噪聲很高。
3．1．5 鉗板鉗唇結構設計不合理
A201系列精梳機鉗板鉗唇結構存在以下兩個問題：一是鉗板鉗口對棉層的握持狀態是一點(或稱單線)握持，當精梳小卷的定量較小時，易形成對棉層的橫向握持不勻，在錫林梳理時出現“抽筋拔皮”現象，造成棉網破洞與破邊；且速度越高，“抽筋拔皮”的現象越嚴重。二是鉗板鉗口的“死隙”長度較長，約為7．43 mm[4]；從而使鉗板鉗口外棉叢的受梳長度減短，影響錫林對棉叢的梳理效果。
3．1．6 梳理隔距大、梳理效果差
由于A201系列精梳機鉗板擺動的支點在錫林軸心的下方(稱為下支點式鉗板擺動機構)，與中支點式(即鉗板擺動支點與錫林軸同心)及上支點鉗板擺動機構相比，梳理隔距的極差值與變異系數都大；因此梳理效果差。
3．3 技術改造的措施
90年代初期，上海一紡機、無錫紡機等單位對國產A201B型、C型精梳機進行了技術改造，其改造的主要內容是：
(1)車頭部分采用整體油浴箱，以改善車頭傳動齒輪的潤滑狀態、增強車頭的整體鋼度；
(2)植針錫林改為整體錫林，以提高錫林的壽命與梳理效果；
(3)分離羅拉由內差動輪系改為外差動輪系，以減小差動齒輪的運動慣量；
(4)采用毛刷單獨傳動，以提高毛刷對錫林的清潔效果[8]。機器經改造后，工藝速度水平達到155鉗次／min，紡紗質量水平也有所提高，達到了A201D型精梳機的水平。為了實現技術改造的目標，需對A201系列精梳機進行深層次的技術改造，建議改造內容如下。
3．3．1 采用承卷羅拉連續回轉
采用承卷羅拉連續回轉的優點是：
(1)可消除承卷羅拉間歇回轉時的慣性力，并消除了由此產生的沖擊和噪聲；
(2)承卷羅拉的給棉量可得到有效的控制。
3．3．2 縮短短軸銷偏心距
A201系列精梳機短軸銷偏心距的大小對機器的高速性能及工藝性能都有較大影響：
(1)短軸銷偏心距的減小，鉗板擺軸的角位移、鉗板的運動量、鉗板的最大加速度值等將減小，其對應關系見表5[9]；由此可知，短軸銷偏心距由70mm減為60 mm時，鉗板擺軸的最大角加速度減小 22．48％，鉗板的最大加速度值減小23．48％；因此減小短軸銷偏心距是減輕機器振動、降低噪聲及進一步提高車速的重要技術措施。
(2)短軸銷偏心距的減小，錫林的梳理時間、分離接合工作時間均延長；由此可知：減小短軸銷偏心距，分離接合定時提早，分離工作長度及棉網的接合率都增加，有利于提高棉網的接合質量。
(3)短軸銷偏心距的減小，分離接合過程中鉗板與頂梳向前運動的速度減小，有利于減少棉網中纖維彎鉤和“魚鱗斑”的形成；
3．3．3 減輕鉗板組件的重量
鉗板組件的重量越輕，其慣性力越小，由此可減小鉗板高速時的沖擊力，有利于減輕振動和降低噪聲。幾種精梳機的鉗板組件質量比較見表8。由此可知：A201C型精梳機的鉗板組件的重量為FA266型精梳機的5．4倍，其原因是FA266型精梳機的鉗板組件結構簡單，且主要機件采用了輕質合金，從而大大減輕了其重量。由于A201系列精梳機鉗板組件復雜、零件個數多，將全部機件改用輕質合金，改造費用太高；若有重點地選擇若干重量大的機件采用輕質合金，可取得較好的效果。例如，將下鉗板座、下搖架、上搖架改用鋁合金材料，每套鉗板組件可減輕4．4 kg；改造后機器的振動和噪聲明顯降低。
