国产精梳机技术改造的研讨
1 我国精梳机的现状
我国精梳设备经过近40年的发展，取得了巨大成就。截止到2000年，我国精梳机的台数己达到13264台，是1990年精梳机台数(为7081台)的1．87倍；自1990年到2000年每年平均增加103套(每套按6台计算)，精梳机的万锭配台由原来的1．8台增加到3．9台，1998年精梳纱所占比例为15．1％，到2000年增加到19％。精梳机的速度己由原来A201A型的116钳次／min提高到FA266型的350钳次／min，精梳机的产量提高了3倍。精梳机的综合质量水平(如精梳条质量、精梳落棉质量及机器的稳定性等)及自动化水平有很大提高。
目前，我国精梳机的机型繁多、品种不一，精梳机的速度水平与纺纱质量水平差别很大；按精梳机的工艺速度可化分为四个层次：第一层次是工艺速度在300钳次／min以上的高效能精梳机，如FA266型、F1268型及PX2-J型精梳机；第二层次是工艺速度在200钳次／min～280钳次／min的精梳机，如FA261型等；第三层次是工艺速度在160钳次／min／～190钳次／min的精梳机，如FA251型等；第四层次是工艺速度在120钳次／min～155钳次／min的精梳机，如A201B、C、D型。在这四个层次中，以A201系列精梳机最多，约为7200台[2]，该机速度低、纺纱质量差。因此在积极推广应用高效能精梳机的同时，利用精梳新技术对不同层次的精梳机进行技术改造，使精梳设备的整体技术水平和纺纱质量全面提高，为改善我国棉纱的产品结构、提高产品档次和产品竞争力奠定技术基础。
2 高效能精梳机的推广应用
采用高效能精梳机的经济与技术优势如下：
(1)高效能精梳机速度高、产量高，万锭配台、用人及占地面积少。
精梳机产量与精梳机的速度、小卷定量、给棉长度及每台精梳机的眼数成正比。用公式表示为：
G＝60×A×g×n×a×(1一c％)／10002 ①
式中：
A——给棉罗拉的给棉长度(mm)；
g——精梳小卷定量(g／mm)；
n——精梳机的速度(r／min)；
a——每台精梳机的眼数；
c——精梳机的落棉率(％)。
由①式算得FA266型、F1268型与A201D型精梳机产量见表1。
表1 精梳机的产量比较
由表1可知：在精梳机的给棉长度与精梳落棉率相同的情况下，FA266型、F1268型精梳机的产量为A201D型精梳机产量的4．15倍。
纺14．5 tex及18．2 tex精梳纱精梳机的万锭配台数见表2。
表2 精梳机的万锭配台数量
由此可知：FA266型、F1268型精梳机的万锭配台数只有A20lD型精梳机的l／4；占地面积和用人也只有A20lD型精梳机的l／4；万锭精梳机耗电量大大减少。因此采用高效能精梳机具有的巨大的经济效益。
(2)高效能精梳机的机械性能与纺纱质量水平高。由于高效能精梳的分离罗拉传动机构、钳板传动机构及钳板组件等关键机构设计合理，机器长时间运转时，故障少、坏车少、稳定性好。精梳条的质量指标(如条干CV值、重量不匀率、精梳条含短绒率等)及精梳落棉指标(精梳落棉率、落棉含短绒率等)都能达到规定要求。
(3)高效能精梳机自动化水平高，劳动强度低。
在高效能精梳机上普遍采用了高灵敏度的自停装置、计算机监控系统、PLC程序控制系统等。
3 A201系列精梳机的技术改造
3．1 A201B(C、D)型精梳机存在的问题
3．1．1 整体基础差