3．3．4 改進鉗板的鉗唇結構設計
在鉗唇結構設計方面，應吸取FA266型精梳機鉗唇結構的設計思想及加工制造技術，變一點握持為兩點握持，提高加工質量和制造精度，以改善鉗板對棉叢的鉗持效果。另外，盡可能減短上、下鉗唇對棉層的握持長度(即為“死隙”長度)，以增大鉗口外棉叢的梳理長度，提高梳理效果。根據試驗結果，將A201C型精梳機的上鉗板鉗唇減短1．4mm，精梳條的棉結雜質總數可減少12．5％～14．8％[11]，效果明顯。
3．3．5 增加后退給棉機構
采用后退給棉是提高梳理效果和成紗質量的重要手段，因此，在現代精梳機上都配備了前進與后退兩種給棉機構。在其他條件相同的情況下，采用后退給棉，可增加鉗板鉗口外棉叢的受梳長度，使棉叢的重復梳理次數增加；另一方面，還可使精梳落棉率增加，從而使精梳條中的棉結雜質及短絨含量減少。不同給棉方式的落棉隔距、精梳落棉率、精梳條的棉結雜質粒數的試驗結果見表10[4]。由此可知：采用后退給棉與前進給棉相比，精梳落棉率增加4．7％～20．9％，棉結雜質總數減少13％～40％。因此采用后退給棉是紡制高檔精梳紗的必備手段。
3．3．6 改進分離羅拉傳動機構
分離羅拉傳動機構的改造應考慮以下三個方面：
(1)差動齒輪與分離齒輪應由原來的內差動改為外差動方式，既可減輕齒輪的沖擊和傳動噪聲，又可減少分離齒輪與差動齒輪的轉動慣量；實踐表明：改后分離齒輪的轉動慣量可減少52％，差動齒輪的轉動慣量可減少35．3％[12]。
(2)優化平面連桿機構的尺寸，以使分離羅拉運動的最大角加速和慣性力矩最小，有利于提高精梳機的車速。
(3)減小分離羅拉的有效輸出長度，以增大棉網的接合長度與接合率、提高棉網的接合質量與精梳條的條干質量，防止精梳機高速時棉網破邊破洞現象的發生。建議分離羅拉的有效輸出長度控制在32 mm～34 mm為宜；如果過小，分離羅拉輸出的棉網過厚，會使牽伸裝置的牽伸負擔過重。
3．3．7 車面條由原來的三并一改為六并一
車面條改為六并一是提高精梳條條干水平、降低精梳條重量不勻率的有效途徑。設C0為精梳條并合前的不勻率，C為并合后精梳條的不勻率，n為并合根數，根據并合理論則有：
又設C1為三根條子并合時的不勻率，C2為六根條子并合時的不勻率，則由②式得采用六根棉條并合不勻率降低百分率為：
由此可知：采用六并一時精梳條的不勻率比三并一時降低了29％。因此采用六并一時，對降低精梳條的條干CV值和重量不勻率有顯著效果。
3．3．8 改進牽伸裝置
A201系列精梳機的牽伸裝置是兩上兩下簡單羅拉牽伸，如果牽伸倍數過大，會使精梳條條干惡化，因此此種牽伸裝置只適宜在牽伸倍數較小及低速下使用。當精梳機的車面條采用六并一及分離羅拉的有效輸出長度縮小后，牽伸倍數將會成倍增加，必須對原牽伸裝置進行改造。建議牽伸裝置采用三上四下或二上三下曲線牽伸。A201系列精梳機鉗板擺動采用下支點式，梳理隔距大；將其改造成為中支點擺動式需改動精梳機的總體設計，難度太大，可不作為改造內容。
3．4 不同機型的改造內容
由于A20l B(C、D)型精梳機結構不同，因此改造內容應有所區別，三種不同精梳機的改造類型見表11。
4．1 FA261型精梳機存在的問題
FA261型精梳機是我國在吸收消化E7／5型精梳機基礎上研制的，工藝速度在250鉗次／min。隨著精梳工藝技術的不斷創新與發展，FA261型精梳機與當前新型精梳機相比，存在以下問題：
(1)在鉗板傳動部分，由于曲柄半徑及鉗板組件的質量較大，精梳機高速運動時鉗板組件的沖擊力大，振動與噪聲高；
(2)分離羅拉的有效輸出長度及分離羅拉運動的角加速度較大；
(3)當纖維長度發生變化而調整錫林定位時，鉗板鉗口的開啟定時無法調整；另外，當落棉隔距過大(如超過8分度)時，會出現不給棉現象[7]，使機器的適紡性受到限制；
(4)牽伸裝置后區牽伸倍數與后區牽伸隔距不能隨喂入條子的定時及纖維長度調整，紡紗適應性差[13]。
4．2 技術改造的目標
FA261型精梳機經技術改造后，達到以下目標：
(1)車速提高30鉗次／min～50鉗次／min，產量提高12％～20％；
(2)精梳機的振動和噪聲有所降低，紡紗質量有所提高；
(3)機器的適紡性增強。
4．3 技術改造的措施
4．3．1 更換鉗板傳動部分的曲柄機構[14，15]
將鉗板傳動部分的曲柄半徑由77．5 mm減為70 mm，以減小鉗板擺軸、鉗板組件運動的角加速度，減輕高速時的振動和噪聲。根據計算當曲柄半徑由77．5 mm減為70 mm時，鉗板擺軸的最大角加速度降低24％、鉗板在水平方向上的最大加速度降低20．4％；還可增大錫林對棉叢的梳理時及分離接合工作時間[3]。
4．3．2 更換鉗板機構機件[14，15]
例如，后退給棉機構由內棘輪式改為由外棘輪直接傳動給棉羅拉，以簡化機構、減輕鉗板組件的重量；再如，在保證鉗板強度的情況下，減輕上、下鉗板的厚度，以減輕鉗板組件的重量。在進行此項改造時，可采用FA266型精梳機的成熟技術，使鉗板組件的重量由原來的4．3 kg減小到3kg。
4．3．3 增加鉗板開口定時調整裝置
當纖維長度、給棉方式及落棉刻度改變后，能進行鉗板開啟定時的調整，以增強適應性。瑞士立達公司的E61型、E62型精梳機已對此作了改進[16]。
4．3．4 縮短分離羅拉的有效輸出長度
縮短分離羅拉的有效輸出長度，一方面可增大棉網的接合長度，提高接合率，防止棉網破邊、破洞現象的發生；另一方面還可減少分離羅拉的運動量及分離羅拉的最大角加速度。瑞士立達的E61型、E62型精梳機，分離羅拉的有效輸出長度由原來E60H型的31．71 mm減為26．48mm[16]，降低了16．5％。
4．3．5 優化分離羅拉傳動機構連桿部分的尺寸優化分離羅拉平面連桿機構的尺寸，使連桿機構滿足工藝要求的同時，使分離羅拉運動加速度最小，以減小分離羅拉運動的慣性力矩。
4．3．6 改造牽伸機構
與FA266型精梳機一樣，牽伸機構的后區牽伸倍數可設置大、中、小三種，以適應精梳條的不同定量及不同牽伸的要求；另外，后區羅拉握持距設為可調式，以滿足紡不長度纖維的需要，提高紡紗適應性。
4．4 不同精梳機的改造內容
不同機型的改造內容見表12。對于E7／5型、E7／5A型、FA254型、FA26lA型、FA26l／ZF型可按FA261型精梳機的模式進行改造；對于FA266型精梳機可按E7／6的改造方式進行。