A201B型、C型精梳机车头、机中、车尾及圈条器整体紧固作用差，特别是车尾和圈条器之间仅用两根撑杆连接，缺乏牢固性；高速时机器振动加剧。另外在车头内传动分离罗拉的差动齿轮、分离齿轮及传动钳板机构的滑杆、滑块等主要机件的润滑条件差，机器高速时机件的磨损大、损坏多。
3．1．2 承卷罗拉惯性大、给棉量难以控制由于A201系列精梳机的承卷罗拉为间歇转动，承卷罗拉与精梳小卷的惯性力随车速的提高而急剧增加，因此机器的振动和噪声增大，且承卷罗拉每次的给棉量难以控制。
3．1．3 纺纱适应性差
由于A201系列精梳机只有前进给棉，棉丛的梳理效果与精梳落棉量受到限制，难以适应纺高档精梳纱的要求。
3．1．4 钳板组件的重量大
A201系列精梳机钳板机构复杂，有上给棉罗拉、下给棉罗拉、给棉棘轮、上钳板座、下钳板座、上摇架及上下钳板等组成；且机件的材料是铸铁与钢，比重大，整个钳板组件重量为16．2 kg[3]。因此精梳机高速时，钳板组件的惯性力和冲击力大，机器的振动和噪声很高。
3．1．5 钳板钳唇结构设计不合理
A201系列精梳机钳板钳唇结构存在以下两个问题：一是钳板钳口对棉层的握持状态是一点(或称单线)握持，当精梳小卷的定量较小时，易形成对棉层的横向握持不匀，在锡林梳理时出现“抽筋拔皮”现象，造成棉网破洞与破边；且速度越高，“抽筋拔皮”的现象越严重。二是钳板钳口的“死隙”长度较长，约为7．43 mm[4]；从而使钳板钳口外棉丛的受梳长度减短，影响锡林对棉丛的梳理效果。
3．1．6 梳理隔距大、梳理效果差
由于A201系列精梳机钳板摆动的支点在锡林轴心的下方(称为下支点式钳板摆动机构)，与中支点式(即钳板摆动支点与锡林轴同心)及上支点钳板摆动机构相比，梳理隔距的极差值与变异系数都大；因此梳理效果差。
3．3 技术改造的措施
90年代初期，上海一纺机、无锡纺机等单位对国产A201B型、C型精梳机进行了技术改造，其改造的主要内容是：
(1)车头部分采用整体油浴箱，以改善车头传动齿轮的润滑状态、增强车头的整体钢度；
(2)植针锡林改为整体锡林，以提高锡林的寿命与梳理效果；
(3)分离罗拉由内差动轮系改为外差动轮系，以减小差动齿轮的运动惯量；
(4)采用毛刷单独传动，以提高毛刷对锡林的清洁效果[8]。机器经改造后，工艺速度水平达到155钳次／min，纺纱质量水平也有所提高，达到了A201D型精梳机的水平。为了实现技术改造的目标，需对A201系列精梳机进行深层次的技术改造，建议改造内容如下。
3．3．1 采用承卷罗拉连续回转
采用承卷罗拉连续回转的优点是：
(1)可消除承卷罗拉间歇回转时的惯性力，并消除了由此产生的冲击和噪声；
(2)承卷罗拉的给棉量可得到有效的控制。
3．3．2 缩短短轴销偏心距
A201系列精梳机短轴销偏心距的大小对机器的高速性能及工艺性能都有较大影响：
(1)短轴销偏心距的减小，钳板摆轴的角位移、钳板的运动量、钳板的最大加速度值等将减小，其对应关系见表5[9]；由此可知，短轴销偏心距由70mm减为60 mm时，钳板摆轴的最大角加速度减小 22．48％，钳板的最大加速度值减小23．48％；因此减小短轴销偏心距是减轻机器振动、降低噪声及进一步提高车速的重要技术措施。
(2)短轴销偏心距的减小，锡林的梳理时间、分离接合工作时间均延长；由此可知：减小短轴销偏心距，分离接合定时提早，分离工作长度及棉网的接合率都增加，有利于提高棉网的接合质量。
(3)短轴销偏心距的减小，分离接合过程中钳板与顶梳向前运动的速度减小，有利于减少棉网中纤维弯钩和“鱼鳞斑”的形成；
3．3．3 减轻钳板组件的重量
钳板组件的重量越轻，其惯性力越小，由此可减小钳板高速时的冲击力，有利于减轻振动和降低噪声。几种精梳机的钳板组件质量比较见表8。由此可知：A201C型精梳机的钳板组件的重量为FA266型精梳机的5．4倍，其原因是FA266型精梳机的钳板组件结构简单，且主要机件采用了轻质合金，从而大大减轻了其重量。由于A201系列精梳机钳板组件复杂、零件个数多，将全部机件改用轻质合金，改造费用太高；若有重点地选择若干重量大的机件采用轻质合金，可取得较好的效果。例如，将下钳板座、下摇架、上摇架改用铝合金材料，每套钳板组件可减轻4．4 kg；改造后机器的振动和噪声明显降低。
3．3．4 改进钳板的钳唇结构设计
在钳唇结构设计方面，应吸取FA266型精梳机钳唇结构的设计思想及加工制造技术，变一点握持为两点握持，提高加工质量和制造精度，以改善钳板对棉丛的钳持效果。另外，尽可能减短上、下钳唇对棉层的握持长度(即为“死隙”长度)，以增大钳口外棉丛的梳理长度，提高梳理效果。根据试验结果，将A201C型精梳机的上钳板钳唇减短1．4mm，精梳条的棉结杂质总数可减少12．5％～14．8％[11]，效果明显。
3．3．5 增加后退给棉机构
采用后退给棉是提高梳理效果和成纱质量的重要手段，因此，在现代精梳机上都配备了前进与后退两种给棉机构。在其他条件相同的情况下，采用后退给棉，可增加钳板钳口外棉丛的受梳长度，使棉丛的重复梳理次数增加；另一方面，还可使精梳落棉率增加，从而使精梳条中的棉结杂质及短绒含量减少。不同给棉方式的落棉隔距、精梳落棉率、精梳条的棉结杂质粒数的试验结果见表10[4]。由此可知：采用后退给棉与前进给棉相比，精梳落棉率增加4．7％～20．9％，棉结杂质总数减少13％～40％。因此采用后退给棉是纺制高档精梳纱的必备手段。
3．3．6 改进分离罗拉传动机构
分离罗拉传动机构的改造应考虑以下三个方面：
(1)差动齿轮与分离齿轮应由原来的内差动改为外差动方式，既可减轻齿轮的冲击和传动噪声，又可减少分离齿轮与差动齿轮的转动惯量；实践表明：改后分离齿轮的转动惯量可减少52％，差动齿轮的转动惯量可减少35．3％[12]。
(2)优化平面连杆机构的尺寸，以使分离罗拉运动的最大角加速和惯性力矩最小，有利于提高精梳机的车速。
(3)减小分离罗拉的有效输出长度，以增大棉网的接合长度与接合率、提高棉网的接合质量与精梳条的条干质量，防止精梳机高速时棉网破边破洞现象的发生。建议分离罗拉的有效输出长度控制在32 mm～34 mm为宜；如果过小，分离罗拉输出的棉网过厚，会使牵伸装置的牵伸负担过重。
3．3．7 车面条由原来的三并一改为六并一
车面条改为六并一是提高精梳条条干水平、降低精梳条重量不匀率的有效途径。设C0为精梳条并合前的不匀率，C为并合后精梳条的不匀率，n为并合根数，根据并合理论则有：
又设C1为三根条子并合时的不匀率，C2为六根条子并合时的不匀率，则由②式得采用六根棉条并合不匀率降低百分率为：
由此可知：采用六并一时精梳条的不匀率比三并一时降低了29％。因此采用六并一时，对降低精梳条的条干CV值和重量不匀率有显著效果。
3．3．8 改进牵伸装置
A201系列精梳机的牵伸装置是两上两下简单罗拉牵伸，如果牵伸倍数过大，会使精梳条条干恶化，因此此种牵伸装置只适宜在牵伸倍数较小及低速下使用。当精梳机的车面条采用六并一及分离罗拉的有效输出长度缩小后，牵伸倍数将会成倍增加，必须对原牵伸装置进行改造。建议牵伸装置采用三上四下或二上三下曲线牵伸。A201系列精梳机钳板摆动采用下支点式，梳理隔距大；将其改造成为中支点摆动式需改动精梳机的总体设计，难度太大，可不作为改造内容。
3．4 不同机型的改造内容
由于A20l B(C、D)型精梳机结构不同，因此改造内容应有所区别，三种不同精梳机的改造类型见表11。
4．1 FA261型精梳机存在的问题
FA261型精梳机是我国在吸收消化E7／5型精梳机基础上研制的，工艺速度在250钳次／min。随着精梳工艺技术的不断创新与发展，FA261型精梳机与当前新型精梳机相比，存在以下问题：
(1)在钳板传动部分，由于曲柄半径及钳板组件的质量较大，精梳机高速运动时钳板组件的冲击力大，振动与噪声高；
(2)分离罗拉的有效输出长度及分离罗拉运动的角加速度较大；
(3)当纤维长度发生变化而调整锡林定位时，钳板钳口的开启定时无法调整；另外，当落棉隔距过大(如超过8分度)时，会出现不给棉现象[7]，使机器的适纺性受到限制；
(4)牵伸装置后区牵伸倍数与后区牵伸隔距不能随喂入条子的定时及纤维长度调整，纺纱适应性差[13]。
4．2 技术改造的目标
FA261型精梳机经技术改造后，达到以下目标：
(1)车速提高30钳次／min～50钳次／min，产量提高12％～20％；
(2)精梳机的振动和噪声有所降低，纺纱质量有所提高；
(3)机器的适纺性增强。
4．3 技术改造的措施
4．3．1 更换钳板传动部分的曲柄机构[14，15]
将钳板传动部分的曲柄半径由77．5 mm减为70 mm，以减小钳板摆轴、钳板组件运动的角加速度，减轻高速时的振动和噪声。根据计算当曲柄半径由77．5 mm减为70 mm时，钳板摆轴的最大角加速度降低24％、钳板在水平方向上的最大加速度降低20．4％；还可增大锡林对棉丛的梳理时及分离接合工作时间[3]。
4．3．2 更换钳板机构机件[14，15]
例如，后退给棉机构由内棘轮式改为由外棘轮直接传动给棉罗拉，以简化机构、减轻钳板组件的重量；再如，在保证钳板强度的情况下，减轻上、下钳板的厚度，以减轻钳板组件的重量。在进行此项改造时，可采用FA266型精梳机的成熟技术，使钳板组件的重量由原来的4．3 kg减小到3kg。
4．3．3 增加钳板开口定时调整装置
当纤维长度、给棉方式及落棉刻度改变后，能进行钳板开启定时的调整，以增强适应性。瑞士立达公司的E61型、E62型精梳机已对此作了改进[16]。
4．3．4 缩短分离罗拉的有效输出长度
缩短分离罗拉的有效输出长度，一方面可增大棉网的接合长度，提高接合率，防止棉网破边、破洞现象的发生；另一方面还可减少分离罗拉的运动量及分离罗拉的最大角加速度。瑞士立达的E61型、E62型精梳机，分离罗拉的有效输出长度由原来E60H型的31．71 mm减为26．48mm[16]，降低了16．5％。
4．3．5 优化分离罗拉传动机构连杆部分的尺寸优化分离罗拉平面连杆机构的尺寸，使连杆机构满足工艺要求的同时，使分离罗拉运动加速度最小，以减小分离罗拉运动的惯性力矩。
4．3．6 改造牵伸机构
与FA266型精梳机一样，牵伸机构的后区牵伸倍数可设置大、中、小三种，以适应精梳条的不同定量及不同牵伸的要求；另外，后区罗拉握持距设为可调式，以满足纺不长度纤维的需要，提高纺纱适应性。
4．4 不同精梳机的改造内容
不同机型的改造内容见表12。对于E7／5型、E7／5A型、FA254型、FA26lA型、FA26l／ZF型可按FA261型精梳机的模式进行改造；对于FA266型精梳机可按E7／6的改造方式进行